PCB Katman Sayısı: Kritik Bir Tasarım Kararı
PCB tasarımında katman sayısı seçimi, projenizin başarısını, maliyetini ve performansını doğrudan etkiler. Fazla katman gereksiz maliyet, az katman ise performans sorunları yaratır.
Bu rehberde, WellPCB mühendislik ekibinin 15+ yıllık deneyimiyle 2, 4 ve 6 katmanlı PCB'leri kapsamlı şekilde karşılaştırıyoruz.
2 Katmanlı PCB: Basit ve Ekonomik
Yapısal Özellikler
2 katmanlı PCB, üst ve alt olmak üzere iki bakır katmandan oluşur. En basit ve en ekonomik PCB türüdür.
Tipik Stack-up:
| Katman | Malzeme | Kalınlık |
|---|---|---|
| Üst Bakır | Cu | 35µm (1oz) |
| FR-4 Çekirdek | Dielektrik | 1.6mm |
| Alt Bakır | Cu | 35µm (1oz) |
2 Katmanlı PCB Avantajları
1. En Düşük Maliyet
2 katmanlı PCB, metrekare başına en ekonomik seçenektir. Prototip maliyeti 4 katmanlıdan %30-40 daha düşüktür.
2. Hızlı Üretim
WellPCB ile 2 katmanlı PCB 24 saat içinde üretilebilir. 4+ katman için minimum 3-5 gün gerekir.
3. Kolay Tasarım
Daha az tasarım karmaşıklığı. Routing ve DRC kontrolü basit.
4. Kolay Tamir
Arıza tespiti ve tamir daha kolay. Test noktalarına erişim açık.
2 Katmanlı PCB Dezavantajları
1. Sınırlı Routing Alanı
Tüm sinyaller iki katmanda taşınmalı. Karmaşık tasarımlarda yetersiz kalır.
2. Zayıf EMI Performansı
Dedicated toprak düzlemi olmadan EMI kontrolü zorlaşır. Yüksek frekanslı tasarımlarda sorun yaratır.
3. Sinyal Bütünlüğü
Empedans kontrolü sınırlı. USB, Ethernet gibi diferansiyel sinyaller için özel dikkat gerekir.
4. Daha Büyük Boyut
Aynı işlevsellik için daha fazla PCB alanı gerekir.
Ne Zaman 2 Katman Kullanmalı?
4 Katmanlı PCB: Altın Standart
Yapısal Özellikler
4 katmanlı PCB, endüstri standardıdır. İç katmanlar genellikle güç ve toprak düzlemleri olarak kullanılır.
Tipik Stack-up:
| Katman | Fonksiyon | Kalınlık |
|---|---|---|
| L1 - Üst | Sinyal + Komponent | 35µm |
| L2 - İç 1 | Toprak Düzlemi (GND) | 35µm |
| Prepreg | Dielektrik | 0.2mm |
| L3 - İç 2 | Güç Düzlemi (VCC) | 35µm |
| L4 - Alt | Sinyal + Komponent | 35µm |
4 Katmanlı PCB Avantajları
1. Mükemmel EMI Kontrolü
İç toprak düzlemi, 2 katmanlıya göre 15dB daha düşük EMI sağlar. EMC sertifikasyonu geçişi kolaylaşır.
2. Kararlı Güç Dağıtımı
Dedicated güç ve toprak düzlemleri, düşük empedans güç dağıtımı sağlar. Voltaj dalgalanmaları minimize edilir.
3. Kontrollü Empedans
Sinyal katmanları toprak düzlemine referanslı olduğundan, 50Ω veya 100Ω diferansiyel empedans kolayca elde edilir.
4. Kompakt Tasarım
Aynı işlevsellik için 2 katmanlıya göre %30-50 daha küçük PCB boyutu.
5. Termal Yönetim
İç bakır düzlemler ısı dağıtımına yardımcı olur.
4 Katmanlı PCB Dezavantajları
1. Artan Maliyet
2 katmanlıya göre %25-40 daha pahalı. Ancak Çin üretiminde fark çok düşük olabilir.
2. Daha Uzun Üretim Süresi
Minimum 3-5 gün üretim süresi. 2 katmanlının 24 saat süresine kıyasla daha uzun.
3. Tasarım Karmaşıklığı
Via planlaması, layer stack-up ve empedans hesaplaması gerektirir.
> Hommer Zhao, WellPCB Baş Mühendisi: "4 katmanlı PCB, maliyet-performans açısından en iyi dengedir. USB, SPI, I2C gibi yaygın arayüzler için idealdir. EMC testlerini geçmek istiyorsanız, 4 katmanla başlayın."
Ne Zaman 4 Katman Kullanmalı?
6 Katmanlı PCB: Yüksek Performans
Yapısal Özellikler
6 katmanlı PCB, yüksek hızlı ve karmaşık tasarımlar için kullanılır. Ek sinyal katmanları routing esnekliği sağlar.
Tipik Stack-up:
| Katman | Fonksiyon | Notlar |
|---|---|---|
| L1 | Sinyal (Yüksek Hız) | Komponent tarafı |
| L2 | Toprak (GND) | Referans düzlemi |
| L3 | Sinyal | İç routing |
| L4 | Güç (VCC) | Çoklu voltaj |
| L5 | Toprak (GND) | İkinci referans |
| L6 | Sinyal (Yüksek Hız) | Lehim tarafı |
6 Katmanlı PCB Avantajları
1. Üstün Sinyal Bütünlüğü
Her sinyal katmanı bir toprak düzlemine bitişik. Return path optimize edilmiş.
2. En İyi EMI Performansı
Yüksek hızlı sinyaller toprak düzlemleri arasında "sandviç" yapılır. EMI emisyonu minimize edilir.
3. Karmaşık Routing
Yüksek pin sayılı BGA'lar, FPGA'lar ve DDR bellek için yeterli routing alanı.
4. Çoklu Güç Düzlemi
Birden fazla voltaj seviyesi (1.8V, 3.3V, 5V, 12V) ayrı düzlemlerde dağıtılabilir.
5. Esneklik
Yüksek ve düşük hızlı sinyalleri farklı katmanlara ayırma imkanı.
6 Katmanlı PCB Dezavantajları
1. Yüksek Maliyet
4 katmanlıya göre %40-60 daha pahalı. Malzeme ve işlem adımları artar.
2. Uzun Üretim Süresi
5-10 gün üretim süresi. Blind/buried via kullanılırsa daha da uzar.
3. Tasarım Uzmanlığı
Stack-up tasarımı, empedans kontrolü ve SI/PI analizi gerektirir.
Ne Zaman 6 Katman Kullanmalı?
Kapsamlı Karşılaştırma Tablosu
| Özellik | 2 Katman | 4 Katman | 6 Katman |
|---|---|---|---|
| Maliyet (relatif) | 1x | 1.3-1.5x | 1.8-2.2x |
| Üretim Süresi | 24 saat | 3-5 gün | 5-10 gün |
| EMI Kontrolü | Zayıf | İyi | Mükemmel |
| Sinyal Bütünlüğü | Sınırlı | İyi | Mükemmel |
| Routing Yoğunluğu | Düşük | Orta | Yüksek |
| Güç Dağıtımı | Zayıf | İyi | Mükemmel |
| Maksimum Hız | 50 MHz | 500 MHz | 1 GHz+ |
| Tipik Uygulama | LED, sensör | IoT, kontrol | FPGA, DDR |
Maliyet Analizi
Örnek Fiyat Karşılaştırması (10x10cm, 10 adet)
| Katman Sayısı | PCB Maliyeti | Üretim Süresi | Toplam |
|---|---|---|---|
| 2 Katman | $15-25 | 24-48 saat | $15-25 |
| 4 Katman | $25-40 | 3-5 gün | $25-40 |
| 6 Katman | $45-70 | 5-10 gün | $45-70 |
*Not: Fiyatlar WellPCB standart spesifikasyonları içindir.*
Maliyet Optimizasyonu İpuçları
Via Optimizasyonu:
Panel Kullanımı:
Standart Kalınlık:
Karar Ağacı: Hangi Katman Sayısı?
Adım 1: Sinyal Hızını Değerlendirin
| Sinyal Türü | Önerilen Katman |
|---|---|
| DC - 50 MHz | 2 veya 4 katman |
| 50 - 500 MHz | 4 katman |
| 500 MHz - 1 GHz | 4 veya 6 katman |
| 1 GHz+ | 6+ katman |
Adım 2: Komponent Yoğunluğunu Kontrol Edin
| Pin Sayısı | Önerilen Katman |
|---|---|
| <100 pin | 2 katman |
| 100-300 pin | 4 katman |
| 300-500 pin | 4-6 katman |
| 500+ pin (BGA dahil) | 6+ katman |
Adım 3: EMC Gereksinimlerini Kontrol Edin
Adım 4: Bütçeyi Değerlendirin
Stack-up Tasarım Önerileri
4 Katman Önerilen Stack-up
| Katman | Kalınlık | Fonksiyon |
|---|---|---|
| L1 | 35µm Cu | Sinyal + Komponent |
| Prepreg | 0.2mm | 7628 prepreg |
| L2 | 35µm Cu | GND (solid plane) |
| Core | 1.0mm | FR-4 core |
| L3 | 35µm Cu | VCC (split/solid) |
| Prepreg | 0.2mm | 7628 prepreg |
| L4 | 35µm Cu | Sinyal + Komponent |
Toplam Kalınlık: ~1.6mm
6 Katman Önerilen Stack-up
| Katman | Kalınlık | Fonksiyon |
|---|---|---|
| L1 | 35µm Cu | Yüksek hız sinyal |
| Prepreg | 0.15mm | |
| L2 | 35µm Cu | GND |
| Core | 0.4mm | |
| L3 | 35µm Cu | Sinyal |
| Prepreg | 0.2mm | |
| L4 | 35µm Cu | VCC |
| Core | 0.4mm | |
| L5 | 35µm Cu | GND |
| Prepreg | 0.15mm | |
| L6 | 35µm Cu | Yüksek hız sinyal |
Toplam Kalınlık: ~1.6mm
WellPCB Çok Katmanlı PCB Hizmetleri
| Hizmet | Katman | Min. Sipariş | Teslimat |
|---|---|---|---|
| Standart PCB | 2-4 | 5 adet | 24h-5 gün |
| Çok Katmanlı PCB | 6-10 | 5 adet | 5-10 gün |
| HDI PCB | 8-20 | 10 adet | 7-14 gün |
WellPCB Avantajları
Sonuç: Doğru Katman Sayısı Seçimi
PCB katman sayısı seçimi, projenizin gereksinimlerine bağlıdır:
| Senaryo | Öneri |
|---|---|
| Hobi projesi, düşük bütçe | 2 katman |
| Standart tüketici elektroniği | 4 katman |
| EMC sertifikasyonu gerektiren | 4 katman (minimum) |
| Yüksek hızlı dijital (>500MHz) | 6 katman |
| FPGA, DDR bellek | 6+ katman |
| RF/mikrodalga | Rogers + 4-6 katman |
Projeniz için en uygun katman sayısından emin değil misiniz? WellPCB mühendislik ekibi ücretsiz DFM analizi ve stack-up önerisi sunuyor.