כשמסתכלים על לוח מעגלים מודפס (PCB), רואים בדרך כלל לוח ירוק שטוח עם פדים נחושת מבריקים ומוליכים דקיקים. אך מתחת לפני השטח מסתתר “סנדוויץ’” בנוי בקפידה של נחושת וחומרים מבודדים – אלה הן שכבות ה-PCB.
השכבות קובעות איך האותות נעים, איך מתח והספק מחולקים, ועד כמה הלוח יציב בזמן עבודה.
המדריך הזה מסביר מהן שכבות PCB, איך מסדרים אותן (Stack-up), כמה שכבות אתם באמת צריכים, ואיך לזהות את מספר השכבות בלוח. תמצאו גם דוגמאות נפוצות ל-2, 4, 6 ו-8 שכבות.
סקירה מהירה: מהן שכבות PCB ומהם המספרים הנפוצים
שכבת PCB היא יריעת נחושת מוליכה או שכבה תומכת במבנה הלוח. את השכבות מדביקים/מדפנים יחד עם שכבות דיאלקטריות מבודדות כדי ליצור לוח שלם.
ברוב הלוחות מספר השכבות הוא זוגי – בדרך כלל 2, 4, 6 או 8 – כדי לשמור על סימטריה בתצריף ועל ייצור יציב.
| מספר שכבות | שימושים טיפוסיים | יתרונות | פשרות/חסרונות |
|---|---|---|---|
| 2 | בקרי בסיס, דרייברי LED, IoT איטי | עלות נמוכה, זמן אספקה קצר | שטח ניתוב מוגבל, שליטה חלשה ב-EMI |
| 4 | מוצרי צריכה, USB/HDMI | שלמות אות טובה יותר, מישור אדמה מוצק | עלות מעט גבוהה יותר |
| 6 | תעשייה/רכב, אפיקי נתונים בינוניים | שליטה טובה ב-EMI, צפיפות הולכה גבוהה | יקר יותר וקשה יותר לתיקון |
| 8 | מחשבים מהירים, לוחות אם | בקרה מצוינת על עכבה והצללה | עלות ייצור גבוהה |
מה בעצם אומרות “שכבות” ב-PCB
כל לוח משלב שכבות מוליכות ושכבות מבודדות:
- שכבות אות (Signal Layers) – מוליכות את האותות בין רכיבים; כוללות מוליכים (traces) ו-Vias.
- מישורי אדמה (GND Planes) – מספקים מסלול החזר זרם בעל אימפדנס נמוך ומסייעים בהצללה מפני רעש אלקטרומגנטי.
- מישורי הספק (PWR Planes) – מחלקים מתח/הספק בצורה אחידה ומפחיתים נפילת מתח.
- Core ו-Prepreg – חומרים דיאלקטריים מחוזקי-סיבים (לרוב FR-4) שמפרידים בין שכבות הנחושת וקובעים את עובי הלוח.
- מסכת הלחמה (Solder Mask) – הציפוי הירוק (או כחול/אדום/שחור) המבודד ומגן על הנחושת מחמצון ומגשרי בדיל.
- משי (Silkscreen) – טקסט/סמלים לבנים: סימוני רכיבים, מק”טים, לוגו.
בחתך רוחב תראו נחושת וחומר מבודד לסירוגין – כמו עוגת שכבות. הנחושת יוצרת את המעגלים; הדיאלקטרי נותן קשיחות ובידוד.
Stack-ups נפוצים ואיך הם עובדים
Stack-up הוא הסדר והמרווחים של כל שכבות הנחושת והדיאלקטרי.
תצריף שכבות נכון מפחית רעש, משפר שליטת עכבה ומקטין EMI.
לוח דו-שכבתי (2 שכבות)
הבסיסי ביותר: שכבה עליונה + תחתונה.
אפשר להלחים ולנתב בשתי הפאות. משתמשים לעיתים ביציקות נחושת/אדמה רחבות לשיפור מסלולי החזר.
יתרונות: הזול והמהיר ביותר.
חסרונות: שטח ניתוב מוגבל; קשה לשלוט בעכבה וב-EMI.
לוח 4 שכבות
הבחירה הנפוצה במודרני:
- L1: אות (עליון)
- L2: מישור אדמה (GND)
- L3: מישור הספק (PWR)
- L4: אות (תחתון)
מישורי הייחוס בין שכבות האות משפרים SI/EMI – טוב ל-USB, HDMI ולוחות מיקרו-בקר.
לוח 6 שכבות
כשצריך יותר צפיפות או בידוד:
אות – GND – אות – PWR – GND – אות.
שני מישורי אדמה משמשים כהצללה; השכבות הפנימיות נוחות לזוגות דיפרנציאליים או למסלולים אנלוגיים רגישים. נפוץ בתעשייה וברכב.
לוח 8 שכבות
במחשוב מהיר ולוחות אם:
אות – GND – אות – PWR – GND – אות – GND – אות.
ריבוי מישורי ייחוס מפחית זליגה (crosstalk) ומשפר שליטה בעכבה בזוגות כמו PCIe, DDR, USB 3.x.
איך להחליט כמה שכבות צריך
הבחירה תלויה בכמה גורמים. מפת החלטה מהירה:
- מהירות וסוג האות
- < 100MHz, אנלוגי פשוט/לוגיקה איטית → 2 שכבות.
- 100MHz–1GHz (USB 2.0, Ethernet) → 4 שכבות.
- > 1GHz וזוגות דיפרנציאליים מהירים (USB 3.x, PCIe, HDMI) → 6–8 שכבות.
- צפיפות רכיבים וגודל הלוח
יותר רכיבים ופחות שטח ⇒ יותר שכבות אות. - חלוקת הספק ואדמה
מישורים ייעודיים מפחיתים רעש ומייצבים את המערכת. - EMI/EMC
קירוב שכבת אות למישור ייחוס מקצר מסלול החזר ומשפר תאימות אלקטרומגנטית. - תקציב וזמן אספקה
פחות שכבות = זול ומהיר יותר.
בגדול:
- 2 שכבות לפרוטוטייפים ומוצרים זולים.
- 4–6 שכבות לרוב מוצרי הצריכה והתעשייה.
- 8+ שכבות לממשקי מהירות גבוהה וריבוי מסלולים (שרתים, מחשוב).
למה רובן של ה-PCBs מרובי-שכבות הם בעלי מספר זוגי
כמעט תמיד תראו מספר שכבות זוגי — מסיבות טובות:
יעילות ייצור
במספר אי-זוגי נשארת יריעת נחושת “ללא זוג” בלמינציה – מוסיף שלבים, יוצר מאמצים לא אחידים ומעלה סיכון ועלות.
איזון מכני
תצריף סימטרי מונע עיוות/התקמרות (Warping) במחזורי חום.
אם צד אחד עשיר יותר בנחושת/שרף, הלוח עלול להתעקם לאחר הלחמה. מספר זוגי שומר על איזון.
ביצועים חשמליים
זיווג שכבות אות עם מישורי ייחוס מקל על בקרת עכבה ומקצר מסלולי החזר – איכות האות משתפרת.
לכן כמעט שלא רואים 3 או 5 שכבות בייצור סדרתי; יצרנים ימליצו להפוך ל-4 או 6 שכבות.
איך לזהות את מספר השכבות בלוח
שימושי לתיקון, הנדסה לאחור ותיעוד. כמה שיטות:
1) בדיקה חזותית (ללא כלים)
- קצה הלוח: אפשר להבחין ב“פסים” דקים של נחושת/מבודד.
- העברה מול אור: דו-שכבתי נעיר יותר; רב-שכבתי כהה/אטום.
- עומק ה-Vias: ויא עיוורת/קבורה רומזת על שכבות פנימיות.
2) שימוש בקבצי תכנון
ב-Gerber או ODB++ יש קובץ לכל שכבת נחושת (Top.GTL, Inner1.*, Bottom.*). ספרו את קבצי הנחושת.
3) בתוכנות CAD
ב-Altium Designer: Design → Layer Stack Manager – כל השכבות ועובי הדיאלקטרי.
ב-KiCad: Board Setup → Layers.
ב-Autodesk Fusion 360: תצוגת שכבות בסביבת ה-PCB.
4) שיטות מתקדמות/הרסניות
לניתוח עמוק מבצעים חתך מטלוגרפי ובדיקה במיקרוסקופ או CT – לבקרת איכות/ניתוח כשל.
כמה שכבות יש ללוחות אם (Motherboards)
לוחות אם ולוחות שרתים הם מערכות מהירות ומורכבות, הזקוקות לריבוי מישורי הספק/אדמה ולשכבות אות רבות:
- צרכן ביתי: לרוב 6–12 שכבות.
- תחנות עבודה/שרתים: 14–16 שכבות ואף יותר.
השכבות הנוספות משמשות לדומיינים שונים של הספק (CPU, GPU, זיכרון), לזוגות דיפרנציאליים בעכבה נשלטת ולהצללה בין רשתות רגישות.
אבל יותר שכבות ≠ בהכרח טוב יותר: תצריף חכם של 6 שכבות יכול לגבור על 8 שכבות שתוכננו גרוע.
שאלות נפוצות (FAQ)
1) כמה שכבות יכול להיות ל-PCB?
נפוץ 1–16 שכבות; בתחומי אוויר-חלל/טלקום אפשר גם 30 ואף 100+.
2) מהו Stack-up טיפוסי ל-4 שכבות?
בדרך כלל: אות – אדמה – הספק – אות. מישורי ייחוס יציבים מקלים על ניתוב בעכבה נשלטת.
3) למה לוחות רב-שכבתיים הם לרוב בעלי מספר שכבות זוגי?
איזון מכני טוב יותר, ייצור פשוט יותר, והתנהגות חשמלית עקבית.
4) איך מזהים מספר שכבות בלי קבצי תכנון?
בחינת קצה הלוח, מבחן אור, או צפייה ב-Layer Stack Manager ב-Altium/KiCad.
סיכום
שכבות ה-PCB הן הבסיס לכל אלקטרוניקה מודרנית.
הן מכתיבות את זרימת האותות, חלוקת ההספק ויציבות הלוח בתנאי אמת.
לבחירה נכונה: התחילו מ-מהירות האות וצפיפות הרכיבים, הוסיפו מישורי אדמה והספק ייעודיים, שמרו על תצריף סימטרי ומספר שכבות זוגי כדי לצמצם עיוות, ואזן-ו בין ביצועים ל-עלות ייצור.
תצריף שכבות מחושב היטב לא רק מקל על הייצור — הוא מבטיח שהעיצוב יעבוד באופן אמין מהאב-טיפוס ועד לייצור סדרתי.
