詳解PCB疊層設計

PCB疊層設計，其實和做漢堡有類似的工藝。漢堡店會精心準備每一層漢堡，就像PCB廠家的PCB板層疊在一起一樣。漢堡會有不同的大小和形狀，有各種各樣的配料，秘密醬汁覆蓋著我們自己的烤面包。就像我們在PCB上使用不同類型的金屬芯一樣，我們也會提供各種各樣的餡餅。

現(xiàn)在你可能想知道我們是如何制造世界上最好的電路板的。讓我來告訴你我們的秘密，這都是關(guān)于PCB堆棧的。堆垛是PCB設計和制造過程中的重要組成部分。良好的堆疊設計是減少電子線路電磁輻射的關(guān)鍵。從而提高了電路板的整體信號完整性。另一方面，一個糟糕的堆疊設計可能導致更高的電磁發(fā)射和信號損失。每個PCB設計者的工作必須包括減少由差模噪聲和共模發(fā)射引起的PCB回路的電磁發(fā)射。

現(xiàn)代電子學圍繞著電子組件的小型化。在電子制造商中，有一種廣泛流行的趨勢，就是把更多的處理能力封裝到一個小的封裝中。嚴格地說，從電子學的角度來說，外形尺寸越小越好。業(yè)內(nèi)專家預測，我們不久將達到晶體管級電子元件的物理極限。盡管如此，我們相信一個PCB設計師可以在設計層面創(chuàng)造奇跡，在我們這樣的專家制造商的幫助下，使PCB更小、更致密。

通常被忽略的是，理解HDI疊層和標準疊層之間的差異非常重要. 主要原因是與HDI堆疊技術(shù)相關(guān)的一長串優(yōu)勢，包括每平方英寸的組件密度更高、縱橫比更低以及與標準堆疊相比更少的層數(shù)。

標準疊層設計取決于信號層的數(shù)量。對于標準PCB疊層，關(guān)鍵參數(shù)包括層數(shù)、接地和電源平面數(shù)、電路頻率、層順序和發(fā)射要求。一些附加參數(shù)包括層與屏蔽或非屏蔽外殼之間的間距。

標準疊層的關(guān)鍵設計規(guī)則包括保持信號層之間的空間和使用大的核心來避免EMC問題。值得一提的是，標準疊層的主要優(yōu)點是外層的平面對內(nèi)層進行屏蔽。然而，主要的缺點包括由于存在元件安裝焊盤，特別是在高密度PCB上，接地層的減少。

HDI疊層技術(shù)是一種前沿技術(shù)，正在革新多層PCB的設計和制造。HDI為疊層提供了一個順序構(gòu)建，因此允許有更多的設計選擇。HDI簡化了復雜電路板的設計架構(gòu)。此外，HDI疊層使用盲孔和埋孔，以及疊層和交錯過孔。與標準疊層相比，HDI疊層架構(gòu)遵循一種稍微不同的方法。球的層數(shù)由球的層數(shù)決定。影響疊加的其他因素包括信號層的數(shù)量、電源層和地面層的數(shù)量。

此外，建議HDI疊層的平面和信號層的數(shù)量應為奇數(shù)或偶數(shù)(兩者均為偶數(shù)對于平衡結(jié)構(gòu)來說是最好的)。這些層應該對稱放置。微孔結(jié)構(gòu)對制造過程有很大的影響，因為它們直接影響層壓循環(huán)的次數(shù)，而與標準疊層不同。當然，HDI不需要復雜的體系結(jié)構(gòu)。設計人員最常犯的錯誤之一就是創(chuàng)建不必要的復雜架構(gòu)。

目前市面上有一些HDI疊層規(guī)劃工具。疊層規(guī)劃工具將確保HDI印刷電路板設計將在第一時間制造出來。工具創(chuàng)建了技術(shù)級別類別，讓您更好地了解不同軌跡和不同通孔尺寸所需的技術(shù)復雜程度。因為高密度集成電路板值得額外的成本，可以試試免費的工具：HDI Stackup Planner!

HDI疊層架構(gòu)根據(jù)板層的數(shù)量和HDI板的順序?qū)訅憾譃榀B層類。這些等級由公式X-N-X確定，其中X是電路板兩側(cè)所需的層壓數(shù)量，N是信號層的數(shù)量。必須指出的是，隨著對順序?qū)訅阂蟮脑黾?，板的價格將上漲。

因此，利用激光鉆頭制造的單層層壓將更為有利可圖。在以最便宜的方式利用微氣孔方面，這個堆棧類是一個無需考慮的問題。使用激光鉆將允許設計者實現(xiàn)更小的焊盤和通孔尺寸。這有助于減輕一些設計限制并減少設計時間。

在微通孔開始和停止的層上的變化越多，PCB制造所需的順序?qū)訅壕驮蕉?。任何一個微孔開始或停止的層都需要一個子結(jié)構(gòu)，每個子結(jié)構(gòu)都需要一個額外的層壓周期。(層壓工藝被定義為在兩個相鄰的銅層之間通過加熱和加壓將一組帶有未固化電介質(zhì)的銅層壓制成多層PCB層壓板)。

0-N-0疊加

電路板的成本和復雜性隨著與堆疊相關(guān)的工藝步驟的增加而增加。額外的制造過程也意味著更多的產(chǎn)量損失。N表示第一層或基礎(chǔ)層壓(或芯層疊層)中的層數(shù)，0表示沒有順序?qū)訅翰襟E，也沒有額外的電介質(zhì)層和銅層。下面是一個0-N-0疊加的例子。

1-N-1疊加

堆芯1-1上的順序?qū)訅?-1的任意一側(cè)。一個連續(xù)層壓增加了兩個銅層，總共N+2層。這種堆疊設計沒有堆疊過孔。有一個額外的層壓沒有堆疊過孔。埋在地下的通孔是用機械鉆的。通孔無需使用導電填料。它將自然填充介電材料。第二層層壓增加了頂層和底層。然后，我們用最后一個機械鉆完成。以下是1-N-1疊加的步驟，

板芯是層壓的。(核心只能是兩層，所以沒有層壓。)

板芯采用機械鉆孔。

機械鉆是電鍍的。

第二層被成像/蝕刻。

順序?qū)訅涸黾恿藘蓚€額外的層。(機械鉆現(xiàn)在是一個埋孔。)

形成激光鉆孔。

形成最終的通孔。

激光鉆孔和通孔是電鍍的。

PCB制造商計劃在第1層和第2層之間添加適量的預浸料，以便樹脂流入埋入的通孔中。

無論是HDI還是標準的堆疊板，遵循一定的指導原則，根據(jù)應用和它的要求是實現(xiàn)PCB堆疊設計的最佳可能方式。我們列出了一些指導原則，以幫助您實現(xiàn)可能的PCB堆疊設計，

PCB堆疊取決于設計中存在的信號層數(shù)量。信號層隨PCB的應用而變化。例如，與低速信號電平相比，高速信號或大功率應用可能需要更多的層。

低螺距高引腳數(shù)的復雜器件，如bga，通常需要更多的信號層。信號完整性要求(如極低串擾)也可能導致信號層數(shù)量增加。

混合信號類型-大量模擬信號和數(shù)字信號將需要在這兩種類型之間進行分離，并可能增加信號層的數(shù)量。

地面和電源平面的使用允許設計者純粹為信號路由分配信號層;它們還降低了電源和接地軌中的直流電阻，從而確保設備上的直流電壓降更小。

接地層是PCB中連接到電源接地連接的銅平面。電源層是連接到電源軌的PCB中的一個銅平面。

這些平面還為時變和高頻信號提供信號返回路徑，并有助于顯著降低噪聲和信號串擾，從而提高信號完整性。功率平面還提高了PCB電路的電容去耦能力。飛機還通過減少電磁輻射來提高電磁兼容性能。

也可以閱讀我們的文章：PCB電源設計的7個注意事項

受控阻抗是由PCB跡線及其相關(guān)參考平面形成的傳輸線的特征阻抗。當高頻信號在PCB傳輸線上傳播時，它是相關(guān)的。均勻的控制阻抗對于實現(xiàn)良好的信號完整性非常重要，即信號的傳播沒有明顯的失真。

也可以閱讀我們的文章指定控制阻抗要求 .

當基準面不是下一層時，下一層上的另一個銅特征有可能成為基準。

從制造業(yè)的角度來看，我們需要保持統(tǒng)一蝕刻橫穿直線的長度，既有寬度又有梯形的影響。這就是蝕刻公差和均勻性的原因。

D)順序?qū)优帕?/p>

堆棧設計的另一個關(guān)鍵方面是順序?qū)优帕?。根?jù)微帶線的厚度來安排高速信號層是設計者在布線前必須考慮的關(guān)鍵參數(shù)之一。將信號層放置在電源平面下方將允許緊密耦合。

對于精確的層布置，電源和地平面之間保持最小距離。其他關(guān)鍵參數(shù)包括避免相鄰放置兩個信號層，以及建立頂層和底層的對稱堆棧。

在順序?qū)訅褐校M量限制層壓步驟的數(shù)量，因為它變得更加昂貴和耗時。

典型的10層疊層，每個信號層有地面層

另一個10層疊層的例子

一個12層PCB疊層的例子

e-CAD工具的PCB疊層截圖