多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原則

前言大家好，我是張巧龍。好久沒(méi)寫原創(chuàng)了，記得之前剛接觸PCB時(shí)，還在用腐蝕單層板，類似這種。

慢慢隨著電子產(chǎn)品功能越來(lái)越多，產(chǎn)品越來(lái)越薄，對(duì)PCB設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高了，復(fù)雜程度也隨之增加。因此，許多設(shè)計(jì)者選擇多層PCB來(lái)應(yīng)對(duì)。

既然牽扯到多層板設(shè)計(jì)，到底用幾層板呢？2、4、6、8？還是越多越好？

其實(shí)不然，一般來(lái)說(shuō)，到底幾層板是由電路本身的特點(diǎn)來(lái)決定的，如干擾、布線密度、尺寸、特殊信號(hào)線多不多等。當(dāng)然，層數(shù)越多越有利于布線，但制造成本和難度也會(huì)上升。所以說(shuō)對(duì)于PCB層數(shù)的選擇需要具體情況具體分析。

那么問(wèn)題來(lái)了，畫出來(lái)了多層板，生產(chǎn)制造又能否滿足我們對(duì)多層板品質(zhì)和性價(jià)比的要求呢？

要談品質(zhì)，我們就要了解電路板采用什么工藝生產(chǎn)，這可以直接決定PCB過(guò)孔的品質(zhì)是否存在大的隱患。

正片設(shè)計(jì)默認(rèn)是無(wú)銅的，走線和鋪銅的地方意味著這里的銅保留，沒(méi)有走線和鋪銅的地方銅被清除。見(jiàn)下圖。采用正片工藝：成本高、流程長(zhǎng)、無(wú)分散性“壞孔”隱患。

和正片設(shè)計(jì)相反，負(fù)片設(shè)計(jì)默認(rèn)是有銅的，走線和鋪銅的地方意味著這里的銅被清除，沒(méi)有走線和鋪銅的地方銅被保留。見(jiàn)下圖。其成本相對(duì)正片來(lái)說(shuō)極低，且流程短，但存在極大的“壞孔”隱患。

（圖源自網(wǎng)絡(luò)）

像嘉立創(chuàng)就采用的是正片工藝，而且對(duì)于要求嚴(yán)苛的板子及過(guò)孔太小的板子，全部進(jìn)行四線低阻測(cè)試，以保證PCB的品質(zhì)。也只有四線低阻測(cè)試才能檢測(cè)出那些似斷非斷，用萬(wàn)用表、用二線飛針測(cè)試、用通用測(cè)試架都測(cè)不出來(lái)的壞孔。

更難能可貴的是，嘉立創(chuàng)6-20層板還提供免費(fèi)的盤中孔工藝和沉金工藝。過(guò)孔能打在任意焊盤，既提升了設(shè)計(jì)效率，又不影響SMT焊接，簡(jiǎn)潔、平整的焊盤表面，實(shí)在優(yōu)雅！高品質(zhì)和高性價(jià)比一舉兩得。

（嘉立創(chuàng)6層板盤中孔實(shí)拍圖）

02?

PCB的結(jié)構(gòu)

前面說(shuō)了，到底選用幾層板，需要綜合考慮。除了電路本身的特點(diǎn)外，還需要了解到PCB本身，也就是PCB的層疊結(jié)構(gòu)。好的結(jié)構(gòu)能夠極大地減少PCB對(duì)電路的干擾。

我們一直在說(shuō)單層、雙層、四層等等。

那么具體的結(jié)構(gòu)是如何的呢？

2.1 單層板

導(dǎo)線出現(xiàn)在單面的PCB，稱為單面板即單層板。如下圖所示：

2.2 雙層板

雙層板我們用的比較多，兩面都可以布線（電源線、信號(hào)線）

2.3 四層板

四層板就是中間一個(gè)雙層板，再加上下兩層絕緣層和外層銅箔壓合。

2.4 六層板

六層板就是中間兩個(gè)雙面板，再加絕緣層和外層銅箔壓合。

。。。

03?

多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原則

多層PCB的使用，會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題，如PCB的電磁兼容性(Electromagnetic Compatible，EMC)、信號(hào)完整性(Signal Integrity，SI) 、電源完整性 (Power Integrity，PI)布局布線以及層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

其中多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)PCB的電磁兼容性布局布線有直接影響，同時(shí)對(duì)信號(hào)完整性、電源完整性也有著重要的影響，即多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是多層PCB設(shè)計(jì)至關(guān)重要的一步。

那么什么是多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呢？其中又有哪些規(guī)則可尋呢？

3.1 PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指多層PCB確定層數(shù)以及在層數(shù)確定之后層的排列順序，即電源層(POWER)、地層(GND)、信號(hào)層(SIGNAL)的排列順序。

在確定層數(shù)時(shí)，根據(jù)PCB的電源、地的種類數(shù)目、分布情況、載流能力、單板的性能指標(biāo)等來(lái)確定PCB電源、地的層數(shù);

根據(jù) PCB元器件的布局密度以及走線通道、關(guān)鍵信號(hào)的頻率和速率、特殊布局布線需求的信號(hào)種類和數(shù)量等因素確定信號(hào)層數(shù)。

電源、地的層數(shù)與信號(hào)層數(shù)之和共同構(gòu)成 PCB 的總層數(shù)。

當(dāng)多層PCB 層數(shù)確定之后，就得考慮合理的排列各層的放置順序，在這一步驟中，主要考慮兩個(gè)因素:

1、PCB的特殊信號(hào)層。

2、PCB的電源層與地層的分布。

3.2 多層PCB層疊原則

由于多層PCB層疊結(jié)構(gòu)有多種組合方式，且不同的PCB層疊結(jié)構(gòu)對(duì)PCB的工作性能有著直接影響，即它影響 PCB 的阻抗、傳輸損耗、電磁兼容、諧振點(diǎn)以及輻射。

因此，需要通過(guò)多層PCB層疊結(jié)構(gòu)的基本原則進(jìn)行篩選，然后對(duì)篩選出的層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，最后選擇出某特定情況下的最佳層疊結(jié)構(gòu)。

多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則如下：

（1）PCB有多個(gè)地層可以有效地降低接地阻抗。

（2）信號(hào)層盡可能與內(nèi)電層(電源層或地層)相鄰，這樣內(nèi)電層的銅膜就可以給信號(hào)提供屏蔽。

（3）內(nèi)部電源層與地層支架應(yīng)該緊密耦合，即內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度應(yīng)該取較小的值，以提高電源層和地層之間的容值，來(lái)增大電源與地之間的耦合。

（4）盡量不要使兩個(gè)信號(hào)層相鄰。因?yàn)橄噜彽膬蓚€(gè)信號(hào)層極容易形成串?dāng)_，有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能降低。在兩個(gè)信號(hào)層之間加入地層能有效地抑制串?dāng)_。

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04?

多層PCB阻抗設(shè)計(jì)輔助工具

在多層PCB設(shè)計(jì)中，除了上述的層疊結(jié)構(gòu)，還有層壓結(jié)構(gòu)也比較重要，因?yàn)闊o(wú)論是層疊結(jié)構(gòu)還是層壓結(jié)構(gòu)亦或是其他的影響因素，都能影響PCB的阻抗。

你說(shuō)阻抗設(shè)計(jì)重要嗎？不會(huì)怎么辦？看這里！

編輯：黃飛

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