6層PCB疊層設(shè)計(jì)指南

博客作者：Zachariah Peterson

4層PCB上的空間用完后，就該升級(jí)到6層電路板了。額外的層可以為更多的信號(hào)、額外的平面對(duì)或?qū)w的混合提供空間。如何使用這些額外的層并不重要，重要的是如何在PCB疊層中排列它們，以及如何在6層PCB上布線。如果您以前從未使用過6層電路板，或者遇到過難以解決的此類疊層EMI問題，請(qǐng)繼續(xù)閱讀以了解一些6層PCB設(shè)計(jì)指南和最佳實(shí)踐。

為什么使用6層？

在開始制作電路板之前，我認(rèn)為有必要考慮人們可能想要使用6層PCB的原因。除了簡單地為信號(hào)添加更多路徑之外，還有幾個(gè)原因。6層疊層的最基本版本將采用與4層電路板中的SIG/PWR/GND/SIG疊層相同的方法，只是將信號(hào)放在疊層中心的另外兩個(gè)上。實(shí)際上，從EMC的角度來看，SIG/PWR/SIG/SIG/GND/SIG是最差的6層PCB疊層，它可能只適用于在DC運(yùn)行的電路板。

我選擇6層電路板而不是4層電路板的一些原因包括：

您使用的是4層SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR疊層，您需要在表層為元件留出更多空間。將PWR和SIG置于內(nèi)部層可通過PWR/GND平面對(duì)實(shí)現(xiàn)更多去耦。

對(duì)于混合信號(hào)電路板，您可以將整個(gè)表面層專用于模擬接口，并且會(huì)有一個(gè)額外的內(nèi)部層用于較慢的數(shù)字布線。

您正在使用具有高I/O數(shù)量的高速電路板，并且您想要一種將信號(hào)分離到電路板不同層的好方法。您可以在#1中實(shí)施相同的策略。

所有這些配置中都只添加一個(gè)額外的信號(hào)層。另一層專用于GND平面、電源軌或全電源平面。您的疊層將是電路板中EMC和信號(hào)完整性以及布局和布線策略的主要決定因素。

閱讀本文，了解有關(guān)6層PCB疊層及其EMC特性的更多提示

如何布線信號(hào)

在開始布線之前，讓我們看一下您將在6層PCB中使用的典型PCB疊層：

6層PCB示例

在此疊層中，頂層和底層位于薄電介質(zhì)上，因此這些層應(yīng)用于阻抗控制信號(hào)。10密耳可能是您應(yīng)該使用的最厚的電介質(zhì)，因?yàn)檫@將需要使用15-20密耳寬度的微帶布線，具體取決于介電常數(shù)。如果您正在布線附帶差分對(duì)的數(shù)字接口，間距也將允許減少走線寬度，這將允許您布線到更細(xì)間距的元件中。舉個(gè)示例，我們?yōu)樵S多支持多個(gè)多千兆位以太網(wǎng)通道的小型網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品使用了上述疊層的一個(gè)版本。

如果您需要在外層使用更小的走線寬度，只需減小外部電介質(zhì)厚度（可能低至4-5密耳），然后在L3-L4電介質(zhì)上增加一些厚度，以便達(dá)到您的電路板厚度目標(biāo)。接下來要考慮的一點(diǎn)是如何布線電源。

如何布線電源

在上述6層PCB疊層的示例中，有一整層專門用于PWR。在6層PCB中，這通常是一個(gè)很好的做法，因?yàn)樗梢詾樵尫疟砻鎱^(qū)域，并且更容易通過過孔為這些元件供電。

只是作為一個(gè)示例，看看下面所示的BGA。這種特殊的BGA是典型的高速接口控制器，需要在多電壓下提供大量電流，因此許多球?qū)⑦B接到電源和接地。諸如FPGA，您可能會(huì)在其整個(gè)封裝中發(fā)現(xiàn)多個(gè)用于電源和接地的引腳。將單層專用于電源，便可將平面分解成軌道，以便在必要時(shí)在高電流下使用多電壓。這樣就無需在不同的電壓下重疊這些電源軌，從而防止出現(xiàn)額外的EMI問題。

在此FPGA BGA封裝中，您可以看到中央?yún)^(qū)域的多個(gè)引腳專用于GND和多個(gè)VCC軌。GND引腳可以直接連接到第2層的平面，VCC引腳可以連接到第3層的不同電源軌。

請(qǐng)注意，僅僅因?yàn)槟鷮㈦娫捶旁趦?nèi)部層上，并不意味著您無法將電源放在其他位置。您仍然可以在其他信號(hào)層上把電源布線為使用敷銅的電源軌或粗的走線。

如果您需要在6層電路板中進(jìn)行高電流操作，可能在多個(gè)電壓下，我建議使用額外的電源層而不是額外的信號(hào)層。換句話說，您將在疊層內(nèi)的內(nèi)部層上有兩個(gè)與接地交錯(cuò)的電源層。您甚至可以更進(jìn)一步，在背面層放置一個(gè)電源平面，以獲得更多的電流處理能力。這將為您提供足夠的空間以大面積布線電源，可能使用較重的銅，從而確保低直流電阻和低功率損耗。

除了這幾點(diǎn)，其他用于4層或8層電路板確保EMC的重要布線策略也適用于6層電路板。如果您使用與上述示例6層疊層類似的元素，您將更容易布線并確保信號(hào)和電源完整性。4層或8層電路板中的相同DFM考慮因素也適用于6層板；在開始創(chuàng)建布局、調(diào)整走線尺寸和布線之前，讓制造廠批準(zhǔn)您的疊層。

在創(chuàng)建疊層和開始布線之前，請(qǐng)確保遵循這些6層PCB設(shè)計(jì)指南。當(dāng)您準(zhǔn)備構(gòu)建6層電路板時(shí)，請(qǐng)使用Altium Designer中最好的PCB設(shè)計(jì)工具集。您將擁有一套完整的工具，用于布局、布線和準(zhǔn)備電路板以投入生產(chǎn)。創(chuàng)建PCB封裝并準(zhǔn)備好與協(xié)作者共享后，您的團(tuán)隊(duì)就可以通過Altium 365平臺(tái)協(xié)同工作。您可以在一個(gè)軟件包中找到設(shè)計(jì)和生產(chǎn)高級(jí)電子產(chǎn)品所需的一切。

　　審核編輯：湯梓紅

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