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)品功能越來越多，產(chǎn)品越來越薄，對PCB設(shè)計(jì)要求越來越高了，復(fù)雜程度也隨之增加。因此，許多設(shè)計(jì)者選擇多層PCB來應(yīng)對。

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，一般來說，到底幾層板是由電路本身的特點(diǎn)來決定的，如干擾、布線密度、尺寸、特殊信號線多不多等。當(dāng)然，層數(shù)越多越有利于布線，但制造成本和難度也會上升。所以說對于PCB層數(shù)的選擇需要具體情況具體分析。

那么問題來了，畫出來了多層板，生產(chǎn)制造又能否滿足我們對多層板品質(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過孔的品質(zhì)是否存在大的隱患。

正片設(shè)計(jì)默認(rèn)是無銅的，走線和鋪銅的地方意味著這里的銅保留，沒有走線和鋪銅的地方銅被清除。見下圖。采用正片工藝：成本高、流程長、無分散性“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，沒有走線和鋪銅的地方銅被保留。見下圖。其成本相對正片來說極低，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，而且對于要求嚴(yán)苛的板子及過孔太小的板子，全部進(jìn)行四線低阻測試，以保證PCB的品質(zhì)。也只有四線低阻測試才能檢測出那些似斷非斷，用萬用表、用二線飛針測試、用通用測試架都測不出來的壞孔。

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對電路的干擾。

我們一直在說單層、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。

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03?

多層PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原則

多層PCB的使用，會帶來許多問題，如PCB的電磁兼容性(Electromagnetic Compatible，EMC)、信號完整性(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PCB的電磁兼容性布局布線有直接影響，同時(shí)對信號完整性、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)鍵信號的頻率和速率、特殊布局布線需求的信號種類和數(shù)量等因素確定信號層數(shù)。

電源、地的層數(shù)與信號層數(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，需要通過多層PCB層疊結(jié)構(gòu)的基本原則進(jìn)行篩選，然后對篩選出的層疊結(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，來增大電源與地之間的耦合。

（4）盡量不要使兩個(gè)信號層相鄰。因?yàn)橄噜彽膬蓚€(gè)信號層極容易形成串?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。

你說阻抗設(shè)計(jì)重要嗎？不會怎么辦？看這里！

編輯：黃飛

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