一般情況下，當設(shè)計普通單、雙面板時，無需考慮PCB的疊層問題，通常直接選擇銅厚和板厚符合設(shè)計要求的覆銅板直接加工。但設(shè)計4層以上的PCB時，疊層設(shè)計直接影響PCB的性能和價格。
16層板的疊層設(shè)計
多層PCB由覆銅芯板（Core）、半固化片（prepreg，簡稱PP）與銅箔，一起按照疊層設(shè)計組合，經(jīng)過壓合制成。
在PCB開始設(shè)計之前，Layout工程師會根據(jù)電路板的尺寸、電路的規(guī)模和電磁兼容（EMC）的要求確定PCB的層數(shù)，然后確定元器件的布局，最后確認信號層、電源層和地層的劃分。
PCB疊層需要從層數(shù)、信號類型、板厚、材料選擇、銅厚、阻抗控制、EMI/EMC屏蔽、熱管理、成本和可測試性等多方面考慮。
對于關(guān)鍵信號線，需要構(gòu)建GND/Signal/GND的疊層組合，相鄰信號層的帶狀線，交叉垂直布線，以最小化串擾耦合。從信號完整性的角度來講，關(guān)鍵高速信號使用帶狀線（Stripline）布線，非關(guān)鍵高速信號可以選擇使用微帶線（Microstrip）布線。
如非必要，不建議使用寬邊耦合帶狀線（Broadside-Coupled Stripline ），PCB加工過程中的曝光和蝕刻的偏移都會造成重疊錯位，加工過程困難而且難以保證阻抗的一致性。
微帶線和帶狀線布線的類型
FR-4能夠滿足大多數(shù)PCB的需求，價格便宜而且電氣性能良好，高速PCB會選用高速板材，比如松下的Megtron4/6等，射頻PCB會選用 碳氫、Teflon或者陶瓷基板。如汽車燈板等對散熱要求高的設(shè)計場景，會選用鋁基或者銅基板材，在Mini LED等顯示場景會使用玻璃基板材。
板材的關(guān)鍵性能指標如下：
高速PCB需要選擇具有最低損耗角正切和較小介電常數(shù)的介電材料，高速PCB的設(shè)計需要特別注意材料明細，包括玻璃纖維(Fiberglass)，電介質(zhì)矩陣(Dielectric Matrix)和銅(Copper)。在較高數(shù)據(jù)速率下的信號具有較高的頻率單元，波長更短，阻抗不連續(xù)會產(chǎn)生更多反射。需要考慮玻纖效應(yīng)和銅箔表面粗糙度的影響。
不同型號板材對信號的衰減
在上圖中，Typical FR4在28Gbps時每英寸有近2dB平均損耗(Nyquist為14GHz)，Megtron6在相同頻率只有0.85dB。
不同的玻纖對應(yīng)的編織粗細不一樣，開窗和交織的厚度也不一樣，如果信號分別布在開窗上和玻纖上所表現(xiàn)的特性(阻抗、時延、損耗)也不一樣（開窗和玻纖Dk/Df特性不一樣導(dǎo)致的），這就是玻纖效應(yīng)。
芯板（Core）的制造過程
玻纖布的類型
緩解玻纖效應(yīng)的方法：
擇最小化樹脂窗口的玻纖類型材料；
使用Zig-Zag等10°走線方法；
在制板的時候讓板廠旋轉(zhuǎn)一定的角度；
使用扁平開纖玻布或者平織布。
銅箔粗糙度(銅牙)使線路的寬度、線間距不均勻，從而導(dǎo)致阻抗不可控，同時由于趨膚效應(yīng)，電流集中在導(dǎo)體的表層，銅箔的表面粗糙度影響信號傳輸?shù)拈L度。
不同等級銅箔的表面粗糙度
如下圖所示，在5GHz以下銅箔粗糙度的影響不是太明顯，大于5GHz銅箔粗糙度的影響開始越來越大，在大于10Ghz的高速信號的設(shè)計時尤其需要重視。
銅箔粗糙度對高速信號的衰減
PCB銅箔的厚度以盎司（oz）為單位。常見的銅厚有三個尺寸，0.5oz（內(nèi)層）、1oz（表層）和2oz，主要用在消費和通訊類產(chǎn)品上。3oz以上屬于厚銅，常用于高壓、大電流的電力電子產(chǎn)品。
電源板的疊層設(shè)計
疊層設(shè)計時必須平衡銅箔的厚度，使電源/地平面層銅的厚度滿足載流要求。對于信號層銅的厚度來講，線寬/線距較小，需要銅盡可能薄才能滿足精確的蝕刻的要求。高速信號線由于趨膚效應(yīng)的影響，電流只在銅箔表面附近流動，更厚的銅箔并不會帶來更好的性能。所以內(nèi)層信號層的銅厚通常為Hoz，即0.5盎司。
PCB上很多接口信號線都有阻抗要求，常見的單端50Ω、差分100Ω等。阻抗控制，需要有參考平面，一般需要四層以上。
阻抗不匹配會導(dǎo)致信號失真、反射和輻射等信號完整性問題，影響PCB的性能。走線的銅厚、介電常數(shù)、線寬、線距都會影響阻抗。我們可以根據(jù)各種EDA工具去計算阻抗，然后按照設(shè)計的疊層結(jié)構(gòu)，去調(diào)整走線的參數(shù)。目前常規(guī)的板廠都可以把阻抗控制在10%。
使用Polar來計算疊層阻抗
PCB中孔的類型
通孔（PTH）貫穿整個PCB可以連接所有層。盲孔（Blind Via）可以將外層連接至一個或多個內(nèi)層，但不穿過PCB。埋孔（Buried Via）只連接PCB的內(nèi)層。
高密度（HDI）PCB經(jīng)常會使用盲孔和埋孔來優(yōu)化布線空間，盲孔和埋孔也造成了PCB需要多次壓合增加了工序，PCB的制造難度上升，因此也更加昂貴。
在疊層設(shè)計時，需要根據(jù)設(shè)計需要來設(shè)計整板的孔結(jié)構(gòu)，在滿足設(shè)計的前提下，盡量簡化孔的結(jié)構(gòu)。
PCB疊層EMC設(shè)計時遵循以下原則：
板內(nèi)電源平面和地平面盡量相互鄰近，一般地平面在電源平面之上，這樣的設(shè)計可以有效利用層間電容作為電源的平滑電容，同時接地平面對電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。
電源和地層分配在內(nèi)層，地平面可視為屏蔽層，可以很好地抑制電路板上固有的共模RF干擾，減小高頻電源的分布阻抗。
布線層應(yīng)盡量安排與電源或地平面相鄰以產(chǎn)生通量對消作用。
PCB板上的輻射
PCB疊層設(shè)計需要考慮熱管理，保證元器件散發(fā)的熱量有效傳導(dǎo)出去，防止熱損壞提高電路可靠性。在設(shè)計流程中，我們會先根據(jù)元器件功耗進行熱仿真，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化元器件布局和設(shè)計相應(yīng)的散熱方案。
在疊層設(shè)計階段，也可以針對性做散熱設(shè)計：
優(yōu)先選擇導(dǎo)熱系數(shù)高的板材，按需選擇金屬基板；
大功率器件下方設(shè)計散熱焊盤，使用散熱孔；
埋銅塊，嵌銅柱，提高熱傳導(dǎo)效率；
增加地平面，空白區(qū)域鋪地，增大散熱面積。
板級熱仿真
常規(guī)的PCB成品厚度為0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、3.2mm、6.4mm等等。一般面積小的板厚相對較薄，經(jīng)常插拔、安裝應(yīng)力較大、面積大的板子，從結(jié)構(gòu)可靠性角度需要做厚一些。
PCB疊層設(shè)計一般遵循以下步驟：
1.確定層疊的總厚度，即板厚；
2.確定PCB層數(shù)，并分配信號層、地平面層和電源層；
3.確定內(nèi)層和外層的銅厚；
4.確定阻抗線的分布；
5.確定過孔結(jié)構(gòu)；
6.確定每層的殘銅率，最好要對稱；
7.選擇滿足設(shè)計要求的板材、PP和銅箔材料。
以12層板為例，設(shè)計好的疊層結(jié)構(gòu)如下：
聲明：文章內(nèi)容整理自網(wǎng)絡(luò)公開素材， 版權(quán)歸原作者平臺所有，僅用于信息分享，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除。
官方微信