多层PCB层叠结构设计与原则

前言大家好，我是张巧龙。好久没写原创了，记得之前刚接触PCB时，还在用腐蚀单层板，类似这种。

慢慢随着电子产品功能越来越多，产品越来越薄，对PCB设计要求越来越高了，复杂程度也随之增加。因此，许多设计者选择多层PCB来应对。

既然牵扯到多层板设计，到底用几层板呢？2、4、6、8？还是越多越好？

其实不然，一般来说，到底几层板是由电路本身的特点来决定的，如干扰、布线密度、尺寸、特殊信号线多不多等。当然，层数越多越有利于布线，但制造成本和难度也会上升。所以说对于PCB层数的选择需要具体情况具体分析。

那么问题来了，画出来了多层板，生产制造又能否满足我们对多层板品质和性价比的要求呢？

要谈品质，我们就要了解电路板采用什么工艺生产，这可以直接决定PCB过孔的品质是否存在大的隐患。

正片设计默认是无铜的，走线和铺铜的地方意味着这里的铜保留，没有走线和铺铜的地方铜被清除。见下图。采用正片工艺：成本高、流程长、无分散性“坏孔”隐患。

和正片设计相反，负片设计默认是有铜的，走线和铺铜的地方意味着这里的铜被清除，没有走线和铺铜的地方铜被保留。见下图。其成本相对正片来说极低，且流程短，但存在极大的“坏孔”隐患。

（图源自网络）

像嘉立创就采用的是正片工艺，而且对于要求严苛的板子及过孔太小的板子，全部进行四线低阻测试，以保证PCB的品质。也只有四线低阻测试才能检测出那些似断非断，用万用表、用二线飞针测试、用通用测试架都测不出来的坏孔。

更难能可贵的是，嘉立创6-20层板还提供免费的盘中孔工艺和沉金工艺。过孔能打在任意焊盘，既提升了设计效率，又不影响SMT焊接，简洁、平整的焊盘表面，实在优雅！高品质和高性价比一举两得。

（嘉立创6层板盘中孔实拍图）

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PCB的结构

前面说了，到底选用几层板，需要综合考虑。除了电路本身的特点外，还需要了解到PCB本身，也就是PCB的层叠结构。好的结构能够极大地减少PCB对电路的干扰。

我们一直在说单层、双层、四层等等。

那么具体的结构是如何的呢？

2.1 单层板

导线出现在单面的PCB，称为单面板即单层板。如下图所示：

2.2 双层板

双层板我们用的比较多，两面都可以布线（电源线、信号线）

2.3 四层板

四层板就是中间一个双层板，再加上下两层绝缘层和外层铜箔压合。

2.4 六层板

六层板就是中间两个双面板，再加绝缘层和外层铜箔压合。

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多层PCB层叠结构设计与原则

多层PCB的使用，会带来许多问题，如PCB的电磁兼容性(Electromagnetic Compatible，EMC)、信号完整性(Signal Integrity，SI) 、电源完整性 (Power Integrity，PI)布局布线以及层叠结构设计等。

其中多层PCB层叠结构设计对PCB的电磁兼容性布局布线有直接影响，同时对信号完整性、电源完整性也有着重要的影响，即多层PCB层叠结构设计是多层PCB设计至关重要的一步。

那么什么是多层PCB层叠结构设计呢？其中又有哪些规则可寻呢？

3.1 PCB层叠结构设计

多层PCB层叠结构设计是指多层PCB确定层数以及在层数确定之后层的排列顺序，即电源层(POWER)、地层(GND)、信号层(SIGNAL)的排列顺序。

在确定层数时，根据PCB的电源、地的种类数目、分布情况、载流能力、单板的性能指标等来确定PCB电源、地的层数;

根据 PCB元器件的布局密度以及走线通道、关键信号的频率和速率、特殊布局布线需求的信号种类和数量等因素确定信号层数。

电源、地的层数与信号层数之和共同构成 PCB 的总层数。

当多层PCB 层数确定之后，就得考虑合理的排列各层的放置顺序，在这一步骤中，主要考虑两个因素:

1、PCB的特殊信号层。

2、PCB的电源层与地层的分布。

3.2 多层PCB层叠原则

由于多层PCB层叠结构有多种组合方式，且不同的PCB层叠结构对PCB的工作性能有着直接影响，即它影响 PCB 的阻抗、传输损耗、电磁兼容、谐振点以及辐射。

因此，需要通过多层PCB层叠结构的基本原则进行筛选，然后对筛选出的层叠结构进行仿真，最后选择出某特定情况下的最佳层叠结构。

多层PCB层叠结构设计基本原则如下：

（1）PCB有多个地层可以有效地降低接地阻抗。

（2）信号层尽可能与内电层(电源层或地层)相邻，这样内电层的铜膜就可以给信号提供屏蔽。

（3）内部电源层与地层支架应该紧密耦合，即内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值，以提高电源层和地层之间的容值，来增大电源与地之间的耦合。

（4）尽量不要使两个信号层相邻。因为相邻的两个信号层极容易形成串扰，有可能导致整个系统性能降低。在两个信号层之间加入地层能有效地抑制串扰。

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多层PCB阻抗设计辅助工具

在多层PCB设计中，除了上述的层叠结构，还有层压结构也比较重要，因为无论是层叠结构还是层压结构亦或是其他的影响因素，都能影响PCB的阻抗。

你说阻抗设计重要吗？不会怎么办？看这里！

编辑：黄飞