关于多层板,你了解多少?

01 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。

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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。

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(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。

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(嘉立创6层板盘中孔实拍图)

02 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:

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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)

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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。

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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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。。。

03 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。

。。。

04 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。

那么,多层板的阻抗设计又该如何做呢?或者是有一些辅助工具吗?

前两天我发了一篇关于阻抗设计中的文章,有兴趣的同学可以点击查看。

你说阻抗设计重要吗?不会怎么办?看这里!

嘉立创官网上提供了250多种阻抗结构供我们挑选,后续还会不断增加。(链接:https://tools.jlc.com/jlcTools/#/impedanceDefaultTemplate)

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也可以直接点击阅读原文跳转

如果层压结构没有我们想要的,可以选择自定义。

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嘉立创不仅6层板打样免费,还提供了阻抗设计工具。你说良不良心?

05 总结

本文简要介绍了不同层数的PCB结构以及多层PCB层叠结构设计与原则,并未对层叠结构会影响 PCB 的布局布线、信号完整性、电源完整性、电磁兼容性进行分析。

欢迎大家自行了解。

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