6种PCB叠层方法+5种PCB叠层设计步骤图文结合带你搞定PCB叠层,暗记是什么意思。

万变不离其宗，作为 NPI 工程师，DFM 可制造性剖析涉及的范围非常广，本日是关于：PCB叠层、PCB叠层方法、PCB叠层设计步骤。

PCB 叠层是指在电路板布局设计之前组成 PCB 的铜层和绝缘层的排列。
PCB 叠层可以帮助你最大限度地减少电路对外部噪声的薄弱性，以及最大限度地减少幅度并减少高速PCB布局中的阻抗和串扰问题。

对付设计比较紧凑的电子产品，一样平常工程师都会建议放置包含多层和三维外不雅观设计的PCB。
下图为一个8 层 PCB叠层的示例图：

8层PCB叠层

对付多层 PCB，紧张利用三种类型的层，层类型为：为旗子暗记层、平面层、稠浊层。
旗子暗记层由多种类型的旗子暗记组成。
这里分别对3个图层进行一个大略的先容。

1、旗子暗记层

下面的图像显示了一个比较完美的旗子暗记层 PCB，它具有多种类型的旗子暗记，不依赖于分外标准。
紧张是低电压、低电流旗子暗记，紧张用于传输中高速数据线。

这种类型的层不包 由多边形浇筑制成的接地层或电源层。
这是由于在非常高速的旗子暗记中，由于杂散电容和杂散电感的累积，具有接地层或电源层会导致阻抗变革。

下图显示了一个旗子暗记层，个中路由了多个旗子暗记以及放置了组件。

PCB旗子暗记层

2、平面层

平面层不同，不包含除接地层或电源层之外的任何旗子暗记。
出于多种缘故原由，紧张是在全体电路中具有良好的接地和电源路径。
全体电路板上都放置了实心铜，只需切割铜平面，就可以创建单独的段以供应不同的平面旗子暗记。

下面是一个很好的例子，个中显示了平面层。

PCB平面层

3、稠浊层

下一种层是利用旗子暗记和铜添补作为平面的稠浊层。
这是二层和六层板中最常用的层类型，有时它也用于四层板。
稠浊层涌如今没有明显高速走线的普通 PCB 板上。

下面给出的图像显示了稠浊层类型的示例。

PCB稠浊层

1、需求不断发展

随着现在的科技越来加倍达，电子产品的哀求也变得越来越高，希望PCB 又小又轻，同时还希望有更好的功能性和可靠性以及更长的寿命，这就导致了多层PCB。

将两个或多个单面和/或双面PCB堆叠在一起，通过它们之间可靠的预定义相互连接天生多层PCB。
一个多层PCB中有三层或三层以上的导电层，表面有两层，绝缘板合成一层。
随着PCB繁芜性和密度的增加，当层排列设计效率低下时，可能会涌现一些问题，例如噪声、杂散电容和串扰。

2、PCB叠层是确定 EMC 性能的最主要成分之一

PCB叠层是确定产品电磁兼容性（EMC）性能的最主要成分之一。
精心设计的叠层可以最大限度地减少辐射，又可以防止电路受到外部噪声源的滋扰。
还可以减少旗子暗记串扰和阻抗不匹配等问题。

但是劣质的叠层可能会导致EMI（电磁滋扰）辐射上升，由于阻抗不匹配导致系统中的反射和振铃会明显降落产品的性能和可靠性。

3、PCB叠层可以保持旗子暗记完全性

PCB 叠层可设计为包含有助于保持旗子暗记完全性的特色。
配电网络中的最大电容去耦是通过将电源层与叠层中的接地层直接相邻放置来实现的。
旗子暗记层或 PCB 层在 PCB 叠层中应始终有一个相邻的接地层。
在每个旗子暗记层阁下包括一个接地平面可增强磁通量肃清并肃清噪声。
最小化导电 PCB 层之间的间距会增加通量抵消。

高速走线是最好的带状线布线，以最大程度地利用相毗邻地层内层的屏蔽和磁通抵消。
通过空气耦合风险较低的不太敏感的迹线最好在印刷电路板的外层布线。
进一步的布线技能将底盘连接的纵横比与每个之间的接地针脚结合起来。
具有大量接地针脚的外层走线之间的接地添补可供应返回路径并减轻回路电流的产生。

PCB叠层

4、避免不连续性和环路的PCB层

利用平面支配图来降落射频能量，该平面支配图可避免不必要的阻抗和不必要的材料，例如铜重量过厚。
设计 PCB 叠层以肃清阻抗累积并将射频能量分流到机箱。
路由旗子暗记以确保返回路径直接位于旗子暗记迹线下方。
避免在 PCB 上存在快速开关旗子暗记时产生产生阻抗的环路。

在放置埋孔时评估 PCB 层，以确保不存在不连续性。
不连续性会在层平面中产生缝隙，并可能迫使返回路径进入发出噪声的环路。
在每个组件的电源轨上放置去耦电容，以将开关旗子暗记分流到地，在进入和离开设计的连接器处的开关旗子暗记上放置旁路电容。

5、 PCB 叠层进行电容去耦和磁通肃清

将电源层和接地层彼此相邻支配，以便在全体 PCB 层中进行清洁的电源分配。
当电源层和接地层在堆栈中彼此相邻时，低阻抗电容去耦会产生清洁的电源分配。
通过在连接到 PCB 层的每个组件电源引线处添加去耦电容器，连续为全体层的配电网络设计完全性。

环绕每个组件电源引线的去耦电容进行设计将为同时切换的大型数字网络供应能量。
通过在时钟期间经历转换的旗子暗记引脚处添加去耦电容，确保全体层的配电完全性。
去耦和旁路电容供应足够的能量来在操作期间保持预期旗子暗记，防止地反弹和射频能量意外注入 PCB 层。

调度高速旗子暗记的临界阻抗

6、PCB叠层 避免不须要的阻抗和环路

将旗子暗记层与接地层相邻分层，以防止产生射频能量的环路。
当返回平面直接位于旗子暗记平面阁下时，不会形成环路。
过孔放置对付避免层堆栈中的插槽至关主要，个中旗子暗记可能须要在插槽周围传播，从而产生环路。
此外，高速旗子暗记会在旗子暗记网络和返收受接管集中产生通量。

该通量相等且相反，旗子暗记和返回。
当高速旗子暗记和返回直接相邻放置时，会发生最大抵消。
必须肃清高速旗子暗记产生的磁通量以保持电磁兼容性 (EMC)。
设计PCB叠层以确保返回层与每个旗子暗记层相邻，从而实现电磁兼容性 (EMC)。
EMC 表明层堆叠的设计是为了适当地减少磁通量的产生。

标准叠层和 HDI 叠层之间存在根本差异。
对付标准叠层，须要把稳的成分包括：层数、层数、电路频率和发射哀求。
与标准叠层干系的其他参数包括：层与屏蔽或非屏蔽区域之间的空间。

对标准叠层很主要的设计规则。
规则包括：保持旗子暗记层之间的空间以及利用大内核来规避 EMC 问题。
另一件值得把稳的事情是标准叠层的好处，即利用外层上的平面保护内层。
缺陷是由于存在元件安装焊盘，特殊是在高密度的 PCB上，接地平面会变小。

HDI 叠层技能正在改变多层 PCB 的制造和设计。
与标准叠层不同，HDI 叠层供应了更多设计选择。
此外，如果您想为繁芜电路板简化设计，HDI 叠层是精确的选择。
决定叠层的成分包括：旗子暗记层的数量以及接地层和电源层的数量。
须要把稳的主要一点是，这些层该当具有对称排列。
HDI 不须要繁芜的架构这一事实对设计师来说是一大上风。

电路板的每一层只能包含有限数量的布线，因此设计中的网络越多，布线所需的层数就越多。
但是，在开始为设计添加图层之前，主要的是要退后一步，看看更大的图景。
你该当考虑的第一个细节是电路板本身的制造。
电路板的层数受（或将影响）其材料、可制造性和建造本钱等的影响。
。

1、材料

利用 FR-4 制造的标准数字/仿照电路板的数量是已知的，但如果你的电路板利用更奇特的高速材料，那么改变层数就会没有那么随意马虎了。

虽然说这些材料在受控阻抗、旗子暗记性能、尺寸稳定性、热管理等方面更好，但它们可能难以利用，并且构建电路板的本钱更高。
在添加额外的层对之前。

将电路板层分开是一种 PCB 堆叠技

2、可制造性

电路板中的层数越高，制造过程就越繁芜。
这不仅会影响制造原始电路板所需的韶光和金钱，而且可能会改变制造商承诺的产量。

3、本钱

添加到电路板上的每一层都会增加其本钱。
一样平常来说，从两层到四层，或从四层到六层，制造用度最多可以增加 40%。
之后，它会轻微降落到 35% 或 30%，但还是会影响你的预算底线。
虽然在原型阶段看起来，彷佛并没有多少钱，但是不要忘却，这个价格会在后面打样生产阶段都会存在。

另一方面，在某些情形下，添加图层可以为你省钱。
根据设计中布线的繁芜性，终极可能会为你节省资金来添加额外的层并节省你的开拓预算韶光。
额外的层还可以让你变动孔的数量和尺寸、走线宽度和间距以及电路板尺寸和厚度——所有这些都可能节省制造韶光和用度。

利用额外的层也可能终极成为在设计中添加更多组件的唯一方法。

电路板上的组件，其下方显示有多层布线

4、旗子暗记路由

对付具有大量网络的设计，多层电路板常日是完成走线布线的唯一选择。
此外，额外的层将有助于以下方面：

5、电源层和接地层

电路板上的许多组件须要多个电压电平才能知足其功率哀求。
试图在两层电路板上保持良好的电源完全性，所有这些电源都必须通过单独的走线运行，可能具有寻衅性。
将电路板中的额外层用于额外的电源层有助于办理这个问题。
纵然板上有多个电压电平，也可以拆分电源层以管理组件的不同电源哀求。

电路板中附加层的紧张好处之一是能够配置多个接地层。
除了帮助改进电路板的供电网络外，接地层还用作旗子暗记返回路径的参考层。
对付两层设计，这些返回路径常日仅限于接地走线，可能会导致电路板涌现许多旗子暗记完全性问题。
然而，利用多层板中的专用参考平面，高速布线可以在与其参考平面直接相邻的层上，以得到干净的旗子暗记返回。

6、旗子暗记完全性

高速设计常日须要微带或带状线层配置来路由敏感传输线。
虽然微带线配置在外部层上布线，但带状线配置须要内部布线层和接地层，这只能通过多层设计实现。
你可以不才图中看到这些 PCB 层配置的一些示例。

曾几何时，增加多层电路板的层数只是为了在电路板上为额外的网络布线创造空间。
然而，现在必须设计一个良好的多层堆叠配置，以保护电路板免受外部噪声源的影响，并防止电路板传播它们。
接下来，我们将理解一些可用于多层设计的 PCB 堆叠技能。

微带和带状线布线层配置示例

对付 4 层板，基本上有两种方法可以创建叠层。

1、可以利用两个芯，单独钻孔和电镀并与预浸料粘合在一起，然后进行终极钻孔/板通。

4层PCB叠层方法

大多数 PCB 设计软件，包括 Proteus 设计套件，都将这种类型的叠层称为外部层对，由于内核是从外向内构建的。

2、可以利用一个钻孔和电镀的芯。
然后在电路板的任一侧放置一层预浸料/箔，固化、蚀刻、钻孔、电镀。

4层PCB叠层

不出所料，这常日被称为内部层对，由于核心是从内向外构建的。

当构建多层 PCB 时，每个钻孔跨度都须要单独的 CNC 钻孔机通过。
这意味着，在设置了层堆栈后，就有一组已知的合法的钻孔跨度是可能的。
例如，在前面谈论的 4 层板中，如果你利用两个芯（外层对），你可能有三个钻孔跨度，或者在你利用一个芯（内层对）的情形下，你可能有两个钻孔跨度。

1、须要多少层？

在决定层堆叠之前，第一个问题是设计须要多少层。
一个标准的履历法则是利用印刷板上每单位面积的引脚数。

你须要考虑以下几点：

空想情形下，最佳设计不应稠浊核心层中的旗子暗记类型。
要得到准确的层数，你可以首先利用以下公式打算引脚密度：

引脚密度=板面积/（引脚总数/14）

得到引脚密度后，利用此查找表查找旗子暗记层数。

PCB叠层层数打算参考表

PCB 密度取决于元件的固定位置、旗子暗记完全性等。
现在，在确定该当有多少层之后，是时候选择要在哪些层上路由什么类型的旗子暗记的层了。
在做出一些决定之前，很少有事情须要评估。

在顶层和底层布线高电流层很主要，由于内层不通过空气散热。
因此，如果内层用于大电流操作，则会导致 PCB 温度升高。

高频旗子暗记会发出高 EMI，因此在高下层上堆叠接地层的内部层有助于降落辐射 EMI。

2、确定层排列

其次，确定层数及其排列办法。
利用这些规则：

3、确定层材料类型

接下来，确定每个旗子暗记层加上芯和预浸料的厚度。
只管有标准的 PCB 材料类型厚度，但你该当考虑每种材料的热、电和机器特性。

4、确定布线和过孔

末了，通过以下决定来确定路由跟踪：

PCB过孔

5、介电和铜密度和层管理

在进行PCB 设计之前，电介质和铜密度是设计决策时应考虑的其他主要标准。
这是由于改变铜密度和电介质会改变电路板尺寸，并且可能会改变全体电路板的阻抗参数。
铜密度和 PCB 尺寸也取决于电路板的整体本钱。
增加电路板厚度也可能增加电路板本钱。

一样平常35um和70um的铜厚广泛用于PCB层堆叠管理。
增加铜可能会增加走线的载流能力并减少散热。
一个紧张的事情是选择图层均匀平衡的图条理序。
以下是从 4 层到 8 层 PCB 板的不同层配置中最常用的层。

4层PCB叠层：

为了得到最佳性能，层分配须要完备如下所述。
顶层和底层可以用作旗子暗记层，而内部的两个层可以用作电源和地，这样我们就可以调试PCB中的缺点。

层分配 - 旗子暗记（最须要测试的）/GND 平面/不同的电源旗子暗记/旗子暗记

4层PCB叠层

6层PCB叠层：

对付 6 层 PCB，过程有点繁芜，但整体观点保持不变。
对付 POC 阶段的任何修正，旗子暗记平面始终位于顶部。
接地层和电源层位于其下方以及稠浊旗子暗记层。
电源层和接地层垂直布线，旗子暗记层水平布线，我们降落了高速 PCB 设计的 EMI 和噪声。

在开始设计 PCB 之前，记住制作平面。
因此，如果你选择第二层作为地平面，请始终选择第 5 层作为地平面。
这个非常主要。
此外，在 6 层设计中，旗子暗记在一层中垂直布线，而在另一层中水平布线。
在这种情形下，走线产生的磁场将相互抵消，减少串扰。

层分配 - 旗子暗记/实心 GND 平面/高速旗子暗记/高速旗子暗记/实心 GND 平面/旗子暗记

6层PCB叠层

8层PCB叠层

8层PCB的观点也是一样的，作为8层PCB，它用于非常高速的设计，比如电脑主板、FPGA等，为了隔离EMI和噪声，我们把地平面放在顶部下方和底部旗子暗记平面在其下方，有稠浊旗子暗记平面和其他接地和电源平面。
全体构造如下所示。

层分配 - 旗子暗记/实心 GND 平面/高速旗子暗记/GND 或电源/GND 或电源/高速旗子暗记/实心 GND 平面/旗子暗记。

8层PCB叠层

就像任何其他设计或产品制造一样，设计师该当遵照一些规则才能生产出质量最好的产品。
因此，设计职员必须确保他们识别并遵照经由验证的 PCB 叠层设计最佳实践。
对付 PCB 叠层设计，为了得到最佳结果，该当考虑一些规则。

以上便是关于 PCB焊接的大略先容，希望能够对大家有用，欢迎大家多多指教。