PCB板如何贏在層疊設計呢？

我們先來看看這幾個問題：

1，你有沒有過通過選擇不同的板材滿足不同產品的性能要求？

2，你有沒有通過調整層疊pp和core的厚度來實現電源地平面的緊耦合或者說加大相鄰層（信號相鄰層或者電源相鄰層）的間距？

3，你有沒有過隔層參考來控制射頻走線的阻抗

4，你有沒有過通過改變層疊來調整線寬線距從而更好的控制串擾和損耗問題

5，你有沒有過通過層疊規劃和高速信號布線層規劃來實現信號stub最短？

6，在原理圖設計完成時，你有沒有做過層疊設計并且和制板廠商進行有效溝通和確認？

7，你有沒有通過層疊來試圖減少設計中的SI,PI,EMC問題？

接著我們來看看如下表：

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機械參數會對中間一欄的電氣參數產生影響或者互相影響，從而導致右邊一系列信號完整性、電源分布和EMC問題，而機械參數中很多都和層疊設計相關。從以上我們就知道：層疊設計非常重要?。?！ ? 那如何贏在層疊設計，我們要從哪些方面入手？ ?

-?第一點：層疊的構造——材料 首先我們來看看PCB板材的基本組成部分。

這里說的材料就是我們常說的PCB板材，要想贏在層疊設計，首先你要知道層疊是怎么組成的，由哪些材料組成，材料的常見品牌，常見型號，常見厚度有哪些？主要與設計相關的參數有哪些等，知道了這些，才能進行層疊的堆疊和設計。 ?

多層PCB層疊主要組成部分是銅箔、芯板和半固化片。芯板，有時也被稱為層壓板或覆銅層壓板（CCL），通常由固化樹脂制成， 結合玻璃纖維材料，并在兩面都覆蓋有銅箔。疊層中芯板與半固化片交替出現，半固化片充當膠水，在層壓后將疊層固定在一起?！鞍牍袒笔恰皹渲牍袒钡暮唽?。在層壓過程中，熱量和壓力會使樹脂半固化片流入相鄰銅箔之間的間隙，從而導致由其固定的銅層之間的半固化片厚度減小。 ?

PCB 中半固化片和芯板不導電介電層中包含樹脂和玻璃纖維兩種材料的組合。樹脂提供介電功能的同時還充當粘合劑的角色以粘附到銅箔上，而玻璃纖維負責增強結構強度， 就像混凝土中的鋼筋。單獨的樹脂很堅硬， 但沒有彈性。添加玻璃纖維能夠加強結構并為樹脂提供了彈性的可供粘附的表面。

接著我們來看看材料的特性。主要從三個方面：熱參數，電氣參數，機械參數 ?

熱參數我們主要關注的還是：TG值? TD值以及CTE

我們知道PCB 在組裝和返工期間會被加熱數次，較厚的設計對焊接溫度更敏感，因為Z 向應力會不斷疊加，并且可能失效的點更多。我們知道選擇板材時會突出一個參數，就是TG值，較厚的電路板需要較高的 Tg 值。原因是層壓板（和疊層） 的 z 軸熱膨脹在高于玻璃化轉變溫度時急劇上升。根據Tg 選擇材料的一般經驗法還應考慮其他熱特性， 包括從 50℃ 到 260℃ 的 z 軸膨脹和分解溫度（Td）。 ?

我們知道隨著層數和電路板厚度的增加，熱應力會累積，導通孔孔壁鍍層所承受的應力越大，并且會提高在樹脂和銅邊界處分層的風險。這里我們一般是建議8層或8層以上選擇高TG板材，4-6層選擇中TG板材，常規簡單的2-4層可以選擇低TG板材。也可以從厚度上進行對板材的TG值進行選擇，當然這只是一個建議? 并非規范。

另一個常用參數是分解溫度（Td）， 這個參數需要通過熱重分（TGA） 來測量重量損耗 5% 時的溫度。事實上，一切層壓板的分解都是不可逆的， 并可能導致多種失效模式，包括常被稱為“分層”的情況。當超過 Td 時，化學鍵的斷裂會導致材料的不可逆分解和損壞，從而導致嚴重的分層風險。而熱膨脹系數CTE指的是材料隨著溫度的升高而膨脹的程度CTE 在高溫和電路板溫度在高低值之間反復循環時都很重要。

在循環過程中，電路板會膨脹和收縮，從而對銅元件施加壓力，并且當基板和銅 CTE 值之間的失配較大時，該應力會更大。導體和基板材料的 CTE 值應盡可能匹配。

電氣參數我們關注的是：介電常數 Dk、介電損耗 Df

Dk 表示材料相對于真空的電容值，是阻抗關系中的分母。典型玻纖布環氧樹脂體系的Dk 值范圍為 2.9 至 4.5。Dk 隨頻率和樹脂含量的提高而降低。Df 參數表示高速信號加熱周圍電介質而損耗的相對能量。Df 值的范圍從超低損耗層壓板的0.001 到高損耗層壓板的大于 0.020 都有。一般來說，介電常數和介電損耗越低越好，同時也會更昂貴。

下圖是180種材料對應的圖

機械參數材料多少一般因制造商而異。這一點體現在材料規格書上。有些制造商提供的機械參數包括剝離強度、彎曲強度、吸濕性、導熱性、楊氏模量和泊松比。決定哪些值對您的設計很重要的因素將取決于場景。彎曲強度、楊氏模量和剝離強度是材料在各種測試條件下的強度測量值。大多數材料規格書至少會包括剝離強度和吸水率。

-?第二點：層疊的重點——阻抗

隨著信號傳輸速度的迅猛提高以及高頻電路的廣泛應用,對印刷電路板也提出了更高的要求。要得到完整、可靠、精確、無干擾、無噪音的傳輸信號。就必須保證印刷電路板提供的電路性能保證信號在傳輸過程中不發生反射現象,信號完整,傳輸損耗低,起到匹配阻抗的作用。為了使信號,低失真、低干擾、低串音及消除電磁干擾 EMI。阻抗設計在 PCB 設計中顯得越來越重要。

那阻抗跟什么有關？我們可以先看下如下圖

我們的層疊設計絕大部分是需要滿足阻抗要求的。關于層疊的重點——阻抗設計和計算，楊老師會在后面的內容中講到。

-?第三點：層疊的難點——設計

我們先來看看設計流程

層疊設計是一個復雜的過程，不僅僅只是一篇文章就能說清晰。關于層疊設計，這里有幾個重點：

1，疊層設計會影響PCB 上的每個信號。

2，制造的物理世界與您的設計中的電氣完整性不斷在發生沖突。?所以和工廠要保持不斷地聯系和有效溝通。

3，如果您的設計遇到信號完整性問題，它幾乎總是與您輸入到信號完整性仿真中的疊層或疊層參數有關。?

4，研發人員需要將詳細的疊層和材料決策左移到設計過程的早期階段。

審核編輯：劉清