多层PCB的Prepreg和core

ＰＣＢ阻抗设计与阻抗设计软件Ｐolａｒ的使用 随着 PCB 信号切换速度不断增长，当今的 PCB 设计厂商需要理解和控制 PCB 迹线的阻抗。

相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简单的连接，而是传输线。

在实际情况中，需要在数字边际速度高于1ns 或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。

PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。

印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。

这就涉及到两个概念：阻抗控制与阻抗匹配，本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。

阻抗控制阻抗控制(eImpedance Controling)，线路板中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真。

故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为―阻抗控制‖。

PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。

影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。

PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。

在实际情况下，PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。

迹线和板层构成了控制阻抗。

PCB 将常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。

但是，无论使用什么方式，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定：●信号迹线的宽度和厚度●迹线两侧的内核或预填材质的高度●迹线和板层的配置●内核和预填材质的绝缘常数PCB传输线主要有两种形式：微带线（Microstrip）与带状线（Stripline）。

微带线（Microstrip）：微带线是一根带状导线，指只有一边存在参考平面的传输线，顶部和侧边都曝置于空气中（也可上敷涂覆层），位于绝缘常数 Er 线路板的表面之上，以电源或接地层为参考。

叠层与阻抗(SI9000)的学习笔记一．材质知识，规格1.材料的分类1）铜箔：导电图形构成的基本材料2）芯板（CORE）:线路板的骨架，双面敷铜的板子，即可用于内层制作的双面板。

3）半固化片（prepreg）：芯板与芯板之间的粘合剂，同时起到绝缘的作用。

4）阻焊油墨：对板子起到阻焊、绝缘、防腐蚀等作用。

5）字符油墨：标示作用。

6）表面处理材料：包括铅锡合金、镍金合金、银、OSP等等。

2.名词说明带状线：走在内层(stripline/double stripline),埋在PCB内部的带状走线。

微带线：是走在表面层(microstrip),附在PCB表面的带状走线。

3.常用的半固化片PP为:1080厚度0.075MM､----------3.8（介电参数）3313厚度0.09MM､2116厚度0.115MM､2116H厚度0.12MM､----------4.27628厚度0.175MM､-----------4.5(全部为1GHz状态下)7628H厚度0.18MM｡↑常见芯板的厚度跟介电常数↑常见半固化片类型厚度与介电常数标称基铜厚度（um）18(0.5oz)35(1oz)70(2oz)内层计算铜厚（mil）0.65 1.25 2.56外层计算铜厚（mil）2.2 2.9 4.2↑PCB板实际铜厚表格对照表3.特性阻抗的计算1）影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。

一般，介质厚度、线距越大阻抗值越大；介电常数、铜厚、线宽、阻焊厚度越大阻抗值越小。

2）阻抗匹配在高频设计中是很重要的，阻抗匹配与否关系到信号的质量优劣。

而阻抗匹配的目的主要在于传输线上所有高频的微波信号皆能到达负载点，不会有信号反射回源点。

3）铜厚:一般的设计是：表面铜厚做0.5OZ+plating，内层做1OZ。

4介电常数不同板材其介电常数不一样，其与所用的树脂材料有关：FR4板材其介电常数为3.9—4.5,其会随使用的频率增加减小,聚四氟乙烯板材其介电常数为2.2—3.9间要获得高的信号传输要求高的阻抗值。

PCB材料选择1基材( Laminate Material )所有基材,Prepreg（Prepreg------也称为Bonding material半固化片,一般由玻璃纤维和树脂組成.）和銅箔应符合IPC-4101要求. 所有的基材和半固化片应该通过94V-0防火等级的要求.普通通讯产品可以采用FR-4材料的基材和半固化片.缺省的材料为: FR-4, Tg要求大于130度,介电常数: 4.3+/-0.3.2 HDI PCB的材料要求:HDI板材分为积层板材和芯层板材,普通板(非HDI板)仅有芯层板材.芯层(core)缺省板材为: FR-4型覆铜板，Tg要求大于130度,介电常数: 4.3+/-0.3.积层缺省板材为RCC（RCC为将树脂与铜箔压合而成）,厚度为65um或80um，Tg要求大于130度，介电常数:3.5+/-0.3. 积层介质的材料还有LDP材料: 1067(FR-4)，1086(FR-4)下表为各种积层板材的对比：Build-Up Layer RCC 普通PP LDP Prepreg（镭射钻孔保护Prepreg）尺寸稳定性Poor Good Better抗翘曲性Poor Good Better硬度Poor Good Better厚度控制Poor Good Better表面光滑度Poor Good Better钻孔能力Better Poor Good介电常数<4.0 4.5 4.5绝缘阻抗Poor Good Better从上表可以看出Prepreg尤其是LDP Prepreg除钻孔能力外具有较大的优越性。

从目前发展看有逐渐转向用LDP Prepreg直接贴铜箔代替Prepreg+RCC的趋势，某些手机厂商如MOTO,Benq已经在应用。

无论采用几层积层（即：无论是1+n+1、2+n+2结构或更多积层），要求印制板积层部分结构对称（如：1+4+1HDI板，如果1-2层之间采用80um的RCC，则5-6层间必须采用80um的RCC）。

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在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义：传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上的电压电流的正弦形式得推出通解定义出特性阻抗无耗线下r=0, g=0 得注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出.Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来.叠层(stackup)的定义我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的Oz 的概念Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下介电常数(DK)的概念电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数：ε = Cx/Co = ε'-ε"Prepreg/Core 的概念pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.传输线特性阻抗的计算首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1 个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用的8 层主板,只有top 和bottom 走线层才是微带线类型,其他的走线层都是带状线类型在计算传输线特性阻抗的时候, 主板阻抗要求基本上是:单线阻抗要求55 或者60Ohm,差分线阻抗要求是70~110Ohm,厚度要求一般是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度.在此假设板厚为1.6mm,也就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下的叠层来走线。

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PCB设计基础知识大盘点
PCB 基础
PCB量测的单位
PCB设计起源于美国，所以其常用单位是英制，而非公制
版子的大小通常使用英尺
介质厚度">1 mil = 0.001inches
1 mil = .0254mm
导体的厚度常使用盎司(oz)
一平方英尺金属的重量
典型值
– 0.5oz =17.5μm
– 1.0oz =35.0μm
– 2.0oz =70.0μm
–3.0oz = 105.0μm
典型8层板的横截面
一个PCB由不断交错着的Prepreg和Core组成
材料：
Core:一片薄薄的固化的介质（通常是FR4:玻璃纤维">Prepreg: preimpregnated的简写。

一片薄薄的未固化的介质（通常FR4：玻璃纤维-环氧基树脂）当被加热或挤压时，Prepreg 会溶解在环氧基树脂胶里，然后变成和Core具有相同介电常数的材料
铜箔：一片铜板，使用一环氧树脂粘合在Core的两边
PCB的层数代表的是铜箔的层数
一个8层PCB包含8层铜箔
叠层根据板子在纵轴上的中心点对称，以避免在热循环中的机械应力。

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solder mask 阻焊剂；焊锡掩膜；绿漆 PCB板各层含义在EDA软件的专门术语中，有很多不是有相同定义的。

以下就字面上可能的意义来解释。

Mechnical：一般多指板型机械加工尺寸标注层。

Keepoutlayer：定义走线、打穿孔(via或摆零件的区域。

这几个限制可以独立分开定义。

Topoverlay：顶丝印层。

Bottomoverlay：底丝印层。

Toppaste：顶层需要露出铜皮上锡膏的部分。

Bottompaste：底层需要露出铜皮上锡膏的部分。

Topsolder：应指顶层阻焊层，避免在制造过程中或将来维修时可能不小心的短路 Bottomsolder：应指底层阻焊层。

Drillguide：可能是不同孔径大小，对应的符号，个数的一个表。

Drilldrawing：指孔位图，各个不同的孔径会有一个对应的符号。

Multilayer：应该没有单独这一层，能指多层板，针对单面板和双面板而言。

Gerber文件各层对照由Protel2004产生的Gerber文件各层扩展名与PCB原来各层对应关系表: Layer : File extension ------------------------- 顶层Top (copper Layer : .GTL 底层Bottom (copper Layer : .GBL 中间信号层Mid Layer 1, 2, ... , 30 : .G1, .G2, ... , .G30 内电层Internal Plane Layer 1, 2, ... , 16 : .GP1, .GP2, ... , .GP16 顶丝印层Top Overlay : .GTO 底丝印层Bottom Overlay : .GBO 顶掩膜层Top Paste Mask : .GTP 底掩膜层Bottom Paste Mask : .GBP Top Solder Mask : .GTS Bottom Solder Mask : .GBS Keep-Out Layer : .GKO Mechanical Layer 1, 2, ... , 16 : .GM1, .GM2, ... , .GM16 Top Pad Master : .GPT Bottom Pad Master : .GPB Drill Drawing, Top Layer - Bottom Layer (Through Hole : .GD1 Drill Drawing, other Drill (Layer Pairs : .GD2, .GD3, ... Drill Guide, Top Layer - Bottom Layer (Through Hole : .GG1 Drill Guide, other Drill (Layer Pairs : .GG2, .GG3, ... 层PCB板就是在多个板层完成后再采取压制工艺将其压制成一块电路板，而且为了减少成本和过孔干扰，多层PCB板往往并不比双层板和单层板厚多少，这就使得组成多层PCB板的板层相对于普通的双层板和单层板往往厚度更小，机械强度更低，导致对加工的要求更高。