PCB叠层结构知识-多层板设计技巧

多层板PCB知识培训教材引言多层板（Multi-layer PCB）是一种常见的电路板工艺，广泛应用于各种电子设备中。

它具有较高的集成度、较好的抗干扰能力和较低的电磁辐射性能，在现代电子产品中扮演着重要的角色。

本教材将详细介绍多层板PCB的相关知识，包括其原理、工艺流程以及常见问题等内容。

一、多层板PCB原理多层板PCB的原理是通过在两层或多层基材之间加入一层或多层电路层，形成多个内部电路层，并通过通过孔（Via）连通不同层的电路。

它的主要原理包括以下几点：1. 多层设计的目的多层设计的目的是为了提高电路板的集成度、减小电磁辐射、提高抗干扰能力和信号完整性。

相比于单层板或双层板，多层板可以容纳更多的电路和引脚，提供更多的信号层和电源平面，从而更好地满足复杂电路设计的需求。

2. 多层板结构多层板通常由内外两层基材和多个内部电路层组成。

内外两层基材常使用的有FR-4和高频材料等，而内部电路层由铜箔和电介质层构成。

内、外层基材和内部电路层通过通过孔（Via）连接在一起，并通过热涂料或熔合技术固定。

3. 通过孔（Via）通过孔是多层板中起到连接内外层电路的重要组成部分。

根据其形式的不同，通过孔可以分为普通孔与盲孔、盲埋孔和埋孔。

其中，普通孔是从顶层到底层全穿孔，而盲孔、盲埋孔和埋孔则只在一定层间连通。

4. 铜箔与电介质铜箔是多层板内部电路层的主要材料，它通过定义的电路图案使不同层的电路连接。

而电介质则起到隔离和绝缘的作用，常用的电介质材料有FR-4、BT、PTFE等。

二、多层板PCB工艺流程多层板的制造工艺流程是一个复杂的过程，主要包括以下几个步骤：1. 原材料准备原材料准备是多层板制造的第一步。

首先需要准备好内、外层基材和内部电路层所需要的铜箔和电介质。

选择合适的材料对于多层板的性能和质量至关重要。

2. 内外层制作内外层制作是多层板制造的核心环节。

通过光刻技术，在内、外层基材上涂覆光敏胶，并曝光、显影，最终形成电路图案。

多层PCB电路板设计方法在现代电子产品制造中，多层PCB（Printed Circuit Board）电路板已经成为主流。

多层PCB电路板具有更高的密度、更好的阻抗控制、更好的电磁兼容性和更好的可靠性等优点。

在设计多层PCB电路板时，需要考虑以下几个方面：1.电路布局：在设计多层PCB电路板时，需要根据电路功能和布线的规则进行电路布局。

将相互关联的电路放置在相邻的层上，以减少信号传输的长度和干扰。

同时，需要确保电路板上的分布电容和电感尽量小，以避免互相干扰。

2.信号层设计：多层PCB电路板通常包含多个信号层，需要合理布局和连接。

在布局信号层时，可以根据信号的频率和重要性进行分层和导向。

高频信号和重要信号可以放置在内层，以减少干扰和保护其安全性。

3.高速信号处理：对于高速信号处理电路，需要特别关注信号完整性和干扰抑制。

通过使用差分对或屏蔽技术来减少信号串扰，使用合适的线宽和间距来控制阻抗匹配，并采取合适的终端阻抗来提高信号质量和可靠性。

4.数字/模拟分离：对于含有数字和模拟信号的电路板，应该尽量使其相互分离。

数字信号通常具有更高的噪声饱和度和较高的频率，可能会干扰模拟信号。

通过物理分离和使用模拟/数字混合层，可以有效减少干扰。

5.电源和地形规划：电源和地形规划对于多层PCB电路板的设计非常关键。

在设计中，应该将电源和地形分配到整个电路板上，以确保供电的稳定性和可靠性。

同时，还需要合理规划地形，将地形引导到共享地方或独立地方，以减少地形噪音和地形干扰。

6.热管理：多层PCB电路板中的热管理也是一个重要的设计考虑因素。

应该合理规划散热器，通过增加热散热层、合理布局散热源和采用合适的散热技术来提高散热效果，确保电路板的正常工作。

7.电磁兼容性（EMC）设计：多层PCB电路板中的电磁兼容性设计非常重要。

应该避免信号层的平行走线，合理规划信号引脚的位置和方向，减少信号的回返路径和串扰。

此外，还可以使用屏蔽技术和过滤器来抑制电磁辐射和受到的电磁干扰。

PCB多层板设计建议及实例
一、PCB多层板设计建议
（1）PCB多层板应采用等厚层材料，芯材厚度一般采用1.6mm、
2.0mm、2.5mm；
（2）信号层厚度应采用35μm，集电层应采用18μm；
（3）在选用电路板材料时应确定电路板的阻抗要求；
（4）端面阻抗Rz≥50Ω是最常见的，其他阻抗可根据电路板的要求
单独设计；
（5）采用线宽线距技术设计，其最小线宽≥4mil，最小间距≥3mil；
（6）在设计PCB多层板时，应给出各层信号的布局方案；
（7）在设计PCB多层板时，应考虑各层之间连接的接头位置，尤其
是多层板调节时的内芯孔位；
（8）保护线设计时，应考虑电磁兼容（EMC），采用粗线宽；
（9）PCB多层板设计应采用相同的图档号，左右层应分别采用左右
图示；
（10）PCB多层板设计应采用数字线绝缘，数字线绝缘主要有8mil，10mil，12mil等；
（11）在设计PCB多层板时，应考虑热点位置，保证各层之间的衔接
点不能过热，以免引起信号和电路的失效；
（12）PCB多层板设计应限制尽量减少内芯孔，减少衔接负载；
（13）在设计多层板时，应采用节点单元来确定信号路径，以及信号的传输速率；。

PCB叠层结构参考即多层板叠层建议电路板的叠层安排是对PCB的整个系统设计的基础。

叠层设计如有缺陷, 将最终影响到整机的EMC性能。

总的来说叠层设计主要要遵从两个规矩：1. 每个走线层都必须有一个邻近的参考层（电源或地层）；2. 邻近的主电源层和地层要保持最小间距，以提供较大的耦合电容；下面列出从两层板到十层板的叠层：一、单面PCB板和双面PCB板的叠层对于两层板来说，由于板层数量少，已经不存在叠层的问题。

控制EMI辐射主要从布线和布局来考虑；单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出。

造成这种现象的主要原因就是因是信号回路面积过大，不仅产生了较强的电磁辐射，而且使电路对外界干扰敏感。

要改善线路的电磁兼容性，最简单的方法是减小关键信号的回路面积。

关键信号：从电磁兼容的角度考虑，关键信号主要指产生较强辐射的信号和对外界敏感的信号。

能够产生较强辐射的信号一般是周期性信号，如时钟或地址的低位信号。

对干扰敏感的信号是指那些电平较低的模拟信号。

单、双层板通常使用在低于10KHZ的低频模拟设计中：1在同一层的电源走线以辐射状走线，并最小化线的长度总和；2走电源、地线时，相互靠近；在关键信号线边上布一条地线，这条地线应尽量靠近信号线。

这样就形成了较小的回路面积，减小差模辐射对外界干扰的敏感度。

当信号线的旁边加一条地线后，就形成了一个面积最小的回路，信号电流肯定会取道这个回路，而不是其它地线路径。

3如果是双层线路板，可以在线路板的另一面，紧靠近信号线的下面，沿着信号线布一条地线，一线尽量宽些。

这样形成的回路面积等于线路板的厚度乘以信号线的长度。

、四层板的叠层;推荐叠层方式：1. SIG —GND(PWR) —PWR (GND) —SIG ；2. GND -SIG(PWR) —SIG(PWR) —GND ；对于以上两种叠层设计，潜在的问题是对于传统的 1.6mm (62mil)板厚。

层间距将会变得很大，不仅不利于控制阻抗，层间耦合及屏蔽；特别是电源地层之间间距很大，降低了板电容，不利于滤除噪声。

多层层PCB设计要点在进行多层PCB设计时，有几个关键要点需要注意：1.层次规划：在多层PCB设计中，合理的层次规划非常重要。

通常，最常用的层包括信号层、电源层和地面层。

将信号层与电源和地面层交错布置，可以有效地减少电磁干扰。

2.电气规划：在多层PCB设计中，必须仔细规划不同层之间的信号和电源连接。

通过使用电容、电压稳压器和滤波器等电气元件，可以降低干扰和噪声，并提高信号质量。

3.导地设计：在多层PCB设计中，地线的设计非常重要。

地线是用来引导电流回流的路径，因此必须尽量低阻、低噪声。

为了实现这个目标，可以在地层之间铺设大地面，增加地线的宽度，以降低传输电阻。

4.信号完整性：信号完整性是指保持信号在PCB上的传输的精确度和完整性。

在多层PCB设计中，信号完整性特别重要，因为信号层之间存在信号互交。

为了确保信号完整性，可以采用层间电缆布线、例行电缆布线或电磁屏蔽等措施来减少互补和串扰。

5.电源管理：在多层PCB设计中，电源管理也是一个关键问题。

电源管理涉及选择适当的电源电压和电源网络，保证所有电源都能得到正确的供电。

此外，还必须规划电源线的布局和直流备份，以降低噪声和电磁干扰。

6.散热设计：在多层PCB设计中，散热也是一个需要关注的问题。

在高密度和高功耗的电路中，可能会产生大量的热量。

为了保持电路的稳定和可靠性，必须设计散热系统，如散热器、热沉等，以将热量有效地散发出去。

7.封装选择：在多层PCB设计中，正确选择封装也是非常重要的。

封装决定了组件与PCB之间的电气连接方式，因此必须选择适当的封装以满足电路需求。

8.EMC设计：在多层PCB设计中，必须考虑电磁兼容性（EMC）问题。

通过使用良好的屏蔽设计、地线规划和可控阻抗布线，可以降低电磁辐射和敏感度，确保设备在电磁环境中的正常运行。

总之，多层PCB设计是一项复杂的任务，需要考虑多个方面。

在设计过程中，应仔细规划层次布局，保证信号完整性，合理规划电源管理和散热设计，选择适当的封装，并考虑EMC问题。

PCB叠层结构知识PCB叠层结构知识较多的PCB工程师,他们经常画电脑主板,对ALLEGRO等优秀的工具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗控制,如何使用工具进行信号完整性分析.如何使用IBIS模型。

我觉得真正的PCB高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,过过孔的基础上。

对布通一块板子容易，布好一块好难。

小资料对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题；层的排布一般原则：元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面；所有信号层尽可能与地平面相邻；尽量避免两信号层直接相邻；主电源尽可能与其对应地相邻；兼顾层压结构对称。

对于母板的层排布，现有母板很难控制平行长距离布线，对于板级工作频率在50MHZ 以上的（50MHZ以下的情况可参照，适当放宽），建议排布原则：元件面、焊接面为完整的地平面（屏蔽）；无相邻平行布线层；所有信号层尽可能与地平面相邻；关键信号与地层相邻，不跨分割区。

注：具体PCB的层的设置时，要对以上原则进行灵活掌握，在领会以上原则的基础上，根据实际单板的需求，如：是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等，确定层的排布，切忌生搬硬套，或抠住一点不放。

以下为单板层的排布的具体探讨：*四层板，优选方案1，可用方案3方案电源层数地层数信号层数 1 2 3 41 1 12 S G P S2 1 2 2 G S S P3 1 1 2 S P G S方案1 此方案四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP 层；至于层厚设置，有以下建议：满足阻抗控制芯板（GND到POWER）不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗；保证电源平面的去藕效果；为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在TOP、BOTTOM层，即采用方案2：此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：电源、地相距过远，电源平面阻抗较大电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整由于参考面不完整，信号阻抗不连续实际上，由于大量采用表贴器件，对于器件越来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现；方案2使用范围有限。

PCB层叠设计方法和基本原则介绍
PCB设计工程师在完成预布局后，重点需要对板子布线瓶颈处进行分析，再结合PCB设计软件关于布线要求来确定布线层数，综合单板的性能指标要求与成本承受能力，确定单板的电源、地的层数以及它们与信号层的相对排布位置。

本节主要介绍PCB层叠设计方法：PCB设计软件CrossSecTIon界面、PCB层叠设计的基本原则。

一、CrossSecTIon 界面介绍
Allegro提供了一个集成、方便、强大的层叠设计与阻抗计算控制的工具，叫做Cross SecTIon。

如下图所示，可以非常直观地进行材料选择，参数确定，然后得到最终阻抗结果。

其中各选项的含义：
1.Type：选择各层的类型：电导、介质、平面
2.Material：材料，常用为 FR-4
3.Thickness：每一层的厚度
4.ConducTIvity：电导率
5.Dielectric Constant：介电常数
6.LossTangent：损耗角
7.NegativeArtwork
8.Shield：参考平面
技术专区
•FPC整个制造组装的流程介绍
•软板厂抢备货积极，臻鼎成为国内PCB首家营收破千亿•ADS生成bin的方法 ADS路径问题
•富智康计划加速印度制造印度本地设立PCB产线•14nm纳米是全球半导体工艺的壁垒或者“坎”？
-全文完-。

PCB叠层设计层的排布原则和常用层叠结构
一、PCB叠层设计层的排布原则
1、符合设计要求
PCB的叠层设计层要符合系统的结构要求，如信号传输、控制线路、
电源线路等。

这些要求具体取决于系统的功能和特点，要根据系统的需求
做出具体的叠层设计。

2、选择合适的铜厚度
叠层的设计要根据系统的参数，如电源电压和负载，确定线路的电阻
和电容，并估算线路的截面积。

根据截面积和PCB板材的铜厚度，确定叠
层设计中适当的铜厚度。

3、信号传输需求
叠层的设计需要考虑信号传输的需求，包括信号传输的速度、范围和
灵敏度。

线路的长度、铜厚度和布线方式，均会影响信号的传输特性。

因此，在叠层设计中要充分考虑信号传输的需求，进行合理的设计。

4、传输功耗过大
在进行叠层设计时，要注意线路的连接方式，避免节点功耗过大，以
免引起线路内部温度升高，影响系统的稳定性和可靠性。

5、保证叠层间的绝缘性
在PCB的叠层设计中，要注意保证叠层间的绝缘性，避免接触和短路。

这不仅有利于线路的正常工作，也有助于降低功耗，提高系统性能。

1、4层PCB
4层 PCB（4 Layer PCB）是一种常见的PCB叠层结构。

PCB叠层结构知识多层板设计技巧PCB（Printed Circuit Board）叠层结构是指将多个层（Layer）的电路板通过堆叠的方式组合在一起形成一个整体。

多层板设计技巧包括了布线规则、信号与电源分离、地电平整、阻抗控制等方面的知识。

下面将详细介绍PCB叠层结构知识和多层板设计技巧。

首先，关于PCB的叠层结构。

PCB的叠层结构可以根据电路设计的需要选择不同的层数，一般常见的有4层、6层、8层等不同层数的叠层结构。

叠层结构具有以下几个优点：1.紧凑性：叠层结构可以将电路板的整体尺寸缩小，提高电子产品的集成度。

2.信号完整性：通过在内层设置地电平、电源电平和信号层，可以有效减少信号串扰和引入的干扰，提高信号完整性。

3.电路效率：叠层结构可以实现电路的分区布局，提高电路的工作效率。

在进行多层板设计时，需要注意以下一些设计技巧：1.PCB分区：将电路板按照不同功能进行分区，将信号层、地电平、电源电平等布局在不同的分区内，以减小信号串扰和电磁干扰。

2.信号与电源分离：将高频信号与低频信号的电源层分离开来，以减小高频信号对低频信号的干扰。

3.地电平规划：在每一层中都设置地电平层，通过整体的地电平规划和细致的连接，可以有效减小信号引入的误差和电磁辐射。

4.阻抗控制：针对高频信号的传输需要控制信号线的阻抗，通过在叠层结构中选择合适的层间间距和层间介质常数，可以实现所需的阻抗匹配。

5.差分信号布线：对于差分信号，要注意将两条线平行布线，且长度相等，以减小信号的模式转换和串扰。

6.信号引线规划：信号引线的布线应尽量短且直，以减小传输延迟和信号失真。

7.确保电源稳定：多层板设计中，要保证各个层的电源电平稳定，避免因电源干扰导致的工作异常。

综上所述，PCB的叠层结构是一种优化电路设计的方法，可以提高电路性能和可靠性。

在进行多层板设计时，需要根据具体的电路要求选择合适的叠层结构，并采用相关的设计技巧，以确保电路板的性能达到设计目标。

多层线路板设计-适合于初学者多层PCB层叠结构在设计多层PCB电路板之前，设计者需要首先根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容（EMC）的要求来确定所采用的电路板结构，也就是决定采用4层，6层，还是更多层数的电路板。

确定层数之后，再确定内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。

这就是多层PCB层叠结构的选择问题。

层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素，也是抑制电磁干扰的一个重要手段。

本节将介绍多层PCB板层叠结构的相关内容。

11.1.1 层数的选择和叠加原则确定多层PCB板的层叠结构需要考虑较多的因素。

从布线方面来说，层数越多越利于布线，但是制板成本和难度也会随之增加。

对于生产厂家来说，层叠结构对称与否是PCB板制造时需要关注的焦点，所以层数的选择需要考虑各方面的需求，以达到最佳的平衡。

对于有经验的设计人员来说，在完成元器件的预布局后，会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。

结合其他EDA工具分析电路板的布线密度；再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数；然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。

这样，整个电路板的板层数目就基本确定了。

确定了电路板的层数后，接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。

在这一步骤中，需要考虑的因素主要有以下两点。

（1）特殊信号层的分布。

（2）电源层和地层的分布。

如果电路板的层数越多，特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多，如何来确定哪种组合方式最优也越困难，但总的原则有以下几条。

（1）信号层应该与一个内电层相邻（内部电源/地层），利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。

（2）内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说，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电容，增大谐振频率。

内部电源层和地层之间的介质厚度可以在Protel的Layer Stack Manager（层堆栈管理器）中进行设置。