PCB板如何贏在層疊設(shè)計(jì)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(chǎn)品的性能要求？

2，你有沒有通過調(diào)整層疊pp和core的厚度來實(shí)現(xiàn)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(diào)整線寬線距從而更好的控制串?dāng)_和損耗問題

5，你有沒有過通過層疊規(guī)劃和高速信號布線層規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)信號stub最短？

6，在原理圖設(shè)計(jì)完成時，你有沒有做過層疊設(shè)計(jì)并且和制板廠商進(jìn)行有效溝通和確認(rèn)？

7，你有沒有通過層疊來試圖減少設(shè)計(jì)中的SI,PI,EMC問題？

接著我們來看看如下表：

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機(jī)械參數(shù)會對中間一欄的電氣參數(shù)產(chǎn)生影響或者互相影響，從而導(dǎo)致右邊一系列信號完整性、電源分布和EMC問題，而機(jī)械參數(shù)中很多都和層疊設(shè)計(jì)相關(guān)。從以上我們就知道：層疊設(shè)計(jì)非常重要！！！ ? 那如何贏在層疊設(shè)計(jì)，我們要從哪些方面入手？ ?

-?第一點(diǎn)：層疊的構(gòu)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(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)有哪些等，知道了這些，才能進(jìn)行層疊的堆疊和設(shè)計(jì)。 ?

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(jié)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(xiàn)，半固化片充當(dāng)膠水，在層壓后將疊層固定在一起。“半固化片”是“樹脂半固化片”的簡寫。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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)粘合劑的角色以粘附到銅箔上，而玻璃纖維負(fù)責(zé)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，就像混凝土中的鋼筋。單獨(dú)的樹脂很堅(jiān)硬，但沒有彈性。添加玻璃纖維能夠加強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(shù)，電氣參數(shù)，機(jī)械參數(shù) ?

熱參數(shù)我們主要關(guān)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(shù)次，較厚的設(shè)計(jì)對焊接溫度更敏感，因?yàn)閆向應(yīng)力會不斷疊加，并且可能失效的點(diǎn)更多。我們知道選擇板材時會突出一個參數(shù)，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(zhuǎn)變溫度時急劇上升。根據(jù)Tg 選擇材料的一般經(jīng)驗(yàn)法還應(yīng)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(shù)和電路板厚度的增加，熱應(yīng)力會累積，導(dǎo)通孔孔壁鍍層所承受的應(yīng)力越大，并且會提高在樹脂和銅邊界處分層的風(fēng)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(guī)簡單的2-4層可以選擇低TG板材。也可以從厚度上進(jìn)行對板材的TG值進(jìn)行選擇，當(dāng)然這只是一個建議? 并非規(guī)范。

另一個常用參數(shù)是分解溫度（Td），這個參數(shù)需要通過熱重分（TGA）來測量重量損耗 5% 時的溫度。事實(shí)上，一切層壓板的分解都是不可逆的，并可能導(dǎo)致多種失效模式，包括常被稱為“分層”的情況。當(dāng)超過 Td 時，化學(xué)鍵的斷裂會導(dǎo)致材料的不可逆分解和損壞，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的分層風(fēng)險。而熱膨脹系數(shù)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(fù)循環(huán)時都很重要。

在循環(huán)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(dāng)基板和銅 CTE 值之間的失配較大時，該應(yīng)力會更大。導(dǎo)體和基板材料的 CTE 值應(yīng)盡可能匹配。

電氣參數(shù)我們關(guān)注的是：介電常數(shù) Dk、介電損耗 Df

Dk 表示材料相對于真空的電容值，是阻抗關(guān)系中的分母。典型玻纖布環(huán)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(shù)表示高速信號加熱周圍電介質(zhì)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(shù)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(yīng)的圖

機(jī)械參數(shù)材料多少一般因制造商而異。這一點(diǎn)體現(xiàn)在材料規(guī)格書上。有些制造商提供的機(jī)械參數(shù)包括剝離強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、吸濕性、導(dǎo)熱性、楊氏模量和泊松比。決定哪些值對您的設(shè)計(jì)很重要的因素將取決于場景。彎曲強(qiáng)度、楊氏模量和剝離強(qiáng)度是材料在各種測試條件下的強(qiáng)度測量值。大多數(shù)材料規(guī)格書至少會包括剝離強(qiáng)度和吸水率。

-?第二點(diǎn)：層疊的重點(diǎn)——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(yīng)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(fā)生反射現(xiàn)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(shè)計(jì)在 PCB 設(shè)計(jì)中顯得越來越重要。

那阻抗跟什么有關(guān)？我們可以先看下如下圖