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  • 本篇文章主要分享六层PCB板是怎么拼出来的,目录和结构如下: PCB基础框架 PCB材料组成 PCB叠层设计 PCB阻抗计算 总结 整篇文章阅读预计10分钟。 1. PCB基础框架 基于目前对高速PCB设计的认知,硬件如果和PCB分开...

    本篇文章主要分享六层PCB板是怎么拼出来的,目录和结构如下:

    1. PCB基础框架
    2. PCB材料组成
    3. PCB叠层设计
    4. PCB阻抗计算
    5. 总结
      整篇文章阅读预计10分钟。

    1. PCB基础框架

    基于目前对高速PCB设计的认知,硬件如果和PCB分开设计,对于硬件来说,至少需要把必备基础和熟悉掌握两部分的内容搞清楚,如下所示。作为硬件开发人员,能把下面的内容都掌握,差不多就具备了PCB设计的80%能力,剩下20%更多的是和其他像DFX和EMC资源组交互的知识点。而本篇文章主要针对基础必备方面的三个内容进行分享。
    在这里插入图片描述

    实际上完成一个PCB还需要掌握EMC,可制造性,射频等方面的内容。这些属于比较专业的,可以单独作为某个系列来学习,因此这里未做呈现。

    2. PCB材料组成

    下面是一块PCB的实物,从PCB外观来看,它具有以下几个特点:
    (1)具有一定的厚度和刚性
    (2)表面呈现绿色
    (3)器件旁边有白色丝印

    在这里插入图片描述

    针对特性1来说,PCB具有厚度和刚性的属性其实来自于PCB的两个重要组成部分,Core芯板和PP半固态片。

    在这里插入图片描述
    Core芯板是制作PCB的基础材料,具有一定的硬度及厚度,并且两个表层都有铜箔。半固态片(Prepreg)主要起到填充的作用,是多层印制板的内层导电图形的粘合材料及绝缘材料。

    在Prepreg被层压后,半固化的环氧树脂被挤压开来,开始流动并凝固,将多层电路板粘合在一起,并形成一层可靠的绝缘体。

    在这里插入图片描述

    从上面这个4层板可以看出,POWER和GND之间填充的PP,两面带有铜箔的是Core芯板。所以,多层板其实就是Core与Prepreg压合而成的。

    我们常说的FR-4,是属于一种耐燃材料等级的代号,表征的是树脂材料经过燃烧状态后必须能够自行熄灭的材料规格。它不是一种材料名称,也不是某种板材,是耐燃材料的等级。上面提到的PP片和CORE芯板都是FR-4等级的材料。为了方便,在工程中大家默认称PCB的板材是FR4材质,不会去说具体是环氧树脂板还是玻璃纤维板。

    对于特性2和特性3相对于来说比较好理解,特性2中的看到PCB呈现绿色其实是在PCB表面覆盖了一层绿油——PCB油墨的一种,一般是指绿色的阻焊油墨,因阻焊油墨多用绿色的,因此成为绿油。特性3就是所谓的丝印,白色的油漆。

    覆盖绿油的核心作用的作为阻焊层,在焊接时将PCB的焊接部分和非焊接部分分开,同时,这些绿油覆盖在焊盘上面,可以防止焊盘氧化。需要注意的是,如果使用的是黑色油墨,由于黑色油墨比绿色腐蚀性更强,使用同样的线宽进行设计,覆盖黑色油墨后得到的走线会更窄。

    3. PCB叠层设计

    在PCB设计之前,硬件工程师在对单板规模,信号层数,电源种类以及EMC方面考虑后,会提出PCB设计需要使用几层板。**理论上PCB层数越多,布线越方便,EMC的性能也越好。**但是结合单板的总厚度,刚性要求以及成本,总层数不可能无限的加大,这个权衡的过程硬件需要掌握。

    一种四层板叠层如下:

    在这里插入图片描述
    一种六层板叠层如下:
    在这里插入图片描述

    针对六层板的设计,有下面四种叠层方案。

    方案一:电源层数1,地层数1,信号层数4

    在这里插入图片描述
    这种叠层,电源和地相隔较远,耦合比较差,电源和地之间无法形成寄生电容,为了保证电源到地的低阻抗,只能依靠外部的去耦电容来降低。

    方案二:电源层数1,地层数1,信号层数4
    在这里插入图片描述
    这种叠层设计,电源和地的耦合效果好,阻抗低,电源平面受到的干扰可以很快的泄放到地平面上。但是S2,S1以及S3,S4相邻,信号完整性容易受到对方层的干扰。

    方案三:电源层数1,地层数2,信号层数3
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    这种叠成相比方案1和方案2,牺牲了信号层的数量,换来了更好的布局效果。其中S2作为优先布局的重要信号,其次是S3,再是S1。在电源层和地层之间增加去耦电容,减小电源的阻抗。

    方案四:电源层数1,地层数2,信号层数3

    在这里插入图片描述
    方案四的电源阻抗没有方案三好,但是S2信号层的屏蔽效果是最好的。

    在选定了PCB的叠层设计之后,就要使用PP片和CORE芯板来组成需要设计的PCB。工程上常见的PCB板材的厚度规格有0.5mm,0.7mm,0.8mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,1.6mm,2.0mm,2.4mm,3.2mm,6.4mm。

    CORE芯板的厚度主要有0.1mm,0.2mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.8mm,1.0mm,1.2mm这几种。根据前面的介绍,CORE的表面有铜箔,但是当CORE芯板的厚度为0.1mm或者0.2mm时,可以选择含铜的也可以选择不含铜的芯板,含铜的芯板两边的铜厚都是0.0175mm。

    半固化片在不同的厂家常用的板材不一样,以下面这张图是生益和超声厂家常用PP片的型号为例。
    在这里插入图片描述

    **其中的含胶量 RC%(Resin content):指胶片中除了玻璃布以外,树脂成分所占的重量百分比。**RC%的多少直接影响到树脂填充导线间空缺的能力,同时决定压板后的介电层厚度。106的含胶量相比7628的含胶量就要高。(因为要在缺口的位置填充更多的树脂)
    图片
    而嘉立创选用的PP半固化片的型号如下图所示。

    在这里插入图片描述
    从上面就能看出,生益和嘉立创所使用的PP片介电常数就不一样。生益2116的介电常数4.4,嘉立创的4.25。为了方便计算,在工程上一般都是说FR4板材的介电系数是4。

    根据以上内容,如果PCB要设计1.6mm板后的单板,叠层选择方案2,那么可以使用嘉立创的PP和CORE的组合叠层设计如下:

    图片

    可以计算出PCB板的厚度为:

    0.0352+0.12+0.127+0.6*2=1.597mm

    再考虑到表面的绿油和残铜,板厚是1.6mm。

    4. PCB的阻抗计算

    **PCB的叠层方式、选择的PP片和CORE芯板的材质与PCB阻抗之间存在相互影响的关系。**在常规的PCB设计中,主要有4种类型的阻抗需要计算:

    • 单端阻抗,控50Ω
    • 差分阻抗,控100Ω,90Ω
    • 共面+隔层阻抗,控50Ω

    在计算PCB阻抗时,需要借助SI9000的计算工具。以上面6层板的表层走线控50Ω为例,计算线宽方法如下:选择微带线的模型,设定阻抗为50Ω,填写相关的参数,计算出走线的宽度为6mil。
    在这里插入图片描述

    如果在第三层走差分线,且要求阻抗控制在100Ω。使用软件计算的出走线的宽度为4mil。如果在计算过程中发现所走的线宽太小,就可能要采取调整差分对之间的距离甚至是重新选择叠层方式以及挖空参考层的铜箔等方式来权衡。
    在这里插入图片描述

    5.总结

    以上主要是从硬件的角度来理解PCB的设计,包含了PCB的组成材料,叠层的原理以及阻抗的计算。毕竟不是专业画PCB的,因此在总结和梳理过程中,只把阻碍硬件人员审核PCB方面的部分内容进行了整理。

    更多的硬件知识,可以关注公众号,大话硬件
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  • 六层pcb 层叠结构 阻抗控制 注意事项 假八层 这里说的注意事项是针对于6层pcb设计中,假八层的pcb设计工艺而言。6层pcb的一种层叠结构参考图1,三四层为内层走线,如果要控制内层的阻抗,那么中间的pp层就要做的很...

                                                 

    六层pcb 层叠结构 阻抗控制 注意事项 假八层

    这里说的注意事项是针对于6层pcb设计中,假八层的pcb设计工艺而言。6层pcb的一种层叠结构参考图1,三四层为内层走线,如果要控制内层的阻抗,那么中间的pp层就要做的很厚,但是pp层很厚的话工艺无法实现,弥补的方式就是添加芯板(无铜),导致8层板按照6层板使用,成本增加,成功入坑。注意事项是:初学者在设计6层pcb时,要注意层叠结构的选择,可以将普通信号走内层,需要阻抗控制的信号走表层,这样的弊端是表层的线缺少屏蔽,串扰要大于带状线,不是有严格要求时,这是一种解决方案。另一种方案是重新选择层叠。此外还有其他解决方案,总之,新手面对6层pcb,千万别相当然。哎

    图1 6层pcb一种层叠

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  • 本文介绍如何避开PCB假八层结构的温柔陷阱---浅谈六层板的叠层。
  • PCB六层板的叠层--假八层结构的陷阱

    万次阅读 2017-12-25 10:40:21
     我们常规的六层板叠层,是L2-3一张芯板(core),L4-5(core)一张芯板,其它的用PP加铜箔,最后压合在一起而成的。如图一所示。 图一 但是六层板板厚在1.6mm及以上时,如果要进行常规阻抗控制(单线50欧姆,差...

    参考博客:http://blog.csdn.net/qijitao/article/details/51505611

    1.什么是假八层?

      我们常规的六层板叠层,是L2-3一张芯板(core),L4-5(core)一张芯板,其它的用PP加铜箔,最后压合在一起而成的。如图一所示。


    这里写图片描述
    这里写图片描述
    图一

       但是六层板板厚在1.6mm及以上时,如果要进行常规阻抗控制(单线50欧姆,差分100欧姆),在层叠上会导致3、4层之间的厚度较高,超过3个7628半固化片的厚度。因大部分工厂PP最多只能叠3张(超过3张压合时,PP经高温由半固化状态转变成液态后容易从PNL板边流失)。这时候在生产上通常会用一个光板(没有铜皮的芯板或者把常规芯板两面的铜箔蚀刻掉)添加在3、4层之间来辅助达到预期的层叠厚度,这就是通常所说的假八层。其实那并不是真正的八层板,而是为了满足板子阻抗的需要,而出现的一种特殊叠层方式。比如下图六层板因阻抗或设计所限,中间多用了一张光板,两张芯板加一张光板,这本来是八层的叠构设计,实际做出来是六层的效果。这种就叫假八层板(实际是真六层板)。
    当然这只是假八层其中的一种情况,如下图所示,3、4层之间用了2张7628半固化片加一个假芯板的方案,这个做法会增加成本。


    这里写图片描述
    图二

      你注意到了吗?
      图一用的是两张芯板(core),而图二中用的是三张芯板(core),成本有很大的差异。
      那么我们怎样去避免这种情况的出现呢,我们推荐了以下几种做法,请大家参考借鉴。

    2.解决方案

    2.1 非高密时的解决方案

      这个答案有人回复了:如果可以实现3个布线层完成设计,那么六层板完全可以设计成为常规层叠。或者关键信号线(高速信号)数量不多,区域集中,也可以使用这个层叠方案,局部高速信号区域对应的相邻层铺地铜,做成局部3层布线(L1&L4&L6)。叠层如下(阻抗计算从略,大家可以自己算算,后面也是一样只写层叠)


    这里写图片描述
    图三

      缺点:关键信号多的情况下,三个层无法满足布线需求。
      

    较宽线宽方案

      板子的密度不高,没有小间距的器件,可以使用比较大的线宽进行设计的板子(比如8mil左右线宽)叠层和阻抗控制如下:


    这里写图片描述
    图四

      缺点:以上层叠方案,阻抗线设计为表层8~9mil左右,内层6~10mil
      存在小间距器件时,以上方案比较难于布线。

    2.2 非高速时的解决方案

      在一些没什么高速信号,阻抗控制的要求可以稍微降低一点,比如保证各层阻抗一致,但是阻抗的中心值为60~65欧姆,差分线控制在105欧姆左右,叠层和阻抗控制如下:


    这里写图片描述
    图五

      缺点:这个层叠方案有一定的技术风险,需要评估高速信号的反射。

    4.总结

      其他方案还有1、2,5、6作为布线层,3、4为电源地平面的方案,这个方案需要表层走线极短,只进行Fan out的设计,同时1、2之间,5、6之间的阻抗差距极大。
      另外在PCB设计时将阻抗设计成共面阻抗,此将叠层厚度调整厚,线宽加大,线到周围铜箔的间距调小也可以实现非假八层的方案来满足阻抗需求及降低成本。
      当然,大家的回复里面还有其他方案:比如把板厚改成1.2mm,这需要考虑机械结构的要求,一般情况下无法实现。
      其实,明眼人会说上面的所有方案都是有局限性的:
      信号较杂乱,必须要4个布线层才能完成布线
      有高密的BGA,无法走较宽的线
      速率较高,DDR3/4,高速串行总线,控其他阻抗担心有风险
          ……
     
      高速先生想说的就是:您的板子都高速又高密了,然后付出接近八层板的成本,却只得到六层板的性能,您真的不知道该怎么办吗?

    展开全文
  • HDI PCB板常用叠层结构

    千次阅读 2018-05-21 20:57:32
    1、简单的一次积层印制 (一次积层6层板,叠层结构为(1+4+1)) 这类板件最简单,即内多层没有埋孔,一次压合就完成,虽然是一次积层板件,其制造非常类似常规的多层一次层压,只是后续与多层不同的是需要...

    1、简单的一次积层印制板 (一次积层6层板,叠层结构为(1+4+1)) 这类板件最简单,即内多层板没有埋孔,一次压合就完成,虽然是一次积层板件,其制造非常类似常规的多层板一次层压,只是后续与多层板不同的是需要激光钻盲孔等多个流程。由于这种叠层结构没有埋孔,那么在制作中,可以第2层和第3层做一个芯板,第4层和第5层做为另一芯板,外层加上介质层和铜箔,中间加上介质层后一次就压合而成,甚为简单,成本比常规的一次积层板低。 

    2、常规的一次积层的HDI印制板(一次积层HDI 6层板,叠成结构为(1+4+1)) 这类板件的结构是(1+N+1), (N2,N偶数),这种结构是目前业界的一次积层板的主流设计,内多层板有埋孔,需要二次压合完成。这种类型的1次积层板,除了有盲孔外,还有埋孔,如果设计人员能将这种类型的HDI转化为上面第1类型的简单1次积层板件,对供求双方都是有益的。我们有多个客户经过我们的建议,优选为将第2类型的常规一次积层板的叠层结构更改为类似第1类型的简单一次积层板。

    3、常规的二次积层的HDI印制板(二次积层HDI 8层板,叠成结构为(1++1+4+1+1)) 这类板件的结构是(1+1+N+1+1), (N2,N偶数),这种结构是目前业界二次积层的主流设计,内多层板有埋孔,需要三次压合完成。主要是没有叠孔设计,制作难度正常,如果能如前所述,将 (3-6)层的埋孔优化改为(2-7)层的埋孔,就可以减少一次压合,优化了流程而达到降低成本的效果。这种类型就是像下面的例子。 

    4、另1种常规的二次积层的HDI印制板 (二次积层HDI 8层板,叠成结构为(1+1+4+1+1)) 这类板件的结构(1+1+N+1+1), (N2,N偶数),虽然是二次积层板的结构,但由于埋孔的位置不是在(3-6)层间,而是在(2-7)层间,这样的设计也能使压合减少一次,使二次积层 的HDI板件,需要3次压合流程,优化为2次压合的流程。而这类板件,有另一难制作之处,有(1-3)层盲孔,拆分为(1-2)层和(2-3)层盲孔来制 作,就需要将(2-3)层的内盲孔用填孔制作,也就是二次积层的内盲孔采用填孔工艺制作,通常这种有制作填孔工艺的HDI成本,要比没有制作填孔工艺的成 本高,难度明显也要大,所以常规二次积层板,在设计过程,建议尽量不要采用叠孔设计,尽量将(1-3)盲孔,转化为错开的(1-2)盲孔和(2-3)埋 (盲)孔。有些老练的设计人员,就能采用这种避难就简的设计或优化,降低他们的产品的制造成本。 

    5、另一种非常规的二次积层的HDI印制板(二次积层HDI 6层板,叠成结构为(1+1+2+1+1)) 这类板件的结构(1+1+N+1+1), (N2,N偶数),虽然是二次积层板的结构,但是,也有跨层的盲孔,盲孔的深度能力明显增加,(1-3)层的盲孔深度为常规(1-2)层的盲孔翻倍,这 种设计的客户,有其独特的要求,并不允许将(1-3)跨层盲孔做成叠孔式盲孔(1-2)(2-3)盲孔,这种跨层盲孔除了激光钻孔难度大外,后续的沉铜 (PTH)和电镀也是难关之一。一般没有一定的技术水平的PCB厂家,难以制作此类板件,制作难度明显要大大高于常规二次积层板,这种设计不建议采纳,除 非有特殊要求。 

    6、盲孔叠孔设计的二次积层的HDI,埋孔(2-7)层上方叠盲孔。( 二次积层HDI 8层板,叠成结构为(1+1+4+1+1)) 这类板件的结构是(1+1+N+1+1), (N2,N偶数),这种结构是目前业界部分二次积层的板件有这样的设计,内多层板有埋孔,需要二次压合完成。主要是有叠孔设计,代替上述第5点的跨层盲 孔设计,这种设计主要特点还有在(2-7)埋孔上方需要叠盲孔,制作难度增加,埋孔设计在(2-7)层,可以减少一次层压,优化了流程而达到降低成本的效 果。

    7、跨层盲孔设计的二次积层的HDI( 二次积层HDI 8层板,叠成结构为(1+1+4+1+1)) 这类板件的结构是(1+1+N+1+1), (N2,N偶数),这种结构是目前业界制作上有一定难度的二次积层的板件,这样的设计,内多层板有埋孔在(3-6)层,需要三次压合完成。主要是有跨层 盲孔设计,制作难度较高,没有一定技术能力的HDI PCB厂家难以制作此类二次积层板件,如果这种跨层盲孔(1-3)层,优化拆分为(1-2)和(2-3)盲孔的话,这种拆分盲孔的做法,不是前面所讲的第 4点和第6点的叠孔拆分法,而是错开盲孔的拆分法,将大大降低了制作成本并优化了生产流程。 

    8、其它叠层结构的HDI板件的优化 三次积层印制板或超过三次积层以上的PCB板,按照上述提供的设计理念,同样可以进行优化,完整的三次积层的HDI板件,整个完整生产流程的,就需 要4次压合,如果能考虑类似上面一次积层板件或二次积层板件的设计思路的话,完全可以减少一次压合的生产流程,从而提高了板件成品率。在我们多个客户中, 就不乏这种例子,开始设计的叠层结构,都是需要4次压合的,经过叠层结构设计的优化后,PCB的生产,只需要3次压合就能满足三次积层板件需要的功能。

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  • 六层板层叠结构设计方案

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    六层层叠结构设计方案 ... 此方案为业界现行六层PCB的主选层设置方案,有3个布线层和3个参考平面。第4层和第5层之间的芯板厚度不宜过厚,以便获得较低的传输线阻抗。低阻抗特性可以改善电源的退耦..
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