PCB科技 - PCB層壓板設計應遵循的原則

When designing a PCB (printed circuit board), 需要考慮的最基本問題之一是有多少佈線層, 需要接地層和電源面來實現電路所需的功能, 和佈線層, 印刷電路板的接地層和電源平面層數的確定與電路功能等要求有關, 信號完整性, 電磁干擾, EMC, 和製造成本. 對於大多數設計, 中有許多相互衝突的要求 PCB效能要求, 目標成本, 製造技術, 和系統複雜性. 在考慮各種因素後，通常通過折衷來確定PCB層壓板設計. 高速數位電路和無線電電路通常採用多層板設計.

級聯設計應注意的8個原則如下：

1、分層

在多層PCB中，它通常包含訊號層、電源（P）平面和接地（GND）平面。 電源平面和地平面通常是沒有分割的實心平面。 它們將為相鄰訊號軌跡的電流提供良好的低阻抗電流回路。 訊號層主要位於這些電源或接地參攷面層之間，形成對稱帶狀線或非對稱帶狀線。 多層PCB的頂層和底層通常用於放置元件和少量跡線。 這些訊號軌跡不得太長，以减少軌跡產生的直接輻射。

2、確定單個功率基準面（功率面）

使用去耦電容器是解决電力完整性的重要措施。 去耦電容器只能放置在PCB的頂層和底層。 去耦電容器的軌跡、焊盤和過孔將嚴重影響去耦電容器的效果。 這要求在設計時連接去耦電容器的軌跡應盡可能短和寬，連接到過孔的導線也應盡可能短。 例如，在高速數位電路中，可以將去耦電容器放置在PCB的頂層，將第二層指定給高速數位電路（如處理器）作為電源層，使用第3層作為訊號層，並使用第四層作為訊號層。 設定為高速數位電路接地。

此外，儘量確保由同一高速數位設備驅動的訊號軌跡使用同一功率層作為基準面，該功率層是高速數位設備的電源層。

3、確定多重基準面

多功率基準面將被劃分為幾個具有不同電壓的物理區域。 如果訊號層靠近多電源層，則附近訊號層上的訊號電流將遇到不希望的返回路徑，導致返回路徑中出現間隙。 對於高速數位信號，這種不合理的返回路徑設計可能會導致嚴重問題，囙此要求高速數位信號佈線應遠離多功率基準面。

4、確定多個地面基準面（地面）

多個接地參攷面（接地層）可以提供良好的低阻抗電流返回路徑，從而减少共模EMl公司。 地平面和功率平面應緊密耦合，訊號層也應與相鄰參攷平面緊密耦合。 這可以通過减少層間介質的厚度來實現。

5、合理設計接線組合

訊號路徑跨越的兩層稱為“佈線組合” 最佳佈線組合設計是避免回流從一個參攷平面流向另一個參攷平面，而是從參攷平面的一個點（表面）流向另一個點（表面）。 為了完成複雜的佈線，不可避免地需要對跡線進行層到層的轉換。 在訊號層之間切換時，確保回流電流可以從一個參攷平面平滑地流向另一個參攷平面。 在設計中，使用相鄰層作為佈線組合是合理的。 如果訊號路徑需要跨越多個層，將其用作佈線組合通常不是一種合理的設計，因為穿過多個層的路徑對於回流來說並不平滑。 雖然可以通過在通孔附近放置去耦電容器或减少基準面之間的電介質厚度來减少地面反彈，但這不是一個好的設計。

6、設定接線方向

在同一訊號層上，應確保大多數佈線方向一致，並應與相鄰訊號層的佈線方向正交。 例如，一個訊號層的佈線方向可以設定為“Y軸”方向，而另一個相鄰訊號層的佈線方向可以設定為“X軸”方向。

7、採用偶數層結構

可以從設計的 PCB堆疊 幾乎所有的經典堆棧設計都是偶數層, 非奇數層. 這種緊急情况是由許多因素造成的, 如下所示.

從印刷電路板的製造過程可以理解，電路板中的所有導電層都保存在核心層上。 核心層的資料通常為雙面超高速。 當核心層被充分利用時，印刷電路板的導電層數量是偶數。

偶數印刷電路板具有成本優勢。 由於缺少一層電介質和銅，奇數編號印刷電路板的原材料成本略低於偶數編號印刷電路板的成本。 然而，由於奇數印刷電路板需要在核心層結構工藝的基礎上添加非標準層壓核心層粘合工藝，奇數印刷電路板的加工成本顯著高於偶數印刷電路板。 與普通芯層結構相比，向芯層結構中添加銅將導致生產效率降低和生產週期延長。 在層壓和粘合之前，外芯層需要額外處理，這新增了外層劃傷和錯誤蝕刻的風險。 額外的外層處理將大大新增製造成本。

當印刷電路板處於多層電路鍵合過程中，當內外層冷卻時，不同的層壓張力將導致印刷電路板不同程度的彎曲。 此外，隨著電路板厚度的新增，具有兩種不同結構的複合印刷電路板的彎曲風險變得更大。 奇數編號的電路板容易彎曲，偶數編號的印刷電路板可以避免電路板彎曲。

設計時，如果層數為奇數，可以使用以下方法新增層數。

如果設計印刷電路板的電源層是偶數，訊號層是奇數，則可以採用添加訊號層的方法。 添加的訊號層不會導致成本新增，但可以縮短處理時間並提高印刷電路板的質量。

如果設計的印刷電路板具有奇數個功率層和偶數個訊號層，則可以使用添加功率層的方法。 另一種簡單的方法是在不改變其他設定的情况下在堆棧的中間添加接地層，即首先在奇數層上佈線印刷電路板，然後在中間複製接地層。

在微波電路和混合介質（不同介電常數）電路中，可以在印刷電路板堆棧中心附近添加空白訊號層，以最小化堆棧不平衡。

8、成本考慮

在製造成本方面, 使用相同的 PCB面積, 多層電路板的成本肯定高於單層和雙層電路板, 層數越多, 成本越高. 但在考慮實現電路功能和電路板小型化時, 確保信號完整性, EMl, EMC和其他性能指標, 應盡可能使用多層電路板. 綜合評價, 多層電路板和單層電路板之間的成本差异不會比預期的高得多.