PCB板如何贏在層疊設(shè)計(jì)呢？

我們先來(lái)看看這幾個(gè)問(wèn)題：

1，你有沒(méi)有過(guò)通過(guò)選擇不同的板材滿足不同產(chǎn)品的性能要求？

2，你有沒(méi)有通過(guò)調(diào)整層疊pp和core的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)電源地平面的緊耦合或者說(shuō)加大相鄰層（信號(hào)相鄰層或者電源相鄰層）的間距？

3，你有沒(méi)有過(guò)隔層參考來(lái)控制射頻走線的阻抗

4，你有沒(méi)有過(guò)通過(guò)改變層疊來(lái)調(diào)整線寬線距從而更好的控制串?dāng)_和損耗問(wèn)題

5，你有沒(méi)有過(guò)通過(guò)層疊規(guī)劃和高速信號(hào)布線層規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)stub最短？

6，在原理圖設(shè)計(jì)完成時(shí)，你有沒(méi)有做過(guò)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(méi)有通過(guò)層疊來(lái)試圖減少設(shè)計(jì)中的SI,PI,EMC問(wèn)題？

接著我們來(lái)看看如下表：

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機(jī)械參數(shù)會(huì)對(duì)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(hào)完整性、電源分布和EMC問(wèn)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(lái)看看PCB板材的基本組成部分。

這里說(shuō)的材料就是我們常說(shuō)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(jiàn)品牌，常見(jiàn)型號(hào)，常見(jiàn)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(shí)也被稱為層壓板或覆銅層壓板（CCL），通常由固化樹(shù)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(shù)脂半固化片”的簡(jiǎn)寫。在層壓過(guò)程中，熱量和壓力會(huì)使樹(shù)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(shù)脂和玻璃纖維兩種材料的組合。樹(shù)脂提供介電功能的同時(shí)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(shù)脂很堅(jiān)硬，但沒(méi)有彈性。添加玻璃纖維能夠加強(qiáng)結(jié)構(gòu)并為樹(shù)脂提供了彈性的可供粘附的表面。

接著我們來(lái)看看材料的特性。主要從三個(gè)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(huì)被加熱數(shù)次，較厚的設(shè)計(jì)對(duì)焊接溫度更敏感，因?yàn)閆向應(yīng)力會(huì)不斷疊加，并且可能失效的點(diǎn)更多。我們知道選擇板材時(shí)會(huì)突出一個(gè)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(shí)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(huì)累積，導(dǎo)通孔孔壁鍍層所承受的應(yīng)力越大，并且會(huì)提高在樹(shù)脂和銅邊界處分層的風(fēng)險(xiǎn)。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(jiǎn)單的2-4層可以選擇低TG板材。也可以從厚度上進(jìn)行對(duì)板材的TG值進(jìn)行選擇，當(dāng)然這只是一個(gè)建議? 并非規(guī)范。

另一個(gè)常用參數(shù)是分解溫度（Td），這個(gè)參數(shù)需要通過(guò)熱重分（TGA）來(lái)測(cè)量重量損耗 5% 時(shí)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(guò) Td 時(shí)，化學(xué)鍵的斷裂會(huì)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(xiǎn)。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(shí)都很重要。

在循環(huán)過(guò)程中，電路板會(huì)膨脹和收縮，從而對(duì)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(shí)，該應(yīng)力會(huì)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(duì)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(shù)脂體系的Dk 值范圍為 2.9 至 4.5。Dk 隨頻率和樹(shù)脂含量的提高而降低。Df 參數(shù)表示高速信號(hào)加熱周圍電介質(zhì)而損耗的相對(duì)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(lái)說(shuō)，介電常數(shù)和介電損耗越低越好，同時(shí)也會(huì)更昂貴。

下圖是180種材料對(duì)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(shū)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(duì)您的設(shè)計(jì)很重要的因素將取決于場(chǎng)景。彎曲強(qiáng)度、楊氏模量和剝離強(qiáng)度是材料在各種測(cè)試條件下的強(qiáng)度測(cè)量值。大多數(shù)材料規(guī)格書(shū)至少會(huì)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(hào)傳輸速度的迅猛提高以及高頻電路的廣泛應(yīng)用,對(duì)印刷電路板也提出了更高的要求。要得到完整、可靠、精確、無(wú)干擾、無(wú)噪音的傳輸信號(hào)。就必須保證印刷電路板提供的電路性能保證信號(hào)在傳輸過(guò)程中不發(fā)生反射現(xiàn)象,信號(hào)完整,傳輸損耗低,起到匹配阻抗的作用。為了使信號(hào),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(lái)越重要。

那阻抗跟什么有關(guān)？我們可以先看下如下圖