【PCB 板材】层叠拓扑

2024-06-14 01:20

文章标签 pcb 拓扑层叠板材

本文主要是介绍【PCB 板材】层叠拓扑，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1、典型16层

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2、典型4层

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多层PCB由覆铜芯板（Core）、半固化片（prepreg，简称PP）与铜箔，一起按照叠层设计组合，经过压合制成。

满足高速信号布线的信号完整性要求

对于关键信号线，需要构建GND/Signal/GND的叠层组合，相邻信号层的带状线，交叉垂直布线，以最小化串扰耦合。从信号完整性的角度来讲，关键高速信号使用带状线（Stripline）布线，非关键高速信号可以选择使用微带线（Microstrip）布线。

如非必要，不建议使用宽边耦合带状线（Broadside-Coupled Stripline ），PCB加工过程中的曝光和蚀刻的偏移都会造成重叠错位，加工过程困难而且难以保证阻抗的一致性。
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PCB板材、PP和铜箔的选型

FR-4能够满足大多数PCB的需求，价格便宜而且电气性能良好，高速PCB会选用高速板材，比如松下的Megtron4/6等，射频PCB会选用碳氢、Teflon或者陶瓷基板。如汽车灯板等对散热要求高的设计场景，会选用铝基或者铜基板材，在Mini LED等显示场景会使用玻璃基板材。

板材的关键性能指标如下：

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高速PCB板材选型

高速PCB需要选择具有最低损耗角正切和较小介电常数的介电材料，高速PCB的设计需要特别注意材料明细，包括玻璃纤维(Fiberglass)，电介质矩阵(Dielectric Matrix)和铜(Copper)。在较高数据速率下的信号具有较高的频率单元，波长更短，阻抗不连续会产生更多反射。需要考虑玻纤效应和铜箔表面粗糙度的影响
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在上图中，Typical FR4在28Gbps时每英寸有近2dB平均损耗(Nyquist为14GHz)，Megtron6在相同频率只有0.85dB。

玻纤布带来的玻纤效应

不同的玻纤对应的编织粗细不一样，开窗和交织的厚度也不一样，如果信号分别布在开窗上和玻纤上所表现的特性(阻抗、时延、损耗)也不一样（开窗和玻纤Dk/Df特性不一样导致的），这就是玻纤效应。
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芯板（Core）的制造过程

缓解玻纤效应的方法：

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择最小化树脂窗口的玻纤类型材料；

使用Zig-Zag等10°走线方法；

在制板的时候让板厂旋转一定的角度；

使用扁平开纤玻布或者平织布。

铜箔粗糙度

铜箔粗糙度(铜牙)使线路的宽度、线间距不均匀，从而导致阻抗不可控，同时由于趋肤效应，电流集中在导体的表层，铜箔的表面粗糙度影响信号传输的长度。

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不同等级铜箔的表面粗糙度

如下图所示，在5GHz以下铜箔粗糙度的影响不是太明显，大于5GHz铜箔粗糙度的影响开始越来越大，在大于10Ghz的高速信号的设计时尤其需要重视。

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PCB每层的铜厚
PCB铜箔的厚度以盎司（oz）为单位。常见的铜厚有三个尺寸，0.5oz（内层）、1oz（表层）和2oz，主要用在消费和通讯类产品上。3oz以上属于厚铜，常用于高压、大电流的电力电子产品。

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叠层设计时必须平衡铜箔的厚度，使电源/地平面层铜的厚度满足载流要求。对于信号层铜的厚度来讲，线宽/线距较小，需要铜尽可能薄才能满足精确的蚀刻的要求。高速信号线由于趋肤效应的影响，电流只在铜箔表面附近流动，更厚的铜箔并不会带来更好的性能。所以内层信号层的铜厚通常为Hoz，即0.5盎司。