布局中电路板层的PCB堆叠技术
关键的外卖
电路板叠层变化会影响电路板的可制造性和成本。
信号和电源完整性细节考虑与您的层堆叠配置。
不同的PCB堆叠技术以及您的设计工具如何帮助您实现这一目标。
间距电路板层之间的清晰度是一种PCB堆叠技术
我们大多数人都不知道我们日常生活中使用的不同产品和设备中都有哪些成分。你的车在换档时毫不费力，但你知道自动变速器是如何工作的吗?大多数电子产品用户不知道如何构建他们许多设备的核心复杂电路板，这并不奇怪。然而，对于我们这些设计pcb的人来说，了解如何使用和设计不同的层配置是必不可少的。
电路板不仅仅是一个支持和连接一系列电子元件的简单平台。信号和电源完整性电路板中电路的性能会受到电路板层的配置方式的很大影响。这种层的排列不仅影响电路板的电气性能;它还将决定电路板的制造方式和成本。让我们更深入地了解这个主题，看看不同的PCB堆叠技术将如何影响电路板，以及设计师需要知道什么来使用它们。
三个“M”——材料、可制造性和金钱
电路板的每一层只能包含有限数量的路由，因此，设计中的网络越多，需要路由的层就越多。但是，在你开始在你的设计中添加层次之前，后退一步，看看更大的图景是很重要的。你应该考虑的第一个细节是制作板本身。的电路板的层数受材料、可制造性和建造成本的影响(或将对其产生影响)。
材料
用FR-4制作的标准数字/模拟电路板是一个已知的数量，但如果你的电路板使用的是更奇特的高速材料，改变层数可能会带来一些挑战。虽然这些材料在控制阻抗、信号性能、尺寸稳定性、热管理等方面更好，但它们可能很难使用，并且建造电路板的成本更高。在你添加额外的图层对之前，先确保你理解了所有的含义。
可制造性
电路板的层数越高，制造过程就越复杂。这不仅会影响生产原板所需的时间和金钱，而且还可能改变制造商承诺的产量。在你决定增加额外的层之前，确保你的制造商也同意你的决定。
钱
你添加到电路板上的每一层都会增加它的成本。一般来说，从两层到四层，或者从四层到六层，制造费用会增加40%。在那之后，它会降低到35%或30%，但它仍然会影响你的预算底线。而且，当您处于原型设计阶段时，这似乎不是什么大问题，但不要忘记，这个价格需要在每块板的整个生产寿命中延长。
另一方面，在某些情况下，增加层次可以节省资金。根据设计中路由的复杂性，它最终可能为您节省增加额外层的资金，并节省开发预算的时间。额外的层还可以允许您更改孔的数量和大小，跟踪宽度和间距，以及板的尺寸和厚度-所有这些都可以潜在地节省制造时间和费用。使用额外的层也可能最终成为在设计中添加更多组件的唯一方法。重要的是，正如我们最初所说的，先退一步，看看更大的图景。当涉及到层堆叠将如何影响PCB的电气性能时，这是更重要的。
电路板上的组件，其下面显示多层路由
PCB电气注意事项
双层电路板必须与放置在其上的组件共享表面层，因此，添加层可以为部件提供更多的空间。此外，还有其他设计领域将受益于在电路板上添加层。
信号路由
对于有很多网的设计，多层电路板通常是完成设计的唯一选择跟踪路由．此外，额外的层将有助于以下:
串扰:当所有的迹线都挤在一个层上时，这些迹线就有可能存在痕迹相互结合并产生噪音．在板上添加层可以使这些敏感网展开，并在相邻层上垂直布线。
EMI:额外的层允许设计人员将路由层与地平面分开，以降低EMI易感性和排放。
高速:传输线路由也可以利用额外的层，如果它们被用作参考平面，以确保一个干净的信号返回路径。
电源和地面平面
电路板上的许多组件需要多个电压电平来满足其电源需求。试图在双层电路板上保持良好的电源完整性，其中所有这些电源都必须与单独的走线一起运行，可能具有挑战性。使用额外的层在一个板额外的动力平面有助于解决这个问题。即使在电路板上有多个电压级别，电源平面也可以被分割，以管理组件的不同电源需求。
电路板中附加层的主要好处之一是能够配置多个接地平面层。除了帮助改善板的电力输送网络，该地面的飞机作为信号返回路径的参考平面。在两层设计中，这些返回路径通常被限制在地面上，并且会在电路板中引起很多信号完整性问题。不过，在多层板中使用专用参考平面时，高速路由可以直接在与其参考平面相邻的层上进行，以获得干净的信号返回。
信号的完整性
高速设计通常需要微带或带线层配置用于布线敏感传输线。微带配置在外部层路由，而带状线配置需要内部路由层和接地面，这只能通过多层设计实现。您可以在下面的插图中看到这些PCB层配置的一些示例。
在过去，增加多层电路板中的层数只是为了在电路板上创建路由额外网络的空间。然而，现在必须设计一个好的多层堆叠配置，以保护电路板不受外部噪声源的影响，并防止电路板传播它们。接下来，我们将介绍一些可用于多层设计的PCB堆叠技术。
微带和带线路由层配置示例
不同的层配置和PCB堆叠技术
多层电路板从三层开始，直到它们受到电路板宽度和可用制造技术的限制。通常，设计师会选择四层、六层和八层板。下面是这些板中的一些层配置示例。
但是董事会
四层板的变化不大。通常，这些板将有固体金属平面和路由电源和地面的混合物。在某些情况下，内部层可能有一个完整的接地平面，或者外部层使用电源和接地填充，内部有信号路由。
Six-Layer董事会
传统的六层电路板堆叠方式为顶部、信号层、接地层、电源层、信号层、底部。这种配置提供了非常差的信号完整性，因为内部信号层不在两个平面之间，并且会产生大量的EMI。更好的配置如下:
前的信号
地平面
内部信号
内部信号
动力飞机
底部的信号
这种配置提供了一个更清晰的信号完整性解决方案，只要敏感的轨迹保持在内部信号层。这样，传输线可以使用相邻的电源和接地层作为它们的参考平面，尽管它们仍然没有对称的带状线配置来利用。最好的六层堆叠之一将内部信号层交换为另一个地面层，以创建带状线配置。当然，问题是丢失了整个路由层，但对于高速设计，电路板将内置更好的信号完整性保护。
培育董事会
随着层数的增加，可能的变化的数量也会增加，所以我们不会看不同的变化。相反，这里有一个八层板堆叠，将提供良好的信号完整性保护:
顶层
地平面
内部信号
动力飞机
地平面
内部信号
动力飞机
底层
现在的任务是如何设置这些板层堆叠，这就是PCB设计工具可以帮助的地方。
使用Cadence Allegro PCB编辑器的横截面编辑器来设置PCB设计中的层配置
利用PCB设计工具的力量
要为电路板设计创建多层配置，PCB CAD工具通常具有编辑工具或功能这样工作就容易多了。在上图中，你可以看到Cadence 's Allegro PCB Editor中的一个横截面编辑器的例子。使用该工具，您可以输入板层的细节值，如宽度，材料和介电常数。编辑器还向您展示了图层堆叠的侧视图，以方便参考图层如何配置以及盲孔和埋孔的深度。Allegro的另一个有用的功能是3D画布，它可以让设计师更好地了解他们的设计层是如何相互交互的。
PCB设计人员的另一个非常重要的资源是他们的电路板制造商。这些人围绕着为客户配置和构建板层堆栈建立了自己的业务，他们知道自己在做什么。他们将能够为您的设计类型，所需材料和成本提供最佳PCB堆叠技术的建议。在许多情况下，PCB制造商可以使用您的信息来制定最佳的PCB层堆叠，然后将数据直接发送回您的CAD系统。使用ipc - 2581接口使设计和制造之间的沟通更容易拉入层堆叠信息并发送完成的制造文件。
有关PCB堆叠技术的更多信息，请查看关于堆叠策略的两部分电子书系列。按此浏览第1部分而且第2部分．
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