电路板四层PCB堆叠规划
关键的外卖
了解四层印刷电路板的要求
4层PCB堆叠的设计建议
在4层PCB设计中使用设计工具
观看一位熟练的厨师将不同的物品、酱汁和调味料结合起来，创造出一道烹饪杰作，是一件令人着迷的事情。但是，你能想象如果他们只被允许使用四种原料吗?有这样的限制，他们能做多少事?信不信由你，电路板设计师一直在用四层在电路板上。
电路板上的四层将减少许多制造费用，因此是消费电子产品的流行选择。然而，只有四层的设计在满足电路板的路由和信号完整性要求方面提出了一些独特的挑战。创建一个限制性设计，检查所有的尺寸、成本、可制造性和电气性能，从配置层堆叠开始。本文将分享一些关于4层PCB堆叠的信息和建议，以帮助您入门。
PCB层配置策略
设计和制造电路板的方法有很多。虽然FR-4是用作PCB基板的标准材料组，但也有许多其他材料。电路板通常是用蚀刻掉不需要的铜的减法工艺制造的，但加法工艺越来越受欢迎。当然，电路板中使用的层数可以从单一或双面板到包含4层、6层、8层或更多层的多板配置。
决定制造工艺、材料和层配置都归结为性能和成本。显然，我们希望电路板具有最佳性能，同时生产成本尽可能低。然而，这些因素中的每一个都对另一个有很大的影响。带有数千个互连的高密度、高速设计根本不适合双面板，而且该板的配置也不支持电子设备的性能。虽然布置一个十层板可以给设计师一个简单的设计提供足够的空间，但如果更少的层可以工作，那么花那么多层就没有意义了。
这是由设计团队提出最好的PCB层配置他们的设计策略，在许多情况下，一个4层电路板将完成工作。然而，有许多方面的4层电路板必须考虑，首先要了解电路板的所有要求。
4层PCB布局要求紧密的组件放置和路由
了解需求
为了准确地规划电路板的配置，您首先必须了解它将被期望做的所有事情，从它的物理要求开始:
目的:创业板将在什么样的环境中运作，将对其建设方式产生巨大影响。极端温度或高湿度环境可能需要改变用于制造电路板的材料，从而改变其设计方式。
尺寸和形状:根据电路板将要安装的位置，尺寸和形状可能需要改变电路板层，以适应其所有的跟踪路由。尺寸和形状也会影响电路板的制造方式。
技术:组件的类型和电路的速度也将影响如何配置电路板的层堆叠。大型高密度部件(如BGA占地)的路由要求可能需要额外的层来路由出所有引脚。
特点:孔、支架、切口和其他独特的功能也会影响电路板需要多少层。
评估电路板需求的另一个方面是了解其电气和性能预期:
信号完整性:根据技术类型的不同，可能会有受控阻抗布线和EMI屏蔽的设计要求，增加接地面和布线层的数量。
权力的完整性:根据功率要求，可能需要更多的层来构建一个健壮的电力输送网络在黑板上。
最终，电路板的生产必须满足三个主要要求。由设计团队决定4层配置是否能满足这些要求。
它可制造吗?
减少走线宽度和间隙以使它们适合更少的层可能会使电路板难以建造，而不会在制造时间费用方面付出重大代价。
它是否在时间和预算之内?
制造四层和六层板之间的成本增加可能高达30%至40%。这种增加是一个很大的激励保持层计数在设计中，只要它是可制造的。
它能满足性能规格吗?
单板必须根据其操作规范执行，即使需要更改配置来完成此操作。
假设所有这些需求都可以通过4层设计来满足，让我们看看涉及到什么。
在4层PCB堆叠布局中，另一个有用的特性是控制部件放置的设计规则
4层PCB堆叠
布局一个四层印刷电路板可能是一个真正的挑战，设计师已经习惯了有更多的可用空间。与专门用于布线的层不同，它们可能最终会与铜槽和用于电力输送的宽轨道共享空间。以下是对于4层PCB堆叠的一些具体设计注意事项。
接地很重要
电路板信号，特别是高速信号，必须有清晰的返回路径，以达到最佳的信号完整性设计。这一要求适用于所有信号，无论是数字信号、模拟信号还是功率信号。为了适应这种情况，需要将4层板的一个内层分配给a专用接地面．由于电路板的外层专门用于放置组件，剩余的内层填充信号和电源布线，设计将很快耗尽可用空间。但是，在设计中必须不将地平面分割以提供清晰的返回路径以减少或消除电磁干扰。
功率输出
当今设计中使用的许多组件都有不同的电压等级要求。这些功率要求给设计人员带来了一个挑战，即在保持清洁的电力输送系统的同时，将所有这些电压路由到四层板上。通常，设计师会将电源布线与分割平面和宽走线相结合。此外，旁路盖的放置和布线必须考虑在内，以确保它们有最短和最直接的路由到其分配的供应引脚。
逃避路由
在这里，铺设一个4层电路板可能会变得非常复杂。大型BGA组件上的引脚行越多，逃逸路由所需的层数就越多。虽然零件的外层行可以路由出去，但下一行必须通过通孔连接。一个4层板最终会耗尽层数，以成功路由出大型设备。
跟踪路由
混合信号设计现在很常见，即使在较小的4层板上也需要遵循它们的路由规则。连续地平面对于混合信号设计是必不可少的。不要穿越参考地平面的断口，尽量保持数字电路和模拟电路彼此隔离。请记住，您可能没有专门用于路由的内部层，因此路由必须与组件放置和转义路由一起规划，以确保有足够的空间供所有组件使用。
铜平衡与散热
为了保持制造和组装时电路板的对称性，使用内部电源平面来抵消内部接地平面是一个好主意。然而，由于需要路由层，您可能被迫将分割功率平面或宽走线与常规信号路由结合起来。热平衡可以通过地面通道完成，通过地平面向下传递大型部件的热量。
为了跟踪布局成功的4层电路板所需的所有要求，您需要利用PCB设计工具的全部功能。接下来，我们将介绍一些最有帮助的工具特性和功能。
Cadence的横截面编辑器在他们的Allegro PCB编辑器设计工具
使用PCB设计系统的全部功能
今天PCB设计人员的最大优势之一是能够与他们的制造商一起工作，以实现电路板的最佳配置。正如本文开头的视频所示，Cadence通过其IPC-2581功能帮助实现了这种关系。这个功能允许设计师接收分层盘旋飞行信息并将数据直接导入Cadence的横截面编辑器。电路板配置完成后，堆叠可以送回制造商确认，并存储在外部，以供未来设计使用。
然而，横截面编辑器不仅仅是外部数据的容器。Cadence Allegro使用这个编辑器来创建和修改PCB设计中的板层堆叠。在上图中，您可以看到电路板设计中典型的4层PCB堆叠的配置，能够指定路由层、顶部、底部和面层，以及更多。
有关PCB堆叠策略的更多信息，特别是在计算成本方面，请参阅此文档电子书从节奏。
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