堆叠需要多少PCB层?

2023年1月31日

PCB层

任何PCB堆叠都有三个工作要执行:为信号提供电源、接地参考平面和路由通道。对于新设计师来说，一个反复出现的问题是设计PCB所需的层数。如果不能很好地掌握所需的层数，或者如何将这些层分配到不同的功能(信号、电源、接地或混合)，那么PCB始终存在不能正常工作的风险。

因此，在本文中，我们将研究一个简单的策略，以帮助设计人员根据所需的层数准备PCB堆栈。确定层数是设计PCB堆叠的第一步，特别是在设计具有许多路由通道和不同接口的数字电路板时。

PCB层数计算

有一些简单的方法来完成设计PCB层堆叠的任务。首先要确定要设计的PCB的类型。例如，PCB可以用于数字系统、模拟系统或混合信号．要获得准确的PCB层数估计，请从以下过程开始:

确定唯一路由组或接口的数量
确定支持最大处理器所需的层数
与地面平面穿插
如果电路板在高速运行时会产生大量电流，至少增加一个电源层
将层数四舍五入为偶数

确定了这个层数之后，您就可以转移到设计的其他重要方面，例如选择层压板材料用于信号层，以及分隔电源和地平面的电介质。

使用实例BGA

有时学习这些概念最简单的方法是从一个例子开始。假设您想设计一个包含225脚BGA(每行/列15脚)和200脚的板。只要引脚间距不是太小，我们可以通过假设每层有四排引脚来设置层数。确定层数的公式为:

信号层数= (0.5 * BGA行)- 2

在本例中，结果是5.5个信号层，或者仅仅是这个BGA就四舍五入到总共6个信号层。

BGA扇出

在间距为1.0 mm的扇形中，外层两行可支持外层路由。一旦我们超过了第4行，当使用通孔通道时，我们只能支持每层1行。

请注意，电源和接地可能会占用设备内部的多排引脚，这将在一定程度上减少所需信号层的数量。一些处理器有多个电源和接地引脚，将占用BGA中的多行，因此设备的实际信号计数可能更低。这就把我们带到了设计的下一部分:电源和接地。

现在添加电源和接地

接下来，我们需要在信号层之间交织地面。对于上面的例子，我们需要5个额外的地面层。最后，添加一个容纳所有电源轨道的电源层，你已经确定了一个12层的PCB。

现在假设在上面的例子中，电源轨道和接地轨道在BGA中占据两行。在这种情况下，再看一下计算，只需要5个信号层，4个交错的接地层，1个电源层。这是一个10层的堆叠。

驱动层堆栈规划的两点

当电路板密度变高时，有一些限制可能要求设计人员在PCB堆叠中使用更多的层。通常包括:

较小的电路板尺寸可能会增加层次

在某些情况下，PCB布局尺寸可能受到外壳、连接器位置和特定组件位置的限制。常见的情况是，连接器的位置由机械设计师定义，然后限制PCB布局工程师可以放置和路由其他组件的位置。因此，随着板尺寸的减小，信号层的数量趋于增加。

制造能力会限制密度

根据电路板中连接的密度，您可能会倾向于在信号层上紧密地放置迹线。然而，在PCB中使用的迹线密度会有一些限制制造车间的蚀刻能力．

假设你的制造商只能可靠地蚀刻4 mil的痕迹。如果衬底材料的介电常数Dk = 4，那么这些宽度所需的层厚度将是2 mil。通常情况下，线间距限制将设置为线宽，因此迹线密度将设置为8 mil/迹线。对于微分对，密度将更低，因为当间距约为2倍线宽时可能达到线宽限制，因此密度为微分对将是12mil /trace。