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PCB 疊層設計指南

人們期望電子產品功能豐富, 但也要求它們體積小且便於攜帶, 這給電路板設計人員帶來了新的挑戰. 為了達成這個, 設計師轉向 多層電路板, 為更多信號和電子電路提供更多空間,以實現更強大的功能. 然而, 成功的 PCB設計 取決於對 PCB 疊層的仔細考慮. 這個關鍵組件直接影響電路板的性能, 可靠性, 成本, 和可製造性. 在本文中, 您會找到有關 PCB 疊層設計的指南, 包括規則, 建議, 和示例幫助您更好地完成疊層設計.

什麼是 PCB 疊層?

PCB疊層是指構成印刷電路板的銅層和絕緣層的排列. 典型的 PCB 疊層由交替的銅層和絕緣材料層組成, 例如預浸料和核心層. 銅層包含電路並用作電路板上電子信號的導電通路.

PCB 疊層是電路板設計的一個重要方面,它決定了電路板的電氣特性, 包括信號完整性, 電力調配, 和 電磁兼容 (電磁兼容). 它還會影響電路板的機械和熱性能. PCB 疊層中使用的層數可以是靈活的,由電路的複雜性和特定的設計先決條件決定.

兩層 PCB 疊層是最簡單和最常見的, 但高密度設計可能需要四層或更多層來容納必要的組件和佈線. 設計人員必須在設計過程中仔細考慮 PCB 疊層,以確保電路板滿足必要的電氣和機械要求,同時還具有製造成本效益. 正確的疊層設計有助於最大限度地減少信號損失, 減少電磁干擾, 並提供穩定的配電網絡, 從而獲得更可靠和高性能的電路板.

PCB 疊層設計規則和技巧

管理良好的堆疊需要遵循數百條規則和標準, 但一些最重要的是:

  1. 接地平面板是首選,因為它們允許在微帶線或帶狀線配置中進行信號路由, 導致較低的接地阻抗和接地噪聲水平.
  2. 防止高速信號的輻射, 重要的是將它們路由到不同級別之間的中間層, 同時使用地平面作為屏蔽.
  3. 信號層應盡可能彼此靠近, 即使它們在相鄰的平面上, 總是在飛機旁邊.
  4. 具有多個接地平面是有益的,因為它可以降低電路板的接地阻抗並減少輻射.
  5. 在電源層和接地層之間建立強耦合至關重要.
  6. 從機械角度來看,建議使用橫截面以避免變形.
  7. 如果信號電平緊挨著平面電平, 接地或電源, 返回電流可能流過相鄰的平面, 這有助於降低返迴路徑的電感.
  8. 改善噪聲和 EMI 性能, 一種可行的方法是減少信號層與其相鄰平面之間的絕緣厚度.
  9. 根據電氣特性選擇材料時, 機械的, 和熱性能, 考慮每個信號層的厚度至關重要, 考慮到標準厚度和各種印刷電路材料的特性.
  10. 應該使用高質量的軟件來設計疊層, 從庫中選擇合適的材料並根據其尺寸進行阻抗計算.

推薦材料和厚度

PCB 疊層的三個主要組件是銅, 絕緣, 和地平面. 每種材料的選擇和厚度在決定其性能特徵方面起著至關重要的作用.

  • 銅層

有多種類型的銅可用, 每個都有自己獨特的熔化溫度, 電導率, 和熱膨脹率. 銅的選擇通常基於設計要求. 值得注意的是,較厚的銅層提高了設計的整體穩健性, 但也增加了電路板的成本.

  • 絕緣層

FR-4 環氧樹脂, 玻璃環氧樹脂, 和聚對二甲苯塗層材料是 PCB 中最常用的絕緣材料類型. 而選擇合適的絕緣材料取決於應用環境. 增強EMI屏蔽,提高電路板的耐用性, 建議使用盡可能厚的絕緣層. 然而, 如果絕緣層太厚, 它可能會影響走線和過孔的質量.

  • 地平面層

銅和鎳是使用最廣泛的接地層材料. 地平面材料的選擇基於設計要求和阻焊層的類型. 地平面的推薦厚度介於 0.1 毫米和 0.25 毫米. 儘管較厚的地平面會產生更好的性能, 它還會導致電路板尺寸的增加.

PCB 疊層設計示例

  • 4 層PCB疊層

標準的 4 層 PCB 疊層通常在電路板中央有一個厚芯層, 被兩個較薄的預浸料層包圍, 表面層主要用於信號和元件安裝. 內層通常專用於電源和地網. 通孔通常用於提供層與層之間的連接. 帶外露焊盤的阻焊層應用於外層,以實現 SMD 和通孔元件的安裝.

  • 6 層PCB疊層

6 層 PCB 疊層的設計與 4 層設計相當, 但它在平面之間放置了兩個額外的信號層, 產生兩個適合高速信號的掩埋層和兩個適合路由低速信號的表面層. 將信號層放置在靠近其相鄰平面的位置,並使用較厚的中心核心來實現所需的電路板厚度 (無鉛組裝可能導致價格變化, 62 軍規) 可以大大改善EMI性能.

  • 8 層PCB疊層

對於 8 層 PCB 疊層, 設計應包括至少三個電源/接地層以增加電磁兼容性 (電磁兼容) 並最大限度地減少與 EMI 相關的問題. PCB 工程師和設計師在設計疊層佈置時通常會考慮電路的要求.

結論

PCB 疊層設計對電子工程師和設計師來說都是一個重要方面. 為了生產高品質的電子產品, 必須考慮各種因素. 沒有精心設計的 PCB 疊層, 最終產品的質量和性能可能會大打折扣. 所以, 設計師認真對待是很重要的 選擇合適的PCB材料 和施工以獲得最佳結果. 如果您缺乏 PCB 疊層設計方面的專業知識, 考慮與 PCB 設計專家合作. PCB團隊在 MOKO技術 在設計複雜疊層方面擁有豐富的經驗, 包括多層和 HDI 疊層. 我們可以幫助您設計符合所有電氣要求的具有成本效益且可製造的疊層.

陳瑞安

Ryan 是 MOKO 的高級電子工程師, 在這個行業有十多年的經驗. 專業從事PCB版圖設計, 電子設計, 和嵌入式設計, 他為不同領域的客戶提供電子設計和開發服務, 來自物聯網, 引領, 消費電子產品, 醫療等.

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