PCB(Printed Circuit Board)，即印刷電路板，其按照導(dǎo)體層數(shù)分類，可以分為只有一面覆銅的單面板，兩面都有覆銅的雙面板，以及具有多個(gè)銅層的多層板。

多層PCB通常由多個(gè)雙面覆有銅箔的覆銅芯板（Core）與半固化片（prepreg，簡(jiǎn)稱PP）一起按需組合疊層，然后在最外層加上銅箔并加熱加壓進(jìn)行壓合形成具有多個(gè)銅層的多層板，多層板按導(dǎo)電層數(shù)分又可以進(jìn)一步細(xì)為4層板、6層板、8層板…以此按偶數(shù)層類推。

您會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，貌似多層板都是具有偶數(shù)層的，這是因?yàn)镻CB的疊層需要保持對(duì)稱性，以避免PCB在加工過(guò)程中因應(yīng)力不平衡而發(fā)生嚴(yán)重的曲翹變形，造成PCB的報(bào)廢。

PCB最初是作為容納電子元件的載體來(lái)使用的，并通過(guò)蝕刻PCB上的銅箔形成元器件間的互聯(lián)電路來(lái)替代人工焊線的互聯(lián)方式，從而提升電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及可靠性。

在1971 年 英特爾（Intel）公司研制出第一個(gè)微處理器 4004之后，集成電路（Integrated Circuit，IC）便朝著大規(guī)模集成電路（Large Scale Integration LSI）及超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integration VLSI)的方向發(fā)展，隨著處理的數(shù)據(jù)量不斷增大，電子元器件間互聯(lián)信號(hào)的傳輸速率也必須相應(yīng)提高，同時(shí)，IC的封裝也需要符合高密度的發(fā)展趨勢(shì)，1970年代，球柵陣列封裝(BGA)開(kāi)始出現(xiàn)。

隨著高密度IC封裝的發(fā)展，以及電子元器件間信號(hào)傳輸速率的提升，都使得PCB不再是簡(jiǎn)單地充當(dāng)電子元器件的載體而已，PCB已經(jīng)演化為具有多個(gè)線路層的“多層系統(tǒng)”。

老wu這里指的“多層系統(tǒng)”，它與多層板有什么區(qū)別嗎，這里強(qiáng)調(diào)的這個(gè)“多層系統(tǒng)”它當(dāng)然是多層板，但又不僅僅是比單面板或者雙面的多了幾個(gè)布線層而已，增加布線層以實(shí)現(xiàn)把互連線走通是需要考慮的一個(gè)方面，但為了滿足具有特性阻抗要求的傳輸線結(jié)構(gòu)，還要仔細(xì)考慮不同的疊層設(shè)計(jì)，為了滿足電源目標(biāo)阻抗的要求，需要利用電源/地平面組成的平板電容，為了抑制EMI，需要考慮把高速信號(hào)線在PCB內(nèi)層布線，這需要多層板的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

隨著信號(hào)速率的進(jìn)一步提升，關(guān)于PCB的這個(gè)“多層系統(tǒng)”需要考慮的因素就更多了，比如趨膚效應(yīng)造成的損耗，要考慮銅箔粗糙度的問(wèn)題，板材極化造成的損耗，要考慮采用低DK的板材等等，這就需要仔細(xì)設(shè)計(jì)疊層結(jié)構(gòu)以及選用性能合適的板材以滿足要求。

1.多層板的常用疊構(gòu)介紹

剛性PCB通常由三種基本材料組成，分別是編織玻璃布、樹(shù)脂和銅箔。

編織玻璃布的編織方式很像用于制作衣服的布。

它們有各種各樣的樣式，從薄到厚有不同的規(guī)格，如：

樹(shù)脂的種類繁多，從簡(jiǎn)單的環(huán)氧樹(shù)脂到非常復(fù)雜的有機(jī)化合物，如聚苯醚樹(shù)酯。這些樹(shù)脂用于浸透玻璃布，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的芯板，也可以形成半固化狀態(tài)的粘結(jié)片(又稱半固化片，Prepreg,PP)，PP在多層板中的作用類似于膠水，在多層板的壓合過(guò)程中，在高溫條件下，半固化片的樹(shù)脂將重新呈現(xiàn)可流動(dòng)狀態(tài)并繼續(xù)發(fā)生聚合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)芯板或者芯板與外層銅箔之間的粘結(jié)。

多層印刷電路板中的各層具有多種功能。其中一些是包含傳輸線的信號(hào)層，另一些層是用于電源/地平面層。電源/地平面的另一個(gè)作用是創(chuàng)建一個(gè)具有非常低寄生電感的平板電容器，以支持邏輯IC非?？斓拈_(kāi)關(guān)瞬變，同時(shí)，在滿足所有這些機(jī)械和電氣性能要求之后，疊層還必須滿足板廠的可制造性要求。

所以，以PCB板廠常用的疊層模板為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是個(gè)很好的開(kāi)始。

以嘉立創(chuàng)的疊層模板為例，嘉立創(chuàng)4-20層板共支持283種阻抗結(jié)構(gòu)，非常豐富，后續(xù)還會(huì)不斷增加。這些結(jié)構(gòu)都是經(jīng)過(guò)大量生產(chǎn)驗(yàn)證過(guò)的，非常成熟可靠，為了產(chǎn)品穩(wěn)定性及易于生產(chǎn)，可直接采用嘉立創(chuàng)現(xiàn)有的層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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當(dāng)然，如果沒(méi)有想要的層壓結(jié)構(gòu)，也可以選擇自定義，由嘉立創(chuàng)人工核算。

2.選擇板材時(shí)需要考慮的問(wèn)題

在進(jìn)行PCB的疊層設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮層壓材料的許多特性。

半固化片PP的厚度可以有多??？

以嘉立創(chuàng)的層壓結(jié)構(gòu)圖為例

L1與L2、L3與L4之間的半固化片PP有不同的規(guī)格，厚度也不盡相同。

對(duì)于高層數(shù)的PCB或者高速傳輸線的PCB，我們總是希望用薄一些的PP，特別是高層數(shù)的PCB，有多個(gè)PP層，PP層越薄，在PCB總厚度一定的情況下，就可以組合更多的覆銅芯板，實(shí)現(xiàn)更多的銅層。

但PP也不能無(wú)限制地變薄，IPC-4101規(guī)則中，可提供的PP厚度最薄為106編織風(fēng)格，其樹(shù)脂含量為71%~72% ，厚度為2mil。在疊層設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用最薄PP厚度時(shí)，還需要考慮額外的限制因數(shù)，首先要考慮的是不同極性電路層之間的最小擊穿電壓?；诃h(huán)氧或酚醛樹(shù)脂的層壓板的擊穿電壓至少為每密耳厚度1000伏，而PP最小厚度為2 mil，對(duì)于包含邏輯電路的常規(guī)產(chǎn)品中，擊穿電壓要求為DC 1500伏或更低，所以即使選用的最薄厚度的PP片，也可以滿足電氣強(qiáng)度要求。

另一個(gè)需要考慮的是PP樹(shù)脂的流動(dòng)后造成厚度不足，在層壓過(guò)程中，PP中重新熔化的樹(shù)脂會(huì)流動(dòng)填充到被蝕刻掉的銅箔空隙中，最終壓合后PP的厚度會(huì)減小，如果選擇的PP厚度過(guò)薄，則可能導(dǎo)致不同銅層間出現(xiàn)短路故障。從經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，PP的初始厚度必須至少為3 mil，才能避免這種風(fēng)險(xiǎn)，所以疊層的時(shí)候，需要避免單張使用106 的PP，以避免流膠之后PP層厚度不足出現(xiàn)短路故障。

PP片玻璃布編織風(fēng)格的影響

在設(shè)計(jì)10Gbps 以上速率的高速互聯(lián)差分線線時(shí)需要注意玻纖效應(yīng)的影響，上文有提到，剛性PCB的基材通常由樹(shù)脂以及編織玻璃布交聯(lián)形成穩(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)。

但樹(shù)脂的介電常數(shù)與玻璃的介電常數(shù)不一致，如下圖所示，1080編織風(fēng)格的PP，玻璃纖維之間的編織會(huì)形成一個(gè)空窗，在與樹(shù)脂交聯(lián)的時(shí)候，這個(gè)空窗區(qū)域會(huì)被樹(shù)脂填充，這就造成了信號(hào)傳輸過(guò)程中阻抗不一致的情況，會(huì)對(duì)高數(shù)據(jù)速率差分信號(hào)造成不利影響。

所以，當(dāng)為10Gbs或更高的數(shù)據(jù)速率差分線設(shè)計(jì)疊層時(shí)，要避免單獨(dú)使用106、1080和7628編織風(fēng)格的PP，可以考慮混合兩張不同編織風(fēng)格的PP，或者使用1067和1086這種新的“扁平化“編織風(fēng)格的PP。

選擇合適的銅箔厚度

銅箔被用作印刷電路板的導(dǎo)電層，剛性PCB中最常使用的銅箔為電解銅箔（ED銅箔），ED銅箔的制造，首先是將銅原料或廢銅線溶解于硫酸溶液中，然后在凈化后的硫酸銅/硫酸溶液中，將銅電鍍到由不銹鋼或鈦制作的圓柱形滾筒上。這種工藝產(chǎn)生的銅箔一面相對(duì)平滑、 有光澤，另一面較粗糙、無(wú)光澤，如下圖所示：

覆銅板上常見(jiàn)的銅厚為0.5盎司、1盎司和2盎司。1盎司約為0.035mm（1.4 mil），但I(xiàn)PC標(biāo)準(zhǔn)里允許板材廠商的覆銅板的厚度有±10%的公差，居于能省一點(diǎn)銅就多一點(diǎn)利潤(rùn)的原則?，基本上都是負(fù)公差，也就是板廠收到的初始板材的銅箔厚度1盎司是低于0.035mm（1.4 mil）的，而且，覆銅板在PCB板廠的工藝過(guò)程中，銅箔的預(yù)處理之后，還會(huì)再減少了 6 微米（0.236 mil）。

銅箔在PCB中有兩種用途。一是形成電源/地平面層，另一種是形成信號(hào)層。疊層設(shè)計(jì)時(shí)必須平衡銅箔的厚度，使銅的厚度一方面足夠厚，以滿足載流要求，另一方面又需要足夠薄，以滿足精確的蝕刻控制，對(duì)于信號(hào)層的銅厚來(lái)說(shuō)，較小的線寬/線距要求，則需要選擇盡可能薄的銅厚。

對(duì)于高速信號(hào)傳輸線來(lái)說(shuō)，由于趨膚效應(yīng)的影響，電流只在銅箔表面附近流動(dòng)，所以，對(duì)于高速信號(hào)傳輸線來(lái)說(shuō)，使用更厚的銅箔并不會(huì)帶來(lái)更好的性能，也就是說(shuō)，在信號(hào)層中使用厚度超過(guò)0.5盎司的銅并不能提高信號(hào)完整性，反倒是會(huì)造成蝕刻的問(wèn)題。

所以，內(nèi)層銅厚通常為HOz，也即0.5盎司。

3. 計(jì)算阻抗

有幾種方法可以計(jì)算PCB中傳輸線的阻抗。其中包括一些在特定條件下適用的計(jì)算公式，這些公式允許使用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，在特定條件下的計(jì)算結(jié)果可以滿足±10%的阻抗公差要求，另外還可以使用各種商用軟件工具進(jìn)行計(jì)算，這些工具通過(guò)求解麥克斯韋方程來(lái)精確計(jì)算任意形狀的傳輸線阻抗。

基于公式的方法，簡(jiǎn)單易上手，而且還是免費(fèi)的，基于場(chǎng)求解器的商用軟件工具，功能強(qiáng)大，適用范圍廣，但要掌握軟件的使用方法學(xué)習(xí)成本高，更重要的是，商用軟件的授權(quán)費(fèi)用偏高。

在簡(jiǎn)單公式和求解麥克斯韋方程的商用軟件之間，還有一個(gè)計(jì)算PCB上傳輸線阻抗的方法就是使用嘉立創(chuàng)家免費(fèi)提供的嘉立創(chuàng)阻抗計(jì)算神器。

嘉立創(chuàng)阻抗神器提供了一些常用（或者說(shuō)是合理）的疊層結(jié)構(gòu)，然后內(nèi)置了PP的介電常數(shù)，阻焊的介電常數(shù)，使得計(jì)算設(shè)計(jì)阻抗變得極為簡(jiǎn)單。

只需選擇需要的板子層數(shù)、板厚、內(nèi)層銅厚、阻抗層、參考層并輸入阻抗值、線距（差分阻抗）、線到銅的距離（共面阻抗），即可自動(dòng)計(jì)算出線寬及疊構(gòu)方案。

審核編輯：劉清

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