转载----工程师看海2021-12-25 08:01

本文主要分享六层PCB目录和结构如下：

1. 前言

2. PCB基础框架

3. PCB材料组成

4. PCB叠层设计

5. PCB阻抗计算

预计阅读整篇文章10分钟。

1.前言

在求职面试中，大多数人都会纠结于一个问题：去大公司还是小公司？事实上，在这个阶段，没有人能给出100%完美的答案。如果你开始，估计需要很长时间。无论我们去哪家公司，我们都应该能够在工作中体现个人价值。也就是说，用专业能力和综合素质能力解决工作中的问题。

解决问题的速度和结果与我们的专业技能和方法有关。例如，在我们公司，PCB板的Layout不需要硬件工程师来做，包括DFX，EMC有专门的资源来做这些事情，硬件工程师只需要完成布局布线PCB进行审核。

那么问题来了，如果你的公司和我的一样，PCB有专门的资源来做，这是否意味着我们没有Layout经验！如果你的公司，硬件工程师需要做硬件和绘画PCB，熟悉编写软件DFX、EMC。那这个时候，你说到底是在大公司花更多的时间做原理设计好，还是在小公司涉略更多的知识呢？

带着上述问题，本周将从硬件的角度来理解PCB设计。原因是我不需要实际去做。layout，但是如果我自己都不懂，我需要审查PCB设计，审核锥子，你说对吗？

2. PCB基础框架

基于我目前的高速PCB设计认知，硬件和PCB单独设计，对于硬件，至少需要了解必要的基础和熟悉的内容，如下所示。作为一名硬件开发人员，他几乎可以掌握以下内容PCB80%的设计能力，剩下的20%更像其他DFX和EMC资源组互动的知识点。本文主要分享三个基本必要方面。

实际上完成一个PCB还需要掌握EMC，可制造性、射频等内容。这些都是比较专业的，可以作为一个系列单独学习，所以这里没有呈现。

3. PCB材料组成

下面是一块PCB的实物，从PCB从外观上看，它具有以下特点：

(1)具有一定的厚度和刚度

(2)表面呈绿色

(3)设备旁边有白色丝印

对于特性1，PCB具有厚度和刚度的属性实际上来自于PCB两个重要组成部分，Core芯板和PP半固态片。

Core芯板是制作PCB基础材料具有一定的硬度和厚度，两个表面都有铜箔。（Prepreg）主要起填充作用，是多层印刷板内导电图的粘合材料和绝缘材料。

在Prepreg被层压后，半固化的环氧树脂被挤压，开始流动和凝固，将多层电路板粘合在一起，形成可靠的绝缘体。

从上面的层板可以看出，POWER和GND之间填充的PP，两边都有铜箔Core芯板。因此，多层板实际上是Core与Prepreg压合而成。

我们常说的FR-4.它是耐燃材料等级的代号，表示树脂材料燃烧后必须能够自行熄灭的材料规格。它不是一种材料名称，也不是一种板材，料的等级。上面提到的PP片和CORE芯板都是FR-4等级的材料。为方便起见，在工程中默认称呼PCB的板材是FR4材质，不会说是环氧树脂板还是玻璃纤维板。

特征2和特征3相对容易理解，特征2中可以看到PCB事实上，呈现绿色在PCB表面覆盖着一层绿油——PCB一种油墨，一般指绿色阻焊油墨，因为阻焊油墨多为绿色，所以成为绿色油墨。特点3是所谓的丝印，白漆。

作为阻焊层覆盖绿油的核心作用，焊接时将覆盖绿油PCB焊接部分与非焊接部分分开。同时，这些绿色油覆盖在焊盘上，可以防止焊盘氧化。需要注意的是，如果使用黑色油墨，由于黑色油墨比绿色更具腐蚀性，使用相同的线宽进行设计，覆盖黑色油墨后得到的线路会更窄。

4. PCB叠层设计

在PCB在设计之前，硬件工程师在单板规模、信号层数、电源类型和EMC经过考虑，会提出PCB设计需要几层板。理论上，PCB层数越多，布线越方便，EMC性能越好。但是，结合单板的总厚度、刚性要求和成本，总层数不能无限增加，需要掌握这一权衡过程的硬件。

四层板层如下：

六层板层如下：

六层板的设计有以下四种叠层方案。

方案1:电源层数1，地层数1，信号层数4

这种层，电源和地面相距较远，耦合较差，电源和地面之间不能形成寄生电容器。为了保证电源到地面的低阻抗，只能依靠外部去耦电容器来减少。

方案二:电源层数1，地层数1，信号层数4

在这种层压设计中，电源与地面的耦合效果好，阻抗性低，电源平面的干扰能迅速排放到地平面上。S2，S1以及S3，S4相邻，信号完整性容易受到对方层的干扰。

方案三:电源层数1，地层数2，信号层数3

与方案1和方案2相比，这种叠成牺牲了信号层的数量，以换取更好的布局效果。S二是优先布局的重要信号S3，再是S1.在电源层和地层之间增加去耦电容，降低电源阻抗。

方案四:电源层数1，地层数2，信号层数3

方案四的电源阻抗不如方案三好，但是S信号层的屏蔽效果最好。

在选定了PCB叠层设计后，需要使用PP片和CORE芯板组成需要设计的芯板PCB。常见的工程PCB板材厚度规格为0.5mm，0.7mm，0.8mm，1.0mm，1.2mm，1.5mm，1.6mm，2.0mm，2.4mm，3.2mm，6.4mm。

CORE芯板厚度主要为0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm，1.2mm这几种。根据前面的介绍，CORE铜箔在表面，但当CORE芯板厚度为0.1mm或者0.2mm时，可以选择含铜的也可以选择不含铜的芯板，含铜的芯板两边的铜厚都是0.0175mm。

不同厂家常用的半固化板不同，下图为生益和超声波厂家常用PP以片型为例。

含胶量 RC%（Resin content)：指树脂成分除玻璃布外所占重量的百分比。RC%直接影响树脂填充导线之间的空缺能力，同时决定压板后介电层的厚度。106的含胶量高于7628。(因为在缺口处填充更多的树脂)

而嘉立创择PP半固化片型号如下图所示。

从上面可以看出，生益和嘉立创使用PP片介电常数不同。2116介电常数4.4，嘉立创的4.25.为便于计算，一般在工程上说FR4板介电系数为4。

如果以上内容，如果PCB要设计1.6mm板后单板，叠层选择方案2，可使用嘉立创PP和CORE组合叠层设计如下：

可以计算出PCB板的厚度为:

0.035*2 0.1*2 0.127 0.6*2=1.597mm

考虑到表面的绿油和残铜，板厚为1.6mm。

5. PCB的阻抗计算

PCB分层方式，选择PP片和CORE芯板材料及PCB阻抗之间存在相互影响的关系。PCB在设计中，需要计算的阻抗主要有四种类型：

• 单端阻抗，控制50Ω

• 控制100差分阻抗Ω，90Ω

• 共面 隔层阻抗，控制50Ω

在计算PCB阻抗时，需要借助SI9000计算工具。以上6层板表面线路控制50Ω例如，计算线宽的方法如下：选择微带线模型，设置阻抗为50Ω，填写相关参数，计算出行线宽度6mil。

第三层走差分线，要求阻抗控制在100Ω。软件计算的出走线宽度为4mil。如果在计算过程中发现线宽太小，可以通过调整差异之间的距离，甚至重新选择叠层和挖空参考层铜箔来权衡。

以上是本周报告的全部内容，主要从硬件的角度来理解PCB包括设计PCB成分材料、叠层原理和阻抗计算。毕竟不是专业绘画。PCB因此，在总结和梳理过程中，只会阻碍硬件人员的审核PCB整理了部分内容。

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