4层板PCB设计简介
在系统提供的众多工作层中,有两层电性图层,即信号层与内电层,这两种图层有着完全不同的性质和使用方法。
信号层被称为正片层,一般用于纯线路设计,包括外层线路和内层线路,而内电层被称为负片层,即不布线、不放置任何元件的区域完全被铜膜覆盖,而布线或放置元件的地方则是排开了铜膜的。
层叠方案
方案1
此方案为业界现行四层PCB的主选层设置方案,在元件面下有一地平面,关键信号优选布TOP层。
TOP -----------------------
GND -----------------------
POWER -----------------------
BOTTOM -----------------------
方案2
GND -----------------------
S1 -----------------------
S2 -----------------------
POWER -----------------------
此方案为了达到想要的屏蔽效果,至少存在以下缺陷:
A、电源、地相距过远,电源平面阻抗较大
B、电源、地平面由于元件焊盘等影响,极不完整
C、由于参考面不完整,信号阻抗不连续
在当前大量采用表贴器件,且器件越来越密的情况下,本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面,预期的屏蔽效果很难实现;方案2使用范围有限。但在个别单板中,方案2不失为最佳层设置方案。
方案3
此方案同方案1类似,适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号底层布线的情况;一般情况下,限制使用此方案。
TOP -----------------------
POWER -----------------------
GND -----------------------
BOTTOM -----------------------
结论:优选方案1,可用方案3。
对于目前高密度的PCB 设计,已经感觉到贯通孔不太适应了,浪费了许多宝贵的布线通道。为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅实现了导通孔的作用,而且还省出许多布线通道,使布线过程完成得更加方便、流畅,更加完善。在大多数教程中,也提倡在多层电路板的设计中采用盲孔和埋孔技术。这样做虽然可以使布线工作变得容易,但是同时也增加了PCB 设计的成本。因此是否选取此技术,要根据实际的电路复杂程度及经济能力来决定。在设计四层板的过程中根据成本并不一定采用此技术。如果觉得贯通孔数目太多,则可以在布线前在布线规则中限制打孔的上限值。
在布线前,预先在布线规则中设置顶层采用水平布线,而底层则采用垂直布线的方式。这样做可以使顶层和底层布线相互垂直,从而避免产生寄生耦合;同时在引脚间的连线拐弯
处尽最避免使用直角或锐角,因为它们在高频电路中会影响电气性能。
层叠厚度
总厚度:63 mil (1.57 mm)
Altium Designer操作
Design - Layer Stack Manager
add layer 是添加信号层。
add plane 是添加电源层、地层
pcb打样
1.先设置底层和电源层。“Design”--“Layer stack manager”,点击左边的“top layer”,再点击“Add plane”,会在...
2.一般来说底层最好不要做分割,这样可以保证一个干净和大面积的地平面
3.电源层分割。确定分割为几种电源,比如:5V,3.3V,1.8V等。先将布线层选择...
4.双击你分割好的区域,选择相应网络。
多层板的话,一般在紧挨top层或bottom层的地方放完整的电源、地层,主要是获得好的抗电磁干扰能力,提高信号完整性。
另外,表层当然可以也放地、电源,只是由于器件占掉面积的原因,形不成完整的层。这样很多器件就可能无法取电。
双面板是中间一层介质,两面都是走线层。多层板就是多层走线层,每两层之间是介质层,介质层可以做的很薄。多层电路板至少有三层导电层,其中两层在外表面,而剩下的一层被合成在绝缘板内。它们之间的电气连接通常是通过电路板横断面上的镀通孔实现的。
线路板按布线面的多少来决定工艺难度和加工价格,普通线路板分单面走线和双面走线,俗称单面板和双面板,但是高端的电子产品,因产品空间设计因素制约,除表面布线外,内部可以叠加多层线路,生产过程中,制作好每一层线路后,再通过光学设备定位,压合,让多层线路叠加在一片线路板中。俗称多层线路板。凡是大于或等于2层的线路板,都可以称之为多层线路板。多层线路板又可分为,多层硬性线路板,多层软硬线路板,多层软硬结合线路板。
这里我们选择其中任意一个结构即可,他们的区别就是PP层的厚度不一样。PP和core的区别是:core是基板,材质较硬,可以认为他是板子的主要支撑物,是一栋房子的地基。PP是一层“胶水”,用来胶合和绝缘 top与core 或 bottom与core 之间的两层线路。top层和bottom层使用的是一种铜箔,从上图中我们可以知道他的厚度是0.035mm。
在设计->层叠管理中,有两个添加层的方式add layer 和add plane,他们的区别是:add layer是正片 add plane是负片。这里的正负片要与镜像区别开,正片上走线所见即所得,负片上有走线或者敷铜的地方恰恰做出来后是空的,反之没有画铜箔的地方做出来后都是有铜的。
1----------------信号线 add layer
2----------------gnd add plane
3----------------power add layer
4----------------信号线 addlayer
可以看见,我们第一层(top)我们用的add layer,他是正片,第二层我们用的是add plane负片,他的好处是不用你全部敷铜,PCB文件所需存的数据也可以减少很多,毕竟敷铜的本质是走了无数条线来填充起来的。使用负片也有他的坏处,详见 嘉立创工艺-负片的坏处 。这里使用不使用负片完全看你个人的需求。( 注意:我个人用的每个层都是正片 )
留心观察,
我们可以看到上图中的gnd铜层的剖面图只有走线的地方有铜,这就是正片。
而下面的图全部都有铜反而走线的地方没有铜,这就是负片。
一般来说,GND层需要大面积敷铜,用负片输出的PCB文件体积比较小,而且画起来也方便些。但是嘉立创明确指出不建议的话,我们还是应该听从厂商的建议。大家下次打板的时候也可以向嘉立创购买他们公司的工艺参数的手册。
对于不同属性的gnd,比如AGND等,可以先区分你的基本地(面积最大的地),这里一般是GND。那么我们应该先敷AGND这种小面积的地,敷完之后我们再敷GND,这时就自动隔开了两个地,对于有多处AGND的问题,我们可以用一根粗线连接两处地。也可以在负片里直接划线来切割不同的地。
这个问题还是比较综合的问题,首先PCB在表贴元器件的时候肯定贴一面比贴两面的技术要求简单,所以所有原件能放在一面的就不放在两面,这里会导致你的信号线大部分集中在top或者bottom层。如果元件都在top层,你的走线也集中在top层,你的信号线参考平面肯定是top的下一层,即第二层,相应的power层就在第三层了。如果你的元器件集中在bottom层,那么gnd我们就应该设计在第三层,相应的power层就在第二层了。
这样分可使电源层和地层紧密耦合;
每个信号层都与内电层, 相邻,没有直接相邻的信号层,避免了层间信号的串扰;
高速信号线可布置到信号层2上,这样它就可以被地层和电源层有效的屏蔽起来。
Stack
Manager,在弹出的窗口里点击top
layer,然后按右边的add
layer
2次,这样就添加了mid-layer
1和mid-layer
2.这样就建成了四层板。
建成四层板后,还要修改好core
和prepreg的厚度以及双击各信号层修改好铜厚。这个决定了总的板厚以及各信号层P片厚度和铜箔厚度。
1.设置层数
2.绘制板框
3.导入网表
4.设置规则,如安全间距等
5.设置过孔,通孔及盲埋孔
6.设置颜色面板
7.接下就可以布局布线了,在布局布线过程中,还可能会用到禁止区
8.覆铜
9.规则检查
10.CAM输出Gerber或者打印
针对不同的板子,顶层过孔到哪一层都有可能用到,视不同的情况而定。