多层板PCB

PCB高频板的定义：
高频板是指电磁频率较高的特种线路板，用于高频率（频率大于300MHZ或者波长小于1米）与微波（频率大于3GHZ或者波长小于0.1米）领域的PCB，是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说，高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。


随着科学技术的快速发展，越来越多的设备设计是在微波频段（＞1GHZ）甚至与毫米波领域（77GHZ）以上的应用（例如现在很火的车载77GHz毫米波天线），这也意味着频率越来越高，对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能，良好的化学稳定性，随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小，所以高频板材的重要性就凸现出来了。

多层电路板按照层数可以分为单面板、双层板以及多层板，多层板是指层数为4层以上的电路板。对于很多小型化产品、高速产品会用到板，如手机、路由、交换机等。 那么，多层PCB板设计需要注意哪些事项呢？
一、为什么要用多层板？

1、产品小型化的要求：

当前，电子产品向小型化靠拢，但是所用芯片、元器件并不少，导致PCB无法走线，只能以层数来换面积。

2、高速信号完整性的要求：

随着电子技术发展，路由、手机、交换机、基站等高速信号产品，易受干扰、串扰，多层板可以有效提高信号的完整性，把信号受干扰程度降到低。

二、需要注意的事项：

PCB的叠层设计不是层的简单堆叠，其中地层的安排是关键，它与信号的安排和走向有密切的关系。多层板的设计和普通的PCB相比，除了添加了必要的信号走线层之外，重要的就是安排了立的电源和地层（铺铜层）。在高速数字电路系统中，使用电源和地层来代替以前的电源和地总线的优点主要在于：

1）为数字信号的变换提供一个稳定的参考电压。

2）均匀地将电源同时加在每个逻辑器件上。

3）有效地抑制信号之间的串扰。

其原因在于，使用大面积铺铜作为电源和地层大大减小了电源和地的电阻，使得电源层上的电压均匀平稳，而且可以每根信号线都有很近的地平面相对应，这同时也减小了信号线的特征阻抗，也可有效地减少串扰。所以，对于某些的高速电路设计，已经明确规定一定要使用6层（或以上的）的叠层方案，如Intel对PC133内存模块PCB的要求。这主要就是考虑到多层板在电气特性，以及对电磁辐射的抑制，甚至在抵抗物理机械损伤的能力上都明显优于低层数的PCB。

一般情况下均按以下原则进行叠层设计：满足信号的特征阻抗要求;满足信号回路小化原则；满足小化PCB内的信号干扰要求;满足对称原则。具体而言在设计多层板时需要注意以下几个方面：

1）一个信号层应该和一个敷铜层相邻，信号层和敷铜层要间隔放置，好每个信号层都能和至少一个敷铜层紧邻。信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合（即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小）。

2）电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合并处于叠层中部。缩短电源和地层的距离，有利于电源的稳定和减少EMI。尽量避免将信号层夹在电源层与地层之间。电源平面与地平面的紧密相邻好比形成一个平板电容，当两平面靠的越近，则该电容值就越大。该电容的主要作用是为高频噪声（诸如开关噪声等）提供一个低阻抗回流路径，从而使接收器件的电源输入拥有更小的纹波，增强接收器件本身的性能。

3）在高速的情况下，可以加入多余的地层来隔离信号层，多个地敷铜层可以有效地减小PCB的阻抗，减小共模EMI。但建议尽量不要多加电源层来隔离，这样可能造成不必要的噪声干扰。

4）系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间，这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用，并将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域。

5）考虑高速信号、时钟信号的传输线模型，为这些信号设计一个完整的参考平面，尽量避免跨平面分割区，以控制特性阻抗和信号回流路径的完整。

6）两信号层相邻的情况。对于具有高速信号的板卡，理想的叠层是为每一个高速信号层都设计一个完整的参考平面，但在实际中我们总是需要在PCB层数和PCB成本上做一个权衡。在这种情况下不能避免有两个信号层相邻的现象。目前的做法是让两信号层间距加大和使两层的走线尽量垂直，以避免层与层之间的信号串扰。

7）铺铜层好要成对设置，比如六层板的2、5层或者3、4层要一起铺铜，这是考虑到工艺上平衡结构的要求，因为不平衡的铺铜层可能会导致PCB的翘曲变形。

8）次表面（即紧靠表层的层）设计成地层，有利于减小EMI。

9）根据PCB器件密度和引脚密度估算出所需信号层数，确定总层数。

板层的结构是决定系统的EMC性能一个很重要的因素。一个好的板层结构对抑制PCB中辐射起到良好的效果。在现在常见的高速电路系统中大多采用多层板而不是单面板和双面板。

深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米.我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板.

深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。

PCB高频板布局时需注意的要点
（1）高频电路倾向于具有高集成度和高密度布线。使用多层板既是布线所必需的，也是减少干扰的有效手段。

（2）高速电路装置的引脚之间的引线弯曲越少越好。高频电路布线的引线优选为实线，需要绕线，并且可以以45°折叠线或圆弧折叠。为了满足该要求，可以减少高频信号的外部传输和相互耦合。

（3）高频电路器件的引脚之间的引线越短越好。

（4）高频电路装置的引脚之间的配线层之间的交替越少越好。所谓“尽可能减少层间交叉”是指在组件连接过程中使用的过孔（Via）越少越好，据估计，一个过孔可以带来大约为0.5 pF的分布电容。，减少了过孔数量。可以大大提高速度。

（5）高频电路布线应注意信号线的平行线引入的“交叉干扰”。如果无法避免并行分布，则可以在并行信号线的背面布置大面积的“接地”，以大大减少干扰。同一层中的平行走线几乎是不可避免的，但是在相邻的两层中，走线的方向彼此垂直。

（6）包围特别重要的信号线或本地单元的接地措施，即绘制所选对象的外轮廓。使用此功能，可以在所选的重要信号线上自动执行所谓的“数据包”处理。当然，对于高速系统来说，将此功能用于时钟等组件的本地处理也是非常有益的。

（7）各种类型的信号走线不能形成环路，并且接地线也不能形成电流环路。

（8）应在每个集成电路块附近放置一个高频去耦电容器。

（9）将模拟接地线和数字接地线连接到公共接地线时，应使用高频湍流链路。在高频湍流链的实际组装中，经常使用穿过中心孔的高频铁氧体磁珠，并且在电路原理图中通常没有表示，并且所得的网表不包括此类组件，布线将忽略其存在。响应于此现实，它可以用作原理图中的电感器，并且在PCB组件库中单定义组件封装，并在布线之前将其手动移动到公共接地线的会聚点附近的合适位置。。

（10）模拟电路和数字电路应分开布置。立布线后，电源和地线应连接在一个点上，以避免相互干扰。

（11）在将DSP芯片外程序存储器和数据存储器连接到电源之前，应添加滤波电容器并将其尽可能靠近芯片电源引脚放置，以滤除电源噪声。另外，建议在DSP和片外程序存储器以及数据存储器周围进行屏蔽，以减少外部干扰。

（12）芯片外程序存储器和数据存储器应尽可能靠近DSP芯片放置。同时，布局应合理，以使数据线和地址线的长度基本相同，尤其是当系统中有多个存储器时，应考虑每个存储器的时钟线。时钟输入距离相等，或者可以添加单的可编程时钟驱动器芯片。对于DSP系统，应选择访问速度与DSP相同的外部存储器，否则将无法充分利用DSP的高速处理能力。DSP指令周期为纳秒，因此DSP硬件系统中常见的问题是高频干扰。因此，在制作DSP硬件系统的印刷电路板（PCB）时，应特别注意地址线和数据线。信号线的接线应正确合理。接线时，请尝试使高频线短而粗，并远离易受干扰的信号线，例如模拟信号线。当DSP周围的电路更复杂时，建议将DSP及其时钟电路，复位电路，片外程序存储器和数据存储器组成一个小的系统，以减少干扰。

HDI PCB的一阶，二阶和三阶是如何区分的?


一阶的比较简单，流程和工艺都好控制。二阶的就开始麻烦了，一个是对位问题，一个打孔和镀铜问题。二阶的设计有多种，一种是各阶错开位置，需要连接次邻层时通过导线在中间层连通，做法相当于2个一阶HDI。第二中是，两个一阶的孔重叠，通过叠加方式实现二阶，加工也类似两个一阶，但有很多工艺要点要特别控制，也就是上面所提的。第三种是直接从外层打孔至第3层（或N-2层），工艺与前面有很多不同，打孔的难度也更大。对于三阶的以二阶类推即是。

6层板中一阶,二阶是针对需要激光钻孔的板子来说的,即指HDI板。



6层一阶HDI板指 盲孔:1-2,2-5,5-6. 即1-2,5-6需激光打孔。



6层二阶HDI板指 盲孔:1-2,2-3,3-4,4-5,5-6. 即需2次激光打孔.钻3-4的埋孔,接着压合2-5,然后次钻2-3，4-5的激光孔,接着第2次压合1-6，然后第二次钻1-2，5-6的激光孔.后才钻通孔.由此可见二阶HDI板经过了两次压合，两次激光钻孔。

另外二阶HDI板还分为:错孔二阶HDI板和叠孔二阶HDI板，错孔二阶HDI板是指盲孔1-2和2-3是错开的，而叠孔二阶HDI板是指盲孔1-2和2-3叠在一起，例如:盲:1-3,3-4,4-6。



依此类推三阶，四阶......都是一样的。



几阶指压合次数。



一阶板,一次压合即成,可以想像成普通的板。



二阶板,两次压合,以盲埋孔的八层板为例,先做2-7层的板,压好,这时候2-7的通孔埋孔已经做好了,再加1层和8层压上去,打1-8的通孔,做成整板。



三阶板就比上面更复杂,先压3-6层,再加上2和7层,后加上1到8层,一共要压合三次,一般厂家做不了。


 深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的HDI PCB/FPC快件服务商之一。公司HDI板高6阶HDI研发成功，      公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板，专注于多品种，中小批量领域。我们的客户分布各地，目前外销订单占比70%以上。

盲埋孔板件叠层结构设计原则

1 对于芯板厚度对所有用0.10mm芯板、孔径在0.25mm以下的一阶盲孔，使用100um的RCC，对所有用0.13mm芯板、孔径在0.25mm以下的盲孔，建议客户采用100T的RCC

2 对于N+结构的盲埋孔板件，叠层结构设计应遵循厚度一致或相近（厚度差小于0.20mm），当N或M层叠层结构中介质层厚度≥0.40mm，应采用内层芯板代替，对于多次压合的盲埋孔板件，工程在设计时考虑后一次压合厚度的匹配性。

3 对于盲埋孔电镀控制铜厚请工程备注：平均20um，单点大于18um。

4对于常规FR4材料，如果单张芯板没有盲埋孔结构，不可以使用芯板直接压合方式进行叠层设计，应采用PP+内层芯板方式设计

5 对于二阶HDI流程的板件外层采用负片电镀工艺。（即：外层电镀采用负片电镀、外层图形采用负片工艺，采用内层蚀刻线加工外层线路）
6、对于存在多次压合板件内层芯板预放比例相关规定参照《HDI、机械盲埋孔预放比例事宜》。
7.对于采用PP+内层芯板压合方式的内层板，板件有盲埋孔设计与表面铜厚要求完成1OZ铜厚的用12um铜箔或12um铜箔的RCC，在负片电镀后即可达到要求；
9.对内层要求完成HOZ铜厚用12um铜箔或12um铜箔的RCC，走内层电镀孔工艺，然后走负片工艺蚀刻。
10.板件没有盲埋孔只有铜厚要求的板件，直接用客户所需的铜箔厚度加工即可，不需进行沉铜、电镀加工流程。
11.对于芯板直接压合的板件，如板件需要进行电镀流程，内层芯板尽量采用阴阳铜结构。
12.对于多次压合板件外层补偿请参照《盲孔板外层线路补偿的补充规定》。
13.对所有类型的镀孔工艺（通孔、盲孔、埋孔等），不分板厚、孔径，镀孔菲林焊盘大小统一为：钻刀直径+3mil（即在单边加大1.5mil）。
14.二阶HDI板件不可以含有外层表面处理方式为全板镀金（水金）、金属化包边、金属化槽孔、负焊盘工艺，如有以上要求请沟通。


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如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3),通常就称为高频电路。高频电路设计是一个非常复杂的设计过程,其布线对整个设计至关重要!



【招】多层板布线



高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所,也是降低干扰的有效手段。在PCB Layout阶段,合理的选择一定层数的印制板尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽,更好地实现就近接地,并有效地降低寄生电感和缩短信号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这些方法都对高频电路的可靠性有利。



有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20dB。但是,同时也存在一个问题,PCB半层数越高,制造工艺越复杂,单位成本也就越高,这就要求我们在进行PCB Layout时,除了选择合适的层数的PCB板,还需要进行合理的元器件布局规划,并采用正确的布线规则来完成设计。


【第二招】高速电子器件管脚间的引线弯折越少越好

高频电路布线的引线好采用全直线,需要转折,可用45度折线或者圆弧转折,这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。


【第三招】高频电路器件管脚间的引线越短越好

信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的,高频的信号引线越长,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以对于诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。


【第四招】高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好

所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔(Via)越少越好。据侧,一个过孔可带来约0.5pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度和减少数据出错的可能性。


【第五招】注意信号线近距离平行走线引入的“串扰”

高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“串扰”,串扰是指没有直接连接的信号线之间的耦合现象。由于高频信号沿着传输线是以电磁波的形式传输的,信号线会起到天线的作用,电磁场的能量会在传输线的周围发射,信号之间由于电磁场的相互耦合而产生的不期望的噪声信号称为串扰(Crosstalk)。



PCB板层的参数、信号线的间距、驱动端和接收端的电气特性以及信号线端接方式对串扰都有一定的影响。所以为了减少高频信号的串扰,在布线的时候要求尽可能的做到以下几点：


在布线空间允许的条件下,在串扰较严重的两条线之间插入一条地线或地平面,可以起到隔离的作用而减少串扰。


当信号线周围的空间本身就存在时变的电磁场时,若无法避免平行分布,可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅减少干扰。


在布线空间许可的前提下,加大相邻信号线间的间距,减小信号线的平行长度,时钟线尽量与关键信号线垂直而不要平行。


如果同一层内的平行走线几乎无法避免,在相邻两个层,走线的方向务必却为相互垂直。


在数字电路中,通常的时钟信号都是边沿变化快的信号,对外串扰大。所以在设计中,时钟线宜用地线包围起来并多打地线孔来减少分布电容,从而减少串扰。


对高频信号时钟尽量使用低电压差分时钟信号并包地方式,需要注意包地打孔的完整性。


闲置不用的输入端不要悬空,而是将其接地或接电源(电源在高频信号回路中也是地),因为悬空的线有可能等效于发射天线,接地就能抑制发射。实践证明,用这种办法消除串扰有时能立即见效。


【第六招】集成电路块的电源引脚增加高频退藕电容

每个集成电路块的电源引脚就近增一个高频退藕电容。增加电源引脚的高频退藕电容,可以有效地抑制电源引脚上的高频谐波形成干扰。


【第七招】高频数字信号的地线和模拟信号地线做隔离

模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流磁珠连接或者直接隔离并选择合适的地方单点互联。高频数字信号的地线的地电位一般是不一致的,两者直接常常存在一定的电压差,而且,高频数字信号的地线还常常带有非常丰富的高频信号的谐波分量,当直接连接数字信号地线和模拟信号地线时,高频信号的谐波就会通过地线耦合的方式对模拟信号进行干扰。



所以通常情况下,对高频数字信号的地线和模拟信号的地线是要做隔离的,可以采用在合适位置单点互联的方式,或者采用高频扼流磁珠互联的方式。


【第八招】避免走线形成的环路

各类高频信号走线尽量不要形成环路,若无法避免则应使环路面积尽量小。


【第九招】良好的信号阻抗匹配

信号在传输的过程中,当阻抗不匹配的时候,信号就会在传输通道中发生信号的反射,反射会使合成信号形成过冲,导致信号在逻辑门限附近波动。


消除反射的根本办法是使传输信号的阻抗良好匹配,由于负载阻抗与传输线的特性阻抗相差越大反射也越大,所以应尽可能使信号传输线的特性阻抗与负载阻抗相等。同时还要注意PCB上的传输线不能出现突变或拐角,尽量保持传输线各点阻抗连续,否则在传输线各段之间也将会出现反射。这就要求在进行高速PCB布线时,要遵守以下布线规则：


USB布线规则：要求USB信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,地线和信号线距6mil。


HDMI布线规则：要求HDMI信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,每两组HDMI差分信号对的间距超过20mil。


LVDS布线规则要求LVDS信号差分走线,线宽7mil,线距6mil,目的是控制HDMI的差分信号对阻抗为100+-15%欧姆DDR布线规则。DDR1走线要求信号尽量不走过孔,信号线等宽,线与线等距,走线满足2W原则,以减少信号间的串扰,对DDR2及以上的高速器件,还要求高频数据走线等长,以信号的阻抗匹配。


【第十招】保持信号传输的完整性

保持信号传输的完整性,防止由于地线分割引起的“地弹现象”。


   深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。