PCB（Printed Circuit Board），即印刷電路板，是一種由絕緣材料和導(dǎo)體銅箔疊在一起壓合制成的類似“三明治結(jié)構(gòu)”的板，而“三明治”的組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是疊層設(shè)計(jì)。以下是對(duì)PCB疊層設(shè)計(jì)的詳細(xì)介紹：

一、PCB疊層的基本組成

PCB疊層主要由以下三部分疊在一起壓合制成：

1. Core（芯板）：Core是一個(gè)基本單元，其兩面都鋪有銅箔，可作為信號(hào)層、電源層、地層等導(dǎo)電層。Core的上、下表層之間填充的是固態(tài)材料。
2. Prepreg（半固態(tài)片，簡(jiǎn)稱PP）：PP是一種介電材料，其表面不鋪銅箔，在PCB中起到填充作用，夾在兩個(gè)Core之間或Core與銅箔之間，通常被稱為粘合材料，可以粘合兩個(gè)Core板或一個(gè)Core板和銅箔。PP的材質(zhì)是半固態(tài)的樹脂材料和玻璃纖維組成，因此比固態(tài)的Core略軟一些。
3. 銅箔（Copper）：是PCB疊層里的唯一導(dǎo)電材料，用來形成PCB的線路。設(shè)計(jì)好的電路PCB圖紙，要把每一個(gè)布線層的走線圖紙通過顯影技術(shù)將圖案印在一張完整平面的銅箔上，然后再通過刻蝕技術(shù)，把不需要的銅箔腐蝕掉，留下真正需要的走線。

二、PCB疊層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

1. 單板總層數(shù)：層數(shù)只能是偶數(shù)層，如2層、4層等，復(fù)雜的單板層數(shù)會(huì)達(dá)到20層、22層甚至更多。這些多層單板是呈現(xiàn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的，即疊層以CORE板為對(duì)稱軸上下對(duì)稱，包括銅箔類型、厚度，PP類型、厚度，都要對(duì)稱一致?？倢訑?shù)越高，布線越方便，EMC（電磁兼容性）性能越好，但成本也會(huì)相應(yīng)增加。
2. 信號(hào)層、電源層、地層的層數(shù)分配：在PCB設(shè)計(jì)初期，需要根據(jù)單板尺寸、單板規(guī)模（如信號(hào)數(shù)目、電源種類等）以及EMC的要求粗略估計(jì)單板的信號(hào)層、電源層、地層的數(shù)目。在確定信號(hào)層的數(shù)目后，根據(jù)電源的種類、信號(hào)層隔離的要求等，可以評(píng)估所需電源層、地層的數(shù)目。
3. 單板厚度：?jiǎn)伟搴穸热Q于總層數(shù)、導(dǎo)軌寬度等因素。例如，14層以內(nèi)的單板厚度可以選擇為1.6mm，而16層以上的單板厚度需要在2mm以上。在一些特殊設(shè)計(jì)中，如果受限于軌道寬度，而單板總層數(shù)又無法減少，導(dǎo)致板子厚度不能減少，可以采用削邊的方式，但需注意削邊的區(qū)域不得有信號(hào)線。
4. 單端信號(hào)和差分信號(hào)的目標(biāo)阻抗：從信號(hào)完整性考慮，要求在信號(hào)傳輸路徑上實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配。阻抗匹配一般分為單端信號(hào)和差分信號(hào)的匹配。常規(guī)的單端信號(hào)對(duì)地阻抗為50Ω，差分信號(hào)間阻抗為100Ω。設(shè)計(jì)PCB疊層時(shí)，工程師要根據(jù)目標(biāo)阻抗的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)線寬、線距（差分線），然后把這個(gè)目標(biāo)阻抗以及設(shè)計(jì)線寬、線距的數(shù)據(jù)發(fā)給PCB板廠，板廠根據(jù)數(shù)據(jù)以及實(shí)際板材的性能參數(shù)，對(duì)線寬、線距進(jìn)行微調(diào)，從而制作出符合設(shè)計(jì)要求的PCB。
5. PCB材質(zhì)選擇：主要考慮介電常數(shù)和材質(zhì)正切值兩個(gè)數(shù)值。介電常數(shù)是表征電磁場(chǎng)在特定材質(zhì)中導(dǎo)通能力的參數(shù)，介電常數(shù)越大，則電磁場(chǎng)在該材質(zhì)中導(dǎo)通的能力越強(qiáng)。材質(zhì)正切值tanδ也稱為材質(zhì)損耗正切值，與介電常數(shù)相同，它也是一個(gè)與信號(hào)完整性相關(guān)的參數(shù)。tanδ越大，則信號(hào)的損耗越大。在高速電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量選擇介電常數(shù)和tanδ值小的材質(zhì)。

三、PCB疊層設(shè)計(jì)的步驟

1. 確定層疊的總厚度：即板厚。
2. 確定PCB層數(shù)：并分配信號(hào)層、地平面層和電源層。
3. 確定內(nèi)層和外層的銅厚。
4. 確定阻抗線的分布。
5. 確定過孔結(jié)構(gòu)。
6. 確定每層的殘銅率：最好要對(duì)稱。
7. 選擇滿足設(shè)計(jì)要求的板材、PP和銅箔材料。

四、PCB疊層設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

1. 信號(hào)完整性：關(guān)鍵高速信號(hào)使用帶狀線（Stripline）布線，非關(guān)鍵高速信號(hào)可以選擇使用微帶線（Microstrip）布線。一般表層信號(hào)層不走長(zhǎng)距離的線，僅走短線，需要長(zhǎng)距離走線則可通過芯片管腳在表層扇出到合適的位置，打孔將信號(hào)線走到信號(hào)完整性較好的內(nèi)層。
2. EMC設(shè)計(jì)：板內(nèi)電源平面和地平面盡量相互鄰近，一般地平面在電源平面之上，這樣的設(shè)計(jì)可以有效利用層間電容作為電源的平滑電容，同時(shí)接地平面對(duì)電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。
3. 熱管理：在疊層設(shè)計(jì)階段，可以針對(duì)性做散熱設(shè)計(jì)，如優(yōu)先選擇導(dǎo)熱系數(shù)高的板材、按需選擇金屬基板、大功率器件下方設(shè)計(jì)散熱焊盤、使用散熱孔、埋銅塊、嵌銅柱等。

綜上所述，PCB疊層設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的過程，涉及多個(gè)方面的考慮和權(quán)衡。一個(gè)好的PCB疊層設(shè)計(jì)關(guān)系著單板質(zhì)量，是硬件產(chǎn)品成功的關(guān)鍵因素之一。