一：简介

• 嘉立创实战：《嘉立创层压结构》
• 现在越来越多的电路需要四层以上多层PCB来进行设计，比如主频较高的Linux开发板、精密测量仪器电路，元件密度高、电流大的手机充电器等等，叠层设计是一个必然绕不过去的重要步骤，本文章将介绍有关叠层设计的一些知识和经验规则，帮助你破除多层PCB设计的神秘感。
• 叠层设计离不开准确的PCB板材数据和多层板生产工艺保证，我这里采用嘉立创标准板数据进行设计，嘉立创的高多层板工艺成熟、稳定，为电子工程师研发硬件提供支持，PCB层压结构各式各样，应用户要求，嘉立创将多种有阻抗测试数据的层压结构集合在一起，数量达600多种，还提供阻抗计算神器（或者自己用SI9000）。帮助计算单端和差分传输线的阻抗，如果这600多种层压结构，嘉立创还支持用户自定义层压结构，你可以根据产品的叠层方案，确定层压结构，紧接着就可以计算各层走线的阻抗、线宽、间距等参数，启动设计。

二：多层电路板结构

多层印制电路板是由几层绝缘介质和导电铜箔，叠层以后压制而成的。介质材料和铜箔的特性、厚度以及它们的叠层结构对PCB电路的性能、EMC性能都有很大影响，PCB叠层设计的主要任务，是通过合理的叠层设计。当然在解决关键问题的前提下也要考虑成本问题。

作用如下：

• 1.达到控制传输线的阻抗，降低信号串扰、失真和损耗。
• 2.降低电磁辐射
• 3.热管理：高热量元件和电路的散热问题
  

三 PCB叠层设计的内容

主要包括：确定导电铜箔层和绝缘层的层数，它们的叠加顺序和介质厚度决定的铜箔间的间距，以及将哪些铜箔层用于信号布线，确定信号传输线的阻抗，确定哪些层作为有屏蔽作用的电源平面和地平面等等

3.1 叠层设计的基本原则

指导PCB叠层设计的经验规则很多，现成的叠层方案也很容易找到，然而简单地遵从这些经验规则和照搬设计方案会让你感到迷茫，遇到问题就不知所措，虽然众多的经验规则被证实有效，但是不可能完全遵从所有的经验规则，来实现设计目标，我总结一下，把它们提炼为三个核心思想，可以说大多关于叠层设计的规则，都是围绕这三点进行的

• 1.每条信号线都要有最小阻抗的回流路径。为了实现这一点，PCB叠层中的每个信号布线层，都必须有一个邻近的紧密耦合的参考层，最好是低平面，其次是电源平面。
• 2.相邻的电源-地平面层保持最小间距。以提供较大的层级寄生电容。
• 3.大面积完整的电源平面和地平面铜箔有电磁屏蔽效果。所以在多层PCB中，经常设置多个完整的电源层和地平面层用来保护内层的信号走线。

在下面的多层板叠层设计方案介绍中，可以看到这些叠层设计是怎样努力实现这三个目标的，但由于PCB成本控制等原因，没有一种设计方案能完全做到这三点，总会或多或少地有些地方没有满足要求，我们的任务是要在成本限制的范围内将关键的地方处理好，综合平衡各因素，兼顾局部与整体，达到电路性能与电磁兼容方面的最佳水准。

3.2 叠层设计的准备工作

• 1.对PCB层数进行估算。主要考虑方面包括：在高速信号在信号完整性方面的要求，有大量高速信号和敏感电路，通常需要比较多层的PCB，电磁兼容要求和元器件散热要求，电路板尺寸和元件密度的要求等等。
• 2.为传输线阻抗设计做好准备。高速PCB布线必须控制传输线阻抗，在叠层设计和布线阶段，都要进行走线阻抗计算，影响传输线特征阻抗的四个参数是：①介电常数②介质厚度③铜箔厚度④走线宽度/间距，除了最后一项，其余的都要在叠层设计时确定，我们需要根据阻抗设计目标，选择。适当的介质材料，选择它的介电常数、厚度、玻纤布的变质密度等等，还要选择PCB基材和叠层结构
  

四 六层PCB叠层方案介绍

下面介绍几种六层PCB的叠层设计方案，以及它们是如何实现既定的设计思想的，六层PCB一般是两块芯板叠加半固化片和两层铜箔压制而成的。

• 下图为嘉立创提供的六层板众多方案之中的几个，常用1.6毫米厚的六层板层厚参数，它们都是镜像对称的结构，这有利于PCB在受热过程中，应力均匀而保持平整不发生翘曲 ，六层板的厚度比起双层和四层板来说，要较薄得多，比如L1-L2、L5-L6的间距只有3、4mil ,这么小的间距有利于阻抗受控的传输线布线，PP层介质层厚度为4.2mil,计算得到的线宽仅6.6mil,这对高密度布线是非常好的。

• 最后几种特殊结构，特点是芯板比较薄，只有0.1mm~0.13mm,目的显然是为了内层的带状线布线，为了保持总厚度不变，板中心压了一层不含导电层的光板，或者在L1-L2,L5-L6之间加了三层PP板。
  

4.1 介绍常见的六层叠层结构并分析其优缺点

采用嘉立创免费的3313来实现以下的叠层设计

五 方案选择

5.1 方案一：S-G-S-S-P-S

该方案比较常见，可以理解成在四层板叠层方案S-G-P-S的基础上，在PCB中间塞入两层信号层。

• 优点显而易见，外层的信号层与地平面或者电源平面紧密耦合；
• 缺点是电源平面和地平面层间距太远，两层之间的寄生电容比其他方案小很多，对于降低电源分配网络阻抗意思不大，因此采用这叠层方案，重点是要处理好电源分配网络的阻抗。
  

5.2 方案二：S-S-G-P-S-S

当电源分配网络成为设计的重点，应当首先考虑，让电源平面层与地平面层相邻，然后再考虑信号层的布置。

• 在这个方案中，内层的两个信号层仍然可以与地平面层或电源平面层相邻，但外层的信号层可能造成问题

• 一是信号层离地平面层或者电源平面层太远，对信号完整性不利.
• 二是两个信号层相邻，层间距太小，会使信号间的串扰加大，电源平面层和地平面层也没有对信号层构成电磁屏蔽保护，外层的信号层噪声可能比较大.
• 采用这种方案应尽量把高速信号线放在内层，而把低频信号线放在外层，并采用正交走线的办法，避免两层信号线产生过多的耦合，而使串扰加大。
  

5.3 方案三：S-G-S-P-G-S（六层板最常见的叠层方案）

为了解决上诉两个方案中的缺点，把叠层中的信号层减少一层，增加一层地平面，并重新排布，让电源层与地平面层相邻，让信号层与地平面层相邻并紧密耦合，这样就形成了SGSPGS的叠层方案。

• 这个方案的优点是所有信号层都与地平面紧密耦合，信号层与信号层不相邻，相互隔离不容易产生串扰，电源层与地平面层紧密耦合，内层的信号层受到两层地平面层和一层电源平面层的屏蔽保护
• 缺点：外层的信号层没有电层屏蔽保护，可用于布线的信号层也少了一层，尽管如此，这个方案对信号线的保护最好，在信号完整性和EMC方面的性能是最好的，是六层板最常见的叠层方案。
  

5.4 方案四：S-G-S-G-P-S

这个方案与前面第三个方案类似，只是电源平面层和相邻的地平面层交换了位置。

• 优点：带来的改变是第三层的信号层受到了更好的保护，它的上下两个相邻层都是地平面层，高速信号线优先布在这一层。
• 缺点：底层的信号层状况更差了，因为它处在最外层，缺少大面积的地平面的屏蔽，并且与之相邻的是电源平面，信号回流路径阻抗要差于直接与地平面耦合的情况。
• 所以这个方案适合于有较少的高速信号线，并且对信号性能要求高，对外界干扰敏感的电路，把要求高的信号线优先布在第三层能获得不错的效果（四层板一般就是SGPS）
  

六 六层PCB叠层总结

• 综合来看，如果PCB性能要求高，优先选择后两个方案；如果成本控制是重点，则考虑前两个；
• 有较多布线层的方案，从上述六层PCB叠层方案的分析中，我们可以看到各种叠层设计，都是围绕前面说的三个基本原则进行的，各位朋友以后会发现，随着电路规模加大需要更多层数时，无论是六层、八层还是十层、十二层都是这三个原则。

以上，完

道友：人生的意义在于独自穿过悲喜，依然勇敢积极，是生活定义了我们，还是我们定义了生活，取决于我们自己。