在进行PCB(印刷电路板)设计时,确保板子的叠层设计既能满足电气性能需求,又能控制成本,是一个重要课题。尤其在设计六层板时,如何避开所谓的“假八层结构”的陷阱,是设计师们需要关注的问题。
需要了解什么是PCB叠层设计。PCB叠层是指将多层导电层(例如铜箔层)和非导电层(例如环氧树脂芯板和半固化片)叠加在一起,并通过压合作用形成整体的电路板。在六层板设计中,典型的叠层结构为L2-L3各为一张芯板,L4-L5为另一张芯板,其余层通过添加铜箔(PP)来填充。这种方式简单且能够满足大多数情况下的设计要求。
然而,当六层板的厚度达到1.6mm或以上时,如果按照常规的阻抗控制要求(单线50欧姆,差分100欧姆),第三层和第四层之间的厚度可能会太高,超过三个7628半固化片的厚度。由于大部分工厂在压合过程中PP最多只能叠加三张,超过了这一数量,PP在高温下会从板边流失,导致生产上出现困难。为了解决这个问题,制造商通常会在3、4层之间加入一个没有铜皮的光板,这种设计就被称为“假八层结构”。
假八层结构实际上是一种特殊的叠层方式,它看起来像是八层板,实际上还是六层板。为了实现预期的层叠厚度,可能会采用两张7628半固化片加上一个假芯板的方案,但这样做会增加成本。此外,因为额外的芯板材料,即使最终产出的是六层板,其成本也会比常规的六层板高。
为了避开这种设计陷阱,设计师可以采取以下几种方法:
1. 若能通过3个布线层完成设计,则六层板完全可以设计成常规层叠结构。当关键信号线(高速信号)数量不多且区域集中时,可以在局部高速信号区域对应的相邻层铺地铜,形成局部三层布线(L1&L4&L6)。
2. 如果板子密度不高,没有小间距的器件,可以设计使用较大的线宽(比如8mil左右),并进行适当的层叠和阻抗控制。
3. 对于非高速信号部分,可以稍微降低阻抗控制要求,保证各层阻抗一致,但以60~65欧姆为阻抗的中心值,差分线控制在105欧姆左右。
4. 采用1、2,5、6作为布线层,3、4作为电源地平面的方案。这种方案要求表层走线极短,仅进行Fanout设计,但同时要注意1、2之间,5、6之间的阻抗差距可能较大。
5. 将阻抗设计为共面阻抗,通过调整叠层厚度、加大线宽和缩小线到周围铜箔的间距来实现非假八层设计。
在进行这些设计选择时,也要意识到每个方案都有其局限性。例如,信号杂乱时可能需要四个布线层才能完成布线;有高密度的BGA封装时可能无法使用较宽的线;对于高传输速率的DDR3/4、高速串行总线等应用,需要控制其他阻抗且存在一定的技术风险。
设计师还可以考虑将板厚改为1.2mm,但这需要结合具体的机械结构要求。在大多数情况下,这种改变可能无法实现。
在设计六层板叠层时,重要的是理解不同方案的优劣和适用场景,合理选择叠层结构以满足特定的设计需求,同时也要注意到成本控制和生产可行性的平衡。设计师应充分考虑信号的完整性、电源分布、机械强度及成本因素,避免落入“假八层结构”的温柔陷阱中。