电路板四层PCB堆叠规划
关键的外卖
了解四层印刷电路板的要求
四层PCB堆叠的设计建议
在四层PCB设计中使用您的设计工具
观看一位技艺精湛的厨师将不同的食材、酱料和调味料结合在一起，创造出一道烹饪杰作，是一件令人着迷的事情。但是，你能想象如果他们只被允许与四种成分一起工作吗?有了这样的限制，他们能做什么?信不信由你，电路板设计师一直都在用四层在电路板上。
四层电路板将减少许多制造费用，因此是消费电子产品的流行选择。然而，只有四层设计提出了一些独特的挑战，以满足电路板的路由和信号完整性的要求。创建一个严格的设计，检查尺寸、成本、可制造性和电气性能的所有盒子，从配置层堆叠开始。本文将分享一些关于4层PCB堆叠的信息和建议，以帮助您入门。
PCB层配置策略
有许多方法来设计和制造电路板。虽然FR-4是用于PCB基板的标准材料组，但也有大量其他材料。电路板通常是用蚀刻掉多余铜的减法工艺制造的，但加法工艺越来越受欢迎。当然，在电路板中使用的层数可以从单面或双面板到四层、六层、八层或更多层的多板配置。
决定制造工艺、材料和层结构都归结为性能和成本。显然，我们希望电路板有最好的性能，同时成本尽可能低的生产它。然而，这些因素中的每一个都对另一个有很大的影响。高密度、高速的设计，上面有成千上万的互连，根本不适合双面板，也不支持板的配置的电子性能。虽然设置10层板可以为设计师提供足够的空间进行简单的设计，但如果更少的层能够发挥作用，那么花钱购买那么多层就没有意义了。
这是由设计团队提出最好的PCB层配置他们的设计策略，在很多情况下，一个4层电路板就可以完成这项工作。然而，有许多方面的4层电路板必须考虑，从理解所有将需要的电路板开始。
4层PCB布局要求紧密的组件放置和路由
理解需求
为了准确地规划板的配置，你首先必须理解它将被期望做的所有事情，从它的物理要求开始:
目的:该董事会将在什么样的环境中运作，将对其如何构建产生巨大影响。极端的温度或高湿度的环境可能需要改变用于制造板的材料，改变它的设计方式。
大小和形状:根据将安装的板的位置，大小和形状可能需要更改板层，以适应其所有的跟踪路由。尺寸和形状也会影响电路板的制造方式。
技术:元件的类型和电路的速度也将影响如何层堆叠板将被配置。大型、高密度部件(如BGA封装)的路由需求可能需要额外的层来路由出所有引脚。
特点:孔、支架、切口和其他独特的功能也会影响板的层数。
评估电路板需求的另一个方面是了解其电气和性能预期:
信号完整性:根据技术类型的不同，可能会有受控阻抗路由和电磁干扰屏蔽的设计要求，增加接地面和路由层数。
权力的完整性:根据功率要求，可能需要更多的层来构建一个健壮的功率输出网络在黑板上。
最终，电路板的生产必须满足三个主要要求。由设计团队决定4层配置是否满足这些需求。
可制造的吗?
减少痕迹宽度和间隙，使它们适合更少的层，可能使板难以建立，而不付出在制造时间成本的重大损失。
它是否按时并在预算之内?
建造四到六层板的成本增加可能高达30%到40%。这种增加是在设计中保持层数减少的一大激励，只要它是可制造的。
它能达到性能规格吗?
单板必须根据其操作规范执行，即使需要更改配置来完成此操作。
假设4层设计可以满足所有这些要求，让我们看看涉及到什么。
四层PCB堆叠布局的另一个有用的特性是控制零件放置的设计规则
四层PCB堆叠
布局4层印刷电路板对于习惯于拥有更多空间的设计师来说是一个真正的挑战。它们可能最终会与铜槽和用于电力输送的宽通道共享空间，而不是专门用于布线的层。对于四层PCB堆叠，这里有一些具体的设计注意事项。
接地是必要的
电路板信号，特别是高速信号，必须有清晰的返回路径，才能达到设计的最佳信号完整性。这一要求适用于所有信号，无论是数字信号、模拟信号还是功率信号。为了适应这意味着奉献一个内层的4层板专用的地平面．由于板的外层专门用于组件放置，其余的内层填充信号和电源路由，设计将很快耗尽可用空间。但是，必须避免地平面被分割，以提供一个清晰的返回路径，以减少或消除设计中的电磁干扰。
功率输出
当今设计中使用的许多元件都有不同的电压水平要求。这些电源要求给设计者带来了一个挑战，即在保持干净的电源传输系统的同时，将所有这些电压路由到一个4层板上。通常情况下，设计师将通过分割平面和宽轨迹的组合来布线。此外，旁路帽的位置和路由必须考虑在内，以确保它们有最短和最直接的路由到指定的电源引脚。
逃避路由
在这里，布置一个四层电路板会变得非常复杂。大型BGA组件上的引脚行越多，转义路由所需的层就越多。虽然零件的外层行可以路由出去，下一行将必须通过通孔连接。一个4层板最终会用尽层数才能成功路由出大型设备。
跟踪路由
混合信号设计在今天很常见，即使在较小的4层板上也需要遵循它们的路由规则。连续的接地面对于混合信号设计是必不可少的。不要穿过参考接地面上的断路，并尽可能使数字电路和模拟电路彼此隔离。请记住，您可能没有专门的内部层用于路由，因此路由必须与组件放置和转义路由一起规划，以确保所有这些都有足够的空间。
铜平衡与散热
为了在制造和装配时保持板的对称性，使用内部电源平面来抵消内部接地平面是一个好主意。然而，由于需要路由层，您可能被迫将分割功率平面或宽跟踪与常规信号路由相结合。热平衡可以通过地面通道将大型部件的热量通过地平面向下传递。
为了跟踪布局一个成功的4层电路板所需的所有要求，您需要利用PCB设计工具的全部功能。接下来，我们将介绍一些最有用的工具特性和功能。
Cadence的横截面编辑器在他们的Allegro PCB编辑器设计工具
使用PCB设计系统的全部功能
今天PCB设计师的一大优势是能够与他们的制造商一起工作，对他们的电路板进行最佳配置。正如本文开头的视频所示，Cadence通过其IPC-2581功能帮助建立了这种关系。这个功能允许设计师接收分层盘旋飞行信息并将数据直接导入Cadence的横截面编辑器。配置完成后，堆叠可以送回制造商确认和存储在外部，以供将来的设计使用。
然而，横截面编辑器不仅仅是外部数据的容器。Cadence Allegro使用这个编辑器来创建和修改PCB设计中的板层堆叠。在上面的图片中，你可以看到一个典型的4层PCB堆叠在电路板设计中的配置，具有指定路由层、顶部、底部和平面层的能力，以及更多。
关于PCB堆叠策略的更多信息，特别是在计算成本方面，请看这个电子书从节奏。
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