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消費類的很多產品，很多公司只給出板厚，層數以及管控阻抗值，疊層的設計都是板廠來進行。隨著產品的速率提升，疊層設計不再是PCB板廠的專屬，已成為很多公司SI信號完整性工程師日常操作，正如系統的更新，跟上時代是永恒不變的主題。

話不多說，上思維導圖：

一般情況，疊層設計的考慮三大因素：

1.總厚度（產品的復用&機構設計的要求）

2.層數的確定（信號層，電源平面層&地平面層）

3.對稱性（PCB生產中易于管控）

01.常見疊層

下圖為Intel給出的某類產品的疊層設計建議。不管是8層還是10層，一般只會對電源平面層或PP做些微調。

從信號完整性角度來說，一般選用的疊層設計如下：

每個走線層都有GND參考平面層，來保證信號回流路徑的完整性，從而保證信號的完整性。

產品是多種多樣的，面對各式各樣的產品，同樣的厚度和總層數，走線層層數的區別是疊層最大的變數。

上圖是Intel針對不同產品，給出同樣4L走線層，而產生的不同的疊層設計。

標準從來就不是一個，認知才是。

02.PCB板信息

下圖為我們日常工作中常用的Allegro版圖軟件查看設計中的疊層（Cross-section）信息：

先從疊層中Conductor講起，Conductor代表導體層，用于信號傳輸。

印制電路板（PCB）中不僅僅有信號線，圖形中的Plane（電源和地層）也基本都是由銅箔蝕刻得到的，也就是說，電路板中信號層、電源層和地平面層都使用銅箔作為導體來傳遞相關信號。Thinkness的1.5mil代表銅箔厚度，相對應后面Material部分中出現1/2 OZ+plating。

拓展知識點：

1.盎司（OZ）本身是一個重量單位。1OZ ≈28.35g。在PCB行業中，盎司是用單位面積的重量來表示銅箔的平均厚度。1OZ意思是重量1OZ的銅均勻平鋪在1平方英尺（FT2）的面積上所達到的厚度。根據公式推出：

2.英制和公制的轉換

1mil≈25.4um，1mm≈39.37 mil

搞清楚上面的知識點，回到原來的1.5 mil 處，算出來是17.5 um，和1.5 mil ≈38.1 um 是不是不相符。這里面牽扯到1/2 oz + Plating PCB 工藝的問題，以通孔（PTH）為例，壓合完成后，需要對通孔鍍銅，這個Plating就是做這樣的事情，同時對面銅也做了電鍍，所以厚度就增加了。當然，PCB廠家的不同，工藝也不一樣，對應后面的厚度值也不一樣。其實，上面截圖中Solder mask 也是如此。

對疊層影響最大的就是銅箔厚度。常規的銅箔厚度有1/2oz、1oz、2oz 等，當然也有更厚的，一般電源類產品使用的銅箔比較厚，因為要承載電流。

講到載流，有這樣經驗公式：

實際應用中，常用經驗值：1OZ銅箔40 mil寬度通流1A。

其實，銅箔的選擇，除了厚度，還有一個粗糙度的因素。粗糙度考慮點是針對于高速信號而言，損耗分為介質損耗和導體損耗。銅箔粗糙度說的是導體損耗。平常我們看到的銅箔都是光滑的，而實際的印刷電路板（PCB）在壓合過程中，為了提高銅箔和介質之間的附著力，有時候會做粗化處理，這時候銅箔就不是光滑的了。那不是光滑的，又會有什么影響？這里就衍生出一個趨膚效應的概念。

交變電流通過導線時，電流在導線橫截面上的分布是不均勻的，導體表面的電流密度大于中心的密度，且交變電流的頻率越高，這種趨勢越明顯，該現象稱為趨膚效應（Skin effect）

通俗點講，就是內部力量將導體內部電流擠到了導體表面。

本質上，“趨膚效應”一詞用于描述電流在導體內的分布方式隨頻率及材料特性的變化。從上面公式來看，信號頻率越高，導體內的電荷分布越趨向于導體表面處。無論是單純線纜、同軸電纜、微帶還是天線導體，所有導體中均存在這一現象。

由于趨膚深度為頻率以及導體電阻率和磁導率相互作用的結果，因此不同導體材料的射頻損耗隨頻率變化的特征不同。一般情況下，鎳的損耗最嚴重，而銅和金的損耗要小得多。

回到前面，銅箔的粗糙度增大，由于趨膚效應的影響，信號沿著銅牙傳輸，對于在表面附近傳播的電流而言，一個極其粗糙和不平整的表面相當于增加了其傳播路徑的長度，因此此類表面將導致更大的電阻性損耗。

銅箔的粗糙度不同，也有分類，這里不做展開。除了銅箔，疊層設計中還有介質：

介質分為PP（半固化片）和芯板（CORE）。

Dielectric就是疊層里的半固化片( Preimpregnated, PP )，芯板（CORE）就是半固化片雙面包銅。

我們的PCB（印制電路板）多層板其實就是Core與Prepreg壓合而成的。說到PCB，必須說說FR-4，需要注意的是FR-4不是一種材料的名稱，它是一種材料等級，準確地說是一種耐熱材料的等級。FR-4等級材料有很多的種類，一般印刷電路板（PCB）所用的FR-4等級材料是由環氧樹脂加上填充劑(Filler)以及玻璃纖維所做出的復合材料。

FR-4的分類，分類有很多種方式，這邊給出常見的兩種：

玻璃布分類（106，1080,2113,3313等）；

損耗級別分類（低損耗板材，中損耗板材，普通損耗板材等）。

03.壓合方法

疊層設計中常見的有兩種方法：銅箔壓合和芯板壓合。至于這兩者的區別，直接上圖：

在實際工作過程中，成本的因素，銅箔壓合更為常用。

這里穿插講一下假八層 （實際是真六層板）。

有些產品六層板的板厚比較厚，比如2 mm，在疊層的設計上，會導致3、4層之間的厚度比較高，會超過3張7628半固化片的厚度。同時，工藝管控的問題，PP最多疊3張。這時候的解決方式是：通常會用沒有銅皮的芯板或把芯板兩面的銅箔蝕刻掉，加在3、4層之間來輔助達到預期的層疊厚度。用類似于八層的疊層設計做出六層板。

04.阻抗計算

疊層的銅箔及介質的選擇和阻抗有很大的關系。實際工作中，用阻抗的計算工具Polar，算出我們需要的阻抗對應的線寬線距，一般計算40?,50?單端阻抗,（85?,90?,100?）差分阻抗線寬線距計算的相關參數信息可以參考板材廠商給的datasheet。需要注意的是這里面阻抗值是估算，因為PERPERG和CORE的厚度實際上是壓合后的厚度。

這里面講一下松耦合和緊耦合的問題。直接上圖：

比較上面兩個線寬線距，對應的阻抗都是差分85?。

緊耦合線寬會細一點，信號傳輸速率越高，從趨膚效應上來說，導體損耗就會越大。這時候，估計有的人會說，那實際PCB設計差分走線中，我們就選松耦合。

其實給出松耦合和緊耦合，只是讓大家有概念。實際的工作中，這個問題，沒有任何探討，走線密度不同會引起層數是否增加，層數是否增加就會引起成本的變化。

你覺得那點損耗跟成本比，算什么？

05.影響阻抗的因素

實際工作中，因為產品的產量及日程，會給幾家PCB板廠來做，各家制程的問題，阻抗的匹配需要中和調整，來滿足各家PCB板廠。所以，需要了解影響阻抗的因素有哪些：

以上的因素中，介質厚度的影響最大。所以，PCB板廠一般是微調介質厚度來管控阻抗。

06.總結

信號完整性工程師會根據經驗或產品要求，結合以上知識點，給出一個疊層設計。各個板廠拿到疊層設計，也會根據自身制程能力，調整相關材料或厚度，給出相應的疊層設計。因為疊層厚度有公差（+/-10%），一般來說，是完全能涵蓋各家的制程，管控好阻抗和相關指標的要求。