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        為什么要采用多層PCB結構進行PCB設計?

        發布時間 :2023-01-17 17:35 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB設計部
        隨著芯片集成度的提高,芯片封裝的I/O引腳數目也在飛躍性地增加,特別是BGA封裝的出現,僅靠單面、雙面導體層布線已經無法將BGA內圈的引腳的走線引出。
         
        更重要的是,隨著傳輸信號的高速化發展,高速信號的布線需要采用傳輸線技術。在高速PCB設計中需要考慮怎樣使走線的電氣互連的性能達到最優,且同時考慮控制PCB的制造成本。影響信號完整性的反射、串擾、傳輸延時、開關噪聲(SSN)等,是高速電路設計中要解決的主要問題。
         
        傳輸線技術有幾種類別,最早的傳輸線是奧利弗·海維塞德(Oliver Heaviside)發明的同軸傳輸線,用于解決當時電報的遠距離傳輸問題,而PCB上的傳輸線的常見形式有微帶線(Microstrip)和帶狀線(Stripline)。
         
        Microstrip 微帶傳輸線
        Microstrip 微帶傳輸線
         
        Stripline 帶狀線傳輸線
        Stripline 帶狀線傳輸線
         
        帶狀線是一種橫向電磁(TEM) 傳輸線介質,由Robert M. Barrett 在 1950 年代發明,而兩年之后,作為帶狀線的競爭者,微帶線由ITT實驗室開發出來。
         
        微帶線位于PCB外層,其與外界環境接觸,所以微帶線的輻射能量更容易輻射到外界環境中,而且微帶線也容易受外界環境的影響,比如,阻焊層變化的εr對特性阻抗的影響,所以,關鍵的高速信號優先采用內層走線,也即帶狀線傳輸線。
         
        多層板還專設有單獨完整的電源層和接地層,這不僅可以提高布線的自由度,而且對于防止信號干擾和電磁波輻射都是有利的,這進一步促進了PCB多層化的發展。
         
        現在隨著IC制程工藝的提高,數字信號上升沿時間也在“被動地”變短,以前只需要考慮把線拉通的PCB,越來越多的需要在布線時考慮到傳輸線效應,以便能更好的引導電磁波,避免出現信號完整性問題以及符合EMC性能,而單層板或者雙層板,對于現在的IC集成度以及布線密度,很難有空間構造出良好的傳輸線結構,這就需要采用四層板,甚至是六層板,把富含高次諧波的關鍵信號采用帶狀線進行傳輸。
         
        隨著半導體技術的發展,我們不得不考慮采用多層板來構造傳輸線進行電磁波的引導。對于6層板,基本上都會有BGA或者QFN芯片,SMT時對PCB的表面平整度有要求,沉金板焊盤表面平整,利于焊接,與高密度高多層板是滿分適配。采用盤中孔工藝還可以節省扇出過孔所占用的表層布線空間,進一步提升了表層的布線密度,除此之外,采用盤中孔工藝使得電源/地的焊盤可以直接通過過孔與主電源/地平面連接,避免了扇出過孔的引線寄生電感的影響,對于電源完整性也有所幫助。
         
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