【allegro 17.4软件操作保姆级教程四】布线前准备之叠层和阻抗设计

👉个人主页： highman110
👉作者简介：一名硬件工程师，持续学习，不断记录，保持思考，输出干货内容

---

        通常在设计中，如果我们有控制阻抗的要求，一般会在加工工艺文档里进行说明，板厂拿到文档和相关工程文件后，会进行工程评估确认，会根据板厂的实际情况进行叠层和线宽的调整，所以这里只是进行简单分析，具体的阻抗控制准备后续专门出一篇文章进行分享。

        我们的PCB板是由半固化片PP和芯板core压合而成的。半固化片，又称预浸材料，是用树脂浸渍并固化到中间程度(B 阶)的薄片材料。半固化片可用作多层印制板的内层导电图形的黏结材料和层间绝缘。在层压时，半固化片的环氧树脂融化、流动、凝固，将各层电路黏合在一起，并形成可靠的绝缘层。芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材，是构成印制板的基础材料。通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的。而半固化片构成所谓的浸润层，起到粘合芯板的作用，虽然也有一定的初始厚度，但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。PP主要由树脂和增强材料组成。增强材料又分为玻纤布、纸基、复合材料等几种类型，而制作多层印制板所使用的半固化片(黏结片)大多是采用玻纤布做增强材料。

        常用的PP片有如下几种类型，压合后的厚度会有些许变化：

        常用的core有如下一些厚度：0.051MM、0.075MM、0.102MM、0.11MM、0.13MM、0.18MM、0.21MM、0.25MM、0.36MM、0.51MM、0.71mm、1.0MM、1.2MM、1.6MM、2.0MM 等。

        实际设计时，需要选用PP和core的组合，叠起来的厚度基本等于要求的成品板厚即可，具体在设计时不用太精细，板厂可能会根据自己的库存情况进行调整，一般只需要将叠层结构、成品板厚、阻抗要求告诉板厂即可。

        叠层设计有如下几个要点：

1、PCB叠层方式推荐为Foil叠法（大家不了解的可以百度一下core叠法和Foil叠法）

2、尽可能减少PP片和CORE型号及种类在同一层叠中的使用(每层介质不超过3张PP叠层)

3、两层之间PP介质厚度不要超过21MIL(厚的PP介质加工困难，一般会增加一个芯板导致实际叠层数量的增加从而额外增加加工成本)

4、PCB外层(Top、Bottom层)一般选用0.5OZ厚度铜箔、内层一般选用1OZ厚度铜箔，说明：一般根据电流大小和走线粗细决定铜箔厚度，如电源板一般使用2-3OZ铜箔，普通信号板一般选择1OZ的铜箔，走线较细的情况还可能会使用1/3OZ铜箔以提高良品率;同时避免在内层使用两面铜箔厚度不一致的芯板。这里普及一下OZ的概念，OZ，PCB铜箔的厚度是以OZ为单位，1OZ意思是重量1OZ的铜均匀平铺在1平方英尺(FT2)的面积上所达到的厚度。1OZ=35um=0.035mm。

5、PCB板布线层和平面层的分布，要求从PCB板层叠的中心线上下对称(包括层数，离中心线距离，布线层铜厚等参数)，说明：PCB叠法需采用对称设计，对称设计指绝缘层厚度、半固化片类别、铜箔厚度、图形分布类型(大铜箔层、线路层)尽量相对于PCB的中心线对称。

6、线宽及介质厚度设计需要留有充分余量，避免余量不足产生SI等设计问题。

        操作步骤为：

        1、点击如下Xsection图标，进入叠层编辑界面。

        2、软件默认的叠层为两层，以一个1.6mm四层板为例，如下图所示，在Name一列，右键—add layer pair below，可以直接添加两层，一层导电层，一层介质层。也可以一层一层添加。

        3、将新增的层名称修改为需要的名称，如GND02、PWR03，将层的类型改为plane，电源或地层就填plane，信号层就填conductor。

        4、填入每层的厚度。一般情况下，表层为0.5OZ+plating，通常表面处理做完后也相当于1OZ，内层的电源和地铜皮一般也为1OZ，除非通流量大时可能会加大铜厚。中间的GND03+介质+PWR03为一个core，选1.2mm厚度的芯板，TOP和GND02之间、BOTTOM和PWR03之间的介质为PP，这两层要保持对称，根据总的板厚减去已经确定的芯板和铜皮厚度，得到两层PP的厚度，选用两片1080叠起来，厚度为5.6mil，最后的总厚度为61.24mil，换算为1.55mm，加上绿油等一些涂覆，总厚度约1.6mm。注意这里只是为了估算阻抗临时填的数据，后期板厂后根据自己的实际情况进行调整。同时介质越厚，相应走线层的走线阻抗会越大，要再调整线宽达到想要的阻抗值。

        5、估算阻抗。双击signal integrity右边的箭头，将信息栏展开。软件会根据填入的走线宽度自动计算阻抗，注意这里我们的表层是没有设置绿油的，一般情况下，没有绿油算出来的阻抗会偏大，假设没有绿油时的阻抗为Z，则盖上绿油后阻抗可估计为Z*0.9+3.2。如果TOP和BOTTOM要求单端控50ohm阻抗，则设置线宽为8.5mil（因为上一步的介质比较厚，所以这里的线宽要比较宽才能达到50ohm），软件计算阻抗为53.691ohm，盖绿油后差不多是50ohm。

        如果要控制差分阻抗为100ohm，则在diff coupling type选Edge，在width填入线宽，在diff spacing填入线距即可估算。

        注意，以上走线线宽只是为了软件计算阻抗而填入的设计值，并不是这里填了，后面走线宽度就是这么多。这里不进行阻抗估算、层厚设置也是可以的，只要将要求告诉板厂，板厂会根据要求调整线宽和介质厚度。