Altium Designer 2019——PCB 设计叠层说明
软件: ALTIUM
专业技术文章：PCB设计中的多层板层定义与叠层设计优化
引言
在电子产品的设计中，PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）是系统实现电气连接的重要组成部分。为了满足日益增长的性能需求，多层PCB板因其提供了更灵活的空间利用、更高效的数据与信号传输以及优化的PCB布局而受到广泛欢迎。本文章旨在深入解析PCB设计中的各层定义以及叠层设计的最佳实践，从而帮助设计者更好地理解并应用多层板的优势。
PCB的层定义与描述
1. LAYER 1：Top Layer
顶层布线层，适合布置重要组件以及进行主电气连接。在单面板设计中，此种层不存在。
2. Layer 2：Bottom Layer
底层布线层，用于连接和复用底层元件，或是辅助进行主电气连接。在某些集成度高或具有特殊性能需求的主板上，底层功能可能变得尤为重要。
3. Top/Solder Layer
顶层阻焊绿油层，位于顶层线路之下，保护铜箔免受环境侵蚀，保持电气绝缘性能。焊盘和过孔在多数应用中自动开窗，以确保在焊接过程中的可焊性。为防止过孔上锡，设计关键层需要明确该层不需暴露铜箔。
4. Bottom/Solder Layer
底层阻焊绿油层，与顶层对应，功能相同。焊盘和过孔的开窗策略同上。
5. Top/Paste Layer
该层专门用于辅助SMT（Surface Mount Technology，表面安装技术）回流焊工艺中的锡膏添加，同时在PCB的生产过程中不存在实际作用。设计时可保持默认设置，导出Gerb而无需关注。
6. Bottom/Paste Layer
类似于顶层，用于SMT工艺中锡膏的添加。
7. Top/Bottom Overlay Layer
顶层和底层丝印层，用于标记元件的位置、线路、厂商标志等信息，增强产品识别。
8. Mechanical Layers
包括机械层1、2、3、4等。机械层1是默认外形层，当配合具有特定用途的层，如碳油层，需区分它们的作用。
9. Keepout Layer
禁止布线层，主要用于定义PCB的物理外形或特定区域的布线限制。
10. Middle Layers（MIDLAYERS）
适用于多层板上的信号层，主要用来分布电路板上需要导通的导线。也可以作为具有特定功能的辅助层。
11. Internal Planes（INTERNAL PLANES）
内电层，用于提供多层板的电源供应和地线连接，优化板面布局和电路性能。
12. Multi Layer（MULTI LAYER）
通孔层，专门用于焊盘，以便在较长或非常棒的电路中使用FCCL（Flexible Copper Clad Lamination，挠性铜箔层压板）进行低温焊接。
定量考虑：多层板叠层设计的关键参数
在构建多层板时，计算以下参数对于优化电气性能至关重要：
Dielectric Constant（介电常数）： 介电质在电场作用下的介电特性，其值的大小影响着信号传输速率、信号衰减及板的频率特性。介电常数会因温度、频率变化而改变。
Loss Tangent（损耗角正切）： 描述介质在节约功率操作下能量损耗程度，可通过计算有功功率 p 与无功功率 q 比值得到。对于多层板设计者，关键在于让损耗角正切最小化以优化信号传输效率。
考虑到层间所用材料（铜、PP（Polypropylene）半固化片、芯板）的厚度、材质特性，在实施设计前应进行详细计算，确保选取的材料和层的配置能满足性能和可靠性的要求。
技术案例：多层板叠层设计最佳实践
示例四层板配置可优化为以下结构：
1. Top Layer（2+4oz Copper）：布置关键电子元器件和高速信号路径。
2. Middle Layer 1：一个用于电源路径和信号路径层之间的层，确保两种功能互不影响，同时也便于优化EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）控制。
3. Middle Layer 2：个信号层，专门用于高频信号的传输，与顶层和底层信号层保持一定的层间间距，以减小信号耦合和干扰。
4. Bottom Layer（2+4oz Copper）：返回路径和重要的低频信号路径。
通过精心的选择和布置，该配置可以有效减少信号延迟、降低信号衰减、增强整体版图的电气性能，同时支持有效的热管理策略和其他复杂系统需求。
引言
在电子产品的设计中，PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）是系统实现电气连接的重要组成部分。为了满足日益增长的性能需求，多层PCB板因其提供了更灵活的空间利用、更高效的数据与信号传输以及优化的PCB布局而受到广泛欢迎。本文章旨在深入解析PCB设计中的各层定义以及叠层设计的最佳实践，从而帮助设计者更好地理解并应用多层板的优势。
PCB的层定义与描述
1. LAYER 1：Top Layer
顶层布线层，适合布置重要组件以及进行主电气连接。在单面板设计中，此种层不存在。
2. Layer 2：Bottom Layer
底层布线层，用于连接和复用底层元件，或是辅助进行主电气连接。在某些集成度高或具有特殊性能需求的主板上，底层功能可能变得尤为重要。
3. Top/Solder Layer
顶层阻焊绿油层，位于顶层线路之下，保护铜箔免受环境侵蚀，保持电气绝缘性能。焊盘和过孔在多数应用中自动开窗，以确保在焊接过程中的可焊性。为防止过孔上锡，设计关键层需要明确该层不需暴露铜箔。
4. Bottom/Solder Layer
底层阻焊绿油层，与顶层对应，功能相同。焊盘和过孔的开窗策略同上。
5. Top/Paste Layer
该层专门用于辅助SMT（Surface Mount Technology，表面安装技术）回流焊工艺中的锡膏添加，同时在PCB的生产过程中不存在实际作用。设计时可保持默认设置，导出Gerb而无需关注。
6. Bottom/Paste Layer
类似于顶层，用于SMT工艺中锡膏的添加。
7. Top/Bottom Overlay Layer
顶层和底层丝印层，用于标记元件的位置、线路、厂商标志等信息，增强产品识别。
8. Mechanical Layers
包括机械层1、2、3、4等。机械层1是默认外形层，当配合具有特定用途的层，如碳油层，需区分它们的作用。
9. Keepout Layer
禁止布线层，主要用于定义PCB的物理外形或特定区域的布线限制。
10. Middle Layers（MIDLAYERS）
适用于多层板上的信号层，主要用来分布电路板上需要导通的导线。也可以作为具有特定功能的辅助层。
11. Internal Planes（INTERNAL PLANES）
内电层，用于提供多层板的电源供应和地线连接，优化板面布局和电路性能。
12. Multi Layer（MULTI LAYER）
通孔层，专门用于焊盘，以便在较长或非常棒的电路中使用FCCL（Flexible Copper Clad Lamination，挠性铜箔层压板）进行低温焊接。
定量考虑：多层板叠层设计的关键参数
在构建多层板时，计算以下参数对于优化电气性能至关重要：
Dielectric Constant（介电常数）： 介电质在电场作用下的介电特性，其值的大小影响着信号传输速率、信号衰减及板的频率特性。介电常数会因温度、频率变化而改变。
Loss Tangent（损耗角正切）： 描述介质在节约功率操作下能量损耗程度，可通过计算有功功率 p 与无功功率 q 比值得到。对于多层板设计者，关键在于让损耗角正切最小化以优化信号传输效率。
考虑到层间所用材料（铜、PP（Polypropylene）半固化片、芯板）的厚度、材质特性，在实施设计前应进行详细计算，确保选取的材料和层的配置能满足性能和可靠性的要求。
技术案例：多层板叠层设计最佳实践
示例四层板配置可优化为以下结构：
1. Top Layer（2+4oz Copper）：布置关键电子元器件和高速信号路径。
2. Middle Layer 1：一个用于电源路径和信号路径层之间的层，确保两种功能互不影响，同时也便于优化EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）控制。
3. Middle Layer 2：个信号层，专门用于高频信号的传输，与顶层和底层信号层保持一定的层间间距，以减小信号耦合和干扰。
4. Bottom Layer（2+4oz Copper）：返回路径和重要的低频信号路径。
通过精心的选择和布置，该配置可以有效减少信号延迟、降低信号衰减、增强整体版图的电气性能，同时支持有效的热管理策略和其他复杂系统需求。
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