PCB工程师layout分享：内层的电源平面、地平面的设计

华秋 · 发表于 2022-12-8 11:58:04

PCB工程师layout一款产品，不仅仅是布局布线，内层的电源平面、地平面的设计也非常重要。处理内层不仅要考虑电源完整性、信号完整性、电磁兼容性，还需要考虑DFM可制造性。

PCB内层与表层的区别，表层是用来走线焊接元器件的，内层则是规划电源/接地层，该层仅用于多层板，主要用于布置电源线和接地线。我们称之为双层板、四层板和六层板，通常指信号层和内部电源/接地层的数量。

内层设计

在高速信号，试中信号，高频信号等关键信号的下面设计地线层，这样信号环路的路径最短，辐射最小。

高速电路设计过程中必须考虑如何处理电源的辐射和对整个系统的干扰。一般情况要使电源层平面的面积小于地平面的面积，这样可以对电源起屏蔽作用。一般要求电源平面比地平面缩进2倍的介质厚度。

层叠规划

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电源层平面与相应的地平面相邻。目的是形成耦合电容，并与PCB板上的去耦电容共同作用，降低电源平面阻抗，同时获得较宽的滤波效果。

参考平面

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参考层的选择非常重要，理论上电源层和地平面层都能作为参考层，但是地平面层一般可以接地，屏蔽效果要比电源层好很多，所以一般优先选择地平面作为参考平面。

信号线不能跨区域走线

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相邻两层的关键信号不能跨分割区，否则会形成较大的信号环路，产生较强的辐射和耦合。

电源、地走线规划

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要保持地平面的完整性，不能在地平面走线，如果信号线密度太大，可以考虑在电源层的边缘走线。

内层制造

由于PCB制造复杂的工艺流程，内层制造的工艺只是其中一部分，在生产内层板时还需考虑其他工序的工艺影响内层的制造能力。比如压合公差、钻孔公差都会影响内层的品质良率。

PCB的层数不同，可分为单面板、双面板、多层板，这三种板子工艺流程也大不相同。尤其是多层板，生产工艺比单双面板复杂许多。因此在设计多层板时，需考虑多层板复杂的工艺流程及DFM可制造性设计。

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删除独立焊盘

独立焊盘就是非功能性的PAD，在内层不与任何网络相连，在PCB制造过程中会取消独立焊盘。因为此独立焊盘取消对产品的设计功能无影响，反而在制造时会影响品质及生产效率。

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内层BGA区域

BGA器件比较小，引脚非常多，因此扇出的过孔非常密集。在制造过程中钻孔到走线、铜皮需要保留一定的间距，否则在压合及钻孔工序可能会短路。在保证钻孔距铜皮、走线留一定的距离时，孔与孔中间的铜无法保留，会导致网络开路。因此在CAM工程师处理BGA区域时需注意孔与孔中间的铜开路了需补铜桥，保证生产后网络连接不断开。

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内层设计异常

内层负片的孔全部有孔环，转成正片图形就是所有孔与铜皮不相连完全隔离。完全隔离就等于内层没有任何作用，不做内层都可以。生产制造遇到此问题会跟设计工程师确认，是否设计异常，内层铜皮没有添加网络导致完全隔离。

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内层负片瓶颈

在内层设计电源层、地层分割时，由于过孔密集会出现网络导通的瓶颈。电源网络导通的铜桥宽度不够，会导致过不了相匹配的电流，从而导致烧板。甚至有些瓶颈位置直接开路，导致产品设计失败。

DFM内层设计检测

华秋DFM的检测项，对于上文提到的可制造性问题都能够检测出来，并提示存在的制造风险，设计工程师使用华秋DFM可在制造前发现设计存在的缺陷。在制造前修改检测的问题点，避免设计的产品在制造过程中出现问题，从而提升产品的成功率，减少多次试样的成本。