本篇文章主要分享六層PCB板是怎么拼出來的，目錄和結構如下：
1. 前言
2. PCB基礎框架
3. PCB材料組成
4. PCB疊層設計
5. PCB阻抗計算
整篇文章閱讀預計10分鐘。
1.前言
求職面試時,大多數人都會在一個問題上糾結：去大公司還是小公司？這個問題在現階段其實沒有人能夠給出一個100%完美的答案。如果展開來說，估計也要花好長時間。無論去哪個公司，落到我們自身來說，主要還是要能在崗位上體現出個人的價值。即用專業能力、綜合素質能力去解決工作中的問題。
解決問題的快慢程度和結果好壞，就和我們掌握的專業技能和方法論有關。比如在我們公司，PCB板的Layout不需要硬件工程師來做，包括DFX，EMC都有專門的資源來做這些事，而硬件工程師只需要對布局布線完成后的PCB進行審核。
那么問題就來了，如果你所在公司和我所在的一樣，PCB有專門的資源來做，那是不是意味著說，我們沒有Layout經驗！如果你所在的公司，硬件工程師需要干硬件，畫PCB，編寫軟件，熟悉DFX、EMC。那這個時候，你說到底是在大公司花更多的時間做原理設計好，還是在小公司涉略更多的知識呢？
帶著上面的疑問，本周的周報會站在硬件的角度去理解PCB設計。原因是雖然我不需要實際去layout，但是我需要審核，如果我自己都不懂PCB設計，那審核個錐子，你說對不對？
2. PCB基礎框架
基于我目前對高速PCB設計的認知，硬件如果和PCB分開設計，對于硬件來說，至少需要把必備基礎和熟悉掌握兩部分的內容搞清楚，如下所示。作為硬件開發人員，能把下面的內容都掌握，差不多就具備了PCB設計的80%能力，剩下20%更多的是和其他像DFX和EMC資源組交互的知識點。而本篇文章主要針對基礎必備方面的三個內容進行分享。
實際上完成一個PCB還需要掌握EMC，可制造性，射頻等方面的內容。這些屬于比較專業的，可以單獨作為某個系列來學習，因此這里未做呈現。
3. PCB材料組成下面是一塊PCB的實物，從PCB外觀來看，它具有以下幾個特點：（1）具有一定的厚度和剛性（2）表面呈現綠色（3）器件旁邊有白色絲印
針對特性1來說，PCB具有厚度和剛性的屬性其實來自于PCB的兩個重要組成部分，Core芯板和PP半固態片。
Core芯板是制作PCB的基礎材料，具有一定的硬度及厚度，并且兩個表層都有銅箔。半固態片（Prepreg）主要起到填充的作用，是多層印制板的內層導電圖形的粘合材料及絕緣材料。
在Prepreg被層壓后，半固化的環氧樹脂被擠壓開來，開始流動并凝固，將多層電路板粘合在一起，并形成一層可靠的絕緣體。
從上面這個4層板可以看出，POWER和GND之間填充的PP，兩面帶有銅箔的是Core芯板。所以，多層板其實就是Core與Prepreg壓合而成的。
我們常說的FR-4，是屬于一種耐燃材料等級的代號，表征的是樹脂材料經過燃燒狀態后必須能夠自行熄滅的材料規格。它不是一種材料名稱，也不是某種板材，是耐燃材料的等級。上面提到的PP片和CORE芯板都是FR-4等級的材料。為了方便，在工程中大家默認稱PCB的板材是FR4材質，不會去說具體是環氧樹脂板還是玻璃纖維板。
對于特性2和特性3相對于來說比較好理解，特性2中的看到PCB呈現綠色其實是在PCB表面覆蓋了一層綠油——PCB油墨的一種，一般是指綠色的阻焊油墨，因阻焊油墨多用綠色的，因此成為綠油。特性3就是所謂的絲印，白色的油漆。
覆蓋綠油的核心作用的作為阻焊層，在焊接時將PCB的焊接部分和非焊接部分分開，同時，這些綠油覆蓋在焊盤上面，可以防止焊盤氧化。需要注意的是，如果使用的是黑色油墨，由于黑色油墨比綠色腐蝕性更強，使用同樣的線寬進行設計，覆蓋黑色油墨后得到的走線會更窄。
4. PCB疊層設計
在PCB設計之前，硬件工程師在對單板規模，信號層數，電源種類以及EMC方面考慮后，會提出PCB設計需要使用幾層板。理論上PCB層數越多，布線越方便，EMC的性能也越好。但是結合單板的總厚度，剛性要求以及成本，總層數不可能無限的加大，這個權衡的過程硬件需要掌握。
一種四層板疊層如下：
一種六層板疊層如下：
針對六層板的設計，有下面四種疊層方案。
方案一：電源層數1，地層數1，信號層數4
這種疊層，電源和地相隔較遠，耦合比較差，電源和地之間無法形成寄生電容，為了保證電源到地的低阻抗，只能依靠外部的去耦電容來降低。
方案二：電源層數1，地層數1，信號層數4
這種疊層設計，電源和地的耦合效果好，阻抗低，電源平面受到的干擾可以很快的泄放到地平面上。但是S2，S1以及S3，S4相鄰，信號完整性容易受到對方層的干擾。
方案三：電源層數1，地層數2，信號層數3
這種疊成相比方案1和方案2，犧牲了信號層的數量，換來了更好的布局效果。其中S2作為優先布局的重要信號，其次是S3，再是S1。在電源層和地層之間增加去耦電容，減小電源的阻抗。
方案四：電源層數1，地層數2，信號層數3
方案四的電源阻抗沒有方案三好，但是S2信號層的屏蔽效果是最好的。
在選定了PCB的疊層設計之后，就要使用PP片和CORE芯板來組成需要設計的PCB。工程上常見的PCB板材的厚度規格有0.5mm，0.7mm，0.8mm，1.0mm，1.2mm，1.5mm，1.6mm，2.0mm，2.4mm，3.2mm，6.4mm。
CORE芯板的厚度主要有0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm，1.2mm這幾種。根據前面的介紹，CORE的表面有銅箔，但是當CORE芯板的厚度為0.1mm或者0.2mm時，可以選擇含銅的也可以選擇不含銅的芯板，含銅的芯板兩邊的銅厚都是0.0175mm。
半固化片在不同的廠家常用的板材不一樣，以下面這張圖是生益和超聲廠家常用PP片的型號為例。
其中的含膠量 RC%（Resin content)：指膠片中除了玻璃布以外，樹脂成分所占的重量百分比。RC%的多少直接影響到樹脂填充導線間空缺的能力，同時決定壓板后的介電層厚度。106的含膠量相比7628的含膠量就要高。（因為要在缺口的位置填充更多的樹脂）
而嘉立創選用的PP半固化片的型號如下圖所示。
從上面就能看出，生益和嘉立創所使用的PP片介電常數就不一樣。生益2116的介電常數4.4，嘉立創的4.25。為了方便計算，在工程上一般都是說FR4板材的介電系數是4。
根據以上內容，如果PCB要設計1.6mm板后的單板，疊層選擇方案2，那么可以使用嘉立創的PP和CORE的組合疊層設計如下：
可以計算出PCB板的厚度為:
0.035*2+0.1*2+0.127+0.6*2=1.597mm
再考慮到表面的綠油和殘銅，板厚是1.6mm。
5. PCB的阻抗計算
PCB的疊層方式、選擇的PP片和CORE芯板的材質與PCB阻抗之間存在相互影響的關系。在常規的PCB設計中，主要有4種類型的阻抗需要計算：
- 單端阻抗，控50Ω
- 差分阻抗，控100Ω，90Ω
- 共面+隔層阻抗，控50Ω
在計算PCB阻抗時，需要借助SI9000的計算工具。以上面6層板的表層走線控50Ω為例，計算線寬方法如下：選擇微帶線的模型，設定阻抗為50Ω，填寫相關的參數，計算出走線的寬度為6mil。
如果在第三層走差分線，且要求阻抗控制在100Ω。使用軟件計算的出走線的寬度為4mil。如果在計算過程中發現所走的線寬太小，就可能要采取調整差分對之間的距離甚至是重新選擇疊層方式以及挖空參考層的銅箔等方式來權衡。
以上主要是從硬件的角度來理解PCB的設計，包含了PCB的組成材料，疊層的原理以及阻抗的計算。畢竟不是專業畫PCB的，因此在總結和梳理過程中，只把阻礙硬件人員審核PCB方面的部分內容進行了整理。