多层电路板维修方案设计

摘要： 本文目录一览：1、PCB多层电路板怎么设计2、电路板故障的维修技巧与窍门...

本文目录一览：

• 1、PCB多层电路板怎么设计
• 2、电路板故障的维修技巧与窍门
• 3、如何解决多层PCB电路板设计时的EMI问题

PCB多层电路板怎么设计

1.层数的选择和叠加原则

确定多层 PCB 板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说，层数越多越利于布线 但是制层数越多越利于布线，但是制层数越多越利于布线 板成本和难度也会随之增加。对于生产厂家来说，层叠结构对称与否 PCB 板制造时需要关注的焦 层叠结构对称与否是 板成本和难度也会随之增加 层叠结构对称与否 点，所以层数的选择需要考虑各方面的需求，以达到最佳的平衡。

对于有经验的设计人员来说，在完成元器件的预布局后，会对 PCB 的布线瓶颈处进行重点分析 结 完成元器件的预布局后的布线瓶颈处进行重点分析 颈处进行重点分析。结 完成元器件的预布局后工具分析电路板的布线密度；再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线 有特殊布线要求的信号线如差分线 合其他 EDA 工具分析电路板的布线密度有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等 的数量和种类来确定信号层的层数 然后根据电源的种类、来确定信号层的层数； 根据电源的种类、 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。来确定信号层的层数 根据电源的种类 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目 这样，整个电路板的板层数目就基本确定了。

确定了电路板的层数后，接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。在这一步骤中，需要考虑的因素主要有以下两点：

（1）特殊信号层的分布

（2）电源层和地层的分布

如果电路板的层数越多，特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多，如何来确定哪种组合方式最优也越困难，但总的原则有以下几条：

地层，利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽:

（1）信号层应该与一个内电层相邻（内部电源 地层），利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。

（2）内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说，内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较）内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说， 小的值，以提高电源层和地层之间的电容，增大谐振频率。小的值，以提高电源层和地层之间的电容，增大谐振频率。

（3）电路中的高速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间。这样两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽，同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间，不对外造成干扰。

（4）避免两个信号层直接相邻。相邻的信号层之间容易引入串扰，从而导致电路功能失效;在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。

（5）多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗;例如，A 信号层和 B 信号层采用各自单独的地平 面，可以有效地降低共模干扰。

（6）兼顾层结构的对称性。

2.常用的层叠结构

下面通过 4 层板的例子来说明如何优选各种层叠结构的排列组合方式：

对于常用的 4 层板来说，有以下几种层叠方式（从顶层到底层）：

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），POWER（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

（2）Siganl_1（Top），POWER（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

（3）POWER（Top），Siganl_1（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

显然，方案 3 电源层和地层缺乏有效的耦合，不应该被采用。

那么方案 1 和方案 2 应该如何进行选择呢？

一般情况下，设计人员都会选择方案 1 作为 4 层板的结构。原因并非方案 2 不可被采用，而是一般的 PCB 板都只在顶层放置元器件，所以采用方案 1 较为 妥当。但是当在顶层和底层都需要放置元器件，而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大，耦合不佳时，就需要考虑哪一层布置的信号线较少。对于方案 1 而言，底层的信号线较少，可以采用大面积 的铜膜来与 POWER 层耦合；反之，如果元器件主要布置在底层，则应该选用方案 2 来制板。

在完成 4 层板的层叠结构分析后， 下面通过一个 6 层板组合方式的例子来说明 6 层板层叠结构的排列 组合方式和优选方法：

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），Siganl_3（Inner_3），POWER（In）。 方案 1 采用了 4 层信号层和 2 层内部电源/接地层，具有较多的信号层，有利于元器件之间的布线工作，但是该方案的缺陷也较为明显，表现为以下两方面：

① 电源层和地线层分隔较远，没有充分耦合

② 信号层 Siganl_2（Inner_2）和 Siganl_3（Inner_3）直接相邻，信号隔离性不好，容易发生串扰

（2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），GND（Inner_3），Siganl_3（In）。

方案 2 相对于方案 1， 电源层和地线层有了充分的耦合， 比方案 1 有一定的优势， 但是Siganl_1 （Top） 和 Siganl_2（Inner_1）以及 Siganl_3（Inner_4）和 Siganl_4（Bottom）信号层直接相邻，信号隔 离不好，容易发生串扰的问题并没有得到解决。

），GND（Inner_1）， ），Siganl_2（Inner_2）， ），POWER（Inner_3），），GND（3）Siganl_1（Top）， ） （ ）， （ ）， （ ）， （ ）， （Inner_）。）。

相对于方案 1 和方案 2，方案 3 减少了一个信号层，多了一个内电层，虽然可供布线的层面减少了，但是该方案解决了方案 1 和方案 2 共有的缺陷：

①   电源层和地线层紧密耦合

② 每个信号层都与内电层直接相邻，与其他信号层均有有效的隔离，不易发生串扰

③ Siganl_2（Inner_2）和两个内电层 GND（Inner_1）和 POWER（Inner_3）相邻，可以用来传 （ ） （ ） （ ）相邻，两个内电层可以有效地屏蔽外界对 Siganl_2 Inner_2） 输高速信号。 高速信号。 两个内电层可以有效地屏蔽外界对（ ） 层的干扰和 Siganl_2 Inner_2） （ ） 对外界的干扰。

综合各个方面，方案 3 显然是最优化的一种，同时，方案 3 也是 6 层板常用的层叠结构。

通过对以上两个例子的分析，相信读者已经对层叠结构有了一定的认识，但是在有些时候，某一个方案并不能满足所有的要求，这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾的是由于电路板的板层设 计和实际电路的特点密切相关，不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同，所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。但可以确定的是，设计原则 2（内部电源层和地层之间应该紧密耦 设计原则 （内部电源层和地层之间应该紧密耦如果电路中需要传输高速信号， 合）在设计时需要首先得到满足，另外如果电路中需要传输高速信号，那么设计原则 3（电路中的高在设计时需要首先得到满足， 如果电路中需要传输高速信号 （ 速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间）就必须得到满足速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间）就必须得到满足。

如下是利用99se设计的多层电路板视频教程。

电路板故障的维修技巧与窍门

电路板维修中，如果碰到公共电源短路的故障往往很头大，因为很多器件并联在VCC和GND之间。究竟应该如何进行维修呢?以下是我为你整理的电路板的维修技巧，希望能帮到你。

电路板的维修技巧

一、切割法，也称锄大地。就是说断开器件的某只引脚，比如电容用吸锡泵空开一只脚，IC用斜口钳剪断一只脚(注意从中央剪断，不要齐根剪断或齐电路板剪断)，当剪断某一个脚时短路消失，则某个芯片或这个电容短路。倘若是贴片IC，可将IC的电源脚用烙铁或风枪挑开，使其离开电源。确认短路器件以后，记得非短路元件要将剪断处或翘起处复原。

二、发热法：用一稳压电源，将开路电压调节到待测器件电源电压水平，先将电流调至最小，并将此电压加到被测电路板的两端，然后慢慢增加电流。同时用手摸器件，当摸到某个器件发热明显，这个往往就是损坏的元件。这个方法的使用要点是电压一定不能超过器件的工作电压，并且不能接反。

三、电抗法：我们知道，线路板上的铜箔也是有电阻的，倘若线路板上铜箔厚度是35um，印制线宽1mm，则每10mm长，其电阻值为5mΩ左右，这么小的阻值，用普通万用表是测不出来的，用毫欧表则可以测量。我们假设某一个元件短路，用普通万用表测得都是0Ω，用毫欧表测得则大概是几十毫欧到几百毫欧。我们测试短路电路板时，当测到某个元件(包括焊锡或铜箔有)得到的阻值最小时，则该元件便是重点怀疑对象了。

四、短路追踪仪：这些年很多人对这个东东非常感兴趣。总体来讲，比较高档的短路追踪仪用到两种方法：一种是电位法，机器内置电流源加到被测电路板，测量电路板不同地方的电位，找到短路点;第二种是电流感应法，通过内置激励源产生一激励电流，探头追踪该电流在电路板上所产生的磁场变化，来发现短路点。短路追踪仪的好处就是对线路板没有损伤，并可以快速找到短路点。

五、热成像：其原理是电路板短路时，短路元件同正常元件有不同温升，其红外热像图也有明显差异。利用该方法，建立一个正常的器件库，非正常的电路板只要扫描热像图，软件会自动定位到被测短路点。

电路板的制作方法

1、在打印机上将电路板图按1∶1的比例打印在80克复印纸上。手工绘制也可以，但底纸要平整。

2、找一台传真机，将机里的传真纸取出，换上热熔塑膜。把电路图放入传真机入口，利用传真机的复印键，将线路图复制在热熔塑膜上。这时印刷电路板的“印刷原稿”就做好了。

3、用双面胶带纸将制好图的塑膜平整地贴在敷铜板上。注意要平整，不能起皱，胶带纸不能遮住熔化部分，否则影响线路板的制作效果。

4、用漆刷将油漆均匀地刷在塑膜上，注意：不能往复地刷，只能顺着一个方向依次刷，否则塑膜一起皱，铜板上的线条就会出现重叠。待电路图全被刷遍，小心地将塑膜拿掉。这时一块印刷线路板就印刷好了。待干后，即可腐蚀了。

如要印制多块，可做一个比电路板大一点的木框，将丝网平整地敷在木框上，固定好。再用双面胶带纸将定好影的塑膜贴在丝网下面。将敷铜板放在桌上，合上丝网架(印刷图与敷铜板要左右对齐)，用漆刷将漆顺一个方向依次刷好，拿掉网架。印刷电路板就印好了。如有缺陷，可用油漆和竹片修改。

电路板的分类

线路板按层数来分的话分为单面板，双面板，和多层线路板三个大的分类。

首先是单面板，在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以就称这种PCB叫作单面线路板。单面板通常制作简单，造价低，但是缺点是无法应用于太复杂的产品上。

双面板是单面板的延伸，当单层布线不能满足电子产品的需要时，就要使用双面板了。双面都有覆铜有走线，并且可以通过过孔来导通两层之间的线路，使之形成所需要的网络连接。

多层板是指具有三层以上的导电图形层与其间的绝缘材料以相隔层压而成，且其间导电图形按要求互连的印制板。多层线路板是电子信息技术向高速度、多功能、大容量、小体积、薄型化、轻量化方向发展的产物。

如何解决多层PCB电路板设计时的EMI问题

我在百度搜索答案时，找到以下内容，这些内容仅供参考，需要你自己慧眼如炬，或者去实验，看下是否正解：

解决EMI问题的办法很多，现代的EMI抑制方法包括：利用EMI抑制涂层、选用合适的EMI抑制零配件和EMI仿真设计等。本文从最基本的PCB布板出发，讨论PCB分层堆叠在控制EMI辐射中的作用和设计技巧。

电源汇流排

在IC的电源引脚附近合理地安置适当容量的电容，可使IC输出电压的跳变来得更快。然而，问题并非到此为止。由于电容呈有限频率响应的特性，这使得电容无法在全频带上生成干净地驱动IC输出所需要的谐波功率。除此之外，电源汇流排上形成的瞬态电压在去耦路径的电感两端会形成电压降，这些瞬态电压就是主要的共模EMI干扰源。我们应该怎么解决这些问题？

就我们电路板上的IC而言，IC周围的电源层可以看成是优良的高频电容器，它可以收集为干净输出提供高频能量的分立电容器所泄漏的那部份能量。此外，优良的电源层的电感要小，从而电感所合成的瞬态信号也小，进而降低共模EMI。

当然，电源层到IC电源引脚的连线必须尽可能短，因为数位信号的上升沿越来越快，最好是直接连到IC电源引脚所在的焊盘上，这要另外讨论。

为了控制共模EMI，电源层要有助于去耦和具有足够低的电感，这个电源层必须是一个设计相当好的电源层的配对。有人可能会问，好到什么程度才算好？问题的答案取决于电源的分层、层间的材料以及工作频率(即IC上升时间的函数)。通常，电源分层的间距是6mil，夹层是FR4材料，则每平方英寸电源层的等效电容约为75pF。显然，层间距越小电容越大。

上升时间为100到300ps的器件并不多，但是按照目前IC的发展速度，上升时间在100到300ps范围的器件将占有很高的比例。对于100到300ps上升时间的电路，3mil层间距对大多数应用将不再适用。那时，有必要采用层间距小于1mil的分层技术，并用介电常数很高的材料代替FR4介电材料。现在，陶瓷和加陶塑料可以满足100到300ps上升时间电路的设计要求。

尽管未来可能会采用新材料和新方法，但对于今天常见的1到3ns上升时间电路、3到6mil层间距和FR4介电材料，通常足够处理高端谐波并使瞬态信号足够低，就是说，共模EMI可以降得很低。本文给出的PCB分层堆叠设计实例将假定层间距为3到6mil。

电磁屏蔽

从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨着电源层或接地层。对于电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层＂策略。

PCB堆叠

什么样的堆叠策略有助于屏蔽和抑制EMI？以下分层堆叠方案假定电源电流在单一层上流动，单电压或多电压分布在同一层的不同部份。多电源层的情形稍后讨论。

4层板

4层板设计存在若干潜在问题。首先，传统的厚度为62mil的四层板，即使信号层在外层，电源和接地层在内层，电源层与接地层的间距仍然过大。

如果成本要求是第一位的，可以考虑以下两种传统4层板的替代方案。这两个方案都能改善EMI抑制的性能，但只适用于板上元件密度足够低和元件周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合。

第一种为首选方案，PCB的外层均为地层，中间两层均为信号/电源层。信号层上的电源用宽线走线，这可使电源电流的路径阻抗低，且信号微带路径的阻抗也低。从EMI控制的角度看，这是现有的最佳4层PCB结构。第二种方案的外层走电源和地，中间两层走信号。该方案相对传统4层板来说，改进要小一些，层间阻抗和传统的4层板一样欠佳。

如果要控制走线阻抗，上述堆叠方案都要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边。另外，电源或地层上的铺铜岛之间应尽可能地互连在一起，以确保DC和低频的连接性。

6层板

如果4层板上的元件密度比较大，则最好采用6层板。但是，6层板设计中某些叠层方案对电磁场的屏蔽作用不够好，对电源汇流排瞬态信号的降低作用甚微。下面讨论两个实例。

第一例将电源和地分别放在第2和第5层，由于电源覆铜阻抗高，对控制共模EMI辐射非常不利。不过，从信号的阻抗控制观点来看，这一方法却是非常正确的。

第二例将电源和地分别放在第3和第4层，这一设计解决了电源覆铜阻抗问题，由于第1层和第6层的电磁屏蔽性能差，差模EMI增加了。如果两个外层上的信号线数量最少，走线长度很短(短于信号最高谐波波长的1/20)，则这种设计可以解决差模EMI问题。将外层上的无元件和无走线区域铺铜填充并将覆铜区接地(每1/20波长为间隔)，则对差模EMI的抑制特别好。如前所述，要将铺铜区与内部接地层多点相联。

通用高性能6层板设计一般将第1和第6层布为地层，第3和第4层走电源和地。由于在电源层和接地层之间是两层居中的双微带信号线层，因而EMI抑制能力是优异的。该设计的缺点在于走线层只有两层。前面介绍过，如果外层走线短且在无走线区域铺铜，则用传统的6层板也可以实现相同的堆叠。

另一种6层板布局为信号、地、信号、电源、地、信号，这可实现高级信号完整性设计所需要的环境。信号层与接地层相邻，电源层和接地层配对。显然，不足之处是层的堆叠不平衡。

这通常会给加工制造带来麻烦。解决问题的办法是将第3层所有的空白区域填铜，填铜后如果第3层的覆铜密度接近于电源层或接地层，这块板可以不严格地算作是结构平衡的电路板。填铜区必须接电源或接地。连接过孔之间的距离仍然是1/20波长，不见得处处都要连接，但理想情况下应该连接。

10层板

由于多层板之间的绝缘隔离层非常薄，所以10或12层的电路板层与层之间的阻抗非常低，只要分层和堆叠不出问题，完全可望得到优异的信号完整性。要按62mil厚度加工制造12层板，困难比较多，能够加工12层板的制造商也不多。

由于信号层和回路层之间总是隔有绝缘层，在10层板设计中分配中间6层来走信号线的方案并非最佳。另外，让信号层与回路层相邻很重要，即板布局为信号、地、信号、信号、电源、地、信号、信号、地、信号。

这一设计为信号电流及其回路电流提供了良好的通路。恰当的布线策略是，第1层沿X方向走线，第3层沿Y方向走线，第4层沿X方向走线，以此类推。直观地看走线，第1层1和第3层是一对分层组合，第4层和第7层是一对分层组合，第8层和第10层是最后一对分层组合。当需要改变走线方向时，第1层上的信号线应藉由”过孔＂到第3层以后再改变方向。实际上，也许并不总能这样做，但作为设计概念还是要尽量遵守。

同样，当信号的走线方向变化时，应该藉由过孔从第8层和第10层或从第4层到第7层。这样布线可确保信号的前向通路和回路之间的耦合最紧。例如，如果信号在第1层上走线，回路在第2层且只在第2层上走线，那么第1层上的信号即使是藉由“过孔”转到了第3层上，其回路仍在第2层，从而保持低电感、大电容的特性以及良好的电磁屏蔽性能。

如果实际走线不是这样，怎么办？比如第1层上的信号线经由过孔到第10层，这时回路信号只好从第9层寻找接地平面，回路电流要找到最近的接地过孔(如电阻或电容等元件的接地引脚)。如果碰巧附近存在这样的过孔，则真的走运。假如没有这样近的过孔可用，电感就会变大，电容要减小，EMI一定会增加。

当信号线必须经由过孔离开现在的一对布线层到其他布线层时，应就近在过孔旁放置接地过孔，这样可以使回路信号顺利返回恰当的接地层。对于第4层和第7层分层组合，信号回路将从电源层或接地层(即第5层或第6层)返回，因为电源层和接地层之间的电容耦合良好，信号容易传输。

多电源层的设计

如果同一电压源的两个电源层需要输出大电流，则电路板应布成两组电源层和接地层。在这种情况下，每对电源层和接地层之间都放置了绝缘层。这样就得到我们期望的等分电流的两对阻抗相等的电源汇流排。如果电源层的堆叠造成阻抗不相等，则分流就不均匀，瞬态电压将大得多，并且EMI会急剧增加。

如果电路板上存在多个数值不同的电源电压，则相应地需要多个电源层，要牢记为不同的电源创建各自配对的电源层和接地层。在上述两种情况下，确定配对电源层和接地层在电路板的位置时，切记制造商对平衡结构的要求。

总结

鉴于大多数工程师设计的电路板是厚度62mil、不带盲孔或埋孔的传统印制电路板，本文关于电路板分层和堆叠的讨论都局限于此。厚度差别太大的电路板，本文推荐的分层方案可能不理想。此外，带盲孔或埋孔的电路板的加工制程不同，本文的分层方法也不适用。

电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键，优良的分层堆叠是保证电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电源的电磁场屏蔽起来的关键。理想情况下，信号走线层与其回路接地层之间应该有一个绝缘隔离层，配对的层间距(或一对以上)应该越小越好。根据这些基本概念和原则，才能设计出总能达到设计要求的电路板。现在，IC的上升时间已经很短并将更短，本文讨论的技术对解决EMI屏蔽问题是必不可少的。