43

在第五章中，我們討論了 PCB 傳輸線阻抗特性。其實，在更高

的頻率下，阻抗會更加復雜。玻纖布環(huán)氧樹脂層壓系統(tǒng)是各向異性的，

玻纖布和樹脂的特性不同，信號在樹脂或玻纖束周圍傳播時，阻抗會

產(chǎn)生變化。

自 2015 年以來，我一直在研究和教導其他人有關玻纖編織效應

（GWS） 相關的知識。我看到一些硬件團隊在設計高速信號布線時忽

略了這一點，因為樣機工作正常。還有一些團隊喜歡使用某一種特定

的解決方案來減輕玻纖編織效應，而忽略了其他成本更低的選項。如

果您的團隊情況類似，那么本章的內(nèi)容應該會很有幫助。

差分 Skew

大多數(shù)信號完整性問題是確定性的。驅(qū)動 1 ns 的信號邊緣到 10 英

寸沒有端接的線路上會導致反射、過沖、下沖和振鈴，但是，如果有足

夠的裕量并且正確端接，那么

信號就會正常。這是確定性的。

另 一 方 面， 玻 纖 編 織 效

應取決于差分對下方的玻纖束

是否正好對齊。因此，玻纖編

織效應是隨機概率分布的，可

以對其進行統(tǒng)計分析，但幾乎

無法準確預測。隨著速率的提

第六章

玻纖編織效應

圖 6.1 ：理想情況下，接收到的差分信號應

該像左圖所示的發(fā)射器端波形一樣對齊

未對齊的差分信號會導致差分 Skew。

發(fā)射器 接收器

44

高，這種影響會更加復雜?？赡軜訖C和 99% 的電路板能正常工作，

但剩下的 1% 會隨機出現(xiàn)現(xiàn)場失效。

不同的微環(huán)境可能會導致兩個差分信號沒有對齊，如圖 6.1 所

示，并可能導致接收器誤解正在發(fā)送的數(shù)據(jù)位。

構成差分對的兩條線之間局部介電常數(shù)變化的最大來源是一條

線下方的玻纖布比另一條線的玻纖布更多（圖 6.2）。根據(jù)材料的玻

纖布覆蓋率不同，可能其中一個差分信號下方的樹脂比另一個更多，

最終得到兩個不同的有效 Dk。有效 Dk 差異會影響信號傳播速度，

從而導致以皮秒 （ps） 為單位的差分 Skew。

典型的差分對玻纖編織效應值范圍為 10 到 100 ps，但預測它是

否會發(fā)生比較困難。差分對中兩條線路介電常數(shù)不同的可能性有多大？

可以根據(jù)系統(tǒng)性的參數(shù)來判斷，例如玻纖間距、差分對間距、玻纖布

編織樣式、線長以及玻纖布和樹脂的 Dk （εr） ，但特定差分對的實際

Skew 大小在很大程度上取決于玻纖束是否正好在兩條線的下方。

玻纖編織效應的上限是多少？

大多數(shù)標準或芯片制造商都會提供對內(nèi) Skew 容差指南（表

圖 6.2 ：以紅色和藍色顯示的差分信號布線半隨機對齊，與底層玻纖布的對齊情況，

這通常會導致差分對中兩根信號線的平均傳播速度不同。

45

表 6.1 ：最新幾代 PCI Express 的數(shù)據(jù)速率 （Gbps） 、單位

時間間隔 （ps） 和對內(nèi) Skew 容差（四分之一 UI）。

6.1）， 但一個通道內(nèi)的 Skew 公差可以保守的描述為比特流的單

位信號間隔（UI）的 20-25%。例如，1 Gbps （500 MHz） 信號的 UI

為 1000 ps。如果將 25% 作為上限，就意味著對內(nèi) Skew 容差為 250

ps，這是一個很大的窗口，這也是 20 多年前大多數(shù)工程師都不關心

GWS 的原因。

在這樣的總線速率下，硬件設計人員不能再忽視玻纖編制效應，

它會導致原本精心規(guī)劃的設計無法正常工作。例如，僅僅 16 ps 的

GWS 就會使 16 Gbps 的 PCIe-4.0 互連的眼圖閉合。

改善玻纖編織效應的方法

許多對 Skew 的改善措施要么成本高昂，要么不能完全解決問

題，只在某些頻率和線長下有效，不適用于其他頻率和線長。行業(yè)

中兩種最常見的改善對內(nèi) Skew 的方法是開纖玻布（機械鋪展玻璃纖

維）和旋轉(zhuǎn)單板圖形。

機械鋪展玻纖已成為行業(yè)的常見做法，它可以改善玻纖編織效

應。一些層壓板供應商表示，鋪展玻纖與扁平玻纖不一樣，但似乎又

無法說明具體差異是什么。數(shù)家著名的玻纖布供應商已經(jīng)開始對他們

所有的玻纖布進行機械鋪展。

將 PCB 圖形旋轉(zhuǎn) 10°是最廣泛使用的控制對內(nèi) Skew 的方法之

一。這種方法能夠可靠地解決所有頻率、所有設計中的這一問題，而

無需花費很多精力，它是對隨機問題的確定性修復，并且可以在新產(chǎn)

頻率 GHz 數(shù)據(jù)速率 Gb/s 單位間隔 ps ? 單位間隔 ps

46

品導入后繼續(xù)采取這一措施。不幸的是，它的成本較高。

我的建議是盡量縮小樹脂開口、按照與玻纖布相同的間距進行布

線、使用雙層玻纖布以及使用低 Dk 玻纖布。

盡量縮小樹脂開口

經(jīng)驗豐富的 PCB 制造商和設計團隊已經(jīng)知道某些玻纖布類型

（例如 106 和 1080 玻纖布）不適合高速信號傳輸。但很少有硬件設

計師和制造商能說出為什么有一些玻纖布比其他的表現(xiàn)更好，以及如

何對它們進行排序。

1080 玻璃纖維布為什

么有對內(nèi) Skew 問題？ 主要

問 題 是 玻 纖 布 的“樹 脂 開

口”（我所命名的術語）比

其他產(chǎn)品更大，例如更薄的

1078 玻纖布或者稍微厚一

些的 1086 玻纖布的樹脂開

口都比 1080 小。

圖 6.3 展示

的是玻纖覆蓋率

（綠色） 與樹脂

覆蓋率（黃色）

的關系。理想情

況下，為了減輕

玻纖編制效應，

玻纖覆蓋率應

盡可能高。更高的玻纖覆蓋率意味著差分對中的兩條信號路徑具有相

同或相似 Dk 環(huán)境的可能性更大。

圖 6.3 ：玻纖布中的樹脂開口。

圖 6.4 ：1080 和 1086 玻纖布樹脂開口的對比。

緯紗

間距

經(jīng)紗

間距

玻纖

緯紗 樹脂

寬度

經(jīng)紗

寬度

樹脂

開口

樹脂

開口

47

如圖 6.4 所示，根據(jù)非鋪展玻纖布的數(shù)據(jù)，在 1080 玻纖布中，

樹脂開口占電路板面積的 24%（76% 是玻纖布），而 1086 玻纖布的

樹脂開口僅為 5%（95% 是玻纖布），而樹脂開口越小越好，這個差距

極大。1078 和 1080 玻纖布的差距稍微小一點，但依然差距很大。相

比 1080 玻纖布，這二者都更具有優(yōu)勢?？梢杂脙煞N常用的方法來量

化不同玻纖布的對內(nèi) Skew 相對性能 ：光學測量透氣性和玻纖布覆蓋

率。較低的透氣性意味著更高的玻纖覆蓋率（高 Dk）和更小的氣隙

（具有較低 Dk 的樹脂開口）。能夠改善玻纖編織效應的最佳玻纖樣

式是透氣性最低的玻纖布樣式。

圖 6.5 ：兩張圖中的藍線 Dk 不同，但再同一對傳輸線中的 Dk 變

化是一致的。紅線是不同的 Dk 導致信號速度不同。

以與玻纖布相同的間距布置差分對中的兩條線

所有玻纖布樣式

在經(jīng)紗和緯紗方向上

都有固定的紗線間距。

如果按照玻纖布的標

稱間距來布線差分對，

那么信號延遲也會是

相 同 的， 這 正 是 我 們

想 要 達 到 的 效 果（圖

6.5）。這無需額外成本

“對于玻纖編織效

應而言， 預防比預

測要現(xiàn)實得多。”

–Bill Hargin

NG

48

即可實現(xiàn)。

需要牢記的是，在

使用非正方形玻纖布時，

您需要知道拼版中單板

的方向 ；或者也可以選

擇每英寸有對稱的兩到

四股的玻纖布（不完美，

但總比忽略它好）。

雙層玻纖布

雙層玻纖布可降低

高速差分對中的一個信號遇到大量樹脂開口的可能性，因為兩層玻纖

布幾乎不可能完全對齊（圖 6.6） 。它可以減小單層玻纖布的樹脂開口，

從而改善玻纖編制效應。

雙層玻纖布會提高成本，但如果整體層壓板厚度相同，成本差

異一般小于 10%。是否能訂到貨是雙層玻纖布的一個重要考慮因素。

使用雙層玻纖布的原始設備制造商和板廠需要在樣機生產(chǎn)和量產(chǎn)之前

提前做好計劃。

低介電常數(shù)玻纖布

這是最昂貴的改善玻纖編織效應的方法（略低于 PTFE），現(xiàn)在

市場上有許多采用低 Dk 玻纖布的層壓板。他們試圖使玻纖布的 Dk

更接近樹脂的 Dk，差異縮小了大約 50%。

每家層壓板供應商的低介電常數(shù)玻纖布都有不同的標識方式。

AGC-Nelco 使用 SI 作為后綴。EMC、南亞、松下是 K， 生益是 N，

TUC 是 SP 等。（圖 6.7）。請與供應商核實供貨情況，因為他們一般

不會有太多低介電常數(shù)玻纖布庫存。您需要主動與他們協(xié)調(diào)。相比之

圖 6.6 ：雙層玻纖布樹脂開口。

49

下，如角度布線、圖形旋轉(zhuǎn)和按照玻纖布間距來布線差分對等策略都

不需要等待。

低介電常數(shù)玻纖布的成本至少提高 50%，半固化片成本提高大

約 5 倍（取決于層壓板供應商、 PCB 板廠和當時的市場價） 。根據(jù)經(jīng)驗，

一些疊層設計的成本會翻倍。

總結

玻纖編織效應是一個很大的話題，本書主要介紹了它本質(zhì)上是隨

機的，成功的樣機制造與是否會出現(xiàn)對內(nèi) Skew 毫無關系，并且有一

些方法確定能夠改善（每次都有效）或有一定幾率改善（減少出現(xiàn)的

幾率）對內(nèi) Skew 問題。最后，我們也了解了不同方案的排名。

在下一章中，我們將介紹另一個主題 ：剛柔結合材料和疊層設計。

圖 6.7 ：Z-planner Enterprise 介電材料數(shù)據(jù)庫中的一些材料包括 E 玻

纖和低 Dk 玻纖的層壓板材料。圖上是 50% 樹脂含量時的值。

51

第七章

剛柔結合材料

我職業(yè)生涯的大部分時間都在跟剛性 PCB 打交道。剛柔結合板

經(jīng)常可以在手機中看到。大約六年前，在層壓板領域的工作中，我開

始收到對低流動性半固化片的要求，并開始參與流變測試。從那時起，

我學到了更多關于剛柔結合疊層的知識，并在我們的疊層軟件解決方

案中加入了對剛柔結合的支持。本章將會分享一些我的經(jīng)驗教訓。

柔性和剛柔結合設計是指部分或全部使用柔性基板材料，而不是

完全由剛性基板材料制成的 PCB。柔性材料可以使設計的密度更高，

因為可以三維放置元件和布線并消除物理連接器。這降低了成本并改

善了阻抗連續(xù)性，同時提高了可靠性。剛柔結合設計還具有更佳的機

電功能，包括對動態(tài)彎曲、振動和沖擊的耐受性、耐熱性并能夠減輕

重量。

更佳的抗沖擊和抗振動能力使柔性設計在需要高可靠性的醫(yī)療、

汽車、軍事和航空航天應用中非常普遍。電路能夠部分彎曲可以使設

計的密度更高，因此它在平板顯示器和蜂窩移動設備中廣泛使用，同

時也使可穿戴技術成為可能。

剛柔結合材料

剛柔結合板所使用的材料與我們在第一章中介紹的芯板和半固

化片略有不同。圖 7.1 展示的是 IPC-6013 標準中的不同類型柔性和

剛柔結合電路。

? 類型 1 是有一層導電層的單面柔性印制板，帶或不帶補強板。

? 類型 2 是雙面柔性電路，包含兩層帶 PTH 的導電層，帶或不帶補強板。

52

IPC ???? 類型 ? · 單導電層

· 單側或雙側有絕緣材料

· 單側或雙側接入導體

IPC ???? 類型 ? · 兩個導電層之間有柔性絕緣膜

· 電鍍互連孔

· 單側或雙側有絕緣覆蓋材料

· 單側或雙側接入導體

IPC ???? 類型 ? · 三層以上導電層

· 導電層之間有柔性絕緣材料

· 電鍍互連孔

· 單側或雙側有絕緣覆蓋材料

· 單側或雙側接入導體

IPC ???? 類型 ? · 兩層以上導電層

· 絕緣材料是剛性或柔性的

· 穿過柔性和剛性材料的電鍍互連孔

· 穿過單側或雙側的覆蓋材料或 SMOBC 接

入導體

? 類型 3 是多層柔性電路，包含三層或更多帶 PTH 的導電層，帶

或不帶補強板。

? 類型 4 是多層剛性和柔性材料組合，包含三層或更多帶 PTH 的

導電層。

? 類型 5 是柔性或剛柔結合電路，包含兩層或多層導電層，沒有 PTH。

圖 7.1 ：柔性和剛柔結合 PCB 的類型。

53

剛柔結合設計中的銅以各種方式粘附到柔性電介質(zhì)材料上。可以

使用粘合劑直接將銅粘合到基材上。有時會添加補強板來加強要放置

元件或布線孔的柔性區(qū)域?？梢圆捎秒娊忏~（ED，不太柔軟，成本

較低）或壓延銅（RA，柔軟，成本較高）。柔性平面層通常會被蝕刻

出網(wǎng)格圖形，因為銅越少就越柔軟。

Coverlay 層是柔性材料，通常位于柔性子疊層的外部。它充當

柔性電路的外保護層，使其絕緣并防止分層。Coverlay 層通常由丙烯

酸、聚酰亞胺和聚酯制成。如圖 7.1 所示，典型的 Coverlay 層結構

在頂部有聚酰亞胺電介質(zhì)，在面向銅的一側有粘合劑。

粘合層類似于 Coverlay 層，但它們用于內(nèi)部帶狀線層，兩面都

有粘合劑，中間是聚酰亞胺電介質(zhì)。將兩個柔性芯板粘合在一起，這

就是粘合層的用武之地。

柔性芯板通常會跨越所有子疊層，從銅的一端一直延伸到另一

端。柔性芯板常見的品牌有 DuPont Pyralux 和 Panasonic Felios，

這兩個產(chǎn)品系列中有很多不同的產(chǎn)品。無粘合劑的柔性芯板通常用于

高性能剛柔結合應用。有粘合劑的柔性芯板較為便宜，通常用于單面

或雙面或低層數(shù)的柔性應用。

剛性子疊層使用了低流動性和無流動性半固化片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半固

化片，以防止樹脂流到柔性子疊層上，這會導致部分柔性區(qū)域變脆并導

致潛在的失效模式。無流動性和低流動性半固化片通?？梢赃x擇 106 和

1080 玻纖布。顧名思義，低流動性半固化片比無流動性半固化片的流

動性強一點。據(jù)我的研究，以下制造商可提供低流動性和無流動性半固

化片 ：AGC-Nelco、Arlon、Isola、TUC、昭和電工（原日立）和 Ventec。

低流動性半固化片通常一層一層堆疊，外層會延伸到剛性區(qū)域的

邊緣，內(nèi)層則會縮進 50 mil，以便柔性子疊層的 Coverlay 層可以包

裹在剛性區(qū)域中，由外部低流動性半固化片固定（圖 7.2）。

柔性芯板和粘合層、聚酰亞胺薄膜和 Coverlay 層都沒有玻纖布，

但如前所述，無流動性半固化片是有玻纖布增強的。

54

圖 7.2 ：柔性子疊層的 Coverlay 層包裹在剛性子疊層的過渡區(qū)域中。

設計注意事項

可以根據(jù)不同的應用環(huán)境選擇不同的柔性電路策略。工作溫度范

圍和持續(xù)時間以及對熱循環(huán)的要求對于是否采用剛柔結合而言至關重

要。

對于不同的設計而言，循環(huán)次數(shù)和彎曲方式（彎曲安裝還是動態(tài)

彎曲）也很重要。彎曲安裝指的是板需要彎曲才能安裝在最終產(chǎn)品或

系統(tǒng)中。動態(tài)彎曲是指在現(xiàn)場使用過程中反復彎曲。最小彎曲半徑也

圖 7.3 ：活頁設計最為靈活，適用于 90 度和 180 度彎曲。它非常易于制造，但不推

薦用于需要阻抗控制的場景。粘合設計的可彎曲性較差，因此需要更大的彎曲半徑。

過渡區(qū)域

剛性邊緣

剛性子疊層 柔性子疊層 剛性子疊層

半固化片（2）延伸到

剛性區(qū)域的邊緣

半固化片（1）（3）

的 Coverlay 包裹

在剛性疊層中

剛性子疊層 活頁柔性子疊層 粘合柔性子疊層 剛性子疊層

55

是需要考慮的，因為更小的彎曲半徑需要更加注意。

在設計剛柔結合項目時，應該考慮到一些重要的與剛性 PCB 不

同的地方。您可以使用活頁或粘合方法來連接柔性芯板（圖 7.3）。

活頁設計會在每個柔性芯板之間留有間隙，這種設計方法更便

宜、更柔軟。粘合設計需要對粘合層和半固化片進行額外的層壓，會

使設計不那么柔軟。雖然它至少比活頁設計厚 20 倍，但能改善帶狀

線的阻抗控制，因為電流返回路徑受到了嚴格控制。

圖 7.4 是剛柔結合疊層的示例，左側和右側都是四層剛性子疊

層，通過兩層柔性子疊層連接。聚酰亞胺柔性芯板從中間貫穿了整

個設計。柔性板的外側有粘合劑和 Coverlay 層， 剛性子疊層中與

Coverlay 層和粘合劑相鄰的是低流動性半固化片層。

動態(tài)彎曲和彎曲安裝的建議

與較厚的整體厚度相比，較薄的柔性子疊層更加耐用。Z 軸方向

上的結構應該平衡，以避免應力集中。銅、電介質(zhì)材料和粘合劑厚度

的不平衡會降低彎曲壽命，因為會導致應力分布不均勻。

銅的厚度也會影響彎曲壽命，這取決于彎曲的類型。為了獲得最

佳的可彎曲性，建議使用壓延銅箔，因為它有更好的延展性和伸長率。

圖 7.4 ：4-2-4 疊層設計。盡管此示例是偶數(shù)層，但剛柔結合

疊層也可以是奇數(shù)層，這是剛柔結合設計的獨特之處。

剛性子疊層 柔性子疊層 剛性子疊層

網(wǎng)格

平面

56

銅晶粒方向應與導體平行。有剛柔結合業(yè)務的供貨商知道應該如何處

理這些問題。

彎曲和彎曲動作應盡可能垂直于導體 ；在無法垂直的地方應使用

圓角。如果必須在彎曲部分進行傾斜布線或改變方向，應做成圓角。

并且在彎曲區(qū)域不應使用電鍍通孔。對于動態(tài)彎曲和彎曲安裝應用而

言，建議盡可能使用不含粘合劑的材料，因為有粘合劑的材料更容易

疲勞。

柔性參考平面

通常，將網(wǎng)格圖案蝕刻到柔性參考平面中以提高可彎曲性。在設

計柔性網(wǎng)格平面時，走線應該在網(wǎng)格交叉處的上方。如果需要受控阻

抗差分對，那么差分對的間距和對角線的間距應該相等。走線應該在

網(wǎng)格交叉處的上方。圖 7.5 說明了需要考慮的網(wǎng)格平面參數(shù)。

圖 7.5 ：在此示例中，網(wǎng)格間距為 18。對角線間距為 25.5。網(wǎng)格角度為 45 度，網(wǎng)

格偏移為 1.1 mil ，理想情況下應該為零。（圖片來源 ：Z-planner Enterprise）

57

最小彎曲半徑和失效模式

對于圖 7.1 中所示的 1 型和 2 型柔性電路而言，最小彎曲半徑應

大于柔性子疊層總厚度的六倍。對于 3 型和 4 型活頁柔性電路而言，

最小彎曲半徑應大于總厚度的 12 倍，對于 3 型和 4 型帶有粘合柔性

層的柔性電路而言，最小彎曲半徑應大于總厚度的 20 倍 .

如果不遵循最小半徑要求，可能會導致導體斷裂、粘合劑和聚酰

亞胺薄膜變形導致開路，或者出現(xiàn)類似剛性板的分層。

柔性電路設計中的“裝訂”方法會將彎曲外側的柔性層長度做得

更長，類似于書脊。這是最昂貴的方法，一般只會在嘗試過所有其他

90 度或 180 度彎曲的方法都無法實現(xiàn)時才考慮。彎曲區(qū)域中圖形延

長多少取決于彎曲是 90 度還是 180 度。180 度彎曲意味著長度是原來

的兩倍，這會大幅提高制造成本。

IPC-2223 中重點介紹了首選的和不適當?shù)膹澢鷧^(qū)域布線實踐。

一些比較重要的示例如下 ：

? 避免改變彎曲區(qū)域的走線寬度，應在整個彎曲區(qū)域內(nèi)保持相同的

寬度。

? 均勻分布走線。對稱性不佳會增加應力集中的可能性。

? 垂直于彎曲區(qū)域布線。

? 不要在彎曲區(qū)域放置導通孔。

58

59

在 我 研 究 生 畢 業(yè) 后 的 30 多 年 中， 我 曾 多 次 與 Eric Bogatin、

Happy Holden、Lee Ritchey、Howard Johnson 和 Rick Hartley 等行

業(yè)資深人士進行交流，虛心受教。撰寫本章的目的是希望我的一些經(jīng)

驗會對大家有所幫助，將這本書的內(nèi)容聯(lián)系起來，并加入一些從業(yè)務

視角出發(fā)的有關 PCB 疊層設計的內(nèi)容。

有一句話是這么說的 ：“人人都愿意夸耀成功，而沒人愿意承認

失敗。” 我認為對于產(chǎn)品和項目都是如此。每個人都喜歡跟成功的產(chǎn)

品或項目沾點邊，希望能從中獲得一些政治資本。在我看來，我們可

以在事后對失敗、延遲和不完美進行分析，從中學到更多知識和經(jīng)驗，

而不是去蹭成功的熱度。

我們總是希望改善“上市時間”，但它的具體含義是什么？ 首先，

它是包含了質(zhì)量、可靠性、進度和成本在內(nèi)的總體優(yōu)化過程的一部分。

圖 8.1 展示的是 PCB 疊層設計與這三個產(chǎn)品目標之間的重疊關系。

理想情況下，公司希望制造出客戶愿意支付更高價格的創(chuàng)新性或

高質(zhì)量產(chǎn)品，并且最好是在競爭對手推出之前。我們希望最大限度減

少實現(xiàn)這一目標所需的時間 ：減少上市時間 （TTM） 。雖然我們要快

速達到這一目標，但還是不能忽視質(zhì)量和利潤因素。平均下來，產(chǎn)品

會因上市時間過晚而損失一半的利潤，有時甚至會高達 100%。

回想一下，黑白電視機花了 20 多年的時間才達到 100 萬臺的總

銷量。彩色電視機只用了 13 年。如今，一些家用游戲機第一個月就

第八章

總結

60

可以銷售超過 100 萬臺。上市時間比以往任何時候都更加重要。

在第三章和第四章中，我們探討了過度設計和欠設計與材料選擇

的關系。工欲善其事，必先利其器，根據(jù)我的經(jīng)驗，如果提前做好計

劃和損耗規(guī)劃，就可以節(jié)省超過 10% 的裸板成本。

上市時間中的一部分還與質(zhì)量和可靠性有關。產(chǎn)品可能會由于

質(zhì)量問題而延遲上市，或者最壞的情況是出現(xiàn)大量現(xiàn)場失效。我曾經(jīng)

協(xié)助過會莫名其妙出現(xiàn)現(xiàn)場失效的項目。這些設計無一不存在一些問

題，包括一些與端接策略和疊層相關的阻抗失配?，F(xiàn)場失效所造成的

損失通常都是天文數(shù)字，是一定要避免的。

由克萊斯勒進行的研究表明，在設計過程的早期做出設計決策的

成本是在流程的后一個階段再進行修改的成本的 10%。通過采用這

一原則，克萊斯勒實現(xiàn)了行業(yè)領先的單臺車盈利能力。圖 8.2 顯示了

這種關系，稱為“10 倍法則”。

自從我讀到《第一次就做好，高速 PCB 和系統(tǒng)設計實用手冊》

質(zhì)量 和

可靠性

上市時間

排程和

成本

· 上市時間

· 可預測的進度

· 設計和樣機重新設計

· 縮小的市場窗口

· 盈利能力

· 機會成本

· 用于信號完整性仿真的

準確疊層參數(shù)

· 材料選擇和損耗優(yōu)化

· 熱可靠性和認證

· 現(xiàn)場故障風險

· 材料/裸板制造成本

· 設計過度/不足的風險

· 設計耗時過多效率低下

· 樣機成本

影響結果的關鍵疊層設計問題

疊層設計

圖 8.1 ：能夠降低成本的疊層設計的關鍵問題。

61

中 Lee Ritchey 所寫的一句

話后，這句話就一直縈繞在

我心頭。

“工程師們會設計各種

創(chuàng)新的、巧妙的產(chǎn)品，但通

常不知道成本是多少，而且

似 乎 并 不 關 心 這 一 點， 認

為成本控制并不是工作的一

部分。這些工程師掌握著公

司 的 財 務 成 敗， 但 似 乎 他

們并不知道這一點?！?- Lee

Ritchey

圖 8.3 展示的是與我們在介紹章節(jié)中探討過的與高速 PCB 設計

流程相關的示例。在 PCB 設計過程的早期就確定選用哪些材料有很

大的益處。它會大幅提高您在選擇材料和玻纖布時的自由度，并使

您能夠在布線之前就將詳細的材料信息輸入 SI 仿真軟件。與此同時，

X

概念 早期設計 設計后期

和測試

生產(chǎn)和產(chǎn)品

發(fā)貨后

10X

100X

1000X

每次設計變更的成本

第一次就做對能省錢

系統(tǒng)設計 設計疊層

零件選擇

輸入

原理圖

預布線

分區(qū)

區(qū)域規(guī)劃

放置和布線

布線

板廠 1

板廠 2

板廠 3

多家 PCB

制造商確定

最終疊層

樣機 測試

功能測試

EMI 測試

Debug

批量生產(chǎn)

每家 PCB 制造 疊層驗證和預布 商都進行 NPI

線 SI/PI 分析

材料選擇和預布

線 SI/PI 分析

疊層規(guī)劃

系統(tǒng)設計 設計疊層

零件選擇

輸入

原理圖

預布線

分區(qū)

區(qū)域規(guī)劃

放置和布線

布線

板廠 1

板廠 2

板廠 3

多家 PCB

制造商確定

最終疊層

樣機 測試

功能測試

EMI 測試

Debug

批量生產(chǎn)

每家 PCB 制造 疊層驗證和預布 商都進行 NPI

線 SI/PI 分析

材料選擇和預布

線 SI/PI 分析

疊層規(guī)劃

每次更改約 $100 每次更改約 $1,000 每次更改約 $10,000 - $100,000

這里關注疊層設計變更 消除這里成本更高的設計更改

圖 8.2 ：“10 倍法則”表明，在設計過程

的早期進行更改的成本是后期的 10%。

圖 8.3 ：應用于高速 PCB 設計流程的“10 倍法則”。

62

采購部門可以開始與不同的 PCB 板廠進行談判，為樣機和批量生產(chǎn)

制定材料計劃，從而將 NPI 流程縮短數(shù)周甚至數(shù)月。

通過將材料選擇和疊層設計盡可能地左移，我們在流程前期確

定材料，這樣，跟板廠確定疊層規(guī)格可能只需要不到 10 小時的時間，

每小時花費大約 100 美元。然而，在我所見過的另一個極端案例中，

在兩周多的時間里，PCB 板廠在樣機和生產(chǎn)之前與硬件團隊進行了多

達 75 次設計更改。同樣的任務從花費數(shù)百美元變成花費數(shù)千美元。

沒有庫存的材料的正常周轉(zhuǎn)時間為六周。當我在層壓板行業(yè)工

作時，每隔一段時間就會收到電子郵件和電話，要求我們加急訂單并

今早發(fā)貨來幫助某些公司進行樣機制造。盡快鎖定“規(guī)格”和“加工”

疊層并讓硬件設計人員控制流程可以為您爭取到時間表上的一個月甚

至更長的時間，同時實現(xiàn)更準確且更真實的信號完整性仿真。如果能

減少一次樣機改版，就能把上市時間縮短六周以上。

設計中的設計

最后，我想重申書中提出的幾個重點。

1. 疊層設計會影響 PCB 上的每個信號。

2. 制造的物理世界與您的設計中的電氣完整性不斷在發(fā)生沖突。

3. 如果您的設計遇到信號完整性問題，它幾乎總是與您輸入到信號

完整性仿真中的疊層或疊層參數(shù)有關。

4. 研發(fā)人員需要將詳細的疊層和材料決策左移到設計過程的早期階

段。

在過去的五年中，我們一直在開發(fā) Z-planner Enterprise 軟件，

以服務于本書中所談到的目的和流程。

這就是設計中的設計。

63

“在電介質(zhì)厚度、介電

特 性（ 如 Dk 和 Df ）、

走線寬度和間距都不知

道的時候完成一堆仿真

有什么意義？”

- Bill Hargin

64

65

參考文獻

Lee Ritchey （2015） , “Minimizing Skew in High Speed Differential

Links,” Speeding Edge.

Scott McMorrow, et al. （2005） , “Impact of PCB Laminate Weave

on Electrical Performance,” DesignCon.

Lee Ritchey （2007） , “A Way to Address the Problem of Jitter and

Skew in Gigabit and Faster Signals Caused by Laminate Weaves,”

Current Source, June.

Eric Bogatin （2005） , “Skewering Skew—Laminate Weave Induces

Skew,” Printed Circuit Design, April.

Jeff Loyer, et al. （2007） , “Fiber Weave Effect: Practical Impact,

Analysis and Mitigating Strategies,” DesignCon.

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Technique for Glass-Weave Skew,” DesignCon.

Bill Hargin （2016） , Chapter 20, “Electrical and Mechanical Design

Parameters,” Chapter 20, Printed Circuits Handbook, Seventh

Edition, McGraw-Hill Education, Editors Clyde Coombs and Happy

Holden.

Bill Hargin （2020） , “Etch Effects Explained,” Printed Circuit

Design & Fabrication, December.

Bill Hargin （2020） , “Actual Copper Thicknesses,” Printed Circuit

Design & Fabrication, August.

Happy Holden, e-mail correspondence, December 2020.

Bill Hargin （2021） , “Winning the War Against Analysis Paralysis,”

Printed Circuit Design & Fabrication, February.

67

Z-zero

Z-zero, LLC 位于華盛頓州雷德蒙德 , 公司提供全面的軟件解決

方案，以縮小硬件設計團隊與 PCB 制造商之間的差距。Z-zero

軟件的外觀和感覺都是按照電子表格來設計的，它使硬件設計

團隊能夠在傳統(tǒng) PCB 設計流程中自動執(zhí)行疊層設計和材料選

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PCB 疊層設計

設計中的設計

PCB 中所包含的疊層需要單獨的設計過程， 在典型的

PCB 設計中，它總是被忽略。如今，信號速度呈指數(shù)級增長，

這使得疊層設計與布局過程一樣重要，從而確保您的要求得

到滿足。

西門子 Z-planner Enterprise 可以進行布局前 SI 仿真，在

初始 PCB 設計階段盡早驗證您的疊層設計和材料，從而節(jié)省

時間，并從第一天起就開始優(yōu)化電路板性能。

高速疊層設計

Z-planner Enterprise 是一款疊層規(guī)

劃工具， 其中包含了 PCB 疊層計算

器和強大的材料庫， 專注于阻抗和信

號完整性。 它能為整個工作流程都提

供益處，并且能夠直接集成到您目前

的設計工作流程中。