思考：关于PCB的材质，主要是由copper、core、prepreg，这三个叠起来的，需要从材料、功能和应用三个维度讲清楚。Copper就是导体层，负责走线和铺铜；core是双面覆铜的刚性绝缘板，提供机械支撑；prepreg是半固化片，像胶水一样填充层间并实现绝缘。核心要强调prepreg的流动性——它固化后的厚度会影响阻抗，而且不同型号的prepreg介电常数不同，这是高速设计的关键。

叠层技巧方面，最需要的是实用原则。比如对称设计防翘曲、关键信号层紧邻完整参考平面、高速信号优先放在内层、电源地平面耦合去耦。这些原则要结合具体层数（比如常见的4层、6层、8层）给出典型叠层模板。特别是要指出常见错误，比如4层板的“次优叠层”问题。

还需要了解：如何与板厂有效沟通。因为实际生产中，提供的叠层想法需要板厂的工艺配合，特别是prepreg型号和最终厚度控制。需要知道关键参数是什么，以及如何验证板厂提供的叠层报告。

整体结构可以按照“材料详解->设计原则->层数示例->实战建议”的逻辑展开，重点突出prepreg在叠层设计中的核心作用，以及如何通过材料选择和叠层规划平衡性能与成本。

一、 材料三要素：Copper, Core, Prepreg

这是PCB的“钢筋、砖块和水泥”。

核心比喻：
想象做一个三明治（多层板）：

• Core= 已经烤好的、自带果酱（铜箔）的面包片（硬质）。

• Prepreg= 涂抹在面包片之间的蛋黄酱或芝士（柔软，加热后融合）。

• Copper= 面包片上的果酱层，你可以雕刻出花纹（电路）。

• 压合过程= 把三明治放进热压机，蛋黄酱（Prepreg）融化，将所有层粘成一个整体。

芯板：

芯板(CORE)是一个基本单元，两个表面都铺有铜箔，用作导电层，两个表层之间填充以固态材料，其由增强材料玻璃纤维浸以固态树脂组成。可以把它理解为上下表面都附铜的PP。

PP:

Prepreg中文名字是半固化片,是一种导电物质，用于在铜和PCB Core之间提供适当的绝缘。它是一种介电材料，夹在两个Core之间或Core与铜箔之间。它通常被称为粘合材料，因为它可以粘合两个Core或一个Core和一个铜箔。

PP的表面没有铜箔，其由半固态树脂和玻璃纤维组成，构成所谓的浸润层，在PCB中主要起填充作用，用以粘合芯板Core。不同厚度的CORE之间通过PP层压合在一起，形成了copper-pp-core-pp-copper的镜像对称结构

铜箔：

铜箔(copper)用来形成PCB线路。电路板常用的铜箔材料主要分为压延铜箔和电解铜箔，压延铜箔分子严密，表面更平滑（有利于高速信号的传播），耐折性和柔性较好，不易断1.0OZ的铜，增大铜皮的通流能力。

铜箔的1oz表示将1oz质量（28.35g）的铜箔均匀地铺在1平方英尺面积上，其厚度是1.37mil，约为1.4mil=35um。

信号层一般需要用0.5OZ的铜，信号速率高的时候，由于趋附效应的存在，信号电流会集中在铜很薄的一层表面流过。

板材：

常用的板材如下，最熟悉的的就是FR-4，其以玻璃纤维布作为增强材料，以环氧树脂作为粘合剂。它也分low/middle/high Tg的，就是能够承受的最大玻璃化温度。就是板材的最大额定工作温度。一般都选择High-Tg多一点（170°左右）

基材常见的性能指标

（1）DK：材料的介电常数，只有降低DK才能获得高的信号传播速度。

（2）Df：材料的介质损耗角，越低信号传播损失越少。

注意，DK主要与信号网络的阻抗有关，还与平板间电容有关，Df主要与信号网络的损耗有关。

计算公式为：DK=6.01-3.34R

影响DK的因素有：

• 树脂（环氧树脂的DK在3～4之间）；
• 玻璃纤维布（DK在6～7之间）；
• 树脂含量（RC值）。

（3）Tg：class transition temperature，也就是玻璃态转化温度（对过孔的影响最大），玻璃态转化温度是聚合物的特性，是指树脂从硬（玻璃态）到软（橡胶态）的形态变化的温度。

目前FR-4板的Tg值一般为130～140，而在印制板制成中，有几个工序的问题会超过此范围，对制品的加工效果及最终状态会产生一定的影响。因此，提高Tg是提升FR-4耐热性的一个主要方法。Tg分类如下。

• 普通Tg板材：130～140℃。
• 中Tg板材：140～150℃。
• 高Tg板材：大于170℃（8层以上的PCB板必须用高Tg板材）

8层以上PCB线路板所应用的领域普遍位于中高端科技行业，这一特殊性直接要求其板料具有高稳定性、高抗化性，能扛得住高温、高湿等，因此该种PCB线路板制作至少采用TG170以上板材，以此来保障线路板在应用的过程中减少受外界因素影响，延长产品使用寿命)。

我们常用的FR-4的材料损耗排名最大，不过FR-4是统称，比如TU662、IT158。

板材主要是按照Dk/Df来进行分类的，Dk是相对介电常数，Df是损耗因子。

相对介电常数越大，信号在介质中的传播速度越慢。

因此在高速信号PCB设计中，会尽量选择介电常数和材质损耗因子小的材质，相应地，成本也会变高。

layout工程师先评估好PCB需要的层数，确定好叠层设计及线宽线距，线宽线距就是为了控制信号线的特性阻抗

PCB板厚也不是随意定义的。常见的比如1mm，1.6mm，2mm，2.4mm

由于PP，CORE厚度也不是可以无限大或者无限小，都是有一定厚度范围的。

所以对于一定板厚的PCB，比如1.6mm，最多叠层的层数也就有上限限制。

一般1.6mm的板厚，PCB最多叠14层左右。

二、 三者的关键特性与协同关系

1. Core vs. Prepreg：状态与流动性

   • Core是“已固化”的，它在压合过程中几乎不变化，厚度稳定。

   • Prepreg是“半固化”的，压合时会“流动”（Flow）。它会填充走线间的空隙，并最终固化。其最终厚度（PP Final Thickness）会小于初始叠层设计时的厚度，因为树脂被挤压了。

2. 介电常数

   • Core和Prepreg通常由相同的大类材料（如FR-4）制成，但具体型号可能不同。

   • 即使标称相同，Core和Prepreg的介电常数也可能有细微差别。对于极高速设计（如10GHz+），需要向板材供应商索取具体型号的Dk/Df数据。

3. 与Copper的关系：阻抗控制的三角

   • 传输线的阻抗（如50Ω单端， 100Ω差分）由三个因素决定：

     1. Copper的线宽和厚度。

     2. 绝缘介质的厚度（即Core或Prepreg的厚度）。

     3. 绝缘介质的介电常数。

   • 设计流程：指定目标阻抗 → 板厂根据使用的Core/Prepreg厚度和介电常数，反向计算出所需的线宽。

三、 PCB叠层设计的核心技巧与原则

PCB的叠层都是偶数，并且各层的厚度都是上下镜像对称的。 一个最简单的4层PCB结构为例，它使用一个芯板(CORE)，两个半固化片(Prepreg)压合在一起组成。

叠层设计的目标：信号完整性、电源完整性、EMC、可制造性、成本。

原则1：对称性（防翘曲的根本）

• 层叠结构必须关于板中心线对称（镜像对称）。

• 对称包括：材料类型、厚度、铜厚、图形分布（铜面积）。

• 举例：一个8层板1-2-3-4-5-6-7-8，其对称对是(1,8)、(2,7)、(3,6)、(4,5)。如果L1是信号层（薄铜，走线少），L8也必须是类似的信号层，而不能是大面积铜皮。

原则2：为信号提供最短回流路径

• 关键：每个高速信号层必须紧邻一个完整的参考平面（电源或地）。

• 最好：信号层夹在两个参考平面之间，形成“微带线”（外层）或“带状线”（内层）结构。带状线的EMI和信号质量通常优于微带线。每一层走线信号层需要有一个好的参考层

• 禁忌：两个高速信号层相邻。这会导致严重的串扰，且回流路径不明确。

原则3：电源与地平面紧耦合

• 将电源平面和其对应的地平面相邻放置，且中间的介质（Prepreg）尽可能薄。

• 作用：

  1. 形成天然的平板电容，提供极佳的高频去耦效果（比物理电容响应更快）。

  2. 降低电源平面阻抗。

  3. 减小电源地环路的辐射。

原则4：关键信号走在内层

• 时钟、高速差分线、敏感模拟信号优先放在内层（带状线）。

• 优点：受外层噪声干扰小，对外辐射小，更易控制阻抗。

原则5：合理安排电源/地平面

• 地平面尽可能多且完整，为所有信号和电源提供稳定的参考。

• 不同的电源平面，如果不能分层，则用“开槽”或“分割”隔离，但要谨慎处理跨分割的信号线。

四、 常见层数叠层方案示例

以1.6mm厚， FR-4材料为例：

4层板（最经典，但需仔细规划）

• 次优叠层（常见误区）：TOP - GND - PWR - BOTTOM

  • 问题：TOP和BOTTOM两个高速信号层相邻，串扰大；电源地平面分开，耦合差。

• 推荐叠层（最优）：TOP - GND - PWR - BOTTOM的改进，但4层板资源有限，更佳的是：S1 - GND - PWR - S2必须严格控制S1/S2间的串扰。

  • 实践中，4层板更推荐：TOP (Signal) - GND - PWR - BOTTOM (Signal)，但要保证TOP和BOTTOM的关键信号不重叠。

• 另一种工业常用叠层：SIGNAL1 - GND - VCC - SIGNAL2。

6层板（性价比高的高速板选择）

• 方案A（4信号层）：S1 - GND - S2 - S3 - PWR - S4

  • 缺点：S2和S3相邻，需避免长平行走线。

• 方案B（推荐，3信号层+优良EMC）：S1 - GND - S2 - PWR - GND - S3

  • 优点：每个信号层都有相邻参考面；两个地平面紧耦合电源面；S2是优质的带状线层。

8层板（优秀的高速/复杂设计平台）

• 经典叠层：S1 - GND - S2 - PWR - GND - S3 - PWR/GND - S4

  • 这是一个极其优秀的叠层：信号层都是带状线，有完整的参考平面；电源地紧密耦合；有充足的地平面。

五、 与板厂沟通的实战技巧

1. 提供“叠层结构图”：用表格明确每一层的顺序、材料类型、理论厚度和铜厚。

2. 指定关键阻抗线：明确告知板厂哪些线需要控制阻抗（如50Ω单端， 100Ω差分），并放在哪两层之间。

3. 理解并确认“压合后厚度”：板厂会根据你的叠层要求和生产能力，反馈一个压合后厚度表，其中Prepreg的厚度是最终固化厚度。需要基于这个最终厚度进行SI仿真或确认。

4. 考虑材料与成本：

   • 高速数字电路：常规FR-4足够（如TU-768， IT-180A）。

   • 射频/微波/极高速（>5Gbps）：考虑低损耗材料（如Rogers RO4350B， Panasonic Megtron 6等），但成本剧增。

   • 高TG材料：如果板子需要无铅高温焊接或工作在高温环境，选择高TG（如TG170）的Core和Prepreg。

总结

• Copper是画笔，用来绘制电路。

• Core是画板的底板，提供刚性。

• Prepreg是胶水，把多层画板粘合在一起，并填充缝隙，其特性是阻抗控制的核心变量。

• 叠层设计的本质是：用合适的Core和Prepreg，将Copper层按“相邻参考平面”、“电源地耦合”、“整体对称”的原则排列起来，以满足电气和机械性能需求。

一个好的叠层是成功PCB设计的一半。在设计初期就与有经验的同事或PCB板厂工程师讨论叠层方案，是避免后续重大返工的最有效方法。