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為什么要了解4層板和6層板的區(qū)別

現(xiàn)在電子產(chǎn)品越來越小，功能越來越多，信號(hào)頻率越來越高，設(shè)計(jì)難度也變大了。在這種情況下，很多工程師需要在多層PCB中做出選擇。最常見的就是4層板和6層板。

4層板和6層板在結(jié)構(gòu)上不同，在功能上也不一樣。一個(gè)是基礎(chǔ)多層板，一個(gè)是增強(qiáng)型多層板。它們在信號(hào)完整性、EMI性能、布線密度、制造成本等方面都有明顯差異。

如果不了解這些區(qū)別，就可能選錯(cuò)板層數(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、成本過高，甚至無法通過EMC測試。反過來，如果選得合理，可以降低設(shè)計(jì)難度，提高電路質(zhì)量，還能節(jié)約制造成本。

所以了解4層板和6層板的差別，對(duì)做出正確的設(shè)計(jì)決策非常重要。

4層板和6層板的基本結(jié)構(gòu)

多層板是指兩個(gè)以上的導(dǎo)電層和絕緣層通過壓合形成的整體。層數(shù)越多，內(nèi)部信號(hào)走線、接地、電源層也越多，EMC性能更強(qiáng)。

1. 4層板的常見結(jié)構(gòu)

最常見的4層板結(jié)構(gòu)是：

• 第一層（頂層）：信號(hào)層

• 第二層：地層

• 第三層：電源層

• 第四層（底層）：信號(hào)層

也有另一種用法：

• 第一層：信號(hào)

• 第二層：電源

• 第三層：地

• 第四層：信號(hào)

但第一種更常用。這樣地和電源層中間互相靠近，可以形成較好的電容耦合，減小噪聲。

4層板的結(jié)構(gòu)比較簡單，適合中低速電路或空間不緊張的應(yīng)用。它可以提供基本的信號(hào)參考面，布線密度適中，成本也較低。

2. 6層板的常見結(jié)構(gòu)

6層板常用的結(jié)構(gòu)如下：

• 第一層：信號(hào)

• 第二層：地

• 第三層：信號(hào)

• 第四層：電源

• 第五層：地

• 第六層：信號(hào)

有的也采用這種方式：

• 第一層：信號(hào)

• 第二層：地

• 第三層：電源

• 第四層：信號(hào)

• 第五層：地

• 第六層：信號(hào)

6層板的一個(gè)特點(diǎn)是它能提供兩組平行的電源和地參考面，有助于控制阻抗，降低電磁干擾，適合高速信號(hào)傳輸和高密度布線。

6層板結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，但它的EMC性能更好，抗干擾能力更強(qiáng)，能滿足高性能應(yīng)用的需求。

4層板與6層板的關(guān)鍵技術(shù)差異

下面從幾個(gè)關(guān)鍵方面來分析這兩種板的差異。

1. 信號(hào)完整性

信號(hào)完整性指的是信號(hào)在傳輸過程中不失真、不反射、不串?dāng)_。

• 4層板只有一組電源-地參考層，對(duì)高速信號(hào)來說參考面較遠(yuǎn)，回流路徑長，容易形成回流干擾，特別是在第三層和底層走線時(shí)問題更明顯。

• 6層板因?yàn)橛袃山M參考面，信號(hào)可以就近通過地層回流，回流路徑短，阻抗穩(wěn)定性好，信號(hào)完整性更好。

所以6層板更適合高速信號(hào)，比如USB3.0、HDMI、PCIe等接口。

2. EMI性能

EMI是電磁干擾。如果電路中的高頻信號(hào)回流路徑不清晰，或者參考面不連續(xù)，就容易形成輻射噪聲，影響其他電路或者外部設(shè)備。

• 4層板的參考面少，回流電流可能繞很遠(yuǎn)，引起噪聲，容易導(dǎo)致EMI測試不通過。

• 6層板的電源和地面之間形成封閉耦合結(jié)構(gòu)，輻射更小，回流路徑更短。這樣更容易通過EMC認(rèn)證。

如果產(chǎn)品要出口或者使用在工控、通信等場合，EMI性能很關(guān)鍵，建議優(yōu)先使用6層板。

3. 布線能力

布線能力是指在有限空間內(nèi)能否完成所有走線，避免交叉、打孔、繞線過長。

• 4層板的信號(hào)層只有兩層，空間有限，尤其當(dāng)元件密集時(shí)，走線困難，需要打很多過孔。

• 6層板有4層信號(hào)層（1、3、4、6層），布線空間更大，可以減少盲孔、埋孔，布線也更短、更直。

所以對(duì)于高密度、高集成度的產(chǎn)品，如小型主板、模塊型電路等，6層板更適合。

4. 成本與生產(chǎn)難度

• 4層板結(jié)構(gòu)簡單，壓合次數(shù)少，板厚易控，加工良率高。大多數(shù)工廠都能做，交期也快。成本比6層板便宜30%-50%左右。

• 6層板材料多，壓合復(fù)雜，對(duì)層間對(duì)位要求高，測試工序也更多。生產(chǎn)良率比4層板低一些，價(jià)格自然更高。

所以當(dāng)信號(hào)速率不高、面積夠用時(shí)，選4層板可以節(jié)省成本。

5. 熱管理能力

在某些高功率電路中，如電源模塊、功率放大器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等，PCB還需要良好的散熱性能。

• 6層板可以設(shè)計(jì)專用銅層或厚銅層來導(dǎo)熱，熱路徑設(shè)計(jì)更靈活；

• 4層板雖然也能散熱，但結(jié)構(gòu)限制較多，熱分布不均。

如果產(chǎn)品功耗大，建議考慮6層板，并配合銅厚提升散熱效果。

如何根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目選擇4層板或6層板

每個(gè)項(xiàng)目要求不同，不能只看層數(shù)，還要綜合功能、成本、體積等因素判斷。

下面按幾種常見情況來說明：

1. 低速控制類產(chǎn)品

比如單片機(jī)開發(fā)板、家電控制板、溫度傳感器、RS485通訊模塊等。這些電路速度低，對(duì)EMI要求不高，對(duì)成本敏感。

建議選4層板。這樣既能提供穩(wěn)定的電源地層，又能節(jié)省材料成本。

2. 高速接口類產(chǎn)品

比如USB3.0擴(kuò)展卡、以太網(wǎng)控制器、高速采集模塊、FPGA主控板。這些產(chǎn)品信號(hào)頻率高、速率快，要求信號(hào)完整性強(qiáng)。

建議選6層板。多一組電源-地結(jié)構(gòu)，可形成連續(xù)參考面，避免高速信號(hào)反射。

3. 高密度布局產(chǎn)品

如果板子小，器件多，比如智能手表主板、攝像頭模塊、嵌入式核心板等。

建議用6層板。信號(hào)層多，有足夠空間布線，不需要打太多盲孔。

4. 功耗高的應(yīng)用

如電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、逆變器、電源分配板等。

建議考慮6層板，或厚銅4層板。多一層結(jié)構(gòu)可以更合理分配熱流路徑，幫助散熱。

5. 成本優(yōu)先產(chǎn)品

如消費(fèi)電子玩具、LED控制器、開關(guān)控制板等。

信號(hào)簡單，體積大，速率低，這時(shí)4層板更合適。成本低，制造簡單，不浪費(fèi)資源。

4層板與6層板各有適用場景

4層板和6層板是多層PCB中最常見的兩個(gè)類型。它們在結(jié)構(gòu)、性能、成本上各有特點(diǎn)。

選4層板還是6層板，不能一概而論。需要根據(jù)具體產(chǎn)品的尺寸、信號(hào)頻率、功耗要求、EMI標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)算等因素綜合判斷。設(shè)計(jì)之初做好層數(shù)規(guī)劃，就可以避免后期返工、修改、測試失敗等問題。