PCB层堆栈管理
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一个印制电路板，或者PCB，用来机械支撑与电气连接电子元件。奥地利人，Paul Eisler博士，据记载在1943年是第一个制作可操作的印制连线板，这个印制电路取代了电子管收音机内的笨重布线。
PCB被设计与形成为一个层堆栈。早期的PCB生产，板卡只是简单的绝缘核心层，板卡一面或双面外穿一件薄薄的铜皮层。连线形成于铜皮 层的导线，其通过移除不必要的铜皮形成。
一 个简单的，单层PCB。注意板卡底层的电路导线是如何可视并穿越板卡的。
快速发展到今天，几乎所有的PCB设计都有多层铜皮。2到10层铜皮是很普遍的，制造30层以上铜皮的板卡也已可能。这些铜皮层在层堆 栈中定义，实体中被绝缘层所区隔。
要设计一个简单的印制电路板，只需要定义一个单一的层堆栈，它定义了整个板卡的垂直方向的范围，或者称为Z平面。然而，随着处理技术的 不断创新和演 变，PCB制造已有了革命性的变化，现在已有能力设计并生产柔性PCB。通过在硬性PCB中加入柔性板卡部分，可设计出更复杂的混合PCB，而这将可以帮 助板卡折叠并匹配非常规外形的外壳。
PCB 硬体部分通过柔体部分连接，这是一个建设性的紧凑型电子产品的创新概念。
由于被制造为一个单一实体，硬性-柔性PCB须被设计为一个单一实体。要做到这点，设计师必须能定义多个PCB层堆栈，并且制定不同的 层堆栈到不同的硬性-柔性设计部分。
PCB层堆栈技术与术语
Main article: PCB 层堆栈技术以及术语
PCB工艺不仅被更小电子产品的追求所驱动，它还为需要更紧凑的元件应用于这些电子产品的探索所推动。PGA和BGA元件，它们的内部 连接阵列经常使用内部PCB制造。为PCB发展的工艺，通常提到高密度内部连接（HDI）工艺，这是现在主流的PCB制造方法。
BGA 封装的内部结构范。
多层堆栈设计
如同一个简单的硬体PCB，一个硬性-柔性PCB也制造为一个单一实体。要做到这单，设计师必须能：
- 定义整个硬性-柔性PCB的外形；
- 为硬性-柔性设计定义一个所有需要的层都包含的层设置；
- 定义多层堆栈，每个堆栈只包含每个硬区域和柔区域PCB所需的层；
- 定义不同的硬性和柔性域，每个子堆栈会应用此域；
- 生成详细的输出制造文档文件，此类文件为制造硬性-柔性PCB所需。
该 板定义了3个层堆栈，2个硬堆栈和1个柔堆栈。
在层堆栈管理器内定义层堆栈
所有层堆栈都是在Layer Stack Manager内定义的。选择菜单 Design » Layer Stack Manager 即可打开Layer Stack Manager 。对于一个新板，默认堆栈由下组成：2个铜皮层，还有上下层的阻焊层/覆盖层和丝印层，如下图所示：
图 中显示的是默认单一堆栈。层堆栈管理是在Layer Stack Manager对话框中执行的。
此对话框有两个模式。简单 （Simple）模式中，对话框提供的特征和功能是为传统硬性PCB层堆栈服务的。对于硬性-柔性PCB，你需要创建管理多堆 栈，这可通过点击对话框左下位置的高级 (Advanced )按钮进入高 级模式。
进 入对话框的Advanced模 式，可以控制添加和管理堆栈，显示低堆栈域。
此模式下，对话框视图上和功能上分为两个关键区域：
- 堆 栈区域（较低区域）— 提供控制添加、删除和重编层堆栈；
- 层区 域（较高区域）—提供控制管理可获的层来定义堆栈（添加、移除、使能/关闭、重编层以及定义层属性）。
添加、移除与配置层堆栈
堆栈被添加、移除以及他们的顺序由Layer Stack Manager低半空间配置。注意，这只有点击 按钮后才显示。
注意添加、移除和配置堆栈：
- 当创建一个新板卡，一个单一的，默认的Board layer stack会被定义。记住，这个堆栈不能删除，但可以重命名；
- 当点击了添加堆栈（Add Stack）按钮，当前选 择的堆栈将被复制，并被添加到所选堆栈的右方。
- 层属性应用到整个层，穿越所有该层所属的堆栈。注意，如果需要的话，分开的阻焊/外覆盖以及丝印层可被添加到每个堆栈；
- 堆栈的顺序，从左到右，能用堆栈右下角的Move Left 和 Move Right 按钮调整；注意，Layer Stack Manager 内显示的堆栈的顺序不表示它们在板卡设计时是如何使用的。
- 每个堆栈的命名须方便辨认，这帮助确信正确的堆栈应用到每个用户自定义的板卡区域；
- 每个柔性的堆栈必须使能Flex选 项，以便所需的柔性弯折属性克被应用。注意，柔性弯折可通过放置一个穿越柔性区域的弯折线（Bending Line）来定义（Design » Board Shape菜 单），然后当PCB面板设 置为Layer Stack Regions 模式时，编辑弯折线的属性而成。
此 板共有三个定义的堆栈，2个硬性区域堆栈，1个柔性区域堆栈。
从堆栈中添加和移除层
Layer Stack Manager的上半部分添加、移除或者重排序，这可通过Add Layer
添加、移除和移动层的注意点：
- 要添加一个新层，点击Add Layer按钮并且选择所要添加层的种类（信号层，内电层，绝缘层或者丝印层）；
- 新的层会被添加进Layer Stack Manager的上部分所列的层设置中。默认情况下，新加的层会被使能用以传递至所有存在的堆栈中。如果不需要的 话，逐一选择每个堆栈然后在层名左边的复选框关闭该层；
- 注意这个行为，要自动添加一个层到所有堆栈，如果阻焊/覆盖 和丝印层被添加的话，则不会自动发生。这些层类型可于每个堆栈添加/移除；
- 初始地，当一个铜皮层（信号或平面）被添加，一个电介层也会被自动添加以获得堆栈的平衡（铜皮-电介层-铜皮-电介层...）。 所添加的电介层其位置和类型由技术类型设置控制，这位于对话框的右上方位置。如果类型选项被设置为 Custom 没问题，该情况下，只有选 中的层类型才会被添加（更多关于类型设置细节见下方）；
- 若要在堆栈内移动某层上或下，右键单击该层然后选择Move Layer Up 或者 Move Layer Down 命令，或者使用Move Layer Up 或 Move Layer Down 按钮。注意，当一个铜皮或电介层被移动，相应的电介/铜皮层也会移动，除非类型选型被设置为 Custom ，那么只有被选中的层会被移动；
- 层属性应用到整个层，作用于该层属于的所有堆栈。其不会应用于被选择添加到某一堆栈的阻焊/覆盖和丝印层。
- 一个或多个层能被选择和删除。一个删除的层会从当前可获得的层组中移除，因此也就从所有使用该层的堆栈中移除。
- 使用撤销 和 重做 按钮使层堆栈变化往前变还是往后变。
Layer Stack Manager& nbsp;对话框右上方包含一个选项用来选择用于该板层技术的类型 。这个可获得的选项包含：Layer Pairs, Internal Layer Pairs, Build-up 或者 Custom。 记住这个选项不会影响层堆栈的最终设计，当你运行Add Layer 命 令时，它只用来帮助选择添加合适的电介层类型以及它将被添加到堆栈的位置。除了Custom以外所有模式，无论何时添加一个信号层，一个电介层也会被添 加。所添加电介层的类型和位置取决于：当前使用层数，和当前设置类型。注意，一旦第二个层堆栈被添加，那么类型会自动设置成Custom。在Custom 模型中，新层被逐个添加。
配置层属性
每层的属性必须被完整地定义，这应该在咨询PCB制造厂家之后完成。该信息包含在层堆栈表格中，对话框中每个层的属性都被直接在相应层 区域编辑。要编辑某一单元（前提是该单元能编辑），双击它，即可进入编辑。
多个单元编辑也是支持的，要做到这点，则：
- 使 用Windows标准Shift+Click（对 于一段范围）或者Ctrl+Click （对于单独的单 元）以选择多个单元；
- 按F2进 入编辑模式（不用鼠标，否则你将释放选择）；
- 使 用键盘输入所需字符串，或者使用鼠标从下拉列表中选择所需选项；
- 对 于复选框，在复选框周围Shift+Click 或者 Ctrl+Click单 元，然后按空格键以开关所选 复选框的设置。
层类型，属性和功能
Altium Designer中有一组层定义，并且任何层都能用于任何层堆栈。这组层设置包含所有被用于整个PCB设计的层，不管该设计到底是单一PCB还是一个包含 多个硬体部分和柔体部分的硬-柔混合设计。多个层类型可被包含进层堆栈：包含铜皮、绝缘电介质、表面处理以及覆盖层。每个层必须完全依据材料和机械要求指 定，包括：材料使用，厚度，介电常数等等。材料的选择和它们的属性必须向板卡制造商咨询而定。
层类型和他们的属性详列于下表，定义所需层以及分配到各个堆栈的进程如下：
| 层 类型 | 材料 | 厚度 | 定义属性 | 注释 |
|---|---|---|---|---|
| 信号 | 铜皮 | mm or mils | 厚度 | 铜皮层用来定义信号布线，传输电信号和电路电流源。典型为退火金属箔和电镀形 式。 |
| 内电层 | 铜皮 | mm or mils | 厚度 | 固体铜皮层用来分布电源和地，可被分成多个区域。也必须制定内电层边缘到板卡边 缘的距离。典型为退火金属箔。 |
| 绝缘层 | 很多种，包括：FR4，聚酰亚胺，以及多个制造商-特定材料提供不同设计参数 | mm or mils | 类型（功能），材料，厚度以及介电常数（Dk） | 绝缘层，可为硬或柔性的。用来定义核，半固化片和柔性层。 重要的机械属性包括：湿度温度范围内的空间稳定性，撕裂强度，柔韧性； 重要的电气属性包括：绝缘阻抗，介电常数（Dk），损耗因子（介质损耗，Df或Dj） |
| 丝印 | 丝网印刷环氧树脂,LPI（液体可感光） | 文本/美工化内容，比如元件的标识符。 | ||
| 阻焊/保护膜 | 1) 液体可感光阻焊（LPI 或者 LPSM），干胶可感光阻焊（DFSM）或者 2) 粘胶涂布软膜，典型为聚酰亚胺或聚酯 | mm or mils | 类型（功能），材料，厚度以及介电常数（Dk） | 1) 保护层限制了电路的哪里可以焊接。有效和保护技术，适合硬性-柔性使用A级（灵活安装）应用。适 合比柔性胶覆盖膜更好的特性。 2) 适合柔性使用A级和B级（动态柔性）。需要圆孔/转角，典型为钻孔或穿孔。 |
| 助焊层 | 从该层会制造一个助焊钢网，钢网通常是不锈钢。钢网定义位置中的开口是焊锡应用到元件的位置，优先于元件放置。 | 掩盖层用来制造阻焊面，此定义了焊膏用于哪个位置。 |
指定一个网络到一个内电层
Main Article: Internal Power and Split Planes
Altium Designer的早期版本，一个网络既能通过层堆栈管理器，或者在工作区双击该内电层来分配。随着多层堆栈的介绍，网络通常在工作区双击该内电层来分配 （当前内电层需要是激活状态）。双击，则Split Plane 对话框会打开，选择所需的网络，如下图所示，如果你正指定一个单一网络到整个内电层，或正分配一个网络到内电层的一个分割区域，该过程是一样的。
要 指定一个网络到一个内电层，则首先激活该内电层，然后双击以打开 Split Plane 对话框，于此指定网络。
定义整个板框外形
Main Article: Creating and Modifying the Board Shape
不考虑板卡的最终组成（单硬性区域或者多个硬-柔区域），整个外边形状定义为板卡外形。板卡外形可以是：
- 手工定义 - 通过重定义外形，或者移动已存在的板卡顶点（角）。切换到 (View » Board Planning Mode) 然后使用Design菜单内 的命令。
- 从选择的对象中定义 - 典 型地从一个机械层上的边框完成。如果边框已从别的设计工具中导入进来，则可以应用此项方法。切换到2D Layout Mode (View » 2D Layout Mode) 然后使用Design » Board Shape 子菜单中的命令。
- 从一个3D体定义 - 如 果当前空白的板卡已作为一个STEP 模型从一个MCAD工具导入到Altium Designer 3D 体对象（Place » 3D Body）， 切换到3D Layout Mode (View » 3D Layout Mode) 然后使用Design » Board Shape 的子菜单来选择板 卡外形。
定义一个板框区域并指定一个子堆栈
Main Article: 定义板卡区域与弯折线
当 创建一个新板卡，整个板卡外形会自动被指定一个默认名为Default Layer Stack Region 的 板卡区域。在板卡范围内任意位置双击以打开Board Region 对话框然后修改默 认名。默认板卡区域自动地指定默认的Board layer stack。 注意默认的Board layer stack 是在层堆栈管理器（ Layer Stack Manager） 内命名的。
切换到Board Planning Mode (View » Board Planning Mode,快捷键: 1)并定义分割线（Design菜单内的Split Lines ），板卡可被分成多个区域。想学习更多，请浏览文章 定 义板卡区域与弯折线
Managed Stacks and Embedded Components
Related article: Designing with Embedded Components
When you embedded a component, Altium Designer has to manage how that embedded component affects the layer stack, not only in terms of how it is displayed, but also in terms of calculated data such as solder mask openings and design rule checking. It does this by creating a stack for each unique combination of placed + cut layers needed by the various embedded components included in the design. These stacks are referred to as Managed Stacks.
The Managed Stack is created automatically when a component is embedded within the layers of the board. As managed stacks are created automatically there is no user-input needed in their creation and management. Altium Designer checks for embedded components, tests if any of the current managed stacks are suitable and if not, creates a new one. The same applies when embedded components are removed, if a managed stack is no longer needed, it is automatically removed. To force Altium Designer to check if new managed stacks are needed, switch between 2D and 3D Layout Modes.
The image below shows the layer stack dialog for a rigid-flex design that includes embedded components. By analyzing the Managed Stacks it is possible to work out which layers the components are embedded on.
Note that:
- The stack selector down the bottom of the dialog is set to Show All Stacks, displaying the two managed stacks, Stack0 and Stack2. Note that the stack selector setting is not persistent, when the dialog is reopened it defaults to Show User Stacks.
- The upper-most layer in Stack2 is Mid-Layer 1, there are no other layers above this layer. This indicates that the upper layers are removed by the cutout (cavity definition) in the component embedded on Mid-Layer 1.
- The upper-most layer in Stack0 is Mid-Layer 2, there are no other layers above this layer. This indicates that the upper layers are removed by the cutout (cavity definition) in the component embedded on Mid-Layer 2.
The Layer Stack Manager set to Show All Stacks revealing two Managed Stacks, Stack0 and Stack1.
记载层堆栈
Main Article: 标注层叠堆栈信息
记录文档是设计流程中很关键的一部分，其对设计一个复杂层堆栈结构显得尤其重要，比如一个硬-柔设计。要达到这个目的，Altium Designer包含了一个层堆栈表格，此通过菜单(Place » Layer Stack Table)放置，包含以下细节：
- 设计中用到的层；
- 每层用到的材料；
- 每层的厚度；
- 介电常数；
- 每个堆栈的名字以及堆栈中用到的层。
层堆栈表格也可包含PCB的选配图，这是板卡的外形，表明多个层堆栈如何制定到板卡的各个区域的。电子图可缩小或者按需隐藏。
层 堆栈表格用来提供设计中所有层的详细记载，注意图包含在表格的下方。
配置钻孔对
在一个包含多层堆栈的设计中，钻孔对为每个堆栈而定义，钻孔对在Layer Stack Manager中 配置。
要定义钻孔对：
- 在Layer Stack Manager下半部分选择堆栈；
- 点击 Drill Pairs 按钮打开 Drill-Pair Manager；
- 按需为堆栈定义钻孔对；
- 为 设计中的每个堆栈重复该过程。
选 择堆栈然后点击 Drill Pairs 按 钮来为堆栈定义钻孔对。
包含一个钻孔表
Main Article: Live Drill Drawing Table
Altium Designer包含一个智能钻孔表 ，此表如同其他设计对象一样被放置到设计中。该表格显示的是特定层对所需的钻孔，你将需要为设计中每个层对放置一个钻孔表。
4 个钻孔表格已被放置，硬-柔设计中定义的每个钻孔对有一个表。每个表都有一个标题以区分层对。