PCB疊層：計劃、設計、制造和重復

PCB疊層設計，其實(shí)和做漢堡有類(lèi)似的工藝。漢堡店會(huì )精心準備每一層漢堡，就像PCB廠(chǎng)家的PCB板層疊在一起一樣。漢堡會(huì )有不同的大小和形狀，有各種各樣的配料，秘密醬汁覆蓋著(zhù)我們自己的烤面包。就像我們在PCB上使用不同類(lèi)型的金屬芯一樣，我們也會(huì )提供各種各樣的餡餅。

現在你可能想知道我們是如何制造世界上最好的電路板的。讓我來(lái)告訴你我們的秘密，這都是關(guān)于PCB堆棧的。堆垛是PCB設計和制造過(guò)程中的重要組成部分。良好的堆疊設計是減少電子線(xiàn)路電磁輻射的關(guān)鍵。從而提高了電路板的整體信號完整性。另一方面，一個(gè)糟糕的堆疊設計可能導致更高的電磁****和信號損失。每個(gè)PCB設計者的工作必須包括減少由差模噪聲和共模****引起的PCB回路的電磁****。

現代電子學(xué)圍繞著(zhù)電子組件的小型化。在電子制造商中，有一種廣泛流行的趨勢，就是把更多的處理能力封裝到一個(gè)小的封裝中。嚴格地說(shuō)，從電子學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，外形尺寸越小越好。業(yè)內專(zhuān)家預測，我們不久將達到晶體管級電子元件的物理極限。盡管如此，我們相信一個(gè)PCB設計師可以在設計層面創(chuàng )造奇跡，在我們這樣的專(zhuān)家制造商的幫助下，使PCB更小、更致密。

通常被忽略的是，理解HDI疊層和標準疊層之間的差異非常重要. 主要原因是與HDI堆疊技術(shù)相關(guān)的一長(cháng)串優(yōu)勢，包括每平方英寸的組件密度更高、縱橫比更低以及與標準堆疊相比更少的層數。

標準疊層設計取決于信號層的數量。對于標準PCB疊層，關(guān)鍵參數包括層數、接地和電源平面數、電路頻率、層順序和****要求。一些附加參數包括層與屏蔽或非屏蔽外殼之間的間距。

標準疊層的關(guān)鍵設計規則包括保持信號層之間的空間和使用大的核心來(lái)避免EMC問(wèn)題。值得一提的是，標準疊層的主要優(yōu)點(diǎn)是外層的平面對內層進(jìn)行屏蔽。然而，主要的缺點(diǎn)包括由于存在元件安裝焊盤(pán)，特別是在高密度PCB上，接地層的減少。

HDI疊層技術(shù)是一種前沿技術(shù)，正在革新多層PCB的設計和制造。HDI為疊層提供了一個(gè)順序構建，因此允許有更多的設計選擇。HDI簡(jiǎn)化了復雜電路板的設計架構。此外，HDI疊層使用盲孔和埋孔，以及疊層和交錯過(guò)孔。與標準疊層相比，HDI疊層架構遵循一種稍微不同的方法。球的層數由球的層數決定。影響疊加的其他因素包括信號層的數量、電源層和地面層的數量。

此外，建議HDI疊層的平面和信號層的數量應為奇數或偶數（兩者均為偶數對于平衡結構來(lái)說(shuō)是最好的）。這些層應該對稱(chēng)放置。微孔結構對制造過(guò)程有很大的影響，因為它們直接影響層壓循環(huán)的次數，而與標準疊層不同。當然，HDI不需要復雜的體系結構。設計人員最常犯的錯誤之一就是創(chuàng )建不必要的復雜架構。

目前市面上有一些HDI疊層規劃工具。疊層規劃工具將確保HDI印刷電路板設計將在第一時(shí)間制造出來(lái)。工具創(chuàng )建了技術(shù)級別類(lèi)別，讓您更好地了解不同軌跡和不同通孔尺寸所需的技術(shù)復雜程度。因為高密度集成電路板值得額外的成本，可以試試免費的工具：HDI Stackup Planner！

HDI疊層架構根據板層的數量和HDI板的順序層壓而分為疊層類(lèi)。這些等級由公式X-N-X確定，其中X是電路板兩側所需的層壓數量，N是信號層的數量。必須指出的是，隨著(zhù)對順序層壓要求的增加，板的價(jià)格將上漲。

因此，利用激光鉆頭制造的單層層壓將更為有利可圖。在以最便宜的方式利用微氣孔方面，這個(gè)堆棧類(lèi)是一個(gè)無(wú)需考慮的問(wèn)題。使用激光鉆將允許設計者實(shí)現更小的焊盤(pán)和通孔尺寸。這有助于減輕一些設計限制并減少設計時(shí)間。

在微通孔開(kāi)始和停止的層上的變化越多，PCB制造所需的順序層壓就越多。任何一個(gè)微孔開(kāi)始或停止的層都需要一個(gè)子結構，每個(gè)子結構都需要一個(gè)額外的層壓周期。（層壓工藝被定義為在兩個(gè)相鄰的銅層之間通過(guò)加熱和加壓將一組帶有未固化電介質(zhì)的銅層壓制成多層PCB層壓板）。

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電路板的成本和復雜性隨著(zhù)與堆疊相關(guān)的工藝步驟的增加而增加。額外的制造過(guò)程也意味著(zhù)更多的產(chǎn)量損失。N表示第一層或基礎層壓（或芯層疊層）中的層數，0表示沒(méi)有順序層壓步驟，也沒(méi)有額外的電介質(zhì)層和銅層。下面是一個(gè)0-N-0疊加的例子，

堆芯1-1上的順序層壓1-1的任意一側。一個(gè)連續層壓增加了兩個(gè)銅層，總共N+2層。這種堆疊設計沒(méi)有堆疊過(guò)孔。有一個(gè)額外的層壓沒(méi)有堆疊過(guò)孔。埋在地下的通孔是用機械鉆的。通孔無(wú)需使用導電填料。它將自然填充介電材料。第二層層壓增加了頂層和底層。然后，我們用最后一個(gè)機械鉆完成。以下是1-N-1疊加的步驟，

1. 板芯是層壓的。（核心只能是兩層，所以沒(méi)有層壓。）

2. 板芯采用機械鉆孔。

3. 機械鉆是電鍍的。

4. 第二層被成像/蝕刻。

5. 順序層壓增加了兩個(gè)額外的層。（機械鉆現在是一個(gè)埋孔。）

6. 形成激光鉆孔。

7. 形成最終的通孔。

8. 激光鉆孔和通孔是電鍍的。

PCB制造商計劃在第1層和第2層之間添加適量的預浸料，以便樹(shù)脂流入埋入的通孔中。

無(wú)論是HDI還是標準的堆疊板，遵循一定的指導原則，根據應用和它的要求是實(shí)現PCB堆疊設計的最佳可能方式。我們列出了一些指導原則，以幫助您實(shí)現可能的PCB堆疊設計，

PCB堆疊取決于設計中存在的信號層數量。信號層隨PCB的應用而變化。例如，與低速信號電平相比，高速信號或大功率應用可能需要更多的層。

低螺距高引腳數的復雜器件，如bga，通常需要更多的信號層。信號完整性要求（如極低串擾）也可能導致信號層數量增加。

混合信號類(lèi)型-大量模擬信號和數字信號將需要在這兩種類(lèi)型之間進(jìn)行分離，并可能增加信號層的數量。

地面和電源平面的使用允許設計者純粹為信號路由分配信號層；它們還降低了電源和接地軌中的直流電阻，從而確保設備上的直流電壓降更小。

接地層是PCB中連接到電源接地連接的銅平面。電源層是連接到電源軌的PCB中的一個(gè)銅平面。

這些平面還為時(shí)變和高頻信號提供信號返回路徑，并有助于顯著(zhù)降低噪聲和信號串擾，從而提高信號完整性。功率平面還提高了PCB電路的電容去耦能力。飛機還通過(guò)減少電磁輻射來(lái)提高電磁兼容性能。

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受控阻抗是由PCB跡線(xiàn)及其相關(guān)參考平面形成的傳輸線(xiàn)的特征阻抗。當高頻信號在PCB傳輸線(xiàn)上傳播時(shí)，它是相關(guān)的。均勻的控制阻抗對于實(shí)現良好的信號完整性非常重要，即信號的傳播沒(méi)有明顯的失真。

也可以閱讀我們的文章指定控制阻抗要求 .

當基準面不是下一層時(shí)，下一層上的另一個(gè)銅特征有可能成為基準。

從制造業(yè)的角度來(lái)看，我們需要保持統一蝕刻橫穿直線(xiàn)的長(cháng)度，既有寬度又有梯形的影響。這就是蝕刻公差和均勻性的原因。

堆棧設計的另一個(gè)關(guān)鍵方面是順序層排列。根據微帶線(xiàn)的厚度來(lái)安排高速信號層是設計者在布線(xiàn)前必須考慮的關(guān)鍵參數之一。將信號層放置在電源平面下方將允許緊密耦合。

對于精確的層布置，電源和地平面之間保持最小距離。其他關(guān)鍵參數包括避免相鄰放置兩個(gè)信號層，以及建立頂層和底層的對稱(chēng)堆棧。

在順序層壓中，盡量限制層壓步驟的數量，因為它變得更加昂貴和耗時(shí)。

PCB堆疊的一個(gè)重要考慮因素是每個(gè)信號層的厚度。這應與確定預浸料和芯材的厚度一起確定。對于不同的電路板材料類(lèi)型，有標準厚度和其他特性。你的選擇過(guò)程PCB材料應包括這些電氣、機械和熱性能。

典型的10層疊層，每個(gè)信號層有地面層

另一個(gè)10層疊層的例子

一個(gè)12層PCB疊層的例子

e-CAD工具的PCB疊層截圖