在现代电子设备中，PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）扮演着至关重要的角色。它们是电子元件的支撑结构，通过连接元件并提供电气连接，使设备正常运行。在某些情况下，特别是在高性能电子设备中，需要构建多层PCB叠层，以满足复杂电路和高速信号传输的要求。本文将分享并解释如何在PCB设计中构建多层PCB叠层，以及这些叠层的重要性。
什么是PCB堆栈？
PCB堆栈，也称为PCB叠层，是指将两层或两层以上的电路板按照一定顺序堆叠在一起的过程。这个堆叠的顺序通常包括内部层、预浸料（Prepreg）和覆铜板（Core）等不同层次。正确的PCB堆栈设计可以降低电磁辐射、串扰，并提高信号完整性，这对于高性能电子设备至关重要。
电路板的不同层次
PCB堆栈通常包括以下不同的层次：
1. 金属箔（Metal Foil）
金属箔通常使用铜，是PCB中最常见的金属层。它在电路板的内部层之间起到连接作用。
2. 预浸料（Prepreg）
预浸料是一种浸渍环氧树脂的玻璃布，树脂是半固化的。它用于粘合内部层和覆铜板。
3. 覆铜板（Core）
覆铜板是由单层或多层半固化片与上下铜箔粘合而成的，也被称为核心。它形成PCB的主要结构。
PCB堆栈中的电源层和地平面
PCB堆栈通常包括电源层和地平面。电源层是连接电源的铜层，通常被指定为VCC。它的作用是为PCB提供稳定的电源。在多层板上，如果某个组件需要电力，只需将其连接到与电源层接触的过孔即可。地平面则是连接到PCB中公共接地点的扁平铜层。
使用电源/地平面的优点
- 组件的电源和地引脚可以很容易地连接到电源和地平面。
- 它提供了清晰的电流返回路径，特别是对于高速信号，从而减少了电磁干扰（EMI）。
- 电源层比布线具有更大的载流能力，降低了PCB的工作温度。
PCB堆栈中的电源层和地平面
PCB堆栈中的电源层和地平面
PCB堆栈通常包括电源层和地平面。电源层是连接电源的铜层，通常被指定为VCC。它的作用是为PCB提供稳定的电源。在多层板上，如果某个组件需要电力，只需将其连接到与电源层接触的过孔即可。地平面则是连接到PCB中公共接地点的扁平铜层。
使用电源/地平面的优点
- 组件的电源和地引脚可以很容易地连接到电源和地平面。
- 它提供了清晰的电流返回路径，特别是对于高速信号，从而减少了电磁干扰（EMI）。
- 电源层比布线具有更大的载流能力，降低了PCB的工作温度。
什么是PCB堆栈？
堆叠描述了按顺序构建多层板。它提供重要信息，例如制造PCB所需的材料厚度和铜重量。堆叠也称为堆叠。该堆栈还提供了有关不同受控阻抗路由（例如，50欧姆、100欧姆差分）的路由宽度的详细信息。
电路板中有哪些不同的层？
叠层主要由金属箔、半固化片和覆铜板（芯）组成。
金属箔：铜是PCB架构中最常用的金属箔。
预浸料：是一种浸渍环氧树脂的交织玻璃布。树脂是半固化的。
覆铜板：覆铜板是由单层或多层半固化片与上下铜箔粘合而成。这也被称为核心。
PCB涂层是什么？
层压是通过将层压置于极端温度和压力下，将预浸料和铜箔粘合到基板PCB内层的过程。所选PCB材料的数据表中提到了温度和压力值。
标准PCB板厚是多少？
PCB的厚度主要取决于铜厚、所用材料、层数和使用环境等因素。普通板的标准厚度约为62密耳（1.57毫米）。如今，随着各种应用中铜层的重量和数量不断增加，PCB变得越来越复杂。因此，PCB往往会变厚。根据客户要求，制造商现在正在制造两种新标准厚度的PCB，93密耳（2.36毫米）和125密耳（3.17毫米）（分别是旧标准厚度的150%和200%）。
为什么需要多层PCB？
在这个现代时代，电子设备变得越来越复杂，由更多的元件和电路组成。在单层PCB中包含复杂电路是一项繁琐的工作。您可以通过向堆栈添加层来解决此问题。
让我们来看看多层板的一些优点：
- 它们可以容纳现代电子设备所需的复杂电路。
- 拥有更多层意味着电路板比单面PCB更厚，因此更耐用。
- 多层板需要更多的规划和密集的生产过程，因此其质量高于其他类型的板。
- 使用多个PCB组件将需要多个连接点。另一方面，多层板设计为与单个连接点一起工作，简化了电子设备的设计并进一步减轻了重量。
如何制作多层电路板？
第一步：内核选择
堆栈表示用于制作多层电路板的材料。会议提供以下信息：
- 铜的厚度和重量
- 使用的环氧玻璃类型
- 面板尺寸
第二步：清洁
内层应进行化学/机械清洁或两者同时进行，以去除铜表面的污染物。
第三步：内层成像
成像材料放置在铜表面上。它覆盖所需的铜电路并暴露多余的铜。
第四步：蚀刻剥离
对内层进行化学蚀刻以去除多余的铜。然后剥离光致抗蚀剂以暴露铜电路。
第五步：自动光学检测
进行自动光学检测，检测人眼无法检测到的缺陷（短路/内层开路）。
第六步：氧化物处理
层压前，必须对内层裸露的铜线路进行处理，以提高附着力。改进的附着力还可以提高整体板的结构强度和可靠性。
第七步：层压
对所有内层重复步骤1到6。例如，这些步骤将针对第2、3层和第4、5层执行。
第八步：覆膜
在此步骤中，叠层在真空室中被压制和加热。层压过程从应用真空开始，以去除所有残留的空气和气体。之后，对层压施加热量和压力，使预浸料中的树脂分子键合。
第九步：钻孔
在层压过程之后，层压板被装载到钻孔机上的出口材料板上。在PCB上钻孔，形成通孔和盲孔。出口材料减少了毛刺的形成。毛刺是钻轴穿过板材时形成的铜突起。
第十步：去毛刺和去污
在此步骤中，去除钻孔过程中形成的铜毛刺。它还可以去除铜表面的所有指纹。去污是在钻孔过程中去除熔融树脂的过程。将PCB板浸入一系列化学溶液中，然后浸入高锰酸钾或浓硫酸中，去除环氧树脂污渍。它也可以通过等离子处理来净化。
第十一步：钻孔镀铜
去毛刺去污后，钻孔应用化学方法镀铜。
HDI板堆栈
高密度互连，即HDI，是印刷电路板单位面积的布线密度高于传统印刷电路板。一般来说，HDI PCB包括微孔、盲孔、埋孔、叠层和高信号性能的考虑。
顺序层压
PCB是通过在铜层之间层压环氧预浸玻璃纤维板制造的。这些层在高温和高压下层压在一起。顺序堆栈是在铜层和堆叠子集（堆叠）之间插入电介质的过程。
6层微孔叠层
埋通孔可以使用顺序层压工艺构建到HDI板中。第一步是制造通过埋孔连接的层（给定层中的第2、3、4和4层）。接下来，层压外层（第1层和第6层）并钻出微通孔。
现在让我们假设设计需要L1和L3之间的连接。L6和L4。实现此设计的最佳方法是使用交错或堆叠的过孔。
交错的通孔本质上意味着更少的工艺步骤。我们不需要用铜填充激光钻孔，因为第二个激光钻不会落在第一个激光钻上。微通孔的填充或电镀通常是在专门用化学药品设计的电镀槽中进行的。将激光钻出的微孔从通孔底部电镀到通孔顶部，直至完全填满孔。电镀激光钻微通孔会增加工艺时间和成本。
HDI堆栈术语
HDI堆栈结构可根据微孔层数和微孔之间的内部层数分为堆栈类别。这些类别由公式XNX确定，其中x是微孔的层数，N是微孔之间的内层数。
PCB堆栈建议
电路板的成本需要优化得尽可能低。为此，需要考虑以下几点：
- 每层顺序层压都需要额外的时间和过程。因此，数量上更多的顺序层压会增加成本和交货时间表。最好将连续层数限制在3层或更少。
- 堆栈的通孔需要在每个连续层之后填充。这需要更多的制造工艺步骤和时间。因此，如果可以避免堆栈通孔，建议采用交错通孔。
- 厂家要求堆栈时，请明确提出层间机械埋孔和交错埋孔的要求。
- 有些材料不适合顺序层压。连续层压板的适用性应由制造商验证。
成功的PCB设计在很大程度上取决于堆栈。精心设计的堆栈允许设计人员优化设计以获得更好的信号完整性并减少串扰和EMI。在本文中，我们介绍了PCB叠层制造步骤的基本见解。如果您想了解更多关于特定主题的信息，请在评论部分告诉我们。
在您的PCB设计中，正确的叠层可以确保电路板的性能和可靠性。无论是在高性能计算机还是在移动设备中，多层PCB叠层都是现代电子设备的关键组成部分。如果您有任何关于PCB叠层的问题或需要更多的信息，请随时在下面的评论中提问。我们将竭诚为您提供帮助。
结论
PCB叠层是现代电子设备中不可或缺的一部分。正确的叠层设计可以显著影响电路板的性能、信号完整性和可靠性。通过选择适当的材料和工艺步骤，设计人员可以优化PCB的性能，以满足不断增长的电子设备需求。希望本文能够帮助您更好地理解PCB堆栈的重要性以及如何构建多层PCB叠层。
常见问题解答
1. PCB堆栈设计对电路性能有多重要？
PCB堆栈设计对电路性能非常重要。正确的堆栈可以降低电磁干扰、提高信号完整性，对于高性能电子设备至关重要。
2. 为什么需要多层PCB？
多层PCB可以容纳复杂的电路，提高电路板的耐久性和性能。在现代电子设备中，由于电路复杂性的增加，多层PCB变得越来越重要。
3. 如何选择PCB堆栈的合适材料？
选择PCB堆栈材料应基于具体应用需求和设计要求。通常，需要考虑铜厚、预浸料类型、环境条件等因素。
4. 什么是HDI PCB？
HDI PCB是高密度互连印刷电路板的缩写，具有高密度布线、微孔、盲孔和埋孔等特点，适用于高性能电子设备。
5. 哪些因素会影响PCB堆栈的成本？
PCB堆栈的成本受到多个因素的影响，包括层数、通孔要求、材料选择等。较复杂的堆栈通常会导致更高的成本。
