PCB板各層詳細介紹

印刷電路板（Printed Circuit Board, 簡稱PCB）是電子產(chǎn)品中不可或缺的核心組件，它承載著電子元器件，并為它們提供電氣連接。從最簡單的單層板到復雜的多層板，PCB的每一層都有其獨特的功能和作用，共同構(gòu)成了電路板的強大性能。理解PCB的層結(jié)構(gòu)及其設計原理，對于任何電子工程師或愛好者來說都至關(guān)重要。本文將深入探討PCB的各個層面，從宏觀概述到微觀細節(jié)，為您呈現(xiàn)一個全面而詳盡的PCB層結(jié)構(gòu)圖景。

一、 PCB概述及其重要性

印刷電路板，顧名思義，是一種通過印刷技術(shù)將導電圖形（電路）制作在絕緣基材上的板狀結(jié)構(gòu)。它不僅僅是元器件的物理支撐體，更是電流和信號傳輸?shù)摹案咚俟贰?。在現(xiàn)代電子設備中，無論是智能手機、電腦、汽車電子，還是航空航天設備，PCB都扮演著核心角色。它的設計和制造水平直接影響著電子產(chǎn)品的性能、可靠性、成本和尺寸。

PCB的出現(xiàn)，徹底改變了電子產(chǎn)品的制造方式。在PCB問世之前，電子元器件之間通過復雜的點對點布線連接，這種方式效率低下、易出錯且難以維護。PCB的標準化和自動化生產(chǎn)，極大地提高了電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對PCB的要求也越來越高，從簡單的單層板逐漸演變?yōu)槎鄬印⒏呙芏?、高頻率的復雜結(jié)構(gòu)。

二、 PCB的基本構(gòu)成要素

在深入探討具體層之前，我們先了解構(gòu)成PCB的幾個基本要素：

• 基材（Dielectric/Substrate）：這是PCB的骨架，通常由玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂等絕緣材料復合而成。它提供機械支撐，并確保不同導電層之間的電氣絕緣。

• 銅箔（Copper Foil）：這是導電層的主要材料，通過蝕刻形成電路走線、焊盤和平面。銅具有優(yōu)良的導電性，是信號和電源傳輸?shù)睦硐虢橘|(zhì)。

• 阻焊層（Solder Mask）：覆蓋在銅走線和焊盤之外的絕緣保護層，防止錫橋短路，并保護電路免受環(huán)境影響。

• 字符層/絲印層（Silkscreen Layer）：用于印刷元器件標識、引腳方向、測試點、警示信息以及公司Logo等，方便組裝、調(diào)試和維護。

• 表面處理層（Surface Finish Layer）：覆蓋在裸露的焊盤上，防止銅氧化，并提高元器件的可焊性。

這些基本要素通過層壓、蝕刻、鉆孔、電鍍等一系列復雜的制造工藝，最終形成功能完備的PCB。

三、 單層PCB：最簡樸的開端

單層PCB，顧名思義，只有一層導電圖形。它是所有PCB類型中最簡單、成本最低的一種。

特征與結(jié)構(gòu)：單層PCB通常由一層絕緣基材（如FR-4）和在其一側(cè)覆蓋的一層銅箔組成。銅箔經(jīng)過蝕刻形成所需的電路圖案，然后在其上覆蓋一層阻焊層，最后是字符層。元器件通常安裝在沒有銅箔的一側(cè)，通過鉆孔穿過基材，焊接到銅箔層上。

優(yōu)點：

• 成本低廉： 由于結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝相對不復雜，因此生產(chǎn)成本最低。

• 制造簡單： 生產(chǎn)流程短，良品率高，適合大批量生產(chǎn)。

• 易于調(diào)試： 電路走線都在同一平面，肉眼可見，便于檢查和維修。

缺點：

• 布線密度低： 所有的走線必須在同一平面上完成，這極大地限制了電路的復雜度和元器件的密度。當電路復雜時，很容易出現(xiàn)走線交叉和沖突，導致無法布通。

• 電磁兼容性（EMC）差： 缺乏地平面和電源平面的支撐，信號回流路徑不明確，容易產(chǎn)生電磁輻射和串擾，影響電路的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

• 散熱能力有限： 銅層較薄，散熱路徑單一，對于高功率元器件的散熱能力不足。

應用：單層PCB主要應用于對電路復雜度、性能和尺寸要求不高的產(chǎn)品中，例如：

• 家用電器（如遙控器、計算器、簡單的LED燈板）

• 電源適配器

• 玩具

• 一些簡單的傳感器模塊

四、 雙層PCB：邁向復雜的第一步

雙層PCB在單層PCB的基礎上增加了另一層導電圖形，通常在基材的兩側(cè)都覆蓋銅箔。這使得電路設計有了更大的靈活性。

特征與結(jié)構(gòu)：雙層PCB的核心是雙面覆銅板。在絕緣基材的兩面都預先覆有一層銅箔。通過鉆孔和孔金屬化（PTH，Plated Through Hole）技術(shù)，可以將兩面的電路連接起來。同樣，兩面都會覆蓋阻焊層和字符層。

優(yōu)點：

• 布線密度提高： 兩層布線空間使得電路可以更加復雜，元器件密度可以更高。通過過孔（Via）連接兩層，可以實現(xiàn)走線的交叉，解決單層板的布線難題。

• 尺寸更?。?/strong> 相同功能的電路，雙層板可以比單層板做得更小。

• EMC性能改善： 雖然不如多層板，但雙層板可以通過合理的地線布局，在一定程度上改善EMC性能。例如，可以在一側(cè)作為信號層，另一側(cè)作為地平面，提供更好的信號回流路徑。

缺點：

• 成本增加： 相較于單層板，制造工藝更復雜，需要鉆孔和孔金屬化，成本有所提高。

• 布線仍有局限： 對于高密度、高頻率的復雜電路，兩層布線空間仍然有限，難以滿足信號完整性和電源完整性的要求。

應用：雙層PCB是目前應用最廣泛的PCB類型之一，廣泛應用于各種中低復雜度、對尺寸和性能有一定要求的產(chǎn)品中，例如：

• 計算機主板的早期版本

• 電源模塊

• 通信設備

• 工業(yè)控制板

• LED顯示屏

• 大部分消費電子產(chǎn)品（如路由器、電視機頂盒）

五、 多層PCB：高性能與高密度的基石

隨著電子產(chǎn)品功能日益強大，元器件集成度越來越高，單層和雙層PCB已無法滿足需求。多層PCB應運而生，它通過將多層導電圖形和絕緣層層壓在一起，實現(xiàn)了更高的布線密度、更好的電磁兼容性（EMC）和電源完整性（PI）。

特征與結(jié)構(gòu)：多層PCB由多層獨立的導電圖形層和絕緣層交替堆疊，并通過預浸料（Prepreg）和芯板（Core）進行層壓。層與層之間通過各種過孔（如通孔、盲孔、埋孔）進行電氣連接。常見的層數(shù)有4層、6層、8層，甚至更多，高達幾十層。

優(yōu)點：

• 極高的布線密度： 更多的層提供更多的布線空間，可以容納更復雜的電路和更多的元器件，實現(xiàn)更高的集成度。

• 優(yōu)異的EMC性能： 可以專門設置電源層和地層，形成良好的電源和地平面，有效抑制噪聲、降低電磁輻射和串擾，提高信號完整性。

• 更好的電源完整性： 穩(wěn)定的電源和地平面可以提供低阻抗的電源分配網(wǎng)絡（PDN），確保元器件獲得穩(wěn)定的電源供應。

• 更小的尺寸： 在相同功能下，多層板可以實現(xiàn)更小的體積和更輕的重量。

• 更好的散熱： 內(nèi)部的銅平面有助于熱量傳導，改善散熱性能。

缺點：

• 制造成本高： 制造工藝復雜，需要多次層壓、鉆孔和電鍍，生產(chǎn)周期長，成本顯著增加。

• 設計難度大： 多層板的設計需要考慮層疊結(jié)構(gòu)、阻抗控制、信號完整性、電源完整性、熱管理等多個復雜因素，對設計人員的要求更高。

• 維修難度大： 內(nèi)部層損壞難以檢測和修復。

應用：多層PCB廣泛應用于幾乎所有高性能、高密度、高頻率的電子產(chǎn)品中，例如：

• 計算機主板、顯卡、內(nèi)存條

• 服務器、數(shù)據(jù)中心設備

• 智能手機、平板電腦

• 通信基站、網(wǎng)絡設備

• 航空航天、軍事設備

• 高端醫(yī)療設備

• 高性能工業(yè)控制系統(tǒng)

六、 PCB各層面的詳細介紹

現(xiàn)在，我們來詳細剖析PCB的各個具體層面，了解它們的功能、設計考量和重要性。

1. 信號層 (Signal Layers)

信號層是PCB上承載各種信號走線（如數(shù)據(jù)信號、時鐘信號、控制信號等）的層。它們是電路板的“血管”，負責將電信號從一個元器件傳輸?shù)搅硪粋€元器件。

功能與作用：

• 信號傳輸： 主要功能是為電路中的各種信號提供導電路徑。

• 元器件連接： 通過走線將不同的元器件引腳連接起來，形成完整的電路功能。

設計考慮：

• 阻抗控制： 對于高速信號，走線的特性阻抗必須與信號源和負載的阻抗匹配，以避免信號反射和失真。這需要精確控制走線的寬度、厚度、與參考平面的距離以及介質(zhì)層的介電常數(shù)。

• 信號完整性（Signal Integrity, SI）： 確保信號在傳輸過程中保持其原始波形，避免過沖、下沖、振鈴和串擾。這涉及到合理的走線長度匹配、差分對布線、過孔優(yōu)化等。

• 串擾（Crosstalk）：當兩條走線靠近時，一條走線上的信號會感應到另一條走線上，產(chǎn)生不必要的噪聲。設計時需要通過增加走線間距、使用地線隔離、優(yōu)化層疊結(jié)構(gòu)等方式來抑制串擾。

• 走線規(guī)則：

• 最短路徑原則： 信號走線應盡可能短，以減少延遲和損耗。

• 避免銳角： 走線應避免90度直角，通常采用45度角或圓弧，以減少信號反射和阻抗不連續(xù)。

• 差分對布線： 對于高速差分信號（如USB、HDMI、PCIe），兩條走線應等長、等寬、等距并行布線，并與參考平面緊密耦合，以抑制共模噪聲。

• 過孔數(shù)量： 盡量減少信號走線上的過孔數(shù)量，因為過孔會引入寄生電感和電容，影響信號完整性。

• 電源/地平面隔離： 信號層應盡量靠近其參考的電源或地平面，以提供清晰的信號回流路徑，減少環(huán)路面積。

內(nèi)外層信號層的區(qū)別：

• 外層信號層（Top/Bottom Layer）： 位于PCB的最外側(cè)，可以直接接觸空氣，也最容易受到外部電磁干擾。外層通常用于布線密度較低的信號，或者需要直接焊接元器件的焊盤。其優(yōu)點是便于檢查和維修。

• 內(nèi)層信號層（Inner Signal Layer）： 位于PCB內(nèi)部，被介質(zhì)層和電源/地層包裹。內(nèi)層信號受到的外部干擾較小，且可以提供更短的信號回流路徑，因此常用于布線高速信號和關(guān)鍵信號。但內(nèi)層一旦出現(xiàn)問題，維修難度極大。

2. 電源層 (Power Layers)

電源層是專門用于分配電源電壓的導電層。在多層PCB中，通常會設置一個或多個電源層，為電路中的所有元器件提供穩(wěn)定、低噪聲的電源。

功能與作用：

• 提供穩(wěn)定電源： 為板上所有需要特定電壓的元器件提供低阻抗的電源通路。

• 降低電源噪聲： 作為一個大面積的銅平面，電源層可以起到去耦電容的作用，有效抑制電源噪聲，提供穩(wěn)定的電壓參考。

• 散熱： 大面積的銅平面也有助于元器件產(chǎn)生的熱量傳導和散發(fā)。

設計考慮：

• 電源平面分割： 如果板上有多種不同的電源電壓（如3.3V、5V、1.8V），電源層需要進行分割。分割時應注意避免在高速信號下方分割，以防信號回流路徑被阻斷，造成EMC問題。

• 去耦電容布局： 去耦電容應盡可能靠近元器件的電源引腳放置，并連接到電源層和地層，以濾除高頻噪聲，提供瞬態(tài)電流。

• 電流密度： 確保電源層的銅厚和面積足以承載所需的電流，避免因電流過大導致壓降和發(fā)熱。

• 電源完整性（Power Integrity, PI）： 確保電源分配網(wǎng)絡在所有工作條件下都能提供穩(wěn)定的電壓，并抑制電源噪聲。這涉及到電源層和地層的布局、去耦電容的選擇和放置、以及電源平面阻抗的優(yōu)化。

3. 地層 (Ground Layers)

地層是專門用于提供參考電位（通常是0V）的導電層。它在PCB中扮演著至關(guān)重要的角色，不僅僅是電流回流路徑，更是信號完整性和EMC的關(guān)鍵。

功能與作用：

• 提供參考電位： 為所有信號提供一個穩(wěn)定的參考零電位。

• 信號回流路徑： 信號電流總是需要一個完整的回路。地層為信號提供最短、最低阻抗的回流路徑，這對于信號完整性至關(guān)重要。

• 屏蔽作用： 作為大面積的銅平面，地層可以有效屏蔽外部電磁干擾，并抑制內(nèi)部電路產(chǎn)生的電磁輻射。

• 散熱： 與電源層類似，地層也能幫助散熱。

設計考慮：

• 地平面完整性： 地層應盡可能保持完整，避免大面積的分割或開槽。任何地層的斷裂都可能導致信號回流路徑不連續(xù)，從而引起信號完整性問題和EMC問題。

• 地彈（Ground Bounce）： 當大量電流同時通過地層時，地層上會產(chǎn)生瞬態(tài)電壓降，導致地電位不穩(wěn)。設計時應通過增加地層面積、優(yōu)化過孔布局、合理放置去耦電容等方式來抑制地彈。

• 多點接地與單點接地： 根據(jù)電路的頻率和復雜度，選擇合適的接地方式。高頻電路通常采用多點接地（即大面積地平面），以提供低阻抗回流路徑；低頻電路可能采用單點接地，以避免地環(huán)路噪聲。

• 與信號層的耦合： 信號層應緊鄰地層或電源層，以提供緊密的耦合，確保信號回流路徑的完整性和最小化環(huán)路面積。

4. 介質(zhì)層/絕緣層 (Dielectric Layers/Insulation Layers)

介質(zhì)層是PCB中用于隔離不同導電層，并提供機械支撐的絕緣材料。它是PCB層疊結(jié)構(gòu)的核心。

材料：介質(zhì)層通常由預浸料（Prepreg）和芯板（Core）構(gòu)成。

• FR-4（Flame Retardant 4）： 最常用、最經(jīng)濟的PCB基材，由玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂復合而成。適用于大多數(shù)通用電子產(chǎn)品。

• 高Tg材料（High Tg Materials）： 當工作溫度較高或需要更好的熱穩(wěn)定性時，會使用高Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）的FR-4材料。

• 高頻材料（High-frequency Materials）： 對于射頻（RF）、微波和高速數(shù)字電路，需要使用具有低介電常數(shù)（Dk）和低介質(zhì)損耗（Df）的特殊材料，如Rogers（羅杰斯）系列材料、Teflon（特氟龍）等。這些材料能有效減少信號傳輸損耗和色散。

• PI（Polyimide，聚酰亞胺）： 主要用于柔性PCB（FPC），具有優(yōu)異的柔韌性、耐高溫性和電氣性能。

介電常數(shù)（Dielectric Constant, Dk）：介電常數(shù)是衡量介質(zhì)材料儲存電荷能力的一個參數(shù)。Dk值越低，信號在介質(zhì)中的傳輸速度越快，信號延遲越小。對于高速電路設計，精確控制介電常數(shù)非常重要，因為它直接影響信號走線的特性阻抗。

介質(zhì)損耗（Dissipation Factor, Df）：介質(zhì)損耗是衡量介質(zhì)材料在交變電場中能量損耗的參數(shù)。Df值越低，信號在傳輸過程中的損耗越小，尤其在高頻下更為明顯。對于高頻和高速數(shù)字電路，選擇低Df值的材料可以顯著提高信號質(zhì)量。

厚度與層壓：介質(zhì)層的厚度是設計中一個關(guān)鍵參數(shù)，它影響著走線的特性阻抗、層間耦合以及PCB的整體厚度。在多層板制造中，多層芯板和預浸料通過高溫高壓進行層壓，使各層緊密結(jié)合，形成一個堅固的整體。預浸料在層壓過程中會固化，填充層間空隙并提供絕緣。

5. 阻焊層 (Solder Mask Layer)

阻焊層，也稱為綠油（因為常用綠色），是覆蓋在PCB表面銅走線和焊盤之外的絕緣保護層。

功能與作用：

• 防止錫橋短路： 在波峰焊或回流焊過程中，防止焊錫意外地連接到不應連接的銅走線上，造成短路。

• 保護銅線： 保護裸露的銅走線免受氧化、潮濕、灰塵和化學物質(zhì)的侵蝕，提高電路板的可靠性和壽命。

• 美觀： 使得PCB表面更加整潔美觀。

• 輔助焊接： 阻焊層在焊盤周圍形成一個“窗口”，引導焊錫準確地落在焊盤上，提高焊接質(zhì)量。

材料與顏色：阻焊層通常由環(huán)氧樹脂或光敏油墨制成。除了最常見的綠色，還有藍色、紅色、黑色、白色、黃色等多種顏色可供選擇。不同顏色的阻焊層在視覺效果、對比度以及對光學檢測的影響上有所差異。例如，黑色阻焊層對比度低，可能不利于光學檢測。

開窗（Openings）：阻焊層并非覆蓋整個PCB表面。在需要焊接元器件的焊盤、測試點以及一些需要散熱的區(qū)域，阻焊層會進行“開窗”處理，露出下方的銅層。這些開窗的尺寸和形狀需要精確控制，以確保焊接質(zhì)量。

制造工藝：阻焊層的制造通常采用光成像技術(shù)。首先將液態(tài)光敏阻焊油墨涂覆在PCB表面，然后通過曝光和顯影，將不需要阻焊的區(qū)域（即開窗區(qū)域）去除，最后進行固化。

6. 字符層/絲印層 (Silkscreen Layer)

字符層，又稱絲印層，是在阻焊層之上印刷的非導電油墨層。

功能與作用：

• 元器件標識： 印刷元器件的位號（如R1、C2、U3）、型號、封裝類型等，方便元器件的識別、放置和焊接。

• 方向指示： 印刷元器件的極性（如二極管、電解電容的負極）、IC的1號引腳方向等，防止元器件反向安裝。

• 測試點標識： 標示測試點的位置和名稱，方便電路測試和調(diào)試。

• 警示信息： 印刷高壓、高溫等警示標志，提醒操作人員注意安全。

• 公司Logo和產(chǎn)品信息： 印刷公司名稱、Logo、版本號、序列號等信息。

顏色與字體：字符層通常使用白色油墨，以便與綠色阻焊層形成鮮明對比，易于識別。但也可以選擇其他顏色，如黑色、黃色等。字體大小和線寬需要適當，以確保清晰可讀，避免字符重疊或模糊。

設計考慮：

• 清晰度與可讀性： 字符應清晰、易讀，避免被焊盤、過孔或其他元器件遮擋。

• 避免覆蓋焊盤： 字符不能印刷在焊盤上，否則會影響焊接質(zhì)量。

• 合理布局： 字符應與元器件布局相協(xié)調(diào)，不影響元器件的安裝和檢查。

• 最小線寬和字符高度： 字符的最小線寬和字符高度受限于絲印工藝能力，設計時需考慮制造廠家的工藝要求。

7. 表面處理層 (Surface Finish Layer)

表面處理層是覆蓋在裸露的銅焊盤和過孔內(nèi)壁上的金屬鍍層。由于銅暴露在空氣中容易氧化，影響可焊性，因此需要進行表面處理。

功能與作用：

• 防止銅氧化： 保護裸露的銅焊盤免受空氣中的氧氣和濕氣侵蝕，保持其良好的可焊性。

• 提高可焊性： 提供一個易于與焊錫結(jié)合的表面，確保元器件能夠牢固可靠地焊接在PCB上。

• 提供電接觸面： 對于一些需要直接接觸的連接器或測試點，表面處理層提供良好的導電接觸面。

常見類型：

• 熱風整平（Hot Air Solder Leveling, HASL/Lead-Free HASL）： 最傳統(tǒng)和經(jīng)濟的表面處理方式。通過將板子浸入熔融的焊錫中，然后用熱風刮平，形成一層錫鉛合金或純錫層。

• 優(yōu)點： 成本低，可焊性好，工藝成熟。

• 缺點： 表面平整度較差，不適合細間距元器件（如BGA），高溫處理可能對板子有熱沖擊。

• 化學鎳金（Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG）： 簡稱沉金。先在銅表面化學沉積一層鎳，再在鎳層上沉積一層薄金。

• 優(yōu)點： 表面平整度極佳，非常適合細間距元器件（如BGA、QFN），可焊性好，存儲壽命長，具有良好的電氣性能。

• 缺點： 成本較高，存在“黑盤”風險（鎳層腐蝕）。

• 有機可焊性保護劑（Organic Solderability Preservative, OSP）： 在銅表面形成一層有機化合物薄膜，保護銅不被氧化。

• 優(yōu)點： 成本低，環(huán)保，表面平整度好，適用于細間距。

• 缺點： 存儲壽命相對較短，多次回流焊后可焊性會下降，不適合作為接觸面。

• 化學沉錫（Immersion Tin）： 在銅表面化學沉積一層薄錫。

• 優(yōu)點： 表面平整度好，可焊性好，適用于細間距。

• 缺點： 存儲壽命短，錫須問題，不適合作為接觸面。

• 化學沉銀（Immersion Silver）： 在銅表面化學沉積一層薄銀。

• 優(yōu)點： 成本相對較低，表面平整度好，可焊性好，適用于細間距。

• 缺點： 易受污染，存儲壽命有限，銀層可能變色。

選擇哪種表面處理方式，需要綜合考慮成本、可焊性要求、存儲時間、元器件類型（特別是細間距封裝）、以及環(huán)保要求等因素。

七、 PCB層疊結(jié)構(gòu)設計 (PCB Stack-up Design)

層疊結(jié)構(gòu)設計是多層PCB設計中最為關(guān)鍵的一步，它決定了PCB的電氣性能、EMC性能、信號完整性以及制造成本。

重要性：

• 信號完整性： 合理的層疊結(jié)構(gòu)可以提供清晰的信號回流路徑，控制走線阻抗，減少信號反射和串擾。

• EMC/EMI（電磁兼容性/電磁干擾）： 良好的層疊結(jié)構(gòu)可以有效抑制電磁輻射和提高抗干擾能力。例如，將地層和電源層緊密耦合，可以形成一個有效的去耦電容，降低電源噪聲。

• 電源完整性： 穩(wěn)定的電源平面可以確保元器件獲得高質(zhì)量的電源供應。

• 成本與制造： 層疊結(jié)構(gòu)的選擇直接影響PCB的層數(shù)、材料類型和制造工藝，從而影響成本和生產(chǎn)周期。

設計原則：

• 電源/地平面相鄰： 至少一對電源層和地層應緊密相鄰，形成一個大的平面電容，提供低阻抗的電源分配網(wǎng)絡，有效抑制電源噪聲。

• 信號層緊鄰參考平面： 每一信號層都應緊鄰一個完整的地層或電源層作為其回流路徑。這可以減小信號環(huán)路面積，降低電磁輻射，并有助于阻抗控制。

• 避免高速信號跨越分割區(qū)域： 高速信號的走線應避免跨越電源或地平面的分割區(qū)域，否則會導致信號回流路徑不連續(xù)，產(chǎn)生嚴重的EMC問題。

• 對稱層疊： 盡量使層疊結(jié)構(gòu)對稱，以減少PCB在制造過程中的翹曲。

• 多地平面： 盡可能多地使用地平面，以提供更多的信號回流路徑和更好的屏蔽效果。

• 關(guān)鍵信號層放置： 對于高速、高頻的關(guān)鍵信號，應將其放置在內(nèi)層，并緊鄰完整的地平面，以獲得更好的屏蔽和信號完整性。

• 成本與性能平衡： 在滿足性能要求的前提下，盡量選擇最經(jīng)濟的層疊方案。

常見層疊方案舉例：

• 四層板（典型）：

• Top (信號層)

• GND (地層)

• Power (電源層)

• Bottom (信號層) 這種結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低，適用于中等復雜度的電路。信號層緊鄰參考平面，有較好的EMC性能。

• 六層板（典型）：

• Top (信號層)

• GND (地層)

• Signal (信號層)

• Power (電源層)

• GND (地層)

• Bottom (信號層) 這種結(jié)構(gòu)提供了更多的信號層和地平面，信號完整性更好。中間的信號層被地平面夾在中間，屏蔽效果更佳。

• 八層板（典型）：

• Top (信號層)

• GND (地層)

• Signal (信號層)

• Power (電源層)

• GND (地層)

• Signal (信號層)

• GND (地層)

• Bottom (信號層) 八層板提供了更強大的信號和電源完整性，適用于更復雜、更高性能的電路?？梢杂懈嗟牡仄矫鎭硖峁└玫钠帘魏突亓髀窂健?/span>

八、 PCB制造工藝中的層

PCB的制造是一個復雜而精密的工業(yè)過程，每一層都在不同的制造階段被逐步形成。

1. 內(nèi)層制作：

• 清潔與覆膜： 銅覆板（Core）表面清潔后，覆蓋一層干膜光刻膠。

• 曝光與顯影： 通過光繪膠片將電路圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，曝光后顯影，去除未曝光區(qū)域的光刻膠。

• 蝕刻： 使用化學溶液蝕刻掉裸露的銅，形成所需的電路走線和圖案。

• 去膜： 去除剩余的光刻膠。

• AOI（自動光學檢測）： 對內(nèi)層電路進行光學檢測，確保沒有短路或開路。

• 氧化/黑化： 對內(nèi)層銅表面進行氧化處理，增加粗糙度，以提高后續(xù)層壓時與預浸料的結(jié)合力。

2. 層壓：

• 將處理好的內(nèi)層芯板、預浸料（Prepreg）和銅箔（用于外層）按照設計好的層疊順序堆疊起來。

• 在高溫高壓下進行層壓，使預浸料中的樹脂熔化并固化，將所有層緊密粘合在一起，形成一個堅固的多層板。

3. 鉆孔：

• 使用數(shù)控鉆機在層壓好的板子上鉆出各種孔，包括元器件孔、過孔（通孔、盲孔、埋孔）等。鉆孔的精度和位置至關(guān)重要。

4. 電鍍：

• 去毛刺與清潔： 清潔鉆孔后的板子，去除孔壁上的毛刺。

• 化學銅（Desmear/Electroless Copper）： 在孔壁上沉積一層薄薄的化學銅，使其具有導電性。

• 電鍍銅（Electroplating Copper）： 通過電鍍在孔壁和板面沉積更厚的銅層，形成導電通路和加厚表面銅層。

5. 外層制作：

• 外層制作與內(nèi)層類似，但通常采用“圖形電鍍”工藝。

• 覆膜與曝光： 在電鍍后的板子上再次覆膜，通過曝光形成外層電路圖形。

• 二次電鍍： 在裸露的銅層和孔壁上進一步電鍍銅，并在銅層上電鍍一層錫或鎳金作為抗蝕層。

• 去膜： 去除光刻膠。

• 蝕刻： 蝕刻掉未被錫或鎳金覆蓋的銅層，形成外層電路。

• 去錫/去鎳金： 剝離抗蝕層。

6. 阻焊與絲?。?/strong>

• 阻焊油墨涂覆： 將阻焊油墨均勻涂覆在PCB表面。

• 曝光與顯影： 通過光成像技術(shù)，在焊盤和測試點區(qū)域進行開窗。

• 固化： 阻焊油墨固化，形成永久的保護層。

• 絲?。?/strong> 在阻焊層上印刷字符、標識等。

7. 表面處理：

• 對裸露的焊盤進行表面處理，如HASL、ENIG、OSP等，以提高可焊性和防止氧化。

8. 成型與測試：

• 成型： 通過銑邊機或沖壓模具將PCB板切割成所需的形狀和尺寸。

• 電測（E-test）： 對每塊PCB板進行100%的電氣測試，檢測是否存在開路或短路。

• FQC（最終質(zhì)量控制）與包裝： 進行最終的外觀檢查和質(zhì)量控制，然后包裝出貨。

九、 未來PCB層技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著電子技術(shù)的不斷進步，PCB的層技術(shù)也在不斷演進，以適應更高性能、更小尺寸、更低功耗的需求。

1. 高密度互連（HDI）技術(shù)：HDI板是PCB技術(shù)發(fā)展的一個重要方向，它通過微盲孔、埋孔、積層法等技術(shù)，實現(xiàn)更高的布線密度和更小的孔徑。HDI板可以有效減少PCB的尺寸和重量，提高電氣性能，是智能手機、平板電腦等小型化電子產(chǎn)品的首選。

2. 柔性PCB（Flexible PCBs, FPC）：FPC采用聚酰亞胺（PI）等柔性基材，可以在三維空間中彎曲、折疊，實現(xiàn)更靈活的互連。FPC廣泛應用于可穿戴設備、醫(yī)療器械、汽車電子等領域，未來將與剛性板結(jié)合，形成剛撓結(jié)合板。

3. 剛撓結(jié)合PCB（Rigid-Flex PCBs）：結(jié)合了剛性板和柔性板的優(yōu)點，在需要彎曲的區(qū)域采用柔性材料，在需要支撐元器件的區(qū)域采用剛性材料。這種技術(shù)可以簡化系統(tǒng)設計，減少連接器使用，提高可靠性。

4. 嵌入式元件技術(shù)：將電阻、電容、電感、甚至有源芯片等元器件直接嵌入到PCB的內(nèi)部介質(zhì)層中，從而進一步縮小PCB尺寸，提高集成度，并改善電氣性能，特別是高頻性能。

5. 更高頻率、更高速度：隨著5G、人工智能、云計算等技術(shù)的發(fā)展，對PCB的頻率和速度要求越來越高。這將推動PCB材料向更低介電常數(shù)、更低介質(zhì)損耗的方向發(fā)展，同時對阻抗控制、信號完整性設計提出更高的挑戰(zhàn)。

6. 散熱技術(shù)集成：隨著功率密度的增加，PCB的散熱問題日益突出。未來的PCB設計將更多地集成散熱解決方案，如使用導熱介質(zhì)、埋入式銅塊、散熱過孔陣列等，以確保元器件在安全溫度下工作。

總結(jié)

PCB的各個層面，從基材到銅箔，從阻焊層到字符層，再到各種表面處理，以及復雜的層疊結(jié)構(gòu)設計，共同構(gòu)成了現(xiàn)代電子產(chǎn)品的基石。每一層都承載著特定的功能，并在整個制造過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PCB的層技術(shù)也在持續(xù)創(chuàng)新，向著更高密度、更高性能、更小尺寸、更環(huán)保的方向邁進。深入理解PCB的層結(jié)構(gòu)，不僅是設計和制造高質(zhì)量電子產(chǎn)品的關(guān)鍵，也是把握未來電子技術(shù)發(fā)展趨勢的基礎。