一、为什么要用多层板？

1、产品小型化的要求：

当前，电子产品向小型化靠拢，但是所用芯片、元器件并不少，导致PCB无法走线，只能以层数来换面积。

2、高速信号完整性的要求：

随着电子技术发展，路由、手机、交换机、基站等高速信号产品，易受干扰、串扰，多层板可以有效提高信号的完整性，把信号受干扰程度降到最低。

二、需要注意的事项：

PCB的叠层设计不是层的简单堆叠，其中地层的安排是关键，它与信号的安排和走向有密切的关系。多层板的设计和普通的PCB相比，除了添加了必要的信号走线层之外，最重要的就是安排了独立的电源和地层（铺铜层）。在高速数字电路系统中，使用电源和地层来代替以前的电源和地总线的优点主要在于：

1）为数字信号的变换提供一个稳定的参考电压。

2）均匀地将电源同时加在每个逻辑器件上。

3）有效地抑制信号之间的串扰。

其原因在于，使用大面积铺铜作为电源和地层大大减小了电源和地的电阻，使得电源层上的电压均匀平稳，而且可以保证每根信号线都有很近的地平面相对应，这同时也减小了信号线的特征阻抗，也可有效地减少串扰。所以，对于某些高端的高速电路设计，已经明确规定一定要使用6层（或以上的）的叠层方案，如Intel对PC133内存模块PCB的要求。这主要就是考虑到多层板在电气特性，以及对电磁辐射的抑制，甚至在抵抗物理机械损伤的能力上都明显优于低层数的PCB。

一般情况下均按以下原则进行叠层设计：满足信号的特征阻抗要求;满足信号回路最小化原则；满足最小化PCB内的信号干扰要求;满足对称原则。具体而言在设计多层板时需要注意以下几个方面：

1）一个信号层应该和一个敷铜层相邻，信号层和敷铜层要间隔放置，最好每个信号层都能和至少一个敷铜层紧邻。信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合（即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小）。

2）电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合并处于叠层中部。缩短电源和地层的距离，有利于电源的稳定和减少EMI。尽量避免将信号层夹在电源层与地层之间。电源平面与地平面的紧密相邻好比形成一个平板电容，当两平面靠的越近，则该电容值就越大。该电容的主要作用是为高频噪声（诸如开关噪声等）提供一个低阻抗回流路径，从而使接收器件的电源输入拥有更小的纹波，增强接收器件本身的性能。

3）在高速的情况下，可以加入多余的地层来隔离信号层，多个地敷铜层可以有效地减小PCB的阻抗，减小共模EMI。但建议尽量不要多加电源层来隔离，这样可能造成不必要的噪声干扰。

4）系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间，这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用，并将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域。

5）优先考虑高速信号、时钟信号的传输线模型，为这些信号设计一个完整的参考平面，尽量避免跨平面分割区，以控制特性阻抗和保证信号回流路径的完整。

6）两信号层相邻的情况。对于具有高速信号的板卡，理想的叠层是为每一个高速信号层都设计一个完整的参考平面，但在实际中我们总是需要在PCB层数和PCB成本上做一个权衡。在这种情况下不能避免有两个信号层相邻的现象。目前的做法是让两信号层间距加大和使两层的走线尽量垂直，以避免层与层之间的信号串扰。

7）铺铜层最好要成对设置，比如六层板的2、5层或者3、4层要一起铺铜，这是考虑到工艺上平衡结构的要求，因为不平衡的铺铜层可能会导致PCB的翘曲变形。

8）次表面（即紧靠表层的层）设计成地层，有利于减小EMI。

9）根据PCB器件密度和引脚密度估算出所需信号层数，确定总层数。

板层的结构是决定系统的EMC性能一个很重要的因素。一个好的板层结构对抑制PCB中辐射起到良好的效果。在现在常见的高速电路系统中大多采用多层板而不是单面板和双面板。

深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的专家级人士创建，是国内专业高效的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米.我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板.

深圳市赛孚电路科技有限公司专业生产PCB多层板，PCB八层板，PCB十层板，HDI板以及软硬结合板厂商。

多层线路板一般定义为10层——20层或以上的高多层线路板，比传统的多层线路板加工难度大，其品质可靠性要求高，主要应用于通讯设备、高端服务器、医疗电子、航空、工控、军事等领域。近几年来，应用通讯、基站、航空、军事等领域的高层板市场需求仍然强劲，而随着中国电信设备市场的快速发展，高层板市场前景被看好。

目前国内能批量生产高层线路板的PCB厂商，主要来自于外资企业或少数内资企业。高层线路板的生产不仅需要较高的技术和设备投入，更需要技术人员和生产人员的经验积累，同时导入高层板客户认证手续严格且繁琐，因此高层线路板进入企业门槛较高，实现产业化生产周期较长。

PCB平均层数已经成为衡量PCB企业技术水平和产品结构的重要技术指标。本文简述了高层线路板在生产中遇到的主要加工难点，介绍了高层线路板关键生产工序的控制要点，供大家参考。

一、主要制作难点

对比常规线路板产品特点，高层线路板具有板件更厚、层数更多、线路和过孔更密集、单元尺寸更大、介质层更薄等特性，内层空间、层间对准度、阻抗控制以及可靠性要求更为严格。

1.1 层间对准度难点

由于高层板层数多，客户设计端对PCB各层的对准度要求越来越严格，通常层间对位公差控制±75μm，考虑高层板单元尺寸设计较大、图形转移车间环境温湿度，以及不同芯板层涨缩不一致性带来的错位叠加、层间定位方式等因素，使得高层板的层间对准度控制难度更大。

1.2 内层线路制作难点

高层板采用高TG、高速、高频、厚铜、薄介质层等特殊材料，对内层线路制作及图形尺寸控制提出高要求，如阻抗信号传输的完整性，增加了内层线路制作难度。线宽线距小，开短路增多，微短增多，合格率低;细密线路信号层较多，内层AOI漏检的几率加大;内层芯板厚度较薄，容易褶皱导致曝光不良，蚀刻过机时容易卷板;高层板大多数为系统板，单元尺寸较大，在成品报废的代价相对高。

1.3 压合制作难点

多张内层芯板和半固化片叠加，压合生产时容易产生滑板、分层、树脂空洞和气泡残留等缺陷。在设计叠层结构时，需充分考虑材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质厚度，并设定合理的高层板压合程式。层数多，涨缩量控制及尺寸系数补偿量无法保持一致性;层间绝缘层薄，容易导致层间可靠性测试失效问题

1.4 钻孔制作难点

采用高TG、高速、高频、厚铜类特殊板材，增加了钻孔粗糙度、钻孔毛刺和去钻污的难度。层数多，累计总铜厚和板厚，钻孔易断刀;密集BGA多，窄孔壁间距导致的CAF失效问题;因板厚容易导致斜钻问题。

二、 关键生产工序控制

2.1 材料选择

随着电子元器件高性能化、多功能化的方向发展，同时带来高频、高速发展的信号传输，因此要求电子电路材料的介电常数和介电损耗比较低，以及低CTE、低吸水率和更好的高性能覆铜板材料，以满足高层板的加工和可靠性要求。常用的板材供应商主要有A系列、B系列、C系列、D系列，这四种内层基板的主要特性对比，见表1。对于高层厚铜线路板选用高树脂含量的半固化片，层间半固化片的流胶量足以将内层图形填充满，绝缘介质层太厚易出现成品板超厚，反之绝缘介质层偏薄，则易造成介质分层、高压测试失效等品质问题，因此对绝缘介质材料的选择极为重要。

2.2 压合叠层结构设计

在叠层结构设计中考虑的主要因素是材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质层厚度等，应遵循以下主要原则。

(1) 半固化片与芯板厂商必须保持一致。为保证PCB可靠性，所有层半固化片避免使用单张1080或106半固化片(客户有特殊要求除外)，客户无介质厚度要求时，各层间介质厚度必须按IPC-A-600G保证≥0.09mm。

(2) 当客户要求高TG板材时，芯板和半固化片都要用相应的高TG材料。

(3) 内层基板3OZ或以上，选用高树脂含量的半固化片，如1080R/C65%、1080HR/C 68%、106R/C 73%、106HR/C76% ;但尽量避免全部使用106 高胶半固化片的结构设计，以防止多张106半固化片叠合，因玻纤纱太细，玻纤纱在大基材区塌陷而影响尺寸稳定性和爆板分层。

(4) 若客户无特别要求，层间介质层厚度公差一般按+/-10%控制，对于阻抗板，介质厚度公差按IPC-4101 C/M级公差控制，若阻抗影响因素与基材厚度有关，则板材公差也必须按IPC-4101 C/M级公差。

2.3 层间对准度控制

内层芯板尺寸补偿的精确度和生产尺寸控制，需要通过一定的时间在生产中所收集的数据与历史数据经验，对高层板的各层图形尺寸进行精确补偿，确保各层芯板涨缩一致性。选择高精度、高可靠的压合前层间定位方式，如四槽定位(Pin LAM)、热熔与铆钉结合。设定合适的压合工艺程序和对压机日常维护是确保压合品质的关键，控制压合流胶和冷却效果，减少层间错位问题。层间对准度控制需要从内层补偿值、压合定位方式、压合工艺参数、材料特性等因素综合考量。

2.4 内层线路工艺

由于传统曝光机的解析能力在50μm左右，对于高层板生产制作，可以引进激光直接成像机(LDI)，提高图形解析能力，解析能力达到20μm左右。传统曝光机对位精度在±25μm，层间对位精度大于50μm。采用高精度对位曝光机，图形对位精度可以提高到15μm左右，层间对位精度控制30μm以内，减少了传统设备的对位偏差，提高了高层板的层间对位精度。

为了提高线路蚀刻能力，需要在工程设计上对线路的宽度和焊盘(或焊环)给予适当的补偿外，还需对特殊图形，如回型线路、独立线路等补偿量做更详细的设计考虑。确认内层线宽、线距、隔离环大小、独立线、孔到线距离设计补偿是否合理，否则更改工程设计。有阻抗、感抗设计要求注意独立线、阻抗线设计补偿是否足够，蚀刻时控制好参数，首件确认合格后方可批量生产。为减少蚀刻侧蚀，需对蚀刻液的各组药水成分控制在最佳范围内。传统的蚀刻线设备蚀刻能力不足，可以对设备进行技术改造或导入高精密蚀刻线设备，提高蚀刻均匀性，减少蚀刻毛边、蚀刻不净等问题。

2.5 压合工艺

目前压合前层间定位方式主要包括：四槽定位(Pin LAM)、热熔、铆钉、热熔与铆钉结合，不同产品结构采用不同的定位方式。对于高层板采用四槽定位方式(Pin LAM)，或使用熔合+铆合方式制作，OPE冲孔机冲出定位孔，冲孔精度控制在±25μm。熔合时调机制作首板需采用X-RAY检查层偏，层偏合格方可制作批量，批量生产时需检查每块板是否熔入单元，以防止后续分层，压合设备采用高性能配套压机，满足高层板的层间对位精度和可靠性。

根据高层板叠层结构及使用的材料，研究合适的压合程序，设定最佳的升温速率和曲线，在常规的多层线路板压合程序上，适当降低压合板料升温速率，延长高温固化时间，使树脂充分流动、固化，同时避免压合过程中滑板、层间错位等问题。材料TG值不一样的板，不能同炉排板;普通参数的板不可与特殊参数的板混压;保证涨缩系数给定合理性，不同板材及半固化片的性能不一，需采用相应的板材半固化片参数压合，从未使用过的特殊材料需要验证工艺参数。

2.6 钻孔工艺

由于各层叠加导致板件和铜层超厚，对钻头磨损严重，容易折断钻刀，对于孔数、落速和转速适当的下调。精确测量板的涨缩，提供精确的系数;层数≥14层、孔径≤0.2mm或孔到线距离≤0.175mm，采用孔位精度≤0.025mm 的钻机生产;直径φ4.0mm以上孔径采用分步钻孔，厚径比12:1采用分步钻，正反钻孔方法生产;控制钻孔披锋及孔粗，高层板尽量采用全新钻刀或磨1钻刀钻孔，孔粗控制25um以内。为改善高层厚铜板的钻孔毛刺问题，经批量验证，使用高密度垫板，叠板数量为一块，钻头磨次控制在3次以内，可有效改善钻孔毛刺

对于高频、高速、海量数据传输用的高层板，背钻技术是改善信号完整有效的方法。背钻主要控制残留stub长度，两次钻孔的孔位一致性以及孔内铜丝等。不是所有的钻孔机设备具有背钻功能，必须对钻孔机设备进行技术升级(具备背钻功能)，或购买具有背钻功能的钻孔机。从行业相关文献和成熟量产应用的背钻技术主要包括：传统控深背钻方法、内层为信号反馈层背钻、按板厚比例计算深度背钻，在此不重复叙述。

三、可靠性测试

高层板一般为系统板，比常规多层板厚、更重、单元尺寸更大，相应的热容也较大，在焊接时，需要的热量更多，所经历的焊接高温时间要长。在217℃(锡银铜焊料熔点)需50秒至90秒，同时高层板冷却速度相对慢，因此过回流焊测试的时间延长，并结合IPC-6012C、 IPC-TM-650标准以及行业要求，对高层板的主要可靠性测试

PCB设计的布线规则

在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。

PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。

对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。

1. 电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。

对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因， 现只对降低式抑制噪音作以表述：

（1）众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。

（2）尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

（3）用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。

2. 数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。

3. 信号线布在电（地）层上

在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

4. 大面积导体中连接腿的处理

在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。

所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。

5. 布线中网络系统的作用

在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6. 设计规则检查（DRC）

布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

（1）线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。

（2）电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。

（3）对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。

（4）模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。

（5）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。

（6）对一些不理想的线形进行修改。

（7）在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。

（8）多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

7. 检查是否有锐角、阻抗不连续点等

（1）对于高频电流来说，当导线的拐弯处呈现直角甚至锐角时，在靠近弯角的部位，磁通密度及电场强度都比较高，会辐射较强的电磁波，而且此处的电感量会比较大，感抗便也比钝角或圆角要大一些。

（2）对于数字电路的总线布线来说，布线拐弯呈现钝角或圆角，布线所占的面积比较小。在相同的线间距条件下，总的线间距所占的宽度要比直角拐弯的少0.3倍。

8. 检查3W、3H原则

（1）时钟、复位、100M以上信号以及一些关键的总线信号等与其他信号线布线必须满足3W原则，同层和相邻层无较长平行走线，且链路上过孔尽量少。

（2）高速信号的过孔数量问题，有些器件指导书上一般对高速信号的过孔数量要求比较严格，咨询互连的原则的是除了必须的管脚fanout过孔外，严禁在内层打多余的过孔，他们布过8G的PCIE 3.0的走线，也打过4个过孔，没有问题。

（3）同层时钟及高速信号中心距需严格满足3H（H为走线层到回流平面间距）；相邻层的信号严禁重叠，建议也满足3H的原则，关于上述的串扰问题，有工具可以检查的。

深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的专家级人士创建，是国内专业高效的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。为了满足客户多样化需求，2017年公司成立了PCBA事业部，自有SMT生产线，为客户提供PCB+SMT一站式服务。 公司一直致力于“打造中国优秀的PCB制造企业”。注重人才培养，倡导全员“自我经营”理念，拥有一支朝气蓬勃、专业敬业、经验丰富的技术、生产及管理队伍；专注于PCB的工艺技术的研究与开发，努力提升公司在PCB专业领域内的技术水平和制造能力.

      公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、军工、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板，专注于多品种，中小批量领域。我们的客户分布全球各地，目前外销订单占比70%以上。