在我们这个由电子设备定义的时代，无论是每秒执行数万亿次作的数据中心服务器，还是口袋里功能强大的智能手机，它们的核心都有一个共同的特征：高度集成、极其复杂的多层印刷电路板（PCB）。

如果双面板是连接A点和B点的双向街道，那么多层PCB就是一座现代大都市，配有立交桥、地下隧道、高速公路和专用应急车道。它代表了PCB设计和制造技术的巅峰，是高端电子设备不可或缺的基石。今天，让我们揭开多层PCB的神秘面纱，探索其背后的复杂性和艺术性。

一、什么是多层PCB？超越维度的工程奇迹

1.1基本定义

多层板是一种复杂的PCB，由三层或多层导电图案（铜箔）与预浸料（预浸料、PP）层压在一起并通过电镀通孔（PTH）相互连接。常见的层数包括4、6、8甚至100或更多，用于超级计算机和大型通信交换机。

1.2核心结构

一个生动的比喻：想象一下科幻小说中的“次元口袋”。

顶层/底层：口袋的入口和出口，用于放置最重要的组件和外部连接。

内部平面：口袋内的多维空间。它们始终分配给电源平面和接地平面，并为所有组件提供稳定、低噪声的能量供应和返回路线。

内部信号层：隐藏在口袋中的秘密路径中，专门用于设置高速、灵敏的信号线，避免外部干扰。

预浸料：粘合每个维度的神奇粘合剂，它既可以作为绝缘体，也可以作为结构支撑。

孔：连接不同维度的“门户”，包括贯穿整个结构的通孔、仅从表面到内层的盲孔以及完全隐藏在内层的埋孔。

这种三维结构解决了双面PCB无法应对的高密度互连（HDI）、信号完整性（SI）、电源完整性（PI）和电磁兼容性（EMC）等核心挑战。

二、为什么选择多层PCB？4不可抗拒的优势

从双面板升级到多层板不仅仅是增加布线空间;它提供了一个重大飞跃：

1.无与伦比的布线密度和高密度互连（HDI）

这是最明显的优势。通过增加内层，设计人员可以获得成倍增长的布线空间，从而能够设计极其复杂的IC（例如具有超过1,000个引脚的大型BGA封装）。结合盲孔和埋孔技术，这可以实现更精确的互连，满足现代电子产品小型化和轻量化的趋势。

2.出色的信号完整性

高速数字信号（如PCIe、DDR和USB 3.0+）对传输路径极为敏感。多层板允许使用带状线布线（夹在两个参考平面之间的信号线）。与双面板（表面信号线）的微带布线相比，这提供了更好的屏蔽，减少了串扰和外部辐射，并确保了干净、无失真的信号。

3.强大的电源完整性

专用电源层和接地层提供极低阻抗的电源路径。这有效地降低了电源噪声，防止了电压波动引起的电路逻辑错误，并支持高速芯片切换的瞬态大电流需求。稳定的配电网络（PDN）是系统可靠性的基石。

4.优异的电磁兼容性（EMC）

紧密的电源/接地层会产生有效的法拉第笼效应，屏蔽电路板内高速信号产生的电磁场。这不仅减少了对外界的电磁干扰（EMI），还增强了电路板固有的抗外部干扰能力。这对于必须通过严格的EMC认证（例如CE和FCC）的产品至关重要。

三、揭开多层板制造工艺的面纱——精度与协作的交响曲

多层板的制造是一个极其复杂的过程，比双面板复杂得多。任何步骤中的错误都可能导致整批电路板被报废。

1.内层芯材制造

切割：将大片覆铜板（覆铜板）切割成生产尺寸。

内层图案转移：内层电路图案通过涂层、曝光和显影转移到铜箔上。

内层蚀刻：蚀刻掉不必要的铜，形成内层电路。

AOI（自动光学检测）：它使用高精度相机扫描内层电路，将其与原始设计进行比较，以检测任何断裂、短路或缺陷。这对于确保内层的质量至关重要。

2.层压——神奇时刻

这是多层板独有的核心步骤。

叠层：准备好的内芯层、预浸料和铜箔（用于外层）像千层蛋糕一样精确对齐和堆叠。

层压：在高温（170-180°C）和高压下，预浸料熔化流动，填充线路之间的间隙，冷却后凝固，将各层牢固地粘合成一个固体整体。

3.钻孔

使用极细的钻头（小至0.1毫米）或激光器，在层压板上钻出通孔、盲孔和埋孔。孔精度和壁质量对于后续的铜沉积至关重要。

4.电镀通孔（PTH）和二次电镀

虽然原理上与双面PCB相似，但较大的孔纵横比需要极高的铜沉积和电镀均匀性。这确保了孔壁的顶部和底部都有足够的铜沉积物，以避免无铜的致命缺陷（破孔）。

5.外层图案转移和电镀

该工艺与内层类似，但采用图案电镀使走线和孔壁上的铜加厚，以承受后续的加工步骤。

6.阻焊层、丝印和表面处理

与双面PCB工艺类似，但对对准精度要求更高。

7.飞针/测试仪测试和最终检查

由于网络数量众多，必须使用高通道数测试仪进行100%电气性能测试，以确保所有互连都是正确的。

四、层叠设计——性能的艺术

叠层设计是多层PCB设计的灵魂。良好的叠层设计可以最大限度地提高性能，而糟糕的设计，即使有完美的布线，也无法达到预期的结果。

这是一个经典的8层叠层设计计划示例

层数	层类型	目的
第1层	信号层（顶部）	放置主要部件和高速信号线
第2层	接地平面（GND平面）	为第1层屏蔽辐射提供完整的参考返回路径
第3层	信号层	高速信号路由
第4层	电源平面（PWR平面）	核心电压（例如+1.2V）分配
第5层	电源平面（PWR平面）	辅助电压（例如+3.3V、+5V）分配
第6层	信号层	低速信号布局
第7层	接地平面（GND平面）	为第8层和第6层提供参考接地
第8层	信号层（底部）	放置主要部件和低速信号线

设计原则：

-.每个信号层都应与参考平面（电源或接地）相邻。这是控制阻抗和确保信号完整性的黄金法则。

-.电源层和接地层应紧密耦合。这意味着使用薄电介质（例如4 mil）分离相邻的电源层和接地层，以形成有效的去耦电容器。

-.高速信号应优先在内层（带状线）上路由，以获得更好的EMC性能。

五、应用领域—高端技术载体

多层板是以下领域的绝对主力：

-.计算机和数据中心：主板、显卡、服务器和SSD。

-.通信设备：5G基站、核心路由器、光纤交换机。

-.消费电子产品：智能手机、平板电脑、智能手表和高端游戏机。

-.汽车电子：自动驾驶域控制器、智能座舱和车载娱乐系统。

-.航空航天和国防：雷达系统、导航设备和飞行控制系统，对可靠性和层数提出了极高的要求。

-.医疗设备：高端成像设备（CT、MRI）和生命监测系统。

六、如何估算制造成本：了解影响成本的因素

多层PCB的成本远高于双面PCB;成本受以下因素共同影响;

层数：随着层数的增加，材料、加工时间和难度呈非线性增加。

板尺寸：板尺寸越大，成本越高。

材料类型：高频高速材料，如Rogers、Taconic，高tg材料比普通FR-4贵得多

板厚和纵横比（纵横比）：板材越厚，钻孔的长宽比（板厚/孔径）越大，钻孔和电镀工艺的挑战就越大，成本也越高。

HDI工艺：是否采用盲埋过孔、激光过孔、堆叠过孔、交错过孔等工艺是推高成本的主要因素。

最小走线/空间：要求越精细（例如，3/3 mil），成本就越高。

铜重量：内层和外层的铜厚度要求，特别是当需要2盎司或更厚的铜厚度时。

表面光洁度：ENIG、ENEPIG、硬金和其他饰面比HASL更贵。

技术要求：阻抗控制（控制容差和通道数）、回钻（消除短截线）、焊盘内通孔和其他特殊要求。

订购数量：大批量可以显着降低NRE和模具成本。

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今天我们就来聊聊PCB！