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本文轉載自微信公眾號（吳川斌的博客） 高多層PCB能夠提供更多的走線層，讓電路設計更加復雜和密集，從而滿足高頻高速傳輸的需求。并且，高多層PCB還能實現更好的信號完整性和電磁兼容性。這對于5G通信、高性能計算、汽車電子等高端應用領域來說尤為重要。因此，高多層PCB已成為PCB行業未來發展的重要趨勢之一。對PCB設計工程師或者電子硬件設計工程師來說，了解高多層PCB相關的制造流程也是很有必要的。 高多層PCB不僅僅是層數增加，其制造難度也成倍增加。相比單層、雙層板，高多層PCB的生產制造會還需關注層間連接、層間堆疊和對準以及精確壓合控制等工藝的管控，PCB在設計時還需要考慮信號完整性和電磁干擾以及熱管理等問題，以充分利用高多層PCB的性能優勢。 從工藝、設備、設計能力到質量控制、協作能力，高多層板對PCB板廠的制造工藝水平有著更高的要求。在這篇文章，老wu打算介紹一些關于高多層PCB制造的關鍵流程步驟。 1.提交制造信息 作為PCB制造的開始，首先，我們需要向PCB板廠提交相關的制造信息。PCB制造所需的信息和常見數據格式包括以下內容： Gerber文件（RS274X格式） Gerber RS274X 是目前的主流格式，輸出的Gerber文件包括所有電路層、阻焊層、錫膏層、絲印（字符）層、板框、分孔圖、制造要求（如多層板疊層結構示意圖、層間介質厚度、阻抗管控要求、塞孔要求等）。同時Gerber文件還要能方便PCB板廠的工藝工程師識別各個Gerber文件對應的層信息，所以推薦按一定的命名約定對Gerber文件進行命名，比如嘉立創給出的這個命名規范是個不錯的參考： 鉆孔文件 鉆孔文件包含所有鉆孔坐標和直徑數據，常用的文件格式是Excellon格式。 網表數據 IPC定義了兼容格式IPC-356，提供了生成網表和電氣性能測試資料必須的所有信息。相較于單層或雙面板而言，完整的 PCB 文檔對多層 PCB 的制造非常重要，制造信息文檔中最重要的信息是： • 完整的層結構 • 有關基材的精確信息 • 高頻高速板材還需提供基材制造商及產品名稱 • 阻抗控制要求 • 特殊工藝說明（比如塞孔要求） 2.制造信息審核 PCB板廠對制造信息的審核目的是確定大致的制造成本，并為制造做準備。在產品制造或加工前，適當的前期分析可以節省時間和材料。PCB板廠的責任是確定它的工藝能力能否滿足給定的產品。 PCB 板廠會根據其制造工藝調整PCB設計的布線信息，比如過孔鉆直徑補償或者走線蝕刻補償等，目的是提高PCB可制造性，有些關鍵的修改板廠也會與PCB Layout進行溝通確認，當然，較為理想的情況是，在PCB設計進行過程就考慮了DFM可制造性并進行設計優化，這樣會節省許多后期與PCB板廠溝通確認的時間。 如果是在嘉立創打板，他們家還提供了一項“確認生產稿”的個性化服務可供選擇，只要咱們仔細檢查確認，便能發現自己設計上存在的問題，當然也能發現嘉立創工程師處理過程中的一些錯誤。如果是嘉立創的問題，別忘了找工程人員退回確認生產稿的費用。 3.材料準備 制造單雙面電路板會直接采用符合最終成品厚度要求的覆銅板進行制造，多層電路板則有所不同。多層電路板在電路板結構中有多個銅層，因此需要特殊的基材來制造。創建多層電路板需要使用半固化片（PP）和相對較薄的覆銅層壓板（Core 芯板）進行組合壓合固化后形成最終的厚度。層壓結構取決于電氣參數，由PCB設計師與電路板制造商協商確定，并在進行PCB Layout之前做好提前規劃，以滿足特定阻抗的線寬/線距要求。 由于層壓結構不同，半固化片的厚度也有很多種，以滿足不同的傳輸線及電源平面組合要求。每種半固化片都由一個指定的玻璃纖維編織類型組成，并帶有一個編號，例如1080、2116、3313或7628。下圖給出了這種類型的標識： 多層電路板的第二個組成部分是相對薄一些的覆銅層壓板（相對用于制造單雙面PCB的覆銅板而言），也稱為芯板。它是一種經過完全固化的基材，一面或兩面覆蓋著銅箔。當然，也有不含銅的，稱為光板。 芯板其實也是由半固化片以及銅箔進行壓合而成的，由基材供應商制造完成，基材供應商會根據IPC-4101規范結合市場需求，選用不同的編織風格的玻纖布和樹脂含量的半固化片，配上指定規格的銅箔，壓合后生成不同規格類型的覆銅層壓板。 多層電路板的制造由PCB板廠完成，但其基材則由基材制造商提供，需要注意的是，基材的規格有許多種，每家PCB板廠的基材儲備情況也各不相同，如果PCB疊層設計需要使用到特殊規格的半固化片以及芯板，最好提前與PCB板廠溝通了解基材的供貨周期。 選用好的原料才能做出性能優良的PCB。板材在PCB制造過程中發揮著關鍵作用，對PCB的性能和可靠性產生著重要影響，包括電氣性能、熱性能、機械強度、加工性能和環境適應性。 在板材方面，嘉立創采用大廠原材料。針對4層板和6層板，嘉立創使用KB和中國臺灣南亞板材，品質高，有保障。KB板料使用高質量的玻璃纖維增強環氧樹脂（FR-4）作為基材，用高純度的銅箔作為導電層，且經過嚴格的工藝處理，因此具有質量高、性能好的特點，被廣泛應用于電子行業。 而中國臺灣南亞同樣在市場上有不小的知名度，其提供的板料不僅具有良好的電氣性能、較高的強度和剛性，而且耐高溫、耐化學性能，能提高產品的可靠性和壽命。 針對8層板和更高層，嘉立創使用中國臺灣南亞和生益板料。其中，作為國內知名的覆銅板供應商，生益板料具有高標準、高品質、高性能、高可靠性的特點，行業認可度高，廣泛應用于工業控制、醫療儀表/器械、消費電子、汽車等電子產品中。 4.多層板的制造流程 如上圖多層板生產工藝流程所示，多層板的制造與單雙面PCB的制造相比則多了一個內層工序流程，關鍵的步驟就是內層的層疊壓合工藝的管控，這對于受控阻抗傳輸線的電氣性能至關重要。內層工序壓合完成之后，就來到了與制造單雙面板同樣的制造工序流程，直到最后的檢測工序。 多層板的生產工藝流程如果細化展開，通常需要約200個不同的加工步驟。因此，對PCB設計人員來說，熟悉基材的不同類型及性能、多層板的制造工藝以及焊接工藝非常重要。 通過組合不同規格的半固化片和覆銅層壓板（芯板），可以實現所有所需的厚度。對于多層板的疊層結構，需要注意各個層次結構必須對稱，并且具有相同的層厚。內層的銅應均勻分布在這些對稱層上。如果分布不均勻，加熱時熱應力不均衡會造成電路板產生翹曲。 而對多層板結構質量影響很大的因素之一是各個層之間的精確調整。這些層必須精確地重疊在一起，否則在通過鉆孔連接后，各層之間的電路可能出現開短路問題。通過機械對位孔進行精確調整，然后在層疊時使用定位銷來調整層疊。 為了確保內部層與半固化片之間有良好的粘合，必須對銅表面進行化學粗化處理，這種粗化處理稱為棕化。 在壓合多層印制電路板之前，對內部電路層進行檢查對于確保質量至關重要，在這個階段，如果檢查發現了連接或其他缺陷，仍然可以進行修復，檢查通常使用AOI（自動光學檢查）自動進行，AOI系統將蝕刻后的電路圖形與CAD數據進行直接的視覺比對。 上圖是6層剛性多層板的壓合制造示意圖，A1、A2、A3是半固化片，L2-L3、L4-L5是完成內層圖形的雙面覆銅層壓板，B1、B2是用于外層線路的銅箔。 常規的剛性多層板的壓合原理是將一定數量的雙面覆銅板進行組合（內層圖形已經完成并進行棕化以加強結合力），雙面覆銅板之間通過半固化片隔開，半固化片作為絕緣材料避免各個銅層的短路，同時半固化片在經過加熱之后，其中的樹脂會再次呈現融化狀態實現各個覆銅層壓板的粘結。最后，壓合后的各個層通過金屬化的孔連接起來。目前嘉立創的多層板制造工藝可以制造高達32層的多層板，足以覆蓋大多數的應用場景。 壓合的精確控制對于受控阻抗傳輸線的特性阻抗影響至關重要，在壓制過程中，隨著溫度的升高，半固化片中的環氧樹脂會重新融化，它通過流動填充導線之間的空隙，并將內層粘合在一起，樹脂的流膠特性會影響最終的信號層與參考層的距離，整個距離的變化對于阻抗的變化有著最大的影響。 如上圖所示，PCB的設計稿最終是拼板到一個大的工作面板上進行生產的，對于特性阻抗管控而言，整個大的面板在壓合時，樹脂流動的均勻性對于阻抗變化的影響也不容忽視，這時所采用的壓合設備的性能將至關重要。 設備是影響高多層品質的重要因素之一。為此，嘉立創采用業內一流的設備來生產高多層板，保證產品質量。 壓合機 嘉立創采用中國臺灣活全（Vigor）的最新一代全自動壓合機，更穩定，壓合質量更好。作為專業的PCB設備提供商，活全（Vigor）壓合機具有高精度、高可靠性和先進的控制系統，能滿足PCB高多層板的堆疊和壓合。 壓合完成之后，就來到了鉆孔工序，接著就是與單雙面板一致的工序流程，但，也稍微有些不一樣，比如嘉立創，他們家針對于高多層板的制造，還推出了可以免費享用的提高PCB質量的服務。 一個是提升了的沉金工藝，嘉立創6-32層電路板全部采用沉金工藝，且沉金厚度免費升級為2u"。沉金是業內一種相對昂貴的表面處理方法，它可以提供良好的電氣連接、防腐和焊接性能。沉金層可以提供平滑、均勻的金屬表面，有助于保持良好的信號傳輸和阻抗控制。并且，它可以確保焊接過程中金屬層的穩定性和耐久性，提供優異的耐腐蝕性能，延長PCB的使用壽命。 除沉金工藝外，嘉立創對6-32層板一律免費采用盤中孔工藝（樹脂塞孔+電鍍蓋帽）。對PCB的品質來說，過孔非常重要，因為它在電子設備中扮演著重要角色，支持了復雜電路的實現和功能的可靠性。因種種因素影響，過孔會慢慢被腐蝕，從而導致連接失效、信號衰減、短路和漏電以及可靠性問題，而盤中孔工藝則有效解決了這些問題。 采用沉金工藝、盤中孔工藝生產的PCB 總之，多層板的制造相對于單雙面板而言，不僅僅是多了一道內層工序這么簡單，也不是將PCB生產稿直接扔給PCB板廠就完事了，至少在PCB設計環節，我們就應該了解PCB板廠的工藝能力，在設計時就引入DFM面向可制造性設計，在真正實施布線之前，我們需要與PCB板廠進行溝通，確定所需板材和疊層結構，以滿足特定傳輸線結構的性能要求，并能以合理的成本和時間進行制造。 |
