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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)（吳川斌的博客） 高多層PCB能夠提供更多的走線層，讓電路設(shè)計(jì)更加復(fù)雜和密集，從而滿足高頻高速傳輸?shù)男枨蟆２⑶遥叨鄬覲CB還能實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)完整性和電磁兼容性。這對(duì)于5G通信、高性能計(jì)算、汽車電子等高端應(yīng)用領(lǐng)域來說尤為重要。因此，高多層PCB已成為PCB行業(yè)未來發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。對(duì)PCB設(shè)計(jì)工程師或者電子硬件設(shè)計(jì)工程師來說，了解高多層PCB相關(guān)的制造流程也是很有必要的。 高多層PCB不僅僅是層數(shù)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(chǎn)制造會(huì)還需關(guān)注層間連接、層間堆疊和對(duì)準(zhǔn)以及精確壓合控制等工藝的管控，PCB在設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮信號(hào)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(yōu)勢(shì)。 從工藝、設(shè)備、設(shè)計(jì)能力到質(zhì)量控制、協(xié)作能力，高多層板對(duì)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(guān)于高多層PCB制造的關(guān)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(guān)的制造信息。PCB制造所需的信息和常見數(shù)據(jù)格式包括以下內(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖、層間介質(zhì)厚度、阻抗管控要求、塞孔要求等）。同時(shí)Gerber文件還要能方便PCB板廠的工藝工程師識(shí)別各個(gè)Gerber文件對(duì)應(yīng)的層信息，所以推薦按一定的命名約定對(duì)Gerber文件進(jìn)行命名，比如嘉立創(chuàng)給出的這個(gè)命名規(guī)范是個(gè)不錯(cuò)的參考： 鉆孔文件 鉆孔文件包含所有鉆孔坐標(biāo)和直徑數(shù)據(jù)，常用的文件格式是Excellon格式。 網(wǎng)表數(shù)據(jù) IPC定義了兼容格式IPC-356，提供了生成網(wǎng)表和電氣性能測(cè)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(duì)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(jié)構(gòu) • 有關(guān)基材的精確信息 • 高頻高速板材還需提供基材制造商及產(chǎn)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(duì)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(zhǔn)備。在產(chǎn)品制造或加工前，適當(dāng)?shù)那捌诜治隹梢怨?jié)省時(shí)間和材料。PCB板廠的責(zé)任是確定它的工藝能力能否滿足給定的產(chǎn)品。 PCB 板廠會(huì)根據(jù)其制造工藝調(diào)整PCB設(shè)計(jì)的布線信息，比如過孔鉆直徑補(bǔ)償或者走線蝕刻補(bǔ)償?shù)龋康氖翘岣逷CB可制造性，有些關(guān)鍵的修改板廠也會(huì)與PCB Layout進(jìn)行溝通確認(rèn)，當(dāng)然，較為理想的情況是，在PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行過程就考慮了DFM可制造性并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，這樣會(huì)節(jié)省許多后期與PCB板廠溝通確認(rèn)的時(shí)間。 如果是在嘉立創(chuàng)打板，他們家還提供了一項(xiàng)“確認(rèn)生產(chǎn)稿”的個(gè)性化服務(wù)可供選擇，只要咱們仔細(xì)檢查確認(rèn)，便能發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)上存在的問題，當(dāng)然也能發(fā)現(xiàn)嘉立創(chuàng)工程師處理過程中的一些錯(cuò)誤。如果是嘉立創(chuàng)的問題，別忘了找工程人員退回確認(rèn)生產(chǎn)稿的費(fèi)用。 3.材料準(zhǔn)備 制造單雙面電路板會(huì)直接采用符合最終成品厚度要求的覆銅板進(jìn)行制造，多層電路板則有所不同。多層電路板在電路板結(jié)構(gòu)中有多個(gè)銅層，因此需要特殊的基材來制造。創(chuàng)建多層電路板需要使用半固化片（PP）和相對(duì)較薄的覆銅層壓板（Core 芯板）進(jìn)行組合壓合固化后形成最終的厚度。層壓結(jié)構(gòu)取決于電氣參數(shù)，由PCB設(shè)計(jì)師與電路板制造商協(xié)商確定，并在進(jìn)行PCB Layout之前做好提前規(guī)劃，以滿足特定阻抗的線寬/線距要求。 由于層壓結(jié)構(gòu)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(gè)指定的玻璃纖維編織類型組成，并帶有一個(gè)編號(hào)，例如1080、2116、3313或7628。下圖給出了這種類型的標(biāo)識(shí)： 多層電路板的第二個(gè)組成部分是相對(duì)薄一些的覆銅層壓板（相對(duì)用于制造單雙面PCB的覆銅板而言），也稱為芯板。它是一種經(jīng)過完全固化的基材，一面或兩面覆蓋著銅箔。當(dāng)然，也有不含銅的，稱為光板。 芯板其實(shí)也是由半固化片以及銅箔進(jìn)行壓合而成的，由基材供應(yīng)商制造完成，基材供應(yīng)商會(huì)根據(jù)IPC-4101規(guī)范結(jié)合市場(chǎng)需求，選用不同的編織風(fēng)格的玻纖布和樹脂含量的半固化片，配上指定規(guī)格的銅箔，壓合后生成不同規(guī)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(guī)格有許多種，每家PCB板廠的基材儲(chǔ)備情況也各不相同，如果PCB疊層設(shè)計(jì)需要使用到特殊規(guī)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(yōu)良的PCB。板材在PCB制造過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，對(duì)PCB的性能和可靠性產(chǎn)生著重要影響，包括電氣性能、熱性能、機(jī)械強(qiáng)度、加工性能和環(huán)境適應(yīng)性。 在板材方面，嘉立創(chuàng)采用大廠原材料。針對(duì)4層板和6層板，嘉立創(chuàng)使用KB和中國(guó)臺(tái)灣南亞板材，品質(zhì)高，有保障。KB板料使用高質(zhì)量的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂（FR-4）作為基材，用高純度的銅箔作為導(dǎo)電層，且經(jīng)過嚴(yán)格的工藝處理，因此具有質(zhì)量高、性能好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。 而中國(guó)臺(tái)灣南亞同樣在市場(chǎng)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(qiáng)度和剛性，而且耐高溫、耐化學(xué)性能，能提高產(chǎn)品的可靠性和壽命。 針對(duì)8層板和更高層，嘉立創(chuàng)使用中國(guó)臺(tái)灣南亞和生益板料。其中，作為國(guó)內(nèi)知名的覆銅板供應(yīng)商，生益板料具有高標(biāo)準(zhǔn)、高品質(zhì)、高性能、高可靠性的特點(diǎn)，行業(yè)認(rèn)可度高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)療儀表/器械、消費(fèi)電子、汽車等電子產(chǎn)品中。 4.多層板的制造流程 如上圖多層板生產(chǎn)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(gè)內(nèi)層工序流程，關(guān)鍵的步驟就是內(nèi)層的層疊壓合工藝的管控，這對(duì)于受控阻抗傳輸線的電氣性能至關(guān)重要。內(nèi)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(cè)工序。 多層板的生產(chǎn)工藝流程如果細(xì)化展開，通常需要約200個(gè)不同的加工步驟。因此，對(duì)PCB設(shè)計(jì)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(guī)格的半固化片和覆銅層壓板（芯板），可以實(shí)現(xiàn)所有所需的厚度。對(duì)于多層板的疊層結(jié)構(gòu)，需要注意各個(gè)層次結(jié)構(gòu)必須對(duì)稱，并且具有相同的層厚。內(nèi)層的銅應(yīng)均勻分布在這些對(duì)稱層上。如果分布不均勻，加熱時(shí)熱應(yīng)力不均衡會(huì)造成電路板產(chǎn)生翹曲。 而對(duì)多層板結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響很大的因素之一是各個(gè)層之間的精確調(diào)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(xiàn)開短路問題。通過機(jī)械對(duì)位孔進(jìn)行精確調(diào)整，然后在層疊時(shí)使用定位銷來調(diào)整層疊。 為了確保內(nèi)部層與半固化片之間有良好的粘合，必須對(duì)銅表面進(jìn)行化學(xué)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(duì)內(nèi)部電路層進(jìn)行檢查對(duì)于確保質(zhì)量至關(guān)重要，在這個(gè)階段，如果檢查發(fā)現(xiàn)了連接或其他缺陷，仍然可以進(jìn)行修復(fù)，檢查通常使用AOI（自動(dòng)光學(xué)檢查）自動(dòng)進(jìn)行，AOI系統(tǒng)將蝕刻后的電路圖形與CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的視覺比對(duì)。 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(nèi)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(guī)的剛性多層板的壓合原理是將一定數(shù)量的雙面覆銅板進(jìn)行組合（內(nèi)層圖形已經(jīng)完成并進(jìn)行棕化以加強(qiáng)結(jié)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(gè)銅層的短路，同時(shí)半固化片在經(jīng)過加熱之后，其中的樹脂會(huì)再次呈現(xiàn)融化狀態(tài)實(shí)現(xiàn)各個(gè)覆銅層壓板的粘結(jié)。最后，壓合后的各個(gè)層通過金屬化的孔連接起來。目前嘉立創(chuàng)的多層板制造工藝可以制造高達(dá)32層的多層板，足以覆蓋大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。 壓合的精確控制對(duì)于受控阻抗傳輸線的特性阻抗影響至關(guān)重要，在壓制過程中，隨著溫度的升高，半固化片中的環(huán)氧樹脂會(huì)重新融化，它通過流動(dòng)填充導(dǎo)線之間的空隙，并將內(nèi)層粘合在一起，樹脂的流膠特性會(huì)影響最終的信號(hào)層與參考層的距離，整個(gè)距離的變化對(duì)于阻抗的變化有著最大的影響。 如上圖所示，PCB的設(shè)計(jì)稿最終是拼板到一個(gè)大的工作面板上進(jìn)行生產(chǎn)的，對(duì)于特性阻抗管控而言，整個(gè)大的面板在壓合時(shí)，樹脂流動(dòng)的均勻性對(duì)于阻抗變化的影響也不容忽視，這時(shí)所采用的壓合設(shè)備的性能將至關(guān)重要。 設(shè)備是影響高多層品質(zhì)的重要因素之一。為此，嘉立創(chuàng)采用業(yè)內(nèi)一流的設(shè)備來生產(chǎn)高多層板，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 壓合機(jī) 嘉立創(chuàng)采用中國(guó)臺(tái)灣活全（Vigor）的最新一代全自動(dòng)壓合機(jī)，更穩(wěn)定，壓合質(zhì)量更好。作為專業(yè)的PCB設(shè)備提供商，活全（Vigor）壓合機(jī)具有高精度、高可靠性和先進(jìn)的控制系統(tǒng)，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(chuàng)，他們家針對(duì)于高多層板的制造，還推出了可以免費(fèi)享用的提高PCB質(zhì)量的服務(wù)。 一個(gè)是提升了的沉金工藝，嘉立創(chuàng)6-32層電路板全部采用沉金工藝，且沉金厚度免費(fèi)升級(jí)為2u"。沉金是業(yè)內(nèi)一種相對(duì)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(hào)傳輸和阻抗控制。并且，它可以確保焊接過程中金屬層的穩(wěn)定性和耐久性，提供優(yōu)異的耐腐蝕性能，延長(zhǎng)PCB的使用壽命。 除沉金工藝外，嘉立創(chuàng)對(duì)6-32層板一律免費(fèi)采用盤中孔工藝（樹脂塞孔+電鍍蓋帽）。對(duì)PCB的品質(zhì)來說，過孔非常重要，因?yàn)樗陔娮釉O(shè)備中扮演著重要角色，支持了復(fù)雜電路的實(shí)現(xiàn)和功能的可靠性。因種種因素影響，過孔會(huì)慢慢被腐蝕，從而導(dǎo)致連接失效、信號(hào)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(chǎn)的PCB 總之，多層板的制造相對(duì)于單雙面板而言，不僅僅是多了一道內(nèi)層工序這么簡(jiǎn)單，也不是將PCB生產(chǎn)稿直接扔給PCB板廠就完事了，至少在PCB設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，我們就應(yīng)該了解PCB板廠的工藝能力，在設(shè)計(jì)時(shí)就引入DFM面向可制造性設(shè)計(jì)，在真正實(shí)施布線之前，我們需要與PCB板廠進(jìn)行溝通，確定所需板材和疊層結(jié)構(gòu)，以滿足特定傳輸線結(jié)構(gòu)的性能要求，并能以合理的成本和時(shí)間進(jìn)行制造。 |
