PCB 层堆叠能力

印刷电路板 (PCB) 变得越来越复杂，更多的功能和电路可以集成到一块板上。单层 PCB 本身变得越来越复杂，但 PCB 布局需要在紧凑的空间内提供更多功能。因此，许多制造商正在转向多层 PCB 叠层。那么什么是PCB叠层？它是如何工作的，您的应用程序是否需要它？以下是有关 PCB 叠层的一些要点，可帮助您做出明智的决定。

PCB 层堆叠的目的

PCB叠层是指构成PCB的铜层和绝缘层的排列。这些层的排列方式可以在同一设备上获得多个印刷电路板。最基本的多层 PCB 由至少三个导电层组成。底层与绝缘板合成，每一层电路板与下一层相连。

虽然 PCB 分层创建了更复杂且节省空间的电路板，但 PCB 叠层还具有以下优势：

最大化功能： 多层 PCB 可以使设备的速度和功能成倍增加，从而打造出功能更强大的电路板。
最小化漏洞： 层堆叠有助于保护内部层免受外部噪音的影响，使其不易受到破坏性外力的影响。
减少辐射： 精心设计的 PCB 层堆栈可以帮助您最大限度地减少设备的辐射，尤其是在高速布局中。然而，重要的是要注意，阻抗不匹配的不良设计很容易导致比普通 PCB 更大的 EMI 辐射。
降低成本： 良好的 PCB 叠层还可以通过将多个电路放置在一块板上来帮助实现低成本制造。一块电路板意味着简化电路板制造、电路板将用于的部件以及完整设置的包装。

除了这些好处之外，PCB 叠层还可以减少阻抗失配和信号串扰问题。所有这些优点都使得制作 PCB 叠层非常受欢迎。

创建多层 PCB 堆栈时的目标

多层 PCB 堆栈经过精心设计，以满足某些设计需求。多层PCB应达到的最基本目标包括：

接地层和电源层尽可能紧密地耦合在一起。
信号层总是与平面相邻。
信号层与其平面尽可能紧密地耦合。
高速信号通过平面之间的掩埋层路由以包含辐射。
包含多个接地层以降低阻抗和辐射。

虽然您应该尽可能多地实现这些目标，但重要的是要注意并非每个 PCB 堆栈都能满足所有这些目标——事实上，只有 8 层板可以满足所有五个目标。您应该与您的 PCB 工程团队密切合作，以确定哪些目标是您的 PCB 叠层的最高优先级。

创建多层 PCB 堆栈时要考虑的其他因素

除了上述目标之外，在开发多层 PCB 堆栈时还需要考虑其他设计因素。需要解决的一些基本问题包括：

层间偏移： 创建多层 PCB 堆栈时，层很容易偏移。为防止这种情况发生，请在板侧设计中使用热熔和铆钉销钉方法。
叠层麻疹： 在堆叠电路板时，常见的脱层现象很常见。为防止出现这种情况，请在将电路板排列在一起时添加带有环氧树脂板的焊盘。这些垫子将有助于平衡压力以消除麻疹。
核心材料： 单层 PCB 可以用标准基板材料或铝芯制成。但是，需要注意的是，铝芯 PCB 不适用于多层堆叠，因为多层铝 PCB 极难制造。
材料一致性： 多层 PCB 的芯材和预浸料应使用相同的制造商材料。使用不同制造商的材料可能会导致层压过程中出现问题。
弓和扭： 如果铜在多层叠层中分布不均匀，则可能会出现弯曲和扭曲问题。因此，PCB 设计人员应对称设计所有多层 PCB — 叠层铜重量、预浸料厚度和核心厚度应对称。

除了这些因素之外，密切监测和设计 PCB 排放至关重要。请务必优化设计以最大限度地减少排放并避免设计中可能导致回流的常见问题。

PCB 叠层的常见类型

既然您已经了解了 PCB 多层堆叠中需要注意的设计基础知识，那么了解可用的堆叠类型以及如何根据您的需要选择正确的堆叠设计非常重要。 PCB叠层有五种类型——2层、4层、6层、8层和10层。需要多少层主要取决于电路的大小、板子的大小和板子的EMC要求。从那里，您可以确定电路板的布局。

下面更详细地描述了每种类型的板，以及它们经常使用的条件。

2 层

通常称为双面 PCB，2 层 PCB 可能是最常见的多层 PCB 类型，因为它们可以容纳两侧的互连。这些PCB由三层材料层组成，其中两层是功能性的：

信号层： 该顶层由厚度约为 0.0014（1 盎司）英寸至 0.0021 英寸（2 盎司）的铜组成。
层压芯： 层压芯将顶部和底部铜层分开，使它们保持隔离。过孔在电路板的两侧之间建立连接。
底层： 第二层铜与信号层相似，厚度约为 0.0014 英寸（1 盎司）至 0.0021 英寸（2 盎司）。

这些 PCB 价格便宜且相对容易生产，这就是为什么它们通常比更昂贵的 4 层、6 层、8 层和 10 层及以上设计更受青睐。由于没有传播延迟，它们的功能也很强大，并且与其他叠层选项相比，它们往往具有更少的潜在设计问题。

4 层

在 PCB 叠层方面，4 层 PCB 是多层板中第二常见的选择。这些 PCB 有四层来路由电信号。这些层被夹在一起，顶层和底层在外面，两个内层包含在它们之间。顶层和底层是放置组件和布线的地方。然而，内层无法进行外部连接，因此它们通常用作电源层或用于信号路由，这有助于提高走线信号的质量并减少 EMI 辐射。不建议做内层信号层——如果需要四层信号层，建议看6层板。

两个内层用芯层相互隔开，顶层和底层通过预浸料与内层隔开。这会产生如下所示的层堆叠：

顶层
预浸料
内层 1
核心
内层 2
预浸料
底层

虽然原型和生产比 2 层 PCB 更昂贵，但 4 层 PCB 提供了更大的整体功能。通过周到的设计，它们还可以提供出色的信号完整性和 EMC 能力。

6 层

6 层 PCB 在功能上是具有两个附加信号层的 4 层 PCB。总共 6 层堆叠包括四个布线层——两个内部和两个外部——以及两个用于接地和电源的内部平面。总体来说，图层排列如下：

顶层
预浸料
地平面
核心
路线层
预浸料
路线层
核心
电源平面
预浸料
底层

上述设计是最常见的，因为它平衡了高速信号与 EMI 控制。该设计通过两个埋层传输高速信号，同时通过表层传输低速信号来实现这一点。

但是，这种设计并非对所有应用程序都有效。例如，高速设计使接地层和电源层彼此相邻。另一方面，为低 EMI 辐射而设计的设计有额外的接地层来帮助屏蔽。如果您想知道哪种设计变体最适合您的应用，请始终与您的 PCB 设计师和供应商密切合作，以确定最佳选择。

8 层

8 层 PCB 叠层提供了比 6 层板更多的选择，它通过增加两层来实现布线或性能。它也是上市的第一块可以实现多层 PCB 设计所有五个目标的板。

典型的 8 层 PCB 叠层在中心具有电源层和接地层，在层间提供良好的电容，并在第二层和第三层信号层之间进行分离，以保护信号完整性。这导致了一个常见的 8 层 PCB 叠层，如下所示：

信号层 1
预浸料
地平面
核心
信号层 2
预浸料
电源平面
核心
地平面
预浸料
信号层 3
核心
电源平面
预浸料
信号层 4

这些 PCB 的信号平面不超过四个——这些 PCB 没有增加信号平面，而是具有更多的接地平面和电源平面，以优化 EMC 性能。虽然考虑到在 6 层 PCB 上制造 8 层的额外成本，这似乎不太理想，但选择此选项是有充分理由的。虽然 8 层 PCB 比 2 层、4 层和 6 层选项更贵，但 8 层板相对于 6 层板的成本增加百分比小于 6 层板成本增加的百分比层板在 4 层板上。较小的增加更容易证明成本增加是为了改善排放性能。

10 层

如果您的设计需要六个布线层，那么您应该考虑使用 10 层板。一个 10 层 PCB 堆栈具有六个信号层和四个平面，信号平面和返回平面之间具有紧密耦合。典型的 10 层设计排列如下：

信号层 1
地平面
信号层 2
信号层 3
电源平面
地平面
信号层 4
信号层 5
电源平面
信号层 6

对于这种安排，高速信号通常在内部信号层上布线。当堆叠和布线适当时，这种设置可以提供出色的信号完整性和出色的 EMC 性能。不建议用额外的信号层替换任何接地层或电源层，因为这会导致性能下降。

MCL 是您优质多层 PCB 的来源

如果您需要在 PCB 上增加功能，多层 PCB 叠层是一个很好的选择。虽然制造成本和设计需求随着每一层的增加而增加，但功能和 EMC 改进的权衡很容易值得付出代价，尤其是在世界变得越来越紧凑的情况下。但是，无论您需要多少层，您还需要经验丰富的 PCB 供应商。千禧电路可以提供帮助。

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