PCB多层板 (PCB Multilayer Board)

PCB多层板 图

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PCB多层板是指用于电器产品中的多层线路板，它涉及的领域广泛，有家电、电脑周边、通讯、光电设备、仪器仪表、玩具、航天、军工、医疗产品、LED照明等行业。

印制板（PCB－Printed Circuit Board）也叫印制电路板、印刷电路板。PCB多层板，就是指两层以上的印制板，它是由几层绝缘基板上的连接导线和装配焊接电子元件用的焊盘组成，既具有导通各层线路，又具有相互间绝缘的作用。随着SMT（表面安装技术）的不断发展，以及新一代SMD（表面安装器件）的不断推出，如QFP、QFN、CSP、BGA（特别是MBGA），使电子产品更加智能化、小型化，因而推动了PCB工业技术的重大改革和进步。自1991年IBM公司首先成功开发出高密度多层板（SLC）以来，各国各大集团也相继开发出各种各样的高密度互连（HDI）微孔板。这些加工技术的迅猛发展，促使了PCB的设计已逐渐向多层、高密度布线的方向发展。多层印制板以其设计灵活、稳定可靠的电气性能和优越的经济性能，现已广泛应用于电子产品的生产制造中。

 目录 

1. PCB多层板的工艺流程

2. PCB多层板的布线方法

3. PCB多层板的保质

4. PCB多层板的参数

5. PCB多层板设计前的必要工作

6. PCB多层板设计的基本要求

7. PCB多层板外协加工要求

 1  PCB多层板的工艺流程

1. 已制作好图形的印制板：　

上板→酸性去油→扫描水洗→二级逆流水洗→微蚀→扫描水洗→二级逆流水洗→镀铜预浸→镀铜→扫描水洗→镀锡预浸→镀锡→二级逆流水洗→下板

2. PCB多层板详细工艺过程：

2.1镀锡预浸

2.1.1 镀锡预浸液的组成及操作条件

2.1.2 镀锡预浸槽的开缸方法

先加入半缸蒸馏水，再慢浸加入15L质量分数为98%的硫酸搅拌冷却后，加入1.5L Sulfotech Part A，搅拌均匀，加蒸馏水到300L搅拌均匀，即可使用。

2.1.3 镀锡预浸槽药液的维护与控制

每处理100m2板材需添加1L硫酸和100mLSulfotech Part A。每当槽液处理1500m2的板子后，更换槽液。

2.2 镀锡

2.2.1 镀锡液的组成及操作条件

2.2.2镀锡槽的开缸方法

先加入半缸蒸馏水，再慢慢加入98L质量分数为98%的硫酸搅拌冷却后，加入40kg Tin Salt 235 冷却至25°C，加入76 L Sulfotech Part A、15.2 L Solfotech Part B、30.4 LSTHAdditive Sulfolyt ，加蒸馏水至液位，循环(以1.5A/dm2电解2AH/L)。

2.2.3镀锡槽药液的维护与控制

工作前分析锡和硫酸。每处理100m2板材需添加11L硫酸、600 g Tin Salt 235、600 mLSulfotech Part A、800 mL Sulfotech Part B、750mL STH Additive Sulfolyt。自动添加系统按200AH添加56mL Sulfotech Part A。

溶液每周必须进行赫尔槽试验，观察调整Sulfotech Part A、Sulfotech Part B。

项目 范围 最佳值

Sn2+ 20-30 mL/L 24mL/L

W(H2SO4)为98% 160-185mL/L 175mL/L

酸锡添加剂 A（Sulfotech Part A) 30-60mL/L 40mL/L

酸锡添加剂 STH(STH Additive Sulfolyt) 30-80mL/L 40mL/L

酸锡添加剂 B（Sulfotech Part B) 15-25mL/L 20mL/L

操作温度 18-25°C 22°C

阴极电流密度 1.3-2.ASD 1.7ASD

 2  PCB多层板的布线方法

四层电路板布线方法：

一般而言，四层电路板可分为顶层、底层和两个中间层。顶层和底层走信号线， 中间层首先通过命令DESIGN/LAYER STACK MANAGER用ADD PLANE 添加INTERNAL PLANE1和INTERNAL PLANE2 分别作为用的最多的电源层如VCC和地层如GND（即连接上相应的网络标号。注意不要用ADD LAYER，这会增加MIDPLAYER，后者主要用作多层信号线放置），这样PLNNE1和PLANE2就是两层连接电源VCC和地GND的铜皮。 如果有多个电源如VCC2等或者地层如GND2等，先在PLANE1或者PLANE2中用较粗导线或者填充FILL（此时该导 线或FILL对应的铜皮不存在，对着光线可以明显看见该导线或者填充）划定该电源或者地的大致区域 （主要是为了后面PLACE/SPLIT PLANE命令的方便），然后用PLACE/SPLIT PLANE在INTERNAL PLANE1和 INTERNAL PLANE2相应区域中划定该区域（即VCC2铜皮和GND2铜片，在同一PLANE中此区域不存在VCC了） 的范围（注意同一个PLANE中不同网络表层尽量不要重叠。设SPLIT1和SPLIT2是在同一PLANE中重叠两块， 且SPLIT2在SPLIT1内部，制版时会根据SPLIT2的边框自动将两块分开(SPLIT1分布在SPLIT的外围)。 只要注意在重叠时与SPLIT1同一网络表的焊盘或者过孔不要在SPLIT2的区域中试图与SPLIT1相连就不会 出问题）。这时该区域上的过孔自动与该层对应的铜皮相连,DIP封装器件及接插件等穿过上下板的器件引脚会自动与该区域的PLANE让开。点击DESIGN/SPLIT PLANES可查看各SPLIT PLANES。

 3  PCB多层板的保质

PCB多层板的保质在IPC是有界定的，表面工艺是抗氧化的，未拆真空包装的，半年内使用完，拆了真空包装的在二十四小时内，并且是温湿度有控制的环境下，板在未拆包装下一年内使用用，拆开了在一周内小时内应贴完片，同样要控制温湿度，金板等同锡板，但控制过程较锡板严格。

 4  PCB多层板的参数

基材 / 厚度 : FR-4/1.2mm

尺寸 : 140mm*159mm

最小线宽 / 线距 : 6mil/6mil

最小孔径 : 0.4mm

表面处理 : 电镀金

文件格式 : gerber

类别 : 计算机用; 四层

基材 / 厚度 : FR-4/1.6mm

尺寸 : 294mm*200mm

最小线宽 / 线距 : 5mil/5mil

最小孔径 : 0.3mm

表面处理 : 喷锡 ( 热风整平 )

 5  PCB多层板设计前的必要工作

1. 认真校核原理图：任何一块印制板的设计，都离不开原理图。原理图的准确性，是印制板正确与否的前提依据。所以，在印制板设计之前，必须对原理图的信号完整性进行认真、反复的校核，保证器件相互间的正确连接。

2. 器件选型：元器件的选型，对印制板的设计来说，是一个十分重要的环节。同等功能、参数的器件，封装方式可能有不同。封装不一样，印制板上器件的焊孔（盘）就不一样。所以，在着手印制板设计之前，一定要确定各个元器件的封装形式。

多层板在器件选型方面，必须定位在表面安装元器件（SMD）的选择上，SMD以其小型化、高度集成化、高可靠性、安装自动化的优点而广泛应用于各类电子产品上。同时，在器件选用上，不仅要注意器件的特性参数应符合电路的需求，也要注意器件的供应，避免器件停产问题；同时应意识到：目前很多国产器件，如片状电阻、电容、连接器、电位器等的质量已逐渐达到进口器件的水平，且有货源充足、交货期短、价格便宜等优势。所以，在电路许可的条件下，应尽量考虑采用国产器件。

 6  PCB多层板设计的基本要求

板外形、尺寸、层数的确定

任何一块印制板，都存在着与其他结构件配合装配的问题，所以，印制板的外形与尺寸，必须以产品整机结构为依据。但从生产工艺角度考虑，应尽量简单，一般为长宽比不太悬殊的长方形，以利于装配，提高生产效率，降低劳动成本。

层数方面，必须根据电路性能的要求、板尺寸及线路的密集程度而定。对PCB多层板来说，以四层板、六层板的应用最为广泛，以四层板为例，就是两个导线层（元件面和焊接面）、一个电源层和一个地层。

多层板的各层应保持对称，而且最好是偶数铜层，即四、六、八层等。因为不对称的层压，板面容易产生翘曲，特别是对表面贴装的多层板，更应该引起注意。

元器件的位置及摆放方向

元器件的位置、摆放方向，首先应从电路原理方面考虑，迎合电路的走向。摆放的合理与否，将直接影响了该印制板的性能，特别是高频模拟电路，对器件的位置及摆放要求，显得更加严格。合理的放置元器件，在某种意义上，已经预示了该印制板设计的成功。所以，在着手编排印制板的版面、决定整体布局的时候，应该对电路原理进行详细的分析，先确定特殊元器件（如大规模IC、大功率管、信号源等）的位置，然后再安排其他元器件，尽量避免可能产生干扰的因素。

另一方面，应从印制板的整体结构来考虑，避免元器件的排列疏密不均，杂乱无章。这不仅影响了印制板的美观，同时也会给装配和维修工作带来很多不便。

导线布层、布线区的要求

一般情况下，PCB多层板布线是按电路功能进行，在外层布线时，要求在焊接面多布线，元器件面少布线，有利于印制板的维修和排故。细、密导线和易受干扰的信号线，通常是安排在内层。大面积的铜箔应比较均匀分布在内、外层，这将有助于减少板的翘曲度，也使电镀时在表面获得较均匀的镀层。为防止外形加工伤及印制导线和机械加工时造成层间短路，内外层布线区的导电图形离板缘的距离应大于50mil。

导线走向及线宽的要求

PCB多层板走线要把电源层、地层和信号层分开，减少电源、地、信号之间的干扰。相邻两层印制板的线条应尽量相互垂直或走斜线、曲线，不能走平行线，以减少基板的层间耦合和干扰。且导线应尽量走短线，特别是对小信号电路来讲，线越短，电阻越小，干扰越小。同一层上的信号线，改变方向时应避免锐角拐弯。导线的宽窄，应根据该电路对电流及阻抗的要求来确定，电源输入线应大些，信号线可相对小一些。对一般数字板来说，电源输入线线宽可采用50～80mil，信号线线宽可采用6～10mil。

布线时还应注意线条的宽度要尽量一致，避免导线突然变粗及突然变细，有利于阻抗的匹配。

钻孔大小与焊盘的要求

PCB多层板上的元器件钻孔大小与所选用的元器件引脚尺寸有关，钻孔过小，会影响器件的装插及上锡；钻孔过大，焊接时焊点不够饱满。一般来说，元件孔孔径及焊盘大小的计算方法为：

元件孔的孔径＝元件引脚直径（或对角线）+（10～30mil）

元件焊盘直径≥元件孔直径＋18mil

至于过孔孔径,主要由成品板的厚度决定,对于高密度多层板，一般应控制在板厚∶孔径≤5∶1的范围内。过孔焊盘的计算方法为:

过孔焊盘(VIA PAD)直径≥过孔直径＋12mil。

电源层、地层分区及花孔的要求：

对于PCB多层板来说，起码有一个电源层和一个地层。由于印制板上所有的电压都接在同一个电源层上，所以必须对电源层进行分区隔离，分区线的大小一般采用20～80mil的线宽为宜，电压超高，分区线越粗。

焊孔与电源层、地层连接处，为增加其可靠性，减少焊接过程中大面积金属吸热而产生虚焊，一般连接盘应设计成花孔形状

隔离焊盘的孔径≥钻孔孔径+20mil

安全间距的要求

安全间距的设定，应满足电气安全的要求。一般来说，外层导线的最小间距不得小于4mil，内层导线的最小间距不得小于4mil。在布线能排得下的情况下，间距应尽量取大值，以提高制板时的成品率及减少成品板故障的隐患。

提高整板抗干扰能力的要求

PCB多层板的设计，还必须注意整板的抗干扰能力，一般方法有：

a．在各IC的电源、地附近加上滤波电容，容量一般为473或104。

b．对于印制板上的敏感信号，应分别加上伴行屏蔽线，且信号源附近尽量少布线。

c．选择合理的接地点。

 7  PCB多层板外协加工要求

印制板的加工，一般都是外协加工，所以在外协加工提供图纸时，一定要准确无误，尽量说明清楚，应注意诸如材料的选型、压层的顺序、板厚、公差要求、加工工艺等等，都要说明清楚。在PCB导出GERBER时，导出数据建议采用RS274X格式，因为它有如下优点：CAM系统能自动录入数据，整个过程不须人工参与，可避免许多麻烦，同时能保持很好的一致性，减少出差率。

总之，PCB多层板的设计内容包含很广，在具体的设计过程中，还应注意其工艺性、可加工性。只有通过不断的实践和经验的积累，才能设计出高品质的产品。