想挑战下高多层板吗？

硬件工程师炼成之路 2024-05-16 08:01

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在工作中，硬件工程师设计得最多的应该是2层板和4层板，提到多层板，兄弟们想必脑子里面想到的是这几个词：高端，复杂，贵，周期长。

咱们作为搞技术的，应该都想挑战下高多层板，不过大多数情况下，可能身不由己，如果公司的产品原本就没有高多层板的需求，那我们自然很难有练手的机会。

好在随着数字化不断深入各个行业和领域，高多层已成为PCB行业未来发展的重要趋势之一，咱们的机会是越来越多。

今天呢，就先给兄弟们简单介绍下，高多层板为什么贵。

简单说，就是高多层板制造难度高。相比单层、双层板，高多层的生产制造会面临层间连接、层间堆叠和对准、信号完整性和电磁干扰以及热管理等难点。以层间连接为例，其制造需要准确的孔位和孔径控制，以及良好的层间绝缘性能，这涉及到精密的钻孔和电镀工艺，对制造精度要求非常高。

制造难度高，那到底有多高呢？

首先，我们来看张图。

上图是多层板生产工艺流程所示，多层板的制造与单双面PCB的制造相比则多了一个内层工序流程，关键的步骤就是内层的层叠压合工艺的管控，这对于受控阻抗传输线的电气性能至关重要。内层工序压合完成之后，就来到了与制造单双面板同样的制造工序流程，直到最后的检测工序。

多层板的生产工艺流程如果细化展开，通常需要约200个不同的加工步骤。因此，对PCB设计人员来说，熟悉基材的不同类型及性能、多层板的制造工艺以及焊接工艺非常重要。通过组合不同规格的半固化片和覆铜层压板（芯板），可以实现所有所需的厚度。对于多层板的叠层结构，需要注意各个层次结构必须对称，并且具有相同的层厚。内层的铜应均匀分布在这些对称层上。如果分布不均匀，加热时热应力不均衡会造成电路板产生翘曲。

而对多层板结构质量影响很大的因素之一是各个层之间的精确调整。这些层必须精确地重叠在一起，否则在通过钻孔连接后，各层之间的电路可能出现开短路问题。通过机械对位孔进行精确调整，然后在层叠时使用定位销来调整层叠。为了确保内部层与半固化片之间有良好的粘合，必须对铜表面进行化学粗化处理，这种粗化处理称为棕化。在压合多层印制电路板之前，对内部电路层进行检查对于确保质量至关重要，在这个阶段，如果检查发现了连接或其他缺陷，仍然可以进行修复，检查通常使用AOI（自动光学检查）自动进行，AOI系统将蚀刻后的电路图形与CAD数据进行直接的视觉比对。

上图是6层刚性多层板的压合制造示意图，A1、A2、A3是半固化片，L2-L3、L4-L5是完成内层图形的双面覆铜层压板，B1、B2是用于外层线路的铜箔。

常规的刚性多层板的压合原理是将一定数量的双面覆铜板进行组合（内层图形已经完成并进行棕化以加强结合力），双面覆铜板之间通过半固化片隔开，半固化片作为绝缘材料避免各个铜层的短路，同时半固化片在经过加热之后，其中的树脂会再次呈现融化状态实现各个覆铜层压板的粘结。最后，压合后的各个层通过金属化的孔连接起来。目前嘉立创的多层板制造工艺可以制造高达32层的多层板，足以覆盖大多数的应用场景。

压合的精确控制对于受控阻抗传输线的特性阻抗影响至关重要，在压制过程中，随着温度的升高，半固化片中的环氧树脂会重新融化，它通过流动填充导线之间的空隙，并将内层粘合在一起，树脂的流胶特性会影响最终的信号层与参考层的距离，信号层与其参考层的距离变化对于阻抗的变化有着最大的影响。