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硬體知識普及2:PCB印制電路闆疊層(stack-up)介紹

作者:硬體設計知識分享

PCB疊層結構對于電子硬體工程師來說,再熟悉不過了。你真正了解PCB 疊層結構嗎,幾層幾階的定義你了解嗎?是不是存在很多定義模糊地方呢?

先來看下面2張圖,圖1展示了一個PCB印制電路闆設計的疊構立體圖。我們都知道,PCB硬闆是多層結構,由Core芯闆,PP(prepreg)和copper foil 銅皮多層壓制而成。看上去就如同高樓大廈一般,系統複雜但是規整。

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圖1 PCB 疊構立體圖

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圖2 PCB 疊構平面圖

PCB每一層銅皮之間的線路聯通,是由諸多的孔來連接配接的。這些孔有不同的尺寸,也有不同的工藝,一般分為機械鑽孔和雷射孔兩種。這個孔一般用英文via過孔來表示,via有不同的尺寸,會鍍銅實作導通功能。

最通常的孔為通孔,是機械鑽孔,比如一個兩層闆,從頂面到底面直接打通,連接配接上下兩層,過孔的孔徑最小為0.15mm,常用為0.2mm。 又或者一個4層闆,從頂面到底面一個通孔,聯通4層線路。

下面我們開始畫重點,這點特别重要,跟國外客戶工程師溝通時,都會用到。國内我們稱PCB 疊層工藝,一般會說幾層幾階闆,但是國外工程師聽不懂階是什麼意思。這就用到了下面的知識了。

1+N+1 一階闆

比如4層闆,一般寫作1+2+1,兩頭的1表示打1次雷射孔,2表示中間的層數。

比如6層闆,我們會協作1+4+1, 1次雷射孔。

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2+N+2 二階闆

二階闆,就會寫作2+N+2,6層2階寫作2+2+2, 8層2階寫作2+4+2。而二階闆,又有2種形式的雷射孔,staggered via 和 stacked via,既錯位打孔和疊孔。前者意思是相鄰的孔必須是錯位的,同一個位置不能重疊打孔。而疊孔正好是可以同一個位置打孔。例如6層闆,從L1-L3 線路連通,疊孔就是在同一個位置上L1-L2 一個via,L2-L3 一個via,這兩個孔的位置相同,疊加就能實作L1-L3的導通。現實中,一般會選擇疊孔方式。

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錯位打孔

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疊孔

3+N+3 三階闆

同理,8層三階寫作3+2+3,10層寫作3+4+3

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三階闆

任意階闆

任意打孔好了解,任意兩層之間都能夠用雷射孔連通,一般HDI闆都是任意層打孔,例如手機闆等。任意階在設計PCB 布線時,比較友好,但是工藝複雜,帶來的是成本上升。

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任意階

總結,如何選擇合适的PCB 疊層結構,需要根據具體的電路闆尺寸,電路複雜程度以及晶片和電路器件密度情況來決定。在保證電路性能的情況下,盡量減少PCB 層數和階數,有助于成本下降。

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