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硬件知识普及2:PCB印制电路板叠层(stack-up)介绍

作者:硬件设计知识分享

PCB叠层结构对于电子硬件工程师来说,再熟悉不过了。你真正了解PCB 叠层结构吗,几层几阶的定义你了解吗?是不是存在很多定义模糊地方呢?

先来看下面2张图,图1展示了一个PCB印制电路板设计的叠构立体图。我们都知道,PCB硬板是多层结构,由Core芯板,PP(prepreg)和copper foil 铜皮多层压制而成。看上去就如同高楼大厦一般,系统复杂但是规整。

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图1 PCB 叠构立体图

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图2 PCB 叠构平面图

PCB每一层铜皮之间的线路联通,是由诸多的孔来连接的。这些孔有不同的尺寸,也有不同的工艺,一般分为机械钻孔和激光孔两种。这个孔一般用英文via过孔来表示,via有不同的尺寸,会镀铜实现导通功能。

最通常的孔为通孔,是机械钻孔,比如一个两层板,从顶面到底面直接打通,连接上下两层,过孔的孔径最小为0.15mm,常用为0.2mm。 又或者一个4层板,从顶面到底面一个通孔,联通4层线路。

下面我们开始画重点,这点特别重要,跟国外客户工程师沟通时,都会用到。国内我们称PCB 叠层工艺,一般会说几层几阶板,但是国外工程师听不懂阶是什么意思。这就用到了下面的知识了。

1+N+1 一阶板

比如4层板,一般写作1+2+1,两头的1表示打1次激光孔,2表示中间的层数。

比如6层板,我们会协作1+4+1, 1次激光孔。

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2+N+2 二阶板

二阶板,就会写作2+N+2,6层2阶写作2+2+2, 8层2阶写作2+4+2。而二阶板,又有2种形式的激光孔,staggered via 和 stacked via,既错位打孔和叠孔。前者意思是相邻的孔必须是错位的,同一个位置不能重叠打孔。而叠孔正好是可以同一个位置打孔。例如6层板,从L1-L3 线路连通,叠孔就是在同一个位置上L1-L2 一个via,L2-L3 一个via,这两个孔的位置相同,叠加就能实现L1-L3的导通。现实中,一般会选择叠孔方式。

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错位打孔

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叠孔

3+N+3 三阶板

同理,8层三阶写作3+2+3,10层写作3+4+3

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三阶板

任意阶板

任意打孔好理解,任意两层之间都能够用激光孔连通,一般HDI板都是任意层打孔,例如手机板等。任意阶在设计PCB 布线时,比较友好,但是工艺复杂,带来的是成本上升。

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任意阶

总结,如何选择合适的PCB 叠层结构,需要根据具体的电路板尺寸,电路复杂程度以及芯片和电路器件密度情况来决定。在保证电路性能的情况下,尽量减少PCB 层数和阶数,有助于成本下降。

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