PCB 層數：您需要了解的一切

PCB 層數：您需要了解的一切

印刷电路板（PCB）是现代电子设备的核心组件，其复杂性随着技术进步而不断提高。了解PCB的层结构对于电子设计和制造至关重要，本文将为您详细介绍PCB层的定义、组成、类型以及常见的堆叠方法。

什麼是PCB層？

PCB层是印刷电路板内的一个层级或平面，其中各种电气元件已安装并连接。这些层由导电材料（通常是铜）组成，并由绝缘材料（电介质）分隔以防止短路。PCB的复杂性和效能通常取决于这些层的数量和配置。

PCB各層的組成

PCB层由三个主要组成部分：

• 基材：这是为PCB提供实体支撑的基础层。由类似材料制成FR-4或者聚酰亚胺，基材不导电，提供结构稳定性和层间电绝缘。
• 电介质：位于基板和导电层之间或单个导电层之间多层PCB，介电材料是电绝缘体。它确保受控阻抗并防止电气短路，以最小的损耗支持一致的信号传播。
• 导电层：这些层由铜制成，形成PCB内的电气连接，包括走线、焊盘和电源和接地平面。导电层对于PCB元件上的电信号流动和功率分配至关重要。

PCB層的類型

除了主要导电层、介电层和基板层之外，PCB还具有多个专用的层，旨在促进制造、组装和功能。以下是PCB层的主要类型：

機械層

机械层提供PCB的物理细节和尺寸，包括轮廓、切口和安装孔。这些层确保电路板精确地安装在其指定的外壳内，并与其它机械组件正确对齐。它们不涉及电气设计，但对将PCB物理整合到更广泛的系统中至关重要。

禁止層

禁止层定义了PCB上没有电气元件、走线或过孔的区域。这些层可防止干扰，确保连接器或机械部件的间隙，并保持高压或高频率组件与敏感电路之间的安全距离。

路由層

布线或信号层包含互连组件、形成电路的铜走线。这些层在组件之间传输电信号，其数量可能有所不同，从简单PCB中的一层到复杂多层板中的许多层。高效布线对于最大限度地减少信号损失、避免干扰并确保PCB按预期功能至关重要。

接地層和電源層

接地层是专用层，为电气组件提供公共接地点，有助于减少噪声和干扰。电源层将电源分配给PCB上的各个组件。这些平面可以通过提供稳定的参考电压并减少信号和电源的环路面积来提高信号完整性和电磁兼容性。

分割平面

分割平面是经过修改的电源或接地层，分为多个部分，以支持单层上的多个电压。这种布置可以容纳电路中在不同电压水平下工作的不同部分，同时保持各部分之间的电气隔离，从而有效利用PCB空间。

覆蓋層/絲網印刷層

覆盖或丝网印刷层包含印刷在PCB表面上的文字和符号，用于识别和组装指导。这包括组件标签、极性标记和其他有助于手动或自动组装和测试的说明。丝网印刷通常应用于PCB的顶层，有时也应用于底层。

阻焊層

阻焊层被应用在铜走线和通孔上，仅暴露将要焊接组件的焊盘。这层有多重用途：它可以防止铜氧化，降低在紧密间隔的焊盘之间形成焊桥的风险，并提供防止物理和化学损坏的保护层。

焊膏層

焊膏层在组装过程中用于指示焊膏应涂在PCB上的位置。这些层对于表面贴装技术（SMT）组装，在放置元件并进行回流焊接之前，指导将焊膏精确定位在元件焊盘上。

了解每一层的作用对于有效的PCB布局至关重要。

常见的PCB層堆疊方法

PCB层堆叠是PCB内各层的排列。有效的堆叠对于最大限度地提高PCB性能同时最大限度地减少EMI等问题至关重要。标准堆叠方法包括：

標準疊層

标准堆叠是许多人的首选PCB设计，提供一种平衡的方法来满足电气性能要求，同时控制成本。这些堆叠的特点是层排列简单，通常包含偶数层以保持PCB平衡并防止翘曲。一个典型的例子是4层堆叠，从上到下包括：

• 顶层信号层：这是大多数组件放置和互连的地方。
• 接地层：接地层位于顶层下方，是电信号的参考点，可减少噪声和干扰。
• 电源层：此层将电源分配给组件。在某些设计中，如果空间有限，它还可以承载信号。
• 底层信号层：用于顶层无法容纳的额外布线。

高速堆疊

对于高频工作的电路，必须特别注意堆叠设计，以最大限度地减少信号完整性问题，例如串扰和电磁干扰（EMI）。8层高速堆叠可能如下所示：

• 信号
• 地面
• 信号
• 力量
• 地面
• 信号
• 地面
• 信号

这种安排通过将信号层夹在接地层之间来提供极佳的信号完整性，电源层放置在靠近中心的位置，以确保电源和信号电流的返回路径较短。

HDI（高密度互连器）堆疊

HDI叠层专为必须将高密度元件封装到小面积内的PCB而设计。这些板通常使用微孔、埋孔和盲孔来增加组件和布线的可用空间。HDI叠层可能从基本的4层结构开始，但根据需要添加额外的层以适应电路的复杂性，并使用多种通孔类型来有效连接不同的层。

柔性和剛柔疊層

柔性（Flexible）和刚柔结合板（Rigid-Flex）将柔性材料和刚性材料结合，使PCB能够弯曲或折叠。这在空间有限或PCB必须符合特定形状的应用中特别有用。刚性区域可能遵循更标准的多层堆叠，而柔性部分则设计为较少的层数以保持灵活性。

如何決定 PCB 層數？

确定印刷电路板（PCB）的最佳层数需要考虑几个关键因素：

• 电路复杂度：复杂电路可能需要多层PCB来容纳所有连接和元件。
• 信号完整性和电磁兼容性：高速或敏感电路受益于具有专用接地层和电源层的多层设计，可提高信号完整并减少电磁干扰。
• 配电：具有多个电源域或高电流路径的复杂电路可能需要专用层来实现高效率的配电和热管理。
• 空间限制：多层PCB通过实现电路的垂直堆叠，为紧凑设计提供了解决方案。
• 成本：虽然更多的层数会增加制造成本，但因复杂性、性能或小型化的需要，它们可能是合理的。
• 热管理：多层PCB可以通过散热孔和散热平面来增强散热。
• 制造能力：考虑PCB制造商的技术能力，因为某些设计可能需要先进的工艺。

結論

PCB层是电子设备设计和功能的基础。了解不同类型的层、它们的组件以及它们的堆叠方式可以显著影响最终产品的性能、尺寸和成本。无论您是经验丰富的工程师还是好奇的爱好者，掌握PCB层的复杂性都是掌握电子设计的重要一步。