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平衡PCB层叠设计方法

  内容摘要:设计者可能会设计奇数层印制电路板(PCB)。如果布线不需要额外的层,为什么还要用它呢?难道减少层不会让电路板更薄吗?如果电路板少一层,难道成本不是更低么?但是,在一些情况下,增加一层反而会降低费用。

  电路板有两种不同的结构:核芯结构和敷箔结构。

  在核芯结构中,电路板中的所有导电层敷在核芯材料上;而在敷箔结构中,只有电路板内部导电层才敷在核芯材料上,外导电层用敷箔介质板。所有的导电层通过介质利用多层层压工艺粘合在一起。

  核材料就是工厂中的双面敷箔板。因为每个核有两个面,全面利用时,PCB的导电层数为偶数。为什么不在一边用敷箔而其余用核结构呢?其主要原因是:PCB的成本及PCB的弯曲度。

  偶数层电路板的成本优势

  因为少一层介质和敷箔,奇数PCB板原材料的成本略低于偶数层PCB。但是奇数层PCB的加工成本明显高于偶数层PCB。内层的加工成本相同;但敷箔/核结构明显的增加外层的处理成本。

  奇数层PCB需要在核结构工艺的基础上增加非标准的层叠核层粘合工艺。与核结构相比,在核结构外添加敷箔的工厂生产效率将下降。在层压粘合以前,外面的核需要附加的工艺处理,这增加了外层被划伤和蚀刻错误的风险。

  平衡结构避免弯曲

  不用奇数层设计PCB的最好的理由是:奇数层电路板容易弯曲。当PCB在多层电路粘合工艺后冷却时,核结构和敷箔结构冷却时不同的层压张力会引起PCB弯曲。随着电路板厚度的增加,具有两个不同结构的复合PCB弯曲的风险就越大。消除电路板弯曲的关键是采用平衡的层叠。尽管一定程度弯曲的PCB达到规范要求,但后续处理效率将降低,导致成本增加。因为装配时需要特别的设备和工艺,元器件放置准确度降低,故将损害质量。

  使用偶数层PCB

  当设计中出现奇数层PCB时,用以下几种方法可以达到平衡层叠、降低PCB制作成本、避免PCB弯曲。以下几种方法按优选级排列。

  1.一层信号层并利用。如果设计PCB的电源层为偶数而信号层为奇数可采用这种方法。增加的层不增加成本,但却可以缩短交货时间、改善PCB质量。

  2.增加一附加电源层。如果设计PCB的电源层为奇数而信号层为偶数可采用这种方法。一个简单的方法是在不改变其他设置的情况下在层叠中间加一地层。先按奇数层PCB种布线,再在中间复制地层,标记剩余的层。这和加厚地层的敷箔的电气特性一样。

  3.在接近PCB层叠中央添加一空白信号层。这种方法最小化层叠不平衡性,改善PCB的质量。先按奇数层布线,再添加一层空白信号层,标记其余层。在微波电路和混合介质(介质有不同介电常数)电路种采用。

  平衡层叠PCB优点:成本低、不易弯曲、缩短交货时间、保证质量。

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