在當今，萬物互聯的時代，隨著數字化不斷深入發展，高多層已成為PCB行業未來發展的關鍵趨勢。從技術層面看，隨著5G和AI時代的來臨，計算機和服務器領域對PCB的需求由高頻高速演變為穩定性能與更為復雜的功能，這無疑對PCB層數及結構提出了更高的要求。從產業發展角度，為了適應通信、智能駕駛、消費電子等未來市場需求，PCB產業正趨于高精度、高密度和高可靠性。以汽車電子領域為例，高多層PCB的高密度布線和可靠性能恰好滿足了汽車電子小型化、高可靠性和環境適應性的需求，因此被廣泛應用于車載娛樂系統、駕駛輔助系統、發動機控制單元和安全系統等。

高多層板不僅僅是層數增加，其制造難度也成倍增加。今天，阿龍帶大家一起來全面掌握高多層PCB板材、制造流程與工藝難點等基本知識。

01.

認識高多層板材

1、一塊好的高多層PCB，板材是關鍵

大家可能在餐飲、銀行等場所見過有問題的LED燈板，要么不顯示信息，要么頻繁閃爍。為什么LED燈板會出現問題？原因之一可能是其所用的PCB的板材質量有問題。板材作為PCB產品的基礎，不僅是其核心主要原材料，而且占PCB成本的60%左右。由此可見，板材的重要性不言而喻。所謂，好食材才能做出好食物。好板材才能保證好板子。因此，做PCB，選好板材是關鍵。

與單層或雙層PCB相比，高多層PCB面臨著更高的復雜性和性能挑戰。這主要體現在三方面：一是高頻信號傳輸特性要求。高多層PCB常用于需要高頻信號傳輸的應用，如通信設備和高速數字信號處理。這要求PCB必須有更好的介電性能和信號傳輸速度，以減少信號損耗和噪音。

二是熱管理需求。高多層PCB通常用于高功率電子設備，需要有效的熱管理措施保證元件正常工作溫度。這就要求PCB有更好的導熱性能和熱膨脹系數控制，以優化熱傳導和分布，避免熱點和熱應力問題。

三是機械強度和穩定性要求。高多層PCB通常有著較大的尺寸和較高的層數，因此需要更高的機械強度和穩定性。板材的剛性和耐久性對于抵抗振動、沖擊和彎曲應力至關重要，以確保高多層PCB的可靠性和壽命。

2、高多層PCB板材的分類

覆銅板（CCL-Copper Clad Laminate），在PCB多層板生產中也稱為芯板（CORE），是高多層PCB的關鍵原材料。它是由銅箔、樹脂、玻璃纖維布和其他功能性增強添加物組成的。通過將增強材料浸入樹脂，并在一面或兩面貼上銅箔，經過熱壓處理形成板狀材料，這就是我們所說的覆銅箔層壓板。在分類上，板材可根據材質、成品的軟硬度、結構和等級等不同維度進行區分。

具體來說，板材可以分為有機材質和無機材質兩大類。

根據成品的軟硬度，板材分為硬板、軟板和軟硬結合板。硬板是最常見的類型，用于大多數標準電子設備；軟板靈活性高，適用于需要彎曲的應用場景；軟硬結合板結合了硬板的穩定性和軟板的靈活性，適用于復雜的電子產品設計。

在結構上，板材可分為單面板、雙面板、多層板和HDI（高密度互連板，特點是盲埋孔技術）。單面板只有一面帶有導電路徑，雙面板的兩面都布有電路；多層板通過多層導電圖層增加電路密度；HDI板則通過盲埋孔技術實現更高的線路密度和更小的電子設備尺寸。

按照板材等級劃分，PCB板材包括94HB（最低阻燃等級）、94V0（更高的阻燃性能）等。其中，94V0級別下，又細分為FR1、22F、CEM-1、CEM-3和FR-4等材料類型。FR1主要用于單面板；22F常用于成本敏感型產品；CEM-1和CEM-3適用于雙面板應用；FR-4則因其優良的電氣絕緣性能、高機械強度和良好的濕熱穩定性，廣泛應用于多層板制造。

如果按照基板的增強材料不同，還可分為五大類：紙基、玻璃纖維布基、復合基（CM系列）、積層多層板基和特殊材料基（陶瓷、金屬芯基等）。

3、高多層PCB板材選型

在PCB下單時，您可能會遇到所需板材缺貨的情況。這時，選擇具有相同性能等級的替代材料就顯得尤為重要。高多層PCB的板材選擇不僅受到材料本身和內在特性的影響，還包括外部因素。內部因素涵蓋一系列重要的考量，如外觀要求、尺寸標準、電氣性能、熱性能和物理（機械）性能等。

其中，外觀要求，包括金屬箔面的凹痕、皺折、劃痕、氣泡等缺陷，這些都可能影響最終產品的質量和性能。尺寸要求涉及板材的長度、寬度、對角線偏差、翹曲度等，精確的尺寸對于保證PCB的裝配精度和性能至關重要。

接下來，我們重點介紹下電氣性能、熱性能和物理（機械）性能。

電氣性能

電氣性能有介電常數（Dk）、介質損耗角正切（DF）、體積電阻、表面電阻、絕緣電阻、耐電弧性、擊穿電壓、電氣強度和相對漏電起痕指數（CTI）。

其中，介電常數（Dk）、介質損耗角正切（DF），和相對漏電起痕指數（CTI）是在選擇PCB板材時，用戶最為關心的電氣性能參數。

介電常數，即Dk，英文全稱Dielectric constant。它是描述材料存儲電荷能力的物理屬性，對電容器性能和電場分布有著顯著影響。具有高介電常數的材料能夠存儲更多的電荷，這對于需要高電容性能的應用尤為重要。此外，介電常數還決定了電場在介質中的傳播速度和集中程度。舉例來說，FR4板材的介電常數一般在4.2到4.6之間，而鐵氟龍介電常數在2.0到3.0范圍內，綠油介電常數則位于3.4到3.8之間。

某廠商的產品技術資料

介質損耗角正切，即DF，英文全稱Dissipationfactor，或稱為損耗因子，是描述介質材料在交流電場中能量損失的重要物理參數。它反映了材料中電場能量損失與儲存能量之比，與材料的分子結構、化學組成和溫度等因素緊密相關。在電子器件和電路設計中，DF是關鍵參數，直接影響信號的帶寬、衰減和相位失真，尤其在高頻電路和通信系統中至關重要。選擇低DF值的材料可以顯著減少信號損失并保持良好的信號完整性，例如，像天線板一般選用PTFE這種低損耗的材料。

相對漏電起痕指數（CTI）同樣非常重要，它是衡量絕緣材料在電弧作用下的抗電擊穿能力。CTI是評估材料耐電弧性能的關鍵參數，對確定材料的安全性和可靠性在特定環境條件下尤為關鍵。CTI值的高低通常以標準化分類表示，數值越高，材料的電弧性能越好。

某廠商的產品技術資料

CTI值的高低直接關聯到材料的絕緣性能和耐電弧能力，其中更高的CTI值意味著材料能在更高電壓下維持其絕緣性，展現出更佳的耐電弧性能。這一特性對于電氣設備和電子產品來說至關重要，因為它保證了在電弧事件發生時，材料能提供充分的保護，從而大幅降低發生火災和其他意外事故的風險。因此，在設計和選擇電子材料時，高CTI值的材料往往被優先考慮，以確保整個系統的安全和可靠性。

CTI測試等級判定標準

通常，CTI值以標準化的分類進行表述，其中數值越高，表示材料具有更好的電弧性能。目前，嘉立創所有材料CTI均是3級，范圍在175-249V之間。

熱性能

熱性能主要有Tg值、Td值、CTE、熱應力、燃燒性等。

Tg值，又叫玻璃化轉變溫度，是衡量PCB板材熱性能的關鍵指標之一。它標志著材料（如PCB板材）隨著溫度升高，從硬而脆的玻璃態轉變到柔軟的橡膠態的臨界點。在PCB制造領域，這種玻璃態物質通常指的是構成介質層的樹脂或樹脂與玻纖布的混合物。

某廠商的產品技術資料

Tg值對PCB的可靠性和性能有著重大影響。當PCB在其操作溫度范圍內工作時，保持材料處于玻璃態是非常重要的，可以確保電路板的機械和電氣性能穩定。如果PCB在使用過程中超過了其Tg值，那么板材可能會變軟，導致尺寸穩定性下降，甚至可能影響到導線和焊點的完整性，從而降低整個電路板的性能和可靠性。

常用普通板材的Tg要求大于135℃，中Tg要求大于150℃，高Tg要求大于170℃。Tg越高，板材的耐熱性、尺寸穩定性越好。

Td值，即熱分解溫度，英文全稱Thermal Decomposition Temperature。它是指在高溫條件下，材料開始發生化學分解的溫度。這是衡量板材在高溫環境下熱穩定性和耐高溫性能的重要指標。在高功率或高溫度條件下工作的電子設備中，PCB板材若具有較高的Td值，則意味著它能夠在不分解或損失性能的情況下，更好地承受這些條件，確保電路的長期穩定運行。

某廠商的產品技術資料

Td值越高，意味著板材通?？梢猿惺芨叩臏囟群蜔釕?，保持電路的正常功能并延長設備的使用壽命。

CTE，即熱膨脹系數，英文全稱Coefficient of Thermal Expansion。它用于描述PCB板材在溫度變化下的尺寸變化情況。溫度每升高一度，材料就會相應地膨脹或在冷卻時收縮。由于PCB板材通常由樹脂、銅箔和玻璃纖維增強材料等多種材料組成，這些材料的CTE值各不相同，導致溫度變化時它們的膨脹或收縮速度不一致。這種不匹配的熱膨脹行為可能會引起板材的尺寸不穩定、應力集中，甚至在焊接等后續加工過程中出現問題。

某廠商的產品技術資料

CTE值越低，尺寸穩定性越好，反之越差。

物理（機械）性能

在物理機械性能方面，PCB板材的質量和適用性受多種因素影響，包括銅箔剝離強度、抗彎強度、吸水率、可燃性等。

此外，CAF也尤為重要。CAF現象，又稱為燈芯效應，全稱Conductive Anodic Filament。它指的是，在高溫、高濕、高壓等條件下，產品經過長期使用，板材的玻璃纖維作為通道，導致孔壁的銅箔生長形成細長的導電絲狀物，這些絲狀物最終可能在相鄰孔之間形成短路或微短現象。更加棘手的是，當PCB產品經過重新烘烤后，這種故障可能暫時消失，使得問題難以被立即識別和解決。導致CAF發生的原因有多種多樣，包括材料、鉆孔、電鍍、資料設計（孔間距小于IPC2級標準）。

02.

高多層PCB制造流程

首先，我們來看張圖。

下圖是多層板生產工藝流程所示，多層板的制造與單雙面PCB的制造相比則多了一個內層工序流程，關鍵的步驟就是內層的層疊壓合工藝的管控，這對于受控阻抗傳輸線的電氣性能至關重要。內層工序壓合完成之后，就來到了與制造單雙面板同樣的制造工序流程，直到最后的檢測工序。

下面我們一步步來看看高多層PCB制造的關鍵步驟。

1.?提交制造信息

作為PCB制造的開始，首先，我們需要向PCB板廠提交相關的制造信息。PCB制造所需的信息和常見數據格式包括以下內容：

Gerber文件（RS274X格式）

Gerber RS274X 是目前的主流格式，輸出的Gerber文件包括所有電路層、阻焊層、錫膏層、絲?。ㄗ址?、板框、分孔圖、制造要求（如多層板疊層結構示意圖、層間介質厚度、阻抗管控要求、塞孔要求等）。同時Gerber文件還要能方便PCB板廠的工藝工程師識別各個Gerber文件對應的層信息，所以推薦按一定的命名約定對Gerber文件進行命名，比如嘉立創給出的這個命名規范是個不錯的參考：

鉆孔文件

鉆孔文件包含所有鉆孔坐標和直徑數據，常用的文件格式是Excellon格式。

網表數據

IPC定義了兼容格式IPC-356，提供了生成網表和電氣性能測試資料必須的所有信息。相較于單層或雙面板而言，完整的 PCB 文檔對多層 PCB 的制造非常重要，制造信息文檔中最重要的信息是：

完整的層結構

有關基材的精確信息

高頻高速板材還需提供基材制造商及產品名稱

阻抗控制要求

特殊工藝說明（比如塞孔要求）

2.制造信息審核

PCB板廠對制造信息的審核目的是確定大致的制造成本，并為制造做準備。在產品制造或加工前，適當的前期分析可以節省時間和材料。PCB板廠的責任是確定它的工藝能力能否滿足給定的產品。

PCB 板廠會根據其制造工藝調整PCB設計的布線信息，比如過孔鉆直徑補償或者走線蝕刻補償等，目的是提高PCB可制造性，有些關鍵的修改板廠也會與PCB Layout進行溝通確認，當然，較為理想的情況是，在PCB設計進行過程就考慮了DFM可制造性并進行設計優化，這樣會節省許多后期與PCB板廠溝通確認的時間。

如果是在嘉立創打板，他們家還提供了一項“確認生產稿”的個性化服務可供選擇，只要咱們仔細檢查確認，便能發現自己設計上存在的問題，當然也能發現嘉立創工程師處理過程中的一些錯誤。如果是嘉立創的問題，別忘了找工程人員退回確認生產稿的費用。

3.?材料選擇

在第一部分，我們詳細的介紹了高多層PCB板材，這里就不多展開了。

4.多層板的制造流程

多層板的生產工藝流程如果細化展開，通常需要約200個不同的加工步驟。因此，對PCB設計人員來說，熟悉基材的不同類型及性能、多層板的制造工藝以及焊接工藝非常重要。通過組合不同規格的半固化片和覆銅層壓板（芯板），可以實現所有所需的厚度。對于多層板的疊層結構，需要注意各個層次結構必須對稱，并且具有相同的層厚。內層的銅應均勻分布在這些對稱層上。如果分布不均勻，加熱時熱應力不均衡會造成電路板產生翹曲。

而對多層板結構質量影響很大的因素之一是各個層之間的精確調整。這些層必須精確地重疊在一起，否則在通過鉆孔連接后，各層之間的電路可能出現開短路問題。通過機械對位孔進行精確調整，然后在層疊時使用定位銷來調整層疊。為了確保內部層與半固化片之間有良好的粘合，必須對銅表面進行化學粗化處理，這種粗化處理稱為棕化。在壓合多層印制電路板之前，對內部電路層進行檢查對于確保質量至關重要，在這個階段，如果檢查發現了連接或其他缺陷，仍然可以進行修復，檢查通常使用AOI（自動光學檢查）自動進行，AOI系統將蝕刻后的電路圖形與CAD數據進行直接的視覺比對。

上圖是6層剛性多層板的壓合制造示意圖，A1、A2、A3是半固化片，L2-L3、L4-L5是完成內層圖形的雙面覆銅層壓板，B1、B2是用于外層線路的銅箔。

常規的剛性多層板的壓合原理是將一定數量的雙面覆銅板進行組合（內層圖形已經完成并進行棕化以加強結合力），雙面覆銅板之間通過半固化片隔開，半固化片作為絕緣材料避免各個銅層的短路，同時半固化片在經過加熱之后，其中的樹脂會再次呈現融化狀態實現各個覆銅層壓板的粘結。最后，壓合后的各個層通過金屬化的孔連接起來。目前嘉立創的多層板制造工藝可以制造高達32層的多層板，足以覆蓋大多數的應用場景。

壓合的精確控制對于受控阻抗傳輸線的特性阻抗影響至關重要，在壓制過程中，隨著溫度的升高，半固化片中的環氧樹脂會重新融化，它通過流動填充導線之間的空隙，并將內層粘合在一起，樹脂的流膠特性會影響最終的信號層與參考層的距離，信號層與其參考層的距離變化對于阻抗的變化有著最大的影響。

如上圖所示，PCB的設計稿最終是拼板到一個大的工作面板上進行生產的，對于特性阻抗管控而言，整個大的面板在壓合時，樹脂流動的均勻性對于阻抗變化的影響也不容忽視，這時所采用的壓合設備的性能也至關重要。

03.

高多層PCB關鍵工藝

在高多層板生產制造中，一塊好的PCB，板材是關鍵。但，工藝直接關系到高多層PCB品質高低。說到這方面嘉立創作為一家在PCB行業深耕近20年的專業廠商，嘉立創在高多層板的生產中，采用了沉金工藝、盤中孔工藝和正片工藝，全方位確保產品的高品質。

嘉立創6-32層電路板全部采用沉金工藝，且沉金厚度免費升級為2u"。沉金是業內一種相對昂貴的表面處理方法，它可以提供良好的電氣連接、防腐和焊接性能。沉金層可以提供平滑、均勻的金屬表面，有助于保持良好的信號傳輸和阻抗控制。并且，它可以確保焊接過程中金屬層的穩定性和耐久性，提供優異的耐腐蝕性能，延長PCB的使用壽命。

PCB（采用沉金工藝、盤中孔工藝生產）

除沉金工藝外，嘉立創對6-32層板一律免費采用盤中孔工藝（樹脂塞孔+電鍍蓋帽）。對PCB的品質來說，過孔非常重要，因為它在電子設備中扮演著重要角色，支持了復雜電路的實現和功能的可靠性。因種種因素影響，過孔會慢慢被腐蝕，從而導致連接失效、信號衰減、短路和漏電以及可靠性問題，而盤中孔工藝則有效解決了這些問題。

盤中孔工藝三維圖

盤中孔即焊盤中打孔，生產時在孔內塞上樹脂，烤干樹脂磨平，然后進行電鍍面銅。其好處在于不僅能大大提高PCB設計工程師的效率，讓設計時間從7天縮短到2天左右，而且能大大提高PCB的良率，以及提升高速板的性能。

審核編輯：黃飛