工程師的高多層 PCB 製造終極指南
1 分鐘
- 1. 提交製造資料
- 2. 製造資料審查
- 3. 材料準備
- 4. 多層板製造流程
隨著電子設備朝向更高性能、更小尺寸的發展,對 PCB 的精度與性能要求也不斷提高。
高多層 PCB 能提供更多佈線層,使電路設計更複雜、更密集,滿足高頻、高速傳輸需求。此外,高多層 PCB 能實現更好的訊號完整性與電磁相容性,這對 5G 通訊、高效能運算與汽車電子等高端應用尤為重要。因此,高多層 PCB 已成為 PCB 產業未來發展的重要趨勢之一。對 PCB 設計工程師或電子硬體設計工程師而言,了解高多層 PCB 的製造流程同樣不可或缺。
高多層 PCB 不只是增加層數,製造難度亦呈指數級上升。相較於單雙面板,高多層 PCB 的製造需關注層間連接、層間堆疊與對位,以及精確的壓合控制。設計過程中還需考量訊號完整性、電磁干擾與熱管理等,才能充分發揮高多層 PCB 的性能優勢。
從製程、設備、設計能力,到品質控制與協作能力,高多層板對 PCB 製造商的製程標準要求更高。本文將介紹高多層 PCB 製造中的幾個關鍵製程步驟。
1. 提交製造資料
作為 PCB 製造的起點,我們首先需將相關製造資料提交給 PCB 製造商。PCB 製造所需的資訊與常用資料格式如下:
Gerber 檔案(RS274X 格式)
Gerber RS274X 為主流格式。輸出的 Gerber 檔案包含所有線路層、防焊層、銅膏層、絲印層、板外框、鑽孔圖及製造要求(如多層壓合結構圖、層間介質厚度、阻抗控制要求、塞孔需求等)。Gerber 檔案應使 PCB 製造商的製程工程師能輕易識別各檔案的層別資訊。建議依命名規則命名 Gerber 檔案,JLC 提供了良好參考。
鑽孔檔
鑽孔檔包含所有鑽孔座標與孔徑資料,最常使用 Excellon 格式。
網表資料
IPC 定義了相容格式 IPC-356,提供產生網表與電性測試資料所需的所有資訊。相較於單雙面板,多層 PCB 製造需要完整的文件資料,其中最重要的包括:
- 完整層結構
- 基材的精確資訊
- 高頻高速板需注明基材廠商與型號
- 阻抗控制要求
- 特殊製程指示(如塞孔要求)
2. 製造資料審查
PCB 製造商審查製造資料的目的,在於估算大致製造成本並為生產做準備。產品製造前的初步分析可節省時間與材料。PCB 製造商的責任是判斷其製程能力是否滿足該產品需求。
PCB 製造商可能依其製程調整 PCB 設計的佈線資訊,例如補償孔徑或蝕刻線寬,目標在於提升 PCB 的可製造性。部分關鍵調整會與 PCB Layout 團隊溝通確認。理想情況下,可製造性(DFM)考量應在 PCB 設計階段納入,以優化設計,大幅節省後續與 PCB 製造商的溝通時間。
若您在 JLCPCB 下單,他們提供「生產稿確認」個人化服務選項。透過仔細審閱並確認生產稿,可發現設計中的任何問題,以及 JLC 加工中可能出現的錯誤。
3. 材料準備
單雙面板製造直接使用符合成品厚度要求的銅箔基板;多層板則不同,其結構內含多層銅層,需使用特殊基材。為製作多層板,需將預浸料(PP)與較薄的銅箔基板(Core)組合壓合,達到最終厚度。壓合結構由電氣參數決定,由 PCB 設計者與板廠共同確認,並在 PCB Layout 前規劃,以滿足特定傳輸線的阻抗要求。
因壓合結構差異,預浸料厚度各異,以滿足不同傳輸線與電源平面組合需求。每種預浸料由特定玻璃纖維編織型號製成,標示如 1080、2116、3313 或 7628。下圖展示這些編號:
多層板第二項組成為相對較薄的銅箔基板(相較單雙面板用銅箔基板),又稱 Core。它為完全固化之基板,單面或雙面覆銅。亦有無銅裸板,稱為光板。
Core 亦由預浸料與銅箔壓合而成,由基材供應商生產。供應商依 IPC-4101 標準與市場需求,採用不同玻璃纖維編織樣式與樹脂含量之預浸料,搭配指定厚度銅箔,製成各類銅箔基板。
多層板製造由 PCB 廠完成,基材則由基材供應商提供。值得注意的是,基材規格眾多,各 PCB 廠庫存不一。若 PCB 疊構設計需特殊預浸料與 Core,最好提前與 PCB 廠溝通,了解料號交期。
高性能 PCB 需高品質原材料。基材在 PCB 製造中至關重要,影響 PCB 性能與可靠性,包括電氣性能、熱性能、機械強度、加工性與環境適應性。
基材方面,JLCPCB 採用領先廠商的高品質材料。4 層與 6 層板使用 KB 與台灣南亞材料,品質優異可靠。KB 材料以高品質玻璃纖維強化環氧樹脂(FR-4)為基材,高純度銅箔為導電層,經嚴格製程,具高品質與高性能,廣泛應用於電子產業。
同樣,台灣南亞在市場享有良好口碑,其材料具優異電氣性能、高強度與剛性,耐高溫與化學品,提升產品可靠性與壽命。
8 層及以上板,JLC 採用台灣南亞與生益材料。生益為知名國內銅箔基板供應商,材料高標準、高品質、高性能且高可靠,廣泛應用於工控、醫療儀器、消費電子、汽車等電子產品。
4. 多層板製造流程
如上多層板製造流程圖所示,多層板相較單雙面板增加內層製作步驟,關鍵在於內層堆疊與壓合製程控制,這對控制阻抗傳輸線的電氣性能至關重要。完成內層後,後續流程與單雙面板相同,直至最終檢驗。
若詳細展開多層板生產,通常約有 200 道加工步驟。對 PCB 設計者而言,了解各類基材特性、多層板製程與焊接技術至關重要。透過組合不同規格預浸料與 Core,可達成所需厚度。多層疊構須確保各層對稱、厚度一致,內層銅箔應均勻分布,否則受熱應力可能導致 PCB 翹曲。
影響多層板結構品質的關鍵因素之一為各層間精確對位。層間必須精準對齊,否則鑽孔連接後可能出現開路或短路。對位透過機械定位孔與插銷於疊板時完成。為確保內層與預浸料良好結合,銅面須經化學粗化處理,稱為棕化。壓合前以 AOI 自動光學檢測內層線路,可及時修復連通性或缺陷。
上圖為 6 層硬質多層 PCB 壓合示意,A1、A2、A3 為預浸料,L2-L3 與 L4-L5 為已完成內層圖案的雙面銅箔基板,B1、B2 為外層銅箔。
常規硬質多層 PCB 壓合原理:將一定數量已完成內層圖案並棕化增黏的雙面銅箔板堆疊,中間以預浸料絕緣,防止銅層短路。加熱時預浸料樹脂再次熔化,黏合各 Core。壓合後層間透過金屬化孔連接。JLC 多層製程最高可達 32 層,涵蓋大多數應用。
壓合精確控制對控制阻抗傳輸線的特性阻抗至關重要。壓合升溫時,預浸料環氧樹脂熔化流動,填滿導體間隙並黏合內層。樹脂流動影響訊號層與參考層間距,對阻抗變化影響最大。
如上圖,PCB 設計檔最終拼版成大工作板生產。對特性阻抗控制而言,壓合時整板樹脂流動均勻性亦關乎阻抗穩定,此時壓合設備性能至關重要。
設備為影響高多層品質因素之一。JLC 採用業界頂級設備,確保高多層板品質。
壓合機
JLCPCB 採用台灣活全最新一代全自動壓合機,穩定性更高、壓合品質更佳。活全作為專業 PCB 設備供應商,其壓合機具備高精度、高可靠性與先進控制系統,滿足高多層 PCB 堆疊與壓合需求。
壓合後進入鑽孔,後續流程與單雙面板大致相同,但 JLC 針對高多層板提供額外免費品質提升服務。
其一為升級化金工藝。JLC 所有 6–32 層板皆採用化金,並免費將厚度升級至 2u"。化金為業界成本較高之表面處理,具優異電氣連接、耐腐蝕與可焊性。化金層提供平整均勻金屬表面,利於訊號傳輸與阻抗控制,並確保焊接穩定耐用,延長 PCB 壽命。
除化金外,JLCPCB 所有 6–32 層板亦免費採用樹脂塞孔技術(樹脂塞孔並鍍平)。導通孔對 PCB 品質至關重要,支撐複雜電路與可靠性,但可能因腐蝕導致連接失效、訊號衰減、短路漏電等問題,樹脂塞孔技術能有效解決。
採用化金與樹脂塞孔技術生產的 PCB
總之,多層板製造不僅比單雙面板多一道內層工序,也非僅將生產檔交給板廠這麼簡單。至少在 PCB 設計階段,就應了解板廠製程能力並導入 DFM 原則。實際佈線前,先與板廠確認所需材料與疊構,以滿足特定傳輸線性能要求,同時達成合理成本與交期。
持續學習
PCB 設計中的埋頭孔
在設計印刷電路板(PCB)時,工程師經常需要在板上鑽孔以安裝元件或連接連接器。兩種常見的孔型是埋頭孔(countersunk)與沉頭孔(counterbored)。乍看之下兩者相似,但在 PCB 中的應用卻有重要差異。這兩個術語在 CNC 加工中都很常見。一般來說,埋頭孔呈圓錐形,而沉頭孔則是圓柱形平底孔。 本文將探討埋頭孔與沉頭孔的主要差異,並討論在 PCB 設計中各自的最佳用途。埋頭孔有不同角度,如 60°、82° 與 90°;沉頭孔則兩側平行,無錐度。接下來我們將深入介紹埋頭孔,包含其鑽孔流程、應用與關鍵設計考量。 什麼是埋頭孔? 埋頭孔因鑽孔工序繁複,相對更為複雜。其呈圓錐形,與螺絲外形吻合,使螺帽沉入板面下方。孔深可依需求調整,決定螺絲是否可見或完全隱藏。 「埋頭」也可指用來製作該孔的刀具,符號為 ⌵。埋頭孔可製作 60°、82°、90°、100°、110° 或 120° 六種角度,常用角度為 82° 與 90°。 埋頭孔的重要性 Countersunk 孔不僅是設計選擇,更會大幅影響 PCB 的壽命與性能: 1. 提升穩定性:讓緊固件與 PCB 表面齊平,強化機械穩定性,特別適合手機或......
從廢棄物到價值:環保意識的 PCB 生產
在邁向永續發展的過程中,電子產業正於印刷電路板(PCB)的生產中採用環保程序。PCB 製造與回收的永續做法近期才開始在產業內實施。隨著對有毒物質使用的新限制及其他製造方式的出現,PCB 產業正積極應對氣候變遷。知名 PCB 製造商均遵守 RoHS 與 REACH 等法規及其他要求。本文將帶領讀者深入了解 PCB 對環境的影響,以及業界領導公司所採取的永續方案。 PCB 生產對環境的衝擊: 具環保意識的 PCB 生產旨在透過創新且永續的解決方案來處理這些問題。傳統 PCB 製造會產生大量廢棄物: 化學污染:PCB 蝕刻製程會將酸類與溶劑等有害化學物質釋放到環境中。 能源消耗:鑽孔與電鍍等高耗能製程會產生碳排放。 材料浪費:過多的銅、樹脂與基板邊料常被送往垃圾掩埋場。 永續 PCB 生產策略 回收與再利用材料:回收銅屑再使用可減少原料消耗,回收非導電板材則能降低掩埋量。 綠色材料:採用無鹵素基板可避免廢棄時產生有毒氣體;生物可分解 PCB 正成為環保替代方案;符合 RoHS 標準則可杜絕有害鉛的使用。 節水與節能:封閉式水循環系統可回收清洗用水以減少浪費;生產設施亦逐步導入太陽能等再生能源。 創新製造......
工業 PCB 製造對現代科技的重要性
工業 PCB 製造是為多個領域的高性能設備打造堅固印刷電路板(PCB)的重要環節。與一般消費性電子產品不同,工業 PCB 專為嚴苛環境、長期可靠度及特定運作需求而設計,廣泛應用於電腦系統、重型機械、醫療設備與能源基礎設施。 1. 什麼是工業 PCB 製造? 工業 PCB 製造是指為工業用途設計並生產印刷電路板。這些電路板必須在高溫、高濕與電氣雜訊等惡劣條件下長時間穩定運作。市場上提供多種工業 PCB,包括剛性板、撓性板與剛撓結合板,以滿足不同企業需求。 這些先進電路板必須以高強度材料精心製作,才能正常運作,應用範圍涵蓋重型機械到電網等各個層面。 2. 工業 PCB 的類型 製造業使用多種 PCB,每種都有其獨特優勢: 單層 PCB:僅有一層導電層,適合成本導向的簡單機器。 多層 PCB:具備多層電氣材料,可實現高密度與高效能電路,常見於自動化與控制系統。 剛性 PCB:顧名思義不易彎曲,用於電力分配系統等穩定的工業設備。 撓性 PCB:適合機器手臂等需要彎曲或空間受限的應用。 剛撓結合 PCB:結合剛性與撓性區域,用於空間有限且對可靠度要求極高的場合。 3. 工業 PCB 的製造流程 為確保高效能......
鑽孔圖在 PCB 生產中的重要性
在印刷電路板(PCB)製造領域中,鑽孔圖常被忽略,卻是設計流程中極其關鍵的一環。它們如同精準的導航圖,指引孔位與孔徑,確保鑽孔工序準確無誤,並與元件、機構件及電氣連接完美相容。從強化設計者與製造商的溝通,到降低生產錯誤,鑽孔圖都是打造可靠、高品質 PCB 不可或缺的要素。想了解JLCPCB 工廠如何組裝 PCB,請參閱我們的詳細文章。 強化溝通:鑽孔圖透過清晰的孔位、孔徑與孔型規格,彌合設計者與製造商之間的資訊落差。 預防錯誤: 詳細標示每個孔的用途(如導通孔、固定孔),避免代價高昂的製程失誤。 簡化生產:將鑽孔資料系統化整理,讓製造商更易達成設計要求,加速生產流程。 本文將深入探討鑽孔圖的重要性、種類、檔案格式,以及它們在 PCB 生產流程中的貢獻。 鑽孔類型: 電鍍通孔(PTH):用於多層板層間互連,孔壁經電鍍處理以傳導訊號。 非電鍍通孔(NPTH): 多用於機構需求,如固定或定位,不具電氣連接功能。 盲孔:僅連接外層與一或多個內層,未貫穿整塊板。 埋孔:僅連接內層,從板外無法看見。 微孔:用於高密度互連(HDI)設計的極小孔,通常僅連接相鄰層。 Gerber 套件中的鑽孔檔案配置: 鑽孔檔案......
比較 PCB 蝕刻技術
蝕刻是將電路板上的銅移除,以開闢導電路徑讓電流通過的過程。PCB 蝕刻是 PCB 製造流程中最關鍵的環節之一。製造商必須先準備設計、轉印、施加蝕刻溶液、清洗,再進行表面處理,才能為電子設備完成 PCB 蝕刻。雖然聽起來簡單,但 PCB 蝕刻其實相當複雜,精度至關重要。若缺乏對 PCB 蝕刻及其標準的充分了解,製造商在過程中可能會因各種方法而陷入困境。本文將涵蓋 PCB 蝕刻的各個面向,包括流程步驟、實際案例與蝕刻類型。 什麼是 PCB 蝕刻? PCB 蝕刻指的是將板面上不需要的銅去除的作業。只有透過 PCB 蝕刻移除多餘的銅線,製造商才能建立所需的電路圖形。它是 PCB 製作完成後最關鍵的步驟之一。 在開始 PCB 蝕刻之前,會先進行名為「微影」的製程,將預定的板子藍圖轉印上去。利用這份布局,標記並移除不需要的銅。這只是冰山一角,還有化學蝕刻、雷射蝕刻等多種技術。 參觀 JLCPCB 工廠如何製造 PCB。 如何蝕刻 PCB ─ 逐步指南: 鑑於其重要性,PCB 蝕刻需經過一系列嚴謹的步驟。透過濕式蝕刻法蝕刻 PCB 時,需依下列步驟進行: 設計 PCB: 使用 EAGLE、KiCad 或 Eas......
PCB 生產流程
現代電子產品建立在印刷電路板(PCB)之上,這些電路板也提供了連接並驅動幾乎所有電子設備的平台,從工業設備到手機。PCB 改變了電子元件的整合方式,使設備更可靠、更小巧、更強大。本文涵蓋了 PCB 製造的複雜流程,包括所有步驟、不同類型的 PCB 以及它們在各產業中的應用。 什麼是 PCB 製造? PCB 製造是為電子設備設計與生產印刷電路板的過程。這些電路板為各種元件提供機械支撐與電氣連接,確保設備正常運作。生產過程中的每個階段——包括設計、材料選擇、製造與測試——對電路板的整體可靠性與性能都至關重要。 根據設備的複雜度與用途,PCB 有不同的形式、尺寸與組合。無論是簡單電路的單層板,還是複雜電子的多層板,製造過程都必須符合產業標準,以確保一致性與品質。 製造中的 PCB 類型 PCB 有多種形式,每種都適用於不同用途,並具有獨特的特性與設計要求: ⦁ 單層 PCB: 單層 PCB 是最簡單的類型,只有一層導電材料。這些用於成本與密度要求較低的應用,如家用電器與計算機。 ⦁ 雙層 PCB: 雙層 PCB 有兩層導電材料,用於需要更多佈線的複雜電路,常見於工業與汽車電子。 ⦁ 多層 PCB: 多層......