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。
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