多層 PCB 設計：完整指南
1 分鐘
- 什麼是多層 PCB？
- 為何多層 PCB 如此廣泛使用？
- 單層、雙層與多層 PCB 的層疊結構有何不同？
- 如何區分單層與多層 PCB？
- JLCPCB 多層 PCB：高精度與專業 PCB
什麼是多層 PCB？
多層 PCB 是一種具有兩層以上、由三層或更多導電銅箔層組成的印刷電路板。多層 PCB 是標準的電子電路板；其頂層與底層類似雙面板，但在核心兩側還有額外層。多層雙面電路板經過層壓，並以耐熱絕緣層黏合在一起。主動與被動元件放置在多層 PCB 的頂層與底層，而內部堆疊層則用於走線。內層包含導通孔，如電鍍通孔、盲孔與埋孔，以及所有層間的電氣連接。
這些內部堆疊層的排列方式，使得通孔（THT）電子元件與表面黏著元件（SMD）均可焊接於此類 PCB 的任一側。此技術的應用可產生各種複雜度與尺寸的 PCB。多層 PCB 最多可達 40 層。
為何多層 PCB 如此廣泛使用？
多層印刷電路板的需求持續上升。電子產品朝向更小、更快、更強大的趨勢，使多層 PCB 更受歡迎。多層板的能力開啟了無限可能，讓工程師能夠打造更高密度的電路板，實現微型化。由於多層 PCB 可容納更多電子元件，因此廣泛應用於現代電子設備，層數從 4 層到 40 層不等。
典型的四層疊構中，為提升電磁相容（EMI）效能，信號層應緊鄰接地平面。信號走線與接地平面之間的緊密耦合可降低平面阻抗、共模輻射與走線間串擾。隨著層數增加，PCB 板需要更薄的介電層，使層間自動緊密耦合。此類疊構常用於高速電子產品，以提供更佳的 EMI 效能與信號完整性。
更多內層有助於實現緊湊設計、輕量化、耐用性與靈活性，適用於消費電子、電信等廣泛產業。智慧裝置等應用通常需要 4 到 8 層，而智慧型手機則可能多達 12 層。
多層 PCB 的優點
儘管多層 PCB 的設計流程複雜且需要領域專業知識，但它們具備多項優勢，使其廣泛應用於現代先進電子設備與電器。以下為多層印刷電路板的優點：
縮小尺寸：由於其分層設計，多層 PCB 比其他功能相同的 PCB 更為緊湊。多層 PCB 在現代電子產品中提供顯著優勢，因為更小、更緊湊卻更強大的裝置（如智慧型手機、筆電、平板與穿戴裝置）正引領新趨勢。
輕量化結構：較小的 PCB 重量更輕，多層壓合與有序排列的電子元件為複雜電子應用創造更多空間。多層 PCB 專為減輕重量而設計，可用於穿戴式智慧裝置。
高品質：由於技術進步、研發投入，多層 PCB 在品質上通常優於單層與雙層 PCB。設計與製造流程投入大量心力，以在印刷電路板的緊湊尺寸中實現多功能。
更耐用：此印刷電路板設計可承受更大重量，並能承受壓合各層的壓力。多層 PCB 提供依應用調整的靈活性，無需完全重新設計。
更低雜訊：射頻（RF）設計（包括天線、高速與高頻信號走線）需要良好的接地屏蔽。多層 PCB 允許使用者放置獨立的接地與電源平面，使 RF 元件獲得更佳的接地屏蔽，降低電路阻抗並增強屏蔽效果。
更佳散熱：由於電子設備對有效散熱的高需求，多層 PCB 可設計金屬核心散熱層，以滿足屏蔽、散熱與其他特殊需求。
單一連接點：多層 PCB 設計為獨立運作，而非與其他 PCB 元件搭配使用。因此，它們僅有一個連接點，而非使用多個單層 PCB 所需的多個連接點。
多層 PCB 的缺點
儘管多層 PCB 有諸多優點，您也應了解製造與設計流程的缺點。以下為多層 PCB 的缺點：
成本更高：由於設計與製造流程複雜，多層電路板比單層電路板更昂貴。需要更多勞力、先進設計與昂貴的組裝設備。
設計流程複雜：多層 PCB 生產難度更高，需要更多設計時間。設計師必須遵循眾多設計規則，製造技術也比其他 PCB 類型更精細。
交期較長：每片板需要大量生產時間，導致更高的人力成本。此外，多層板的生產流程極為繁複。
需要領域專業知識：由於設計流程中的諸多挑戰，多層 PCB 需要 CAD 工具專業知識與設計規則檢查的理解。
維修可能具挑戰性。若多層印刷電路板出現缺陷，維修將較為困難。某些內層可能從外部無法看見，使判斷元件或電路板損壞原因更加困難。
供應有限：多層 PCB 生產設備成本高昂，是一大挑戰。並非所有 PCB 製造商都有財力或需求投資此設備，導致供應有限。
多層 PCB 的應用
由於多層 PCB 相較於單層與雙層 PCB 的優勢，它們廣泛應用於需要高密度、高速與高效能的高階電子設備。以下為多層 PCB 應用的不同領域：
現代消費電子產品（如智慧型手機、穿戴裝置與智慧設備）利用多層 PCB 的小尺寸與多功能特性，使其輕量化且易於安裝於狹小空間。
電信產業：網路設備與傳輸裝置因其耐用性與適應室內外環境的靈活性而採用多層 PCB。常見應用包括 GPS、手機中繼器與信號發射器。
醫療設備與醫療保健產業：醫療設備需要精確運作以進行治療與診斷。多層 PCB 因其強大功能而用於醫療領域，提升 CAT 掃描、X 光、心臟監測設備與醫療測試裝置等電子應用的效能。
汽車與航太系統需在極端條件下保持精度。多層 PCB 可在惡劣操作條件下維持品質與功能，例如車用電腦、GPS 系統與引擎感測器，這些應用需要 PCB 板具備高效能、空間最佳化、緊湊尺寸與耐熱性。因此，多層 PCB 成為這些產業設計師的首選。
多層 PCB 亦用於對空間與速度有特定需求的各種產業，如證券、物聯網（IoT）與家電。應用範圍從氣象分析設備到原子加速器、光纖感測器與警報系統。
單層、雙層與多層 PCB 的層疊結構有何不同？
單層 PCB 的所有元件安裝於板子單側。雙層 PCB 的元件安裝於板子兩側。多層 PCB 則將多層導電材料夾於絕緣層之間，可實現更複雜的電路與更高的元件密度。
一般 PCB 分為單面與雙面佈線，俗稱單面板與雙面板，設計上通常有一或兩層銅導電層。然而，高階電子產品因空間設計限制，可能在核心中堆疊多層銅線。每層線路依序透過光學設備製作、定位與壓合，使單一板子上可堆疊大量電路層，形成多層電路板。凡具有兩層以上的電路板即定義為多層電路板。多層 PCB 分為硬質 PCB、軟性 PCB 與軟硬結合 PCB。
如何區分單層與多層 PCB？
識別 PCB 類型可遵循以下兩個基本步驟：
1. 將 PCB 置於光源下並以橫截面觀察；若內部核心不透明或完全黑色，即為多層板。若核心透明，則為單面或雙面板。單面板易於識別，因其孔內無銅。
2. 單層 PCB 僅有一層線路（銅層），孔內無金屬化，亦無電鍍流程。相較之下，雙層 PCB 具有兩層線路（銅層），包含金屬化與非金屬化孔，並有電鍍流程。
多層 PCB 層壓技術
多層 PCB（印刷電路板）層壓技術是電子電路設計的關鍵進展，可實現更複雜且緊湊的裝置。多層 PCB 中，多層導電銅與絕緣材料（稱為層壓板）堆疊並黏合。此結構透過提供多條電氣連接路徑，減少對外部佈線的依賴並提升信號完整性，實現複雜電路與高元件密度。層壓板由預浸料（預先含浸樹脂）與核心材料組成，精心挑選其電氣、熱與機械特性。
這些材料必須精確對位並黏合，形成凝聚且可靠的多層堆疊。先進製程包括鑽孔、電鍍與蝕刻，以創建層間導通孔與互連。此技術滿足對更小、更快、更高效電子設備日益增長的需求，應用於電信、汽車、航太與消費電子等各產業。隨著技術進步，多層 PCB 持續演進，結合創新材料與技術以提升性能與功能。
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