深入 PCB 結構：層次、疊構與堆疊如何定義現代電路板的性能

印刷電路板看起來可能只是扁平的綠色矩形，但在表面之下，它們其實是精密的多層結構。隨著裝置日益小型化與複雜化，工程師轉而採用多層板，並精心挑選材料與疊構，以滿足電氣與機械需求。本文將層層拆解，探討基板選擇、疊層結構與堆疊方式如何左右 PCB 性能。我們將從基礎材料談起，一路涵蓋到高密度互連，帶你掌握 PCB 設計的核心要點。文中也會引用業界最佳實務與成本取捨的指導原則，並比較幾種常見且已成業界標準的疊構。

構成任何 PCB 結構的核心要素

基板材料與銅箔基礎

每塊 PCB 都從基板開始，它就像電路板的絕緣骨架。最常見的是 FR-4，價格低廉、機械強度佳，介電常數適中，是萬用的基板選擇。缺點是在射頻頻段損耗較高，因此 RF 與微波板會改用 Rogers 材料，其介電常數穩定且損耗低至約 0.001，性能遠優於 FR-4，但成本約為 5–10 倍。

下一步是在基板上壓合銅箔，銅箔層數決定 PCB 的層數。常見銅厚 0.5 oz 至 2 oz，依載流需求調整；訊號線可用薄銅，電源線則建議用厚銅。

基本疊構中的 Prepreg 與 Core

Core 是雙面已壓合銅的固化基板，剛性高且厚度精準，1.6 mm 標準板可能由一至多片 core 構成。壓合時 prepreg 在高溫高壓下流動，把 core 與外層銅箔黏合。prepreg 最終厚度受壓力與樹脂含量影響，壓合後可能 ±10% 變化。多層板常見 6 層疊構即使用兩片 core，中間與外側夾 prepreg。

Core vs. Prepreg（並排比較）： Core 剛性且厚度精準，設計師常把關鍵內層訊號與平面放在 core 上以穩定阻抗；prepreg 擅長填縫，但單獨使用時阻抗精度較低。可把 core 視為骨架，prepreg 視為連接組織。

解讀 PCB 層別及其功能

訊號層 vs. 電源／接地平面

訊號層負責走線與焊墊；電源與接地平面則作為穩定電壓參考與供電網路。多層板通常把內層專門留給連續銅平面，接地平面提供低阻抗迴路並兼 EMI 屏蔽，電源平面則分佈 +3.3 V 或 +5 V。兩者相鄰時形成平行板電容，有助於去雜訊。

將電源與接地緊鄰放置（平面配對）可降低電源雜訊與迴路電感，並抑制地彈與瞬變。這也是為何 IC 電源腳旁要放旁路電容，形成最小迴路。

層數對設計複雜度的影響

層數翻倍約可讓佈線容量翻倍，同時也提高成本與製程難度。2 層板最便宜，但網線一多就擁擠；4 層板常見疊法：

• 訊號
• 接地
• 電源
• 訊號

相較 2 層板，4 層板提供更佳去耦與阻抗控制，成本約增 30–40%。6 層板再增兩層，常見疊法：

• Top（訊號）
• GND
• 訊號
• 訊號
• PWR
• Bottom（訊號）

或

• Top
• GND
• 訊號
• PWR
• GND
• Bottom

層數越高，越能控制走線密度與電源分配，但成本也越高；若成本優先，應盡量減少層數。

多層板的內層與外層差異

外層負責表面貼裝元件與連接器，佈線密度高；內層無法放置表面元件，通常作為走線或連續平面。外層走線為微帶線（一面銅一面空氣），內層為帶狀線（夾在介質中），電容較大、屏蔽較好，阻抗較低。高速差動對常放內層，上下緊鄰參考平面以降低輻射。JLCPCB 建議多層板將接地與電源平面放內層以兼作屏蔽，外層則處理高壓或 I/O。

掌握 PCB 疊構，取得最佳成果

標準疊構範例（2 層至 8 層）

• 2 層 PCB：無內層平面，上下皆為訊號層，常把底層鋪銅當接地，成本低但走線受限。
• 4 層 PCB：Top／Bottom 走線，內兩層為完整平面（GND＋PWR），例如 L1=訊號, L2=GND, L3=VCC, L4=訊號，提供良好去耦與阻抗控制，性價比高。
• 6 層 PCB：Top(訊號)–GND–訊號–訊號–PWR–Bottom(訊號)，或 Top–GND–訊號–PWR–GND–Bottom，後者雜訊免疫力更佳。
• 8 層 PCB：範例：Top(訊號)–GND–訊號–PWR–PWR–訊號–GND–Bottom(訊號)，提供兩組平面配對與四個訊號層，EMI 抑制最佳，但板更厚、成本更高。

疊構對稱與平衡法則

黃金法則：疊構必須上下對稱，避免翹曲。銅厚與層序應以板中心鏡像，例如 6 層板 L1=L6、L2=L5、L3=L4。銅分佈不均會在加熱時造成彎翹。

阻抗控制與訊號完整性

阻抗控制指將走線設計成特定阻抗（常見 50 Ω 單端或 90 Ω 差動）。疊構直接決定線寬與間距，換 prepreg 或移動參考平面都會改阻抗。設計師會用計算器或場求解器調整參數，確保阻抗達標。

良好疊構有助訊號完整性：高速訊號需緊鄰參考平面，JLCPCB 的 HDI 指南建議「訊號下要有地，電源再往上」，形成帶狀線以降低輻射與串音。

PCB 堆疊方式與製造考量

高密度互連（HDI）的順序堆疊

當需要極高密度與大量盲埋孔時，採用順序層壓：先壓合部分層次並鑽孔電鍍，再疊上新的 prepreg 與銅箔進行第二次層壓，如此可做出僅連相鄰層的微盲孔。

例如 12 層 HDI 可先壓 4 層做埋孔，再疊 4 層做埋孔，最後再疊 4 層並鑽盲孔，逐步完成。

Foil Build 與 Cap Build 比較

PCB 製造商主要採兩種疊板方式：foil build（外層用銅箔）與 cap build（外層用 core）。foil build 最常見，成本與彈性兼顧；cap build 外層為厚 core，常用於微波或 RF 板，以獲得極高尺寸穩定性。

總結：foil build 是主流，cap build 僅在性能關鍵時採用；兩者混用則成 hybrid build，需與板廠密切合作選材。

Hybrid 與 Rigid-Flex 結構變化

除全硬板外，設計師有時需 hybrid 或 rigid-flex 結構。rigid-flex 是將硬板區與 polyimide 軟板區壓合在一起，軟板區銅薄（≤1 oz），用無流動 prepreg 防止樹脂溢入彎折區。熱源元件通常擺在硬板區，以便利用熱孔或平面散熱。

結構影響的實體設計因素

熱管理與機械強度

更多銅與層數可橫向擴散熱量，內層平面如同大型散熱片；但剛性提高後，溫差應力也增大，因此對稱疊構至關重要。FR-4 與銅的熱膨脹係數不同，若失衡易導致翹曲或分層，rigid-flex 需用低 CTE 材料與無流動 prepreg 緩解。

成本、尺寸與可製造性取捨

層數越多成本越高，JLCPCB 分析指出 4→6 層或 6→8 層每步約漲 30–40%。厚銅、特殊材料、微盲孔都會加價。但高層數可縮小板面積，節省的 PCB 面積有時能抵消單價上升。JLCPCB 的免費 DFM 可在設計階段掃描 Gerber，提示線寬、間距、缺平面或散熱不足等常見問題。

常見問題（FAQ）

Q：什麼是 PCB 疊構？
疊構是銅層與介電層的順序安排，決定層數與每層用途。

Q：如何決定層數？
依佈線密度、訊號完整性與預算而定。簡單設計 2 層即可，高速或多腳位晶片通常需 4 層以上，以獲得專用平面與額外走線層。

Q：電源與接地平面的作用？
提供低電感迴路、EMI 屏蔽，並與相鄰平面形成電容，有助於去雜訊。

Q：JLCPCB 能協助驗證疊構嗎？
可以！JLCPCB 提供疊構模板、阻抗計算器，以及免費 JLCDFM 工具自動檢查設計。