pcb设计10层板难点是什么?

PCB设计过程中有哪些难点及解决方案~

作为点与点的连线，层与层的对接，元件的尺寸模型，对PCB设计都是电脑自动生成。难是难在，电脑无法对你电路的用途判断，不能快速自动处理如，高频应用、线间电容、线电感、接地干扰、电磁隔离、点间耐压等问题。
完成自动接线要加入选项，部分电路还需人工干预，如焊点间耐压（镂空），板上散热。一般将大的电路分几个小块（功能模块化设计），然后组合在一个板子上，这样设计相对容易控制。

PCB布线原则


连线精简原则
连线要精简，尽可能短，尽量少拐弯，力求线条简单明了，特别是在高频回路中，当然为了达到阻抗匹配而需要进行特殊延长的线就例外了，例如蛇行走线等。
安全载流原则
铜线的宽度应以自己所能承载的电流为基础进行设计，铜线的载流能力取决于以下因素：线宽、线厚（铜铂厚度）、允许温升等，下表给出了铜导线的宽度和导线面积以及导电电流的关系（军品标准），可以根据这个基本的关系对导线宽度进行适当的考虑。
印制导线最大允许工作电流（导线厚50um，允许温升10℃）
导线宽度（Mil） 导线电流（A）
10 1
15 1.2
20 1.3
25 1.7
30 1.9
50 2.6
75 3.5
100 4.2
200 7.0
250 8.3
相关的计算公式为：
I=KT0.44A0.75
其中:
K为修正系数，一般覆铜线在内层时取0.024，在外层时取0.048；
T为最大温升，单位为℃;
A为覆铜线的截面积，单位为mil（不是mm，注意）；
I为允许的最大电流，单位是A。
电磁抗干扰原则
电磁抗干扰原则涉及的知识点比较多，例如铜膜线的拐弯处应为圆角或斜角（因为高频时直角或者尖角的拐弯会影响电气性能）双面板两面的导线应互相垂直、斜交或者弯曲走线，尽量避免平行走线，减小寄生耦合等。
一、 通常一个电子系统中有各种不同的地线，如数字地、逻辑地、系统地、机壳地等，地线的设计原则如下：
1、 正确的单点和多点接地
在低频电路中，信号的工作频率小于1MHZ，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHZ时，如果采用一点接地，其地线的长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。
2、 数字地与模拟地分开
若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应尽量使它们分开。一般数字电路的抗干扰能力比较强，例如TTL电路的噪声容限为0.4~0.6V，CMOS电路的噪声容限为电源电压的0.3~0.45倍，而模拟电路只要有很小的噪声就足以使其工作不正常，所以这两类电路应该分开布局布线。
3、 接地线应尽量加粗
若接地线用很细的线条，则接地电位会随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。
4、 接地线构成闭环路
只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成环路大多能提高抗噪声能力。因为环形地线可以减小接地电阻，从而减小接地电位差。
二、 配置退藕电容
PCB设计的常规做法之一是在印刷板的各个关键部位配置适当的退藕电容，退藕电容的一般配置原则是：
a 电源的输入端跨接10~100uf的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100uf以上的电解电容器抗干扰效果会更好。
b 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01uf~`0.1uf的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1~10uf的钽电容（最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用钽电容或聚碳酸酝电容）。
c 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。
d 电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。
三、 过孔设计
在高速PCB设计中，看似简单的过孔也往往会给电路的设计带来很大的负面效应，为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：
a 从成本和信号质量两方面来考虑，选择合理尺寸的过孔大小。例如对6- 10层的内存模块PCB设计来说，选用10/20mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用8/18Mil的过孔。在目前技术条件下，很难使用更小尺寸的过孔了（当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜）；对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗。
b 使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。
c PCB板上的信号走线尽量不换层，即尽量不要使用不必要的过孔。
d 电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好。
e 在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地过孔。
四、 降低噪声与电磁干扰的一些经验
a 能用低速芯片就不用高速的，高速芯片用在关键地方。
b 可用串一个电阻的方法，降低控制电路上下沿跳变速率。
c 尽量为继电器等提供某种形式的阻尼，如RC设置电流阻尼。
d 使用满足系统要求的最低频率时钟。
e 时钟应尽量靠近到用该时钟的器件，石英晶体振荡器的外壳要接地。
f 用地线将时钟区圈起来，时钟线尽量短。
g 石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。
h 时钟、总线、片选信号要远离I/O线和接插件。
i 时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小。
J I/O驱动电路尽量靠近PCB板边，让其尽快离开PCB。对进入PCB的信号要加滤波，从高噪声区来的信号也要加滤波，同时用串终端电阻的办法，减小信号反射。
k MCU无用端要接高，或接地，或定义成输出端，集成电路上该接电源、地的端都要接，不要悬空。
l 闲置不用的门电路输入端不要悬空，闲置不用的运放正输入端接地，负输入端接输出端。
m 印制板尽量使用45折线而不用90折线布线，以减小高频信号对外的发射与耦合。
n 印制板按频率和电流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件呀距离再远一些。
o 单面板和双面板用单点接电源和单点接地、电源线、地线尽量粗。
p 模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线，特别是时钟。
q 对A/D类器件，数字部分与模拟部分不要交叉。
r 元件引脚尽量短，去藕电容引脚尽量短。
s 关键的线要尽量粗，并在两边加上保护地，高速线要短要直。
t 对噪声敏感的线不要与大电流，高速开关线并行。
u 弱信号电路，低频电路周围不要形成电流环路。
v 任何信号都不要形成环路，如不可避免，让环路区尽量小。
w 每个集成电路有一个去藕电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容。
x 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容做电路充放电储能电容，使用管状电容时，外壳要接地。
y 对干扰十分敏感的信号线要设置包地，可以有效地抑制串扰。
z 信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所有器件的标称延迟时间。
环境效应原则
要注意所应用的环境，例如在一个振动或者其他容易使板子变形的环境中采用过细的铜膜导线很容易起皮拉断等。
安全工作原则
要保证安全工作，例如要保证两线最小间距要承受所加电压峰值，高压线应圆滑，不得有尖锐的倒角，否则容易造成板路击穿等。
组装方便、规范原则
走线设计要考虑组装是否方便，例如印制板上有大面积地线和电源线区时（面积超过500平方毫米），应局部开窗口以方便腐蚀等。
此外还要考虑组装规范设计，例如元件的焊接点用焊盘来表示，这些焊盘（包括过孔）均会自动不上阻焊油，但是如用填充块当表贴焊盘或用线段当金手指插头，而又不做特别处理，（在阻焊层画出无阻焊油的区域），阻焊油将掩盖这些焊盘和金手指，容易造成误解性错误；SMD器件的引脚与大面积覆铜连接时，要进行热隔离处理，一般是做一个Track到铜箔，以防止受热不均造成的应力集中而导致虚焊；PCB上如果有Φ12或方形12mm以上的过孔时，必须做一个孔盖，以防止焊锡流出等。
经济原则
遵循该原则要求设计者要对加工，组装的工艺有足够的认识和了解，例如5mil的线做腐蚀要比8mil难，所以价格要高，过孔越小越贵等
热效应原则
在印制板设计时可考虑用以下几种方法：均匀分布热负载、给零件装散热器，局部或全局强迫风冷。
从有利于散热的角度出发，印制板最好是直立安装，板与板的距离一般不应小于2cm，而且器件在印制板上的排列方式应遵循一定的规则：
同一印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列，发热量小或耐热性差的器件（如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等）放在冷却气流的最上（入口处），发热量大或耐热性好的器件（如功率晶体管、大规模集成电路等）放在冷却气流最下。
在水平方向上，大功率器件尽量靠近印刷板的边沿布置，以便缩短传热路径；在垂直方向上，大功率器件尽量靠近印刷板上方布置，以便减少这些器件在工作时对其他器件温度的影响。
对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域（如设备的底部），千万不要将它放在发热器件的正上方，多个器件最好是在水平面上交错布局。
设备内印制板的散热主要依靠空气流动，所以在设计时要研究空气流动的路径，合理配置器件或印制电路板。采用合理的器件排列方式，可以有效地降低印制电路的温升。
此外通过降额使用，做等温处理等方法也是热设计中经常使用的手段。

10层或多层PCB板设计主要制作难点是对比常规线路板产品特点，高层线路板具有板件更厚、层数更多、线路和过孔更密集、单元尺寸更大、介质层更薄等特性，内层空间、层间对准度、阻抗控制以及可靠性要求更为严格。

一、 层间对准度难点

由于高层板层数多，客户对PCB各层的对准度要求越来越严格，通常层间对位公差控制±75μm，考虑高层板单元尺寸设计较大、图形转移车间环境温湿度，以及不同芯板层涨缩不一致性带来的错位叠加、层间定位方式等因素，使得高层板的层间对准度控制难度更大。

二、内层线路制作难点

高层板采用高TG、高速、高频、厚铜、薄介质层等特殊材料，对内层线路制作及图形尺寸控制提出高要求，如阻抗信号传输的完整性，增加了内层线路制作难度。线宽线距小，开短路增多，微短增多，合格率低;细密线路信号层较多，内层AOI漏检的几率加大;内层芯板厚度较薄，容易褶皱导致曝光不良，蚀刻过机时容易卷板;高层板大多数为系统板，单元尺寸较大，在成品报废的代价相对高。

三、压合制作难点

多张内层芯板和半固化片叠加，压合生产时容易产生滑板、分层、树脂空洞和气泡残留等缺陷。在设计叠层结构时，需充分考虑材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质厚度，并设定合理的高层板压合程式。层数多，涨缩量控制及尺寸系数补偿量无法保持一致性;层间绝缘层薄，容易导致层间可靠性测试失效问题。

四、钻孔制作难点

采用高TG、高速、高频、厚铜类特殊板材，增加了钻孔粗糙度、钻孔毛刺和去钻污的难度。层数多，累计总铜厚和板厚，钻孔易断刀;密集BGA多，窄孔壁间距导致的CAF失效问题;因板厚容易导致斜钻问题。

一些解决方案：

1. 材料选择要好

随着电子元器件高性能化、多功能化的方向发展，同时带来高频、高速发展的信号传输，因此要求电子电路材料的介电常数和介电损耗比较低，以及低CTE、低吸水率和更好的高性能覆铜板材料，以满足高层板的加工和可靠性要求。常用的板材供应商主要有A系列、B系列、C系列、D系列。对于高层厚铜线路板选用高树脂含量的半固化片，层间半固化片的流胶量足以将内层图形填充满，绝缘介质层太厚易出现成品板超厚，反之绝缘介质层偏薄，则易造成介质分层、高压测试失效等品质问题，因此对绝缘介质材料的选择极为重要。

2.采用压合叠层结构设计

在叠层结构设计中考虑的主要因素是材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质层厚度等，应遵循以下主要原则。

(1) 半固化片与芯板厂商必须保持一致。为保证PCB可靠性，所有层半固化片避免使用单张1080或106半固化片(客户有特殊要求除外)，客户无介质厚度要求时，各层间介质厚度必须按IPC-A-600G保证≥0.09mm。

(2) 当客户要求高TG板材时，芯板和半固化片都要用相应的高TG材料。

(3) 内层基板3OZ或以上，选用高树脂含量的半固化片，如1080R/C65%、1080HR/C 68%、106R/C 73%、106HR/C76% ;但尽量避免全部使用106 高胶半固化片的结构设计，以防止多张106半固化片叠合，因玻纤纱太细，玻纤纱在大基材区塌陷而影响尺寸稳定性和爆板分层。

(4) 若客户无特别要求，层间介质层厚度公差一般按+/-10%控制，对于阻抗板，介质厚度公差按IPC-4101 C/M级公差控制，若阻抗影响因素与基材厚度有关，则板材公差也必须按IPC-4101 C/M级公差。

3. 层间对准度控制

内层芯板尺寸补偿的精确度和生产尺寸控制，需要通过一定的时间在生产中所收集的数据与历史数据经验，对高层板的各层图形尺寸进行精确补偿，确保各层芯板涨缩一致性。选择高精度、高可靠的压合前层间定位方式，如四槽定位(Pin LAM)、热熔与铆钉结合。设定合适的压合工艺程序和对压机日常维护是确保压合品质的关键，控制压合流胶和冷却效果，减少层间错位问题。层间对准度控制需要从内层补偿值、压合定位方式、压合工艺参数、材料特性等因素综合考量。

5. 内层线路工艺

由于传统曝光机的解析能力在50μm左右，对于高层板生产制作，可以引进激光直接成像机(LDI)，提高图形解析能力，解析能力达到20μm左右。传统曝光机对位精度在±25μm，层间对位精度大于50μm。采用高精度对位曝光机，图形对位精度可以提高到15μm左右，层间对位精度控制30μm以内，减少了传统设备的对位偏差，提高了高层板的层间对位精度。

为了提高线路蚀刻能力，需要在工程设计上对线路的宽度和焊盘(或焊环)给予适当的补偿外，还需对特殊图形，如回型线路、独立线路等补偿量做更详细的设计考虑。确认内层线宽、线距、隔离环大小、独立线、孔到线距离设计补偿是否合理，否则更改工程设计。有阻抗、感抗设计要求注意独立线、阻抗线设计补偿是否足够，蚀刻时控制好参数，首件确认合格后方可批量生产。为减少蚀刻侧蚀，需对蚀刻液的各组药水成分控制在最佳范围内。传统的蚀刻线设备蚀刻能力不足，可以对设备进行技术改造或导入高精密蚀刻线设备，提高蚀刻均匀性，减少蚀刻毛边、蚀刻不净等问题。

6.压合工艺

目前压合前层间定位方式主要包括：四槽定位(Pin LAM)、热熔、铆钉、热熔与铆钉结合，不同产品结构采用不同的定位方式。对于高层板采用四槽定位方式(Pin LAM)，或使用熔合+铆合方式制作，OPE冲孔机冲出定位孔，冲孔精度控制在±25μm。熔合时调机制作首板需采用X-RAY检查层偏，层偏合格方可制作批量，批量生产时需检查每块板是否熔入单元，以防止后续分层，压合设备采用高性能配套压机，满足高层板的层间对位精度和可靠性。

根据高层板叠层结构及使用的材料，研究合适的压合程序，设定最佳的升温速率和曲线，在常规的多层线路板压合程序上，适当降低压合板料升温速率，延长高温固化时间，使树脂充分流动、固化，同时避免压合过程中滑板、层间错位等问题。材料TG值不一样的板，不能同炉排板;普通参数的板不可与特殊参数的板混压;保证涨缩系数给定合理性，不同板材及半固化片的性能不一，需采用相应的板材半固化片参数压合，从未使用过的特殊材料需要验证工艺参数。

7.钻孔工艺

由于各层叠加导致板件和铜层超厚，对钻头磨损严重，容易折断钻刀，对于孔数、落速和转速适当的下调。精确测量板的涨缩，提供精确的系数;层数≥14层、孔径≤0.2mm或孔到线距离≤0.175mm，采用孔位精度≤0.025mm 的钻机生产;直径φ4.0mm以上孔径采用分步钻孔，厚径比12:1采用分步钻，正反钻孔方法生产;控制钻孔披锋及孔粗，高层板尽量采用全新钻刀或磨1钻刀钻孔，孔粗控制25um以内。为改善高层厚铜板的钻孔毛刺问题，经批量验证，使用高密度垫板，叠板数量为一块，钻头磨次控制在3次以内，可有效改善钻孔毛刺，如图2、图3所示。

对于高频、高速、海量数据传输用的高层板，背钻技术是改善信号完整有效的方法。背钻主要控制残留stub长度，两次钻孔的孔位一致性以及孔内铜丝等。不是所有的钻孔机设备具有背钻功能，必须对钻孔机设备进行技术升级(具备背钻功能)，或购买具有背钻功能的钻孔机。从行业相关文献和成熟量产应用的背钻技术主要包括：传统控深背钻方法、内层为信号反馈层背钻、按板厚比例计算深度背钻，在此不重复叙述。

在设计10层PCB板时，需考虑材料选择、信号完整性、电磁干扰控制及制造工艺限制。

以下是PCB设计10层板的难点： 

 1、材料选择与性能优化：高频板需使用RO4350B、RO4003C、F4B等高级材料；高速板可选用FR4、PI等材料。 

2、信号完整性：设计师须仔细考虑线路长度、阻抗，以确保信号完整，减少损失。 

3、电磁干扰（EMI）控制：多层PCB板需优化布局和布线，以最小化电磁干扰。 

4、制造工艺限制：PCB制造涉及温度、化学物质耐受性及制造过程中的质量问题。 

5、设计软件与工具：设计者应熟悉设计软件功能并有效利用其进行布局、布线及设计验证。 

通过理解材料特性、掌握设计原则及工具，设计师可创造高性能的多层PCB板。

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梅里斯达斡尔族区17875024569： 急! 懂PCB设计的高手进来,有人设计过20层板吗? - ？
大居宜宇： 答案是的,基本上也是靠手工布线,一点点的来完成.任何PCB软件的自动布线都是不可能完全布通的,而且也不是完全符合自己的设计要求,最终还是要手动修改或者重新布线,所以多层板布线很累也很费时间.本人最高14层板布了一个半月.

梅里斯达斡尔族区17875024569： pcb的十层板与单层板有什么不同 - ？
大居宜宇： 十层板会有单独的电源层地层,还有各自的信号层,单层板,是把所有电源、地、信号线都放在了一层.

梅里斯达斡尔族区17875024569： PCB设计有哪些特别需要注意的点? - ？
大居宜宇： 原发布者:xk520wx 一般PCB基本设计流程如下:前期准备‐>PCB结构设计‐>PCB布局‐>布线‐>布线优化和丝印‐>网络和DRC检查和结构检查‐>制版. 第一:前期准备.这包括准备元件库和原理图.“工欲善其事,必先利其器”,要做...

梅里斯达斡尔族区17875024569： PCB设计要点是什么? - ？
大居宜宇： 一、PCB设计要点:1.元件封装的准备. 尽量调用标准封装库中的文件; 严密按照所选期间的datasheet上的规范制作封装,不能忽略累积误差; 注意二极管、三极管等极性元件以及一些非对称元件的引脚定义不能搞错. 2.合理布局. 尽量按照...