PCB可制造性

专业术语

印制电路板

PCB基本分类

按照结构分类，分为单面板、双面板和多层板。

铝基板

目前业界大部分的铝基板都是单面板。双面铝基板的问题：

• 双面铝基板材目前未经过UL认证。
• 加工成本增加。
• 加工周期加长。

FPC软板

• 单面FPC线
  • 无参考平面、无法做阻抗控制，柔韧性好。
  • 一般建议用有胶材料，厚度0.13mm，最薄可以做到0.07mm。
• 双面FPC线，最薄厚度
  • 有胶无屏蔽膜：0.17±0.05mm
  • 有胶有屏蔽膜：0.20±0.05mm（屏蔽膜对阻抗有影响，差分最多到85Ω）
  • 无胶无屏蔽膜：0.12±0.05mm
  • 无胶有屏蔽膜：0.15±0.05mm（屏蔽膜影响导致阻抗更低，不建议采用）
• 三层FPC线
  • 两边地平面，中间信号层，无需要屏蔽膜，最薄厚度：0.27±0.05mm
• 多层FPC线

注意：是否需要加屏蔽膜需要在设计前期确认，并在结构图纸中标注，以便知会PCB工程师和板厂。

HDI板

HDI技术，High Densigy Interconnector，高密度互连技术，HDI板中才会用到盲埋孔。

HDI板使用场景：布线密度高，无法打通孔

常用基板材料

PCB根据基板材料可分：纸基 CCL（Copper Clad Laminate），环氧玻璃布基 CCL，复合基 CCL，
陶瓷、石墨、金属基等。

选择基板材料时应当考虑：

• 热膨胀系数（CTE）与器件热膨胀系数相近，现存器件多为塑料封装，故推荐环氧玻璃布基CCL，如FR4材料。
• 电气特性，高频板应选择介电常数和介质损耗小的板材，如 Rogers。
• 加工工艺，如纸基 CCL 只能冲孔而不能钻孔。
• 价格，纸基 CCL 较便宜，而陶瓷、石墨、金属基板等价格较高。

叠层方式

PCB 叠法一般有两种设计：一种是铜箔加芯板（Core）的结构，简称为Foil叠法；另一种是芯板
（Core）叠加的方式，简称Core叠法，如下图所示。特殊材料（如 Rogers4350 等）多层板以及板材混压时可采用Core叠法。

PCB叠层方式推荐为Foil叠法。PCB铜箔厚度应参考通流能力，PCB外层成品铜厚为1OZ，内层一般选用1OZ的铜箔；尽量避免在内层使用两面铜箔厚度不一致的芯板。

多层PCB基本结构，以4层板为例，PCB板厚可以根据结构需要让板厂进行调整。硬板板厚一般为：1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、2.0mm、2.54mm等。板层数和厚度可根据实际产品需要，调整对应叠构中的PP介质厚度以此满足板厚要求，让板厂进行调整。

PCB叠法需采用对称设计：对称设计指绝缘层厚度、半固化片类别、铜箔厚度、图形分布类型（大铜箔层、线路层）尽量相对于PCB的垂直中心线对称，如下图所示。

表面处理

表面处理推荐表

油墨

绿油是阻焊油墨的俗称，不一定是绿色的。白油是丝印油墨的俗称，不一定是白色的。

不同阻焊油墨对加工工艺要求不同，最终目的为了保证焊盘之间有至少3mil的阻焊桥。

阻焊油墨对设计的要求

油墨颜色对焊盘间距的要求

双排引脚出线，PIN夹线，线宽3.2mil，PIN到线只有4.3mil，因此不能使用黑色阻焊。

此类间距使用黑色油墨的风险：

• 取消PAD间阻焊桥，会有焊接连锡短路风险。
• 削PAD保证阻焊桥，导致PAD尺寸减小，会有虚焊风险。

露铜

即铜皮表面不刷

通用设计规则

孔设计

过孔间距设计

金属化孔（PTH）和非金属化孔（NPTH）到板边的最小间距：孔壁到板边的间距D≥20mil，满足
不破孔要求。

过孔禁布设计：过孔不能位于焊盘上（射频、散热焊盘等特殊设计除外）。

厚径比

PCB厚径比 = PCB的厚度 / 钻孔的直径。建议PCB厚径比≤10。如果PCB厚径比大于10，需要考虑PCB供应商是否有生产能力。

散热孔设计

• 大功率发热器件且带散热焊盘的应做散热设计；
• 散热焊盘上需要打散热过孔，散热过孔的数量及尺寸取决于封装的应用情况、芯片功率大小以及电性能的要求；
• 散热孔采取“贯通孔”设计，PCB 背面散热区域做散热焊盘并做阻焊开窗，但是要注意避让过孔，即要开钢网的过孔上不允许双面开窗。

安装定位孔

孔类型：

• 类型 A：卫兵孔
• 类型 B：金属化孔
• 类型 C：非金属化孔

槽孔设计

由于槽孔（NPTH-SLOT）的加工公差较大，其边缘与铜箔间距要求≥10mil。

设计时，平面层的反焊盘可设计为槽孔形。若为圆形，则以槽孔的边长来确定其直径。以 158×197mil的槽孔（NPTH-SLOT）为例，示意如下图所示。

布线设计

出线方式

元器件走线和焊盘连接要避免不对称走线，如下图

元器件出线应从焊盘端面中心位置引出，如下图

当和焊盘连接的走线比焊盘宽时，走线不能覆盖焊盘，应从焊盘末端引线，如下图

密间距的SMT焊盘引脚需要连接时，应从焊脚外部连接，不允许在焊脚中间直接连接，如下图

覆铜设计工艺要求

同一层内的线路或铜分布不平衡或者不同层的铜分布不对称时，推荐覆铜设计。

外层如果有大面积的区域没有走线和图形，建议在该区域内铺铜网络，使整个板面内的铜分布均匀。铜网格之间的空方格的大小建议为30mil×30mil，如下图所示。

PCB过孔和叠层

什么是通孔、盲孔、埋孔

PCB板是由基板和PP叠加而成的。不同层上走了各种信号线和电源，这些信号和电源在不同的电路层之间切换时需要依靠过孔（通孔、盲孔和埋孔）连接。如下图所示的6层板，使用了2阶HDI方案：有机械孔和激光孔。

过孔的作用就像是水管一样，连接了不同的平面。PCB板上的过孔作用就是为了实现不同层的电气导通，所以可以叫导通孔。还有一种是非金属化过孔（下图黄色箭头所示），比如产品PCB要配置结构做一些定位用的孔，就可以是不导电的。其原因是打完孔后没有在孔壁上电镀一层铜。

一般我们能看到PCB 导通孔有三种，分别是通孔（PTH）、盲孔（BVH）和埋孔（BVH）。

总结：过孔是PCB中不同平面层之间的连接通道。过孔可以分为非金属化过孔和金属化过孔。金属化过孔我们一般叫导通孔，分为通孔、盲孔和埋孔

通孔（Plating Through Hole）

简称PTH，通孔是我们最常见的一种导通孔，也是最简单的一种孔，成本比较低。对于通孔的简单理解可以参考，通==全部导通。如下图所示的双面洞洞板上的孔就是通孔。

虽然通孔有成本低，工艺简单的优点。在目前PCB板寸土寸金的情况下，有些电路板上因为布局密（比如有大量BGA芯片），全部使用通孔会占用很多的面积，并且BGA走线可能无法扇出。举个例子，如果我买下一栋8层房子中的5-6层，想在内部设计一个楼梯可以从5楼直接到6楼，如果我设计了一个从6楼一直贯穿到1楼的楼梯，那显然是没有必要的，而且还占用了邻居家的面积。

盲孔（Blind Via Hole）

简称BVH，将PCB最外层（顶层或底层）电路和最邻近的内层以电镀孔连接，这种没有完全贯通的孔我们叫做盲孔，可以理解为盲人看不到对面。所以盲孔在PCB表面上可以看到有一个孔，但是另一面的同一个位置却没有与之相对应的孔。

埋孔（Buried Via Hole）

简称BVH，PCB内层之间连接，但表层（顶层或底层）却看不到的孔。在制作内层的时候就需要先进行钻孔和电镀，然后再与其他层进行黏合。这种孔用于内层信号互连，适用于高密度和高速板卡设计。

一图顶千言，下图所示为Allegro中设计过孔方式的切片简图：

通孔板和HDI板区别

通孔板（Through-Hole Board）和HDI板（High-Density Interconnect Board）是PCB（印制电路板）的两种不同类型，主要区别体现在结构、工艺、应用场景和性能方面。其中HDI是高密度互连（High Density Interconnector）的缩写，是使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。HDI专为小容量用户设计的紧凑型产品。

结构差异

通孔板：

• 使用通孔技术（Through-Hole Technology, THT），元件引脚穿过PCB上的钻孔并焊接在另一侧。
• 通常为单层或双层板，孔壁通常未金属化（除非是金属化孔）。
• 孔径较大（通常大于0.8mm），布线密度较低。

HDI板：

• 采用高密度互连技术，通过微孔（直径通常小于0.15mm）、盲孔或埋孔实现多层之间的连接。
• 结构复杂，可能包含任意层互连（Any-Layer HDI）或叠孔设计。
• 布线密度高，线宽/线距更小（可达0.05mm以下）。

工艺技术

通孔板：

• 工艺简单，钻孔后直接插装元件，适合手工焊接或波峰焊。
• 成本较低，但难以满足高精度需求。

HDI板：

• 需使用激光钻孔、电镀填孔、顺序层压等先进工艺。
• 对材料和设备要求高，制造成本显著提升。

应用场景

通孔板：

• 适用于工业设备、电源模块、低复杂度消费电子产品等对尺寸和性能要求不高的领域。
• 常见于继电器、大型电容等需要高机械强度的元件。

HDI板：

• 主要用于空间受限或高性能设备，如智能手机、可穿戴设备、高速通信模块、医疗微创设备等。
• 满足高频高速信号传输需求（如5G、AI芯片）。

性能对比

发展趋势

• 通孔板：逐渐被替代，但在特定领域（如高功率设备）仍不可取代。
• HDI板：随着电子设备小型化、高频化需求增长，成为主流选择，并向更精细的mSAP（半加成法）工艺发展。

1阶、1.5阶、2阶、3阶PCB板的区别

一阶、1.5阶、二阶和三阶PCB板指的是高密度互连板中盲孔的加工工艺和层压次数。区别一阶，二阶就，三阶的方法就是看激光孔的个数。PCB芯板压合几次，打几次激光孔，就是几阶。这是唯一的区别。下面我们以一个8层板为例来说明各种阶数。

1阶板（1-step HDI）

一阶板,一次压合即成,可以想像成最普通的板

• 定义：仅包含从表层（第1层或第8层）到相邻内层的盲孔。通常只需要一次层压即可完成。
• 制造流程：
  • 先制作好核心板（例如，包含第2-7层的通孔）。
  • 在外层（第1层和第8层）压合上带有铜箔的介质层。
  • 在一次钻孔中，钻出连接第1层-第2层的盲孔和连接第8层-第7层的盲孔，以及所有的通孔。
  • 进行孔金属化和电镀。
• 特点：
  • 工艺相对简单。
  • 成本最低的HDI板。
  • 盲孔只能从表层开始。

1.5阶板（1.5-step HDI）

• 定义：这是一阶板和二阶板之间的一个折中方案。它像一阶板一样只进行一次层压，但通过控制钻孔深度，实现了连接第1层到第3层（跳过第2层）的盲孔。这种孔称为跳过孔。
• 制造流程：
  与一阶板流程类似，但使用激光钻孔并精确控制能量和焦距，使激光只打到第3层，而不穿透到第4层。
• 特点：
  • 密度比一阶板高，成本比二阶板低。
  • 是成本和高密度之间一个很好的平衡点。
  • 是当前智能手机等消费电子产品中最常见的HDI工艺之一。

在一个1.5阶的PCB设计中，可以同时存在：

• 从第1层到第2层的盲孔
• 从第1层到第3层的盲孔

这正是1.5阶PCB板的一个典型且核心的特征。在制造过程中，激光钻孔机被设置为两种模式：

• “浅”钻孔：激光能量和聚焦点被控制在仅能烧穿第1层到第2层之间的介质，形成 1-2盲孔。
• “深”钻孔：激光参数被调整，能量足以烧穿第1层、第2层以及它们之间的介质，直达第3层的铜箔表面，形成 1-3跳过孔。

二阶板（2-step HDI）

二阶板，两次压合，以盲埋孔的八层板为例，先做2-7层的板，压好，这时候2-7的通孔埋孔已经做好了，再加1层和8层压上去，打1-8的通孔，做成整板。

• 定义：盲孔可以“叠放”在另一盲孔之上，需要至少两次层压。例如，可以有从第1层到第2层的盲孔，以及从第2层到第3层的盲孔。
• 制造流程：
  • 首先制作一个子核心板（例如，包含第3-6层）。
  • 第一次层压：在子核心板的两侧压合上第2层和第7层，并制作第2层-第3层和第7层-第6层的盲孔。
  • 第二次层压：在最外层压合上第1层和第8层，并制作第1层-第2层和第8层-第7层的盲孔，以及所有通孔。
• 特点：
  • 布线密度更高。
  • 工艺更复杂，需要多次层压和对位。
  • 成本显著高于一阶板。
• 技术术语：出现了交错盲孔或叠孔。
  • 交错盲孔：两个盲孔的位置是错开的，通过内层垫片连接。
  • 叠孔：两个盲孔精确地上下叠在一起，工艺难度更高，性能更好。

三阶板（3-step HDI）

• 定义：在二阶板的基础上进一步增加层压次数和盲孔的叠层深度。例如，可以有从第1层到第2层、第2层到第3层、第3层到第4层的连续叠孔。
• 制造流程：
  • 需要三次或更多次层压，工艺极其复杂，良品率较低。
• 特点：
  • 实现最高的布线密度。
  • 成本非常昂贵。
  • 主要用于芯片引脚数量极多、空间极其受限的场合，如高端服务器CPU、FPGA、航空航天、军事等领域。

总结

如何选择HDI板

• 一阶板：当你的设计无法用通孔板实现，但对尺寸要求不极端时。
• 1.5阶板：目前消费电子产品的甜点区。在尺寸、成本和性能之间取得了最佳平衡。
• 二阶/三阶板：只有当你的BGA芯片引脚间距非常小（例如小于0.4mm），且板子空间极其宝贵，必须使用最高密度布线时，才需要考虑。这会带来成本的急剧上升。