【工程師進(jìn)階】搞懂PCB內(nèi)層的可制造性設(shè)計(jì)是關(guān)鍵

PCB工程師layout一款產(chǎn)品，不僅僅是布局布線，內(nèi)層的電源平面、地平面的設(shè)計(jì)也非常重要。處理內(nèi)層不僅要考慮電源完整性、信號(hào)完整性、電磁兼容性，還需要考慮DFM可制造性。

PCB表層是用來走線焊接元器件的，內(nèi)層則是規(guī)劃電源/接地層，該層僅用于多層板，主要用于布置電源線和接地線。我們稱之為雙層板、四層板和六層板，通常指信號(hào)層和內(nèi)部電源/接地層的數(shù)量。

一、4個(gè)重要的內(nèi)層設(shè)計(jì)問題

在高速信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)，高頻信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)的下面設(shè)計(jì)地線層，這樣信號(hào)環(huán)路的路徑最短，輻射最小。

高速電路設(shè)計(jì)過程中，必須考慮如何處理電源的輻射和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的干擾問題，一般情況電源層平面的面積小于地平面的面積，縮進(jìn)2倍的介質(zhì)厚度為最佳，可以對(duì)電源起屏蔽作用。

1、層疊規(guī)劃

電源層平面與相應(yīng)的地平面相鄰，目的是形成耦合電容，并與PCB板上的去耦電容共同作用，降低電源平面阻抗，同時(shí)獲得較寬的濾波效果。

2、選擇參考平面

參考層的選擇非常重要，理論上電源層和地平面層都能作為參考層，但是地平面層一般可以接地，屏蔽效果要比電源層好很多，所以一般優(yōu)先選擇地平面作為參考平面。

3、信號(hào)線不能跨區(qū)域走線

相鄰兩層的關(guān)鍵信號(hào)不能跨分割區(qū)，否則會(huì)形成較大的信號(hào)環(huán)路，產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射和耦合。

4、電源、地走線規(guī)劃

要保持地平面的完整性，不能在地平面走線，如果信號(hào)線密度太大，可以考慮在電源層的邊緣走線。

二、影響內(nèi)層制造的多種情況

由于PCB制造復(fù)雜的工藝流程，內(nèi)層制造的工藝只是其中一部分，在生產(chǎn)內(nèi)層板時(shí)還需考慮其他工序的工藝影響內(nèi)層的制造能力，比如壓合公差、鉆孔公差都會(huì)影響內(nèi)層的品質(zhì)良率。

PCB的層數(shù)可分為單面板、雙面板、多層板，這三種板子工藝流程也大不相同，尤其是多層板，生產(chǎn)工藝比單雙面板復(fù)雜許多，因此在設(shè)計(jì)多層板時(shí)，需考慮多層板復(fù)雜的工藝流程及DFM可制造性設(shè)計(jì)。

1、刪除獨(dú)立焊盤

獨(dú)立焊盤就是非功能性的PAD，在內(nèi)層不與任何網(wǎng)絡(luò)相連，在PCB制造過程中會(huì)取消獨(dú)立焊盤，因?yàn)榇霜?dú)立焊盤取消對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)功能無影響，反而在制造時(shí)會(huì)影響品質(zhì)及生產(chǎn)效率。

2、內(nèi)層BGA區(qū)域

BGA器件比較小，引腳非常多，因此設(shè)計(jì)出的過孔非常密集，在制造過程中鉆孔到走線、銅皮需要保留一定的間距，否則在壓合及鉆孔工序可能會(huì)短路，在保證鉆孔距銅皮、走線留一定的距離時(shí)，孔與孔中間的銅無法保留，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)開路，因此在CAM工程師處理BGA區(qū)域時(shí)需注意孔與孔中間的銅開路了需補(bǔ)銅橋，保證生產(chǎn)后網(wǎng)絡(luò)連接不斷開。

3、內(nèi)層設(shè)計(jì)異常

內(nèi)層負(fù)片的孔全部有孔環(huán)，轉(zhuǎn)成正片圖形就是所有孔與銅皮不相連完全隔離，完全隔離就等于內(nèi)層沒有任何作用，不做內(nèi)層都可以，生產(chǎn)制造遇到此問題會(huì)跟設(shè)計(jì)工程師確認(rèn)，是否設(shè)計(jì)異常，內(nèi)層銅皮沒有添加網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致完全隔離。

4、內(nèi)層負(fù)片瓶頸

在內(nèi)層設(shè)計(jì)電源層、地層分割時(shí)，由于過孔密集會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)通的瓶頸，電源網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)通的銅橋?qū)挾炔粔?，?huì)導(dǎo)致過不了相匹配的電流，從而導(dǎo)致燒板，甚至有些瓶頸位置直接開路，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)失敗。

三、一鍵DFM檢測內(nèi)層設(shè)計(jì)

內(nèi)層設(shè)計(jì)隱患繁多，很難提前規(guī)避所有風(fēng)險(xiǎn)，這里推薦一款華秋DFM可制造性分析軟件，對(duì)于上文提到的可制造性問題都能夠檢測出來，并提示存在的制造風(fēng)險(xiǎn)，讓設(shè)計(jì)工程師在制造前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在的缺陷，并修改檢測的問題點(diǎn)，避免設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在制造過程中出現(xiàn)問題，從而提升產(chǎn)品的成功率，減少多次試樣的成本。

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審核編輯黃宇