智能移动通信终端用PCB叠层设计的一些思考

郭达文 李冬艳 孙 劼

（江西红板科技股份有限公司，江西 吉安 343100）

0 前言

随着5G技术及产品的出现，智能移动通信产业对印制电路板（PCB）的要求也在不断提升，PCB行业的发展也面临新的挑战，SAP（半加成法）、mSAP（改进半加成法）技术相应产生。随着PCB设计的高密度化逐渐向高阶HDI（高密度互连）和任意互连HDI板方向发展，使得线密集化和微孔化已逼近设计“极限化”[1]。PCB设计是以电路原理图为依据，实现PCB设计者所需要的功能。PCB的设计主要是指电路图设计，在设计时得考虑电子元器件的布局和走线、通孔的布局、外部连接的布局、电磁保护等因素[2]。PCB是由许多“层”组成，叠层是PCB设计的重要输出。PCB制造工厂的工程师，我们不是PCB的真正设计者，但我们也不能仅仅只是根据设计者提供的叠层信息，设计出制造流程，实现客户需求，还更应该根据PCB行业特征及制造能力去间接参与设计，从客户研发端开始，设计出更加合理的叠层，从而实现高质量、高效率、低成本的生产设计，促进整个产业链健康发展。

智能移动通信终端用PCB主要是HDI板，以下对这类HDI板为例的叠层设计谈一些看法。

1 智能移动通信终端用PCB叠层的主要特点

1.1 完整的PCB叠层

叠层是PCB设计和制作的核心，叠层中含有PCB制作过程中所需要主要的信息，PCB的制作工艺流程都是围绕叠层来进行的。一个完整的智能移动通信用PCB叠层主要包含以下信息：

1.1.1 层别信息

叠层中包括PCB的层数、每层的铜厚、层与层之间绝缘层的厚度、阻焊层的厚度，完成板的厚度要求等层别信息。

1.1.2 孔位置信息

埋孔、通孔、盲孔的位置，根据盲孔的位置可以判断板的阶数，也可以根据埋孔、通孔、盲孔在层间连通的位置来设计制造工艺流程。

1.1.3 阻抗相关信息

叠层中有对应层的阻抗值要求、阻抗线宽线距设计理论值等信息。

1.1.4 材料信息

叠层中的PP规格、厚度、阻抗值可以推算出材料的Er（介电常数）值，这是我们选择材料的基本依据。

叠层中包含层别信息、孔位置分布、阻抗相关影响以及材料信息，PCB工程师根据这些信息来进行材料选择、工艺流程设计。如图1所示为一个十层二阶HDI叠层结构。

图1 HDI板叠层结构例图

1.2 智能移动通信终端用PCB叠层

5G时代移动通信终端用PCB的主要特点是高密度、高频高速、高发热，这对电路板材料的选择、电路板的设计和制造工艺提出了挑战[3]。随着电子产品不断地向小型化和多功能化方向发展，智能移动通信用PCB都是二阶以上HDI板，任意层互连结构设计也逐渐成为智能手机、平板电脑等智能移动互联终端产品的主流设计。其叠层设计主要有以下几个特点。

1.2.1 薄

首先根据叠层设计，内层芯板比较薄，大多需要使用包铜厚度0.05 mm及以下基板；另外叠层设计中所用的PP厚度比较薄，需要使用106#及更薄规格的PP。HDI板大多为8～14层板，完成PCB的厚度通常也只有0.6～0.8 mm，甚至更薄。

1.2.2 高

智能移动通信用PCB通常为高阶的HDI板，有任意层互连设计，其对工艺生产能力要求较高。作为通信用PCB，对信号传输要求较高，故对阻抗的一致性要求也更高。

1.2.3 密

高密度是HDI板的一个显著特征，高密度设计不仅可以缩短信号的传输距离，降低电容和电感产生的损耗；还可以节约电能消耗，提升设备续航能力。智能移动通信用PCB线路设计越细越密，相应器件的焊盘和间距也越来越小，PCB制造的难度也随之增加，SAP、mSAP等技术正因此而衍生发展。

2 智能移动通信终端用PCB叠层的几点思考

2.1 材料的选择

材料的选择是PCB工程师技术水平的体现之一，选择好材料不仅降低生产成本，更能提高产品质量、提高生产效率。智能移动通信产品（如手机）更新换代比较快，周期相对较短，对PCB的交期时间要更短。故在选择材料时候既要考虑满足客户的性能要求，还要考虑材料采购、仓储等因素。在满足客户要求的前提下，尽量选择常用规格的覆铜板和PP；特别是PP的选择，应该尽量保证选择多样性的前提下，减少PP的种类，利于材料的通用性和一致性。

首先要结合PCB的交期短、持续批量较小等特点，设计出适合本厂标准的常用叠层（如10层0.6 mm、12层0.8 mm等），在满足客户需求的前提下，确定几种规格的覆铜板和PP作为常备物料。然后与客户协商（特别是长期战略合作客户），在电路原理图设计时直接参考使用标准常用叠层，减少备料时间，缩短交货时间。

制定标准常用叠层，选定常用物料，对工厂物料管控以及仓储等成本有着非常重要的作用，在一定程度也可以减少物料用错。以十层二阶HDI叠层结构为例（图1），所有绝缘层均选用106#RC75%的PP，仓储物料种类少，易于管控。若一个叠层中使用多种PP（106#RC75%、1080#RC65%、2116#RC51%），不仅仓储物料种类的管控成本增加，还造成产线PP种类多，增加PP放错位置等错误出现的概率。

2.2 工艺匹配性

设计好的叠层，必须和PCB制造的工艺流程相匹配才是好的叠层，这也是我们设计标准常用叠层的另一目的。

叠层结构中“纵横交错”，纵向（Z轴）通过不同的孔进行导通，要根据埋孔所在层别确定芯板层、第一次压合层别，再根据盲孔所在层别确定后续层别的压合；同时还要根据电镀铜工艺的纵横比（孔铜和面铜的比值）来计算每层能够做到的铜厚，从而确定压合时需要用到的铜箔厚度。横向（X、Y轴）是每层完成的铜厚（基铜+电镀铜）与线宽线距的匹配关系，完成铜厚直接决定线宽线距的制作能力及需要采用的工艺流程。只有与工艺相匹配的叠层，才能有更好的PCB制造过程，才有更高的制造良率。

2.3 阻抗

智能移动通信用PCB 对信号传输要求较高，对阻抗的一致性要求也更高，特别是一些信号管控较高的阻抗，如50Ω的特性阻抗，阻抗公差要求已经由正常的±10%加严到±6%，即（50±3）Ω。

阻抗的主要影响因素是绝缘介质层厚度、铜厚、线宽线距。故叠层设计时，根据材料电气特性，以及每层图形完成的铜厚、绝缘层厚度等参数，计算阻抗值。通过调整对应线宽线距将理论的阻抗值设计到客户要求的中值。

3 总结

随着科学技术快速发展，现在不但物联网、移动互联网等技术和理念体现在终端的发展上，用户对新应用、新体验的需求也集中体现在智能终端机上，终端发展前景越来越明朗[4]。叠层设计是PCB制造设计的起始步骤，做好智能移动通信终端用PCB叠层设计，起着开好头的重要作用。本文针对智能移动通信用PCB特点，从叠层设计、选材、工艺匹配等做了初步思考阐释。