為什么多層PCB如此廣泛使用 它的優(yōu)勢在哪里

印刷電路板（PCB）是當(dāng)今大多數(shù)電子產(chǎn)品的核心，通過組件和接線機(jī)制的組合確定基本功能。過去的大多數(shù)PCB都相對簡單并且受到制造技術(shù)的限制，而今天的PCB則要復(fù)雜得多。從先進(jìn)的靈活選擇到異形的品種，PCB在當(dāng)今的電子世界中變得更加多樣化。然而，特別受歡迎的是多層PCB。

雖然用于功能有限的簡單電子設(shè)備的PCB通常由單層組成，但更復(fù)雜的電子設(shè)備（如計算機(jī)主板）由多層組成。這些就是所謂的多層PCB。隨著現(xiàn)代電子設(shè)備日益復(fù)雜，這些多層PCB比以往任何時候都更加普及，而制造技術(shù)使它們的尺寸顯著縮小。

什么是多層PCB？

多層PCB的定義是由三個或更多導(dǎo)電銅箔層制成的PCB。它們看起來像是幾層雙面電路板，層壓并粘在一起，它們之間有多層隔熱保溫層。整個結(jié)構(gòu)布置成使得兩層放置在PCB的表面?zhèn)纫赃B接到環(huán)境。通過諸如電鍍通孔，盲孔和埋孔的通孔實現(xiàn)層之間的所有電連接。然后應(yīng)用這種方法可以生成不同尺寸的高度復(fù)雜的PCB。

多層PCB應(yīng)運而生對電子行業(yè)不斷變化的變化。隨著時間的推移，電子設(shè)備的功能逐漸變得越來越復(fù)雜，需要更復(fù)雜的PCB。不幸的是，PCB受到噪聲，雜散電容和串?dāng)_等問題的限制，因此需要遵循某些設(shè)計約束。這些設(shè)計考慮使得難以從單面或甚至雙面PCB獲得令人滿意的性能 - 因此多層PCB誕生了。

將雙層PCB的功率封裝到這種格式只是尺寸的一小部分，多層PCB在電子產(chǎn)品中越來越受歡迎。它們具有各種尺寸和厚度，以滿足其擴(kuò)展應(yīng)用的需求，其變體范圍從4到12層不等。層數(shù)通常是偶數(shù)，因為奇數(shù)層可能會導(dǎo)致電路中的問題，如翹曲，并且生產(chǎn)成本效益不高。大多數(shù)應(yīng)用需要4到8層，但移動設(shè)備和智能手機(jī)等應(yīng)用往往使用大約12層，而一些專業(yè)PCB制造商則擁有生產(chǎn)近100層多層PCB的能力。然而，具有多層的多層PCB很少見，因為它們的成本效率極低。

雖然多層PCB的生產(chǎn)往往更加昂貴且勞動密集，但多層PCB正成為現(xiàn)代技術(shù)的重要組成部分。這主要是由于它們提供了許多好處，特別是與單層和雙層品種相比。

多層PCB的好處

從技術(shù)角度來看，多層PCB在設(shè)計方面具有多項優(yōu)勢。多層印刷電路板的這些優(yōu)點包括：

?小尺寸：使用多層印刷電路板最突出和最受贊譽(yù)的好處之一在于它們的尺寸。由于其分層設(shè)計，多層PCB本身比具有類似功能的其他PCB小。這為現(xiàn)代電子產(chǎn)品帶來了巨大的好處，因為目前的趨勢是致力于更小巧，更緊湊但功能更強(qiáng)大的小工具，如智能手機(jī)，筆記本電腦，平板電腦和可穿戴設(shè)備。

?輕量化結(jié)構(gòu)：采用更小的PCB，重量更輕，特別是因為單層和雙層PCB互連所需的多個連接器被取消，有利于多層設(shè)計。這再次對現(xiàn)代電子產(chǎn)品有利，后者更傾向于移動性。

?高質(zhì)量：由于必須進(jìn)行大量的工作和規(guī)劃在制造多層PCB時，這些類型的PCB往往比單層和雙層PCB更好。因此，它們也更加可靠。

?提高耐久性：多層PCB往往因其性質(zhì)而持久耐用。這些多層PCB不僅必須承受其自身的重量，而且還必須能夠處理用于將它們粘合在一起的熱量和壓力。除了這些因素之外，多層PCB在電路層之間使用多層絕緣層，將它們與預(yù)浸料粘合劑和保護(hù)材料結(jié)合在一起。

?增強(qiáng)的靈活性：雖然這并不適用于所有多層PCB組件，但有些確實采用了靈活的構(gòu)造技術(shù)，從而形成了柔性多層PCB。對于可能在半規(guī)則的基礎(chǔ)上發(fā)生輕微彎曲和彎曲的應(yīng)用，這可能是非常理想的特性。同樣，這并不適用于所有多層PCB，并且在柔性PCB中加入的層越多，PCB的柔性就越小。

?功能更強(qiáng)大：多層PCB是極高密度的組件，將多層結(jié)合到一塊PCB中。這些近距離使得電路板更具連接性，并且它們固有的電氣性能使它們能夠?qū)崿F(xiàn)更大的容量和速度，盡管尺寸更小。

?單連接點 ：多層PCB設(shè)計用作單個單元，而不是與其他PCB組件串聯(lián)。因此，它們具有單個連接點，而不是使用多個單層PCB所需的多個連接點。這證明在電子產(chǎn)品設(shè)計中也是有益的，因為它們僅需要在最終產(chǎn)品中包括單個連接點。這對于旨在最小化尺寸和重量的小型電子產(chǎn)品和小配件特別有用。

這些優(yōu)勢使多層PCB在各種應(yīng)用中非常有用，特別是移動設(shè)備和高功能電子設(shè)備。反過來，隨著許多行業(yè)轉(zhuǎn)向移動解決方案，多層PCB在越來越多的行業(yè)特定應(yīng)用中占據(jù)了一席之地。

多層PCB的缺點

多層PCB的優(yōu)點很多，適用于各種先進(jìn)技術(shù)。但是，這些類型的PCB并不適用于所有應(yīng)用。實際上，若干缺點可能超過多層PCB優(yōu)勢，特別是對于成本較低且復(fù)雜度較低的電子設(shè)備。這些缺點包括：

?成本更高：在制造過程的每個階段，多層PCB都比單層和雙層PCB貴得多。它們很難設(shè)計，花費大量時間來解決任何潛在的問題。它們還需要高度復(fù)雜的制造工藝來生產(chǎn)，這使得裝配人員需要大量的時間和勞力。此外，由于這些PCB的性質(zhì)，制造或組裝過程中的任何錯誤都非常難以返工，從而導(dǎo)致額外的勞動力成本或廢料費用。最重要的是，用于生產(chǎn)多層PCB的設(shè)備非常昂貴，因為它仍然是一項相對較新的技術(shù)。出于所有這些原因，除非小尺寸是應(yīng)用的絕對必要，否則更便宜的替代品可能是更好的選擇。

?復(fù)雜的生產(chǎn)：多層PCB更多與其他PCB類型相比，難以生產(chǎn)，需要更多的設(shè)計時間和精心的制造技術(shù)。這是因為即使是PCB設(shè)計或制造中的小缺陷也會使其失效。

?有限的可用性：多層PCB的最大問題之一是生產(chǎn)它們所需的機(jī)器。并非所有PCB制造商都有這種機(jī)器的資金或必要性，因此并非所有PCB制造商都攜帶它。這限制了可用于為客戶生產(chǎn)多層PCB的PCB制造商的數(shù)量。因此，在決定PCB制造商作為合同制造商之前，最好仔細(xì)詢問PCB制造商在多層PCB方面的能力。

?需要技術(shù)設(shè)計師：如前所述，多層PCB需要事先進(jìn)行大量設(shè)計。沒有以前的經(jīng)驗，這可能會有問題。多層板需要層之間的互連，但必須同時減少串?dāng)_和阻抗問題。設(shè)計中的單個問題可能導(dǎo)致無法正常運行的電路板。

?生產(chǎn)時間：隨著復(fù)雜性的增加，制造要求也越來越多。這對多層PCB的周轉(zhuǎn)率起著關(guān)鍵作用 - 每塊板需要大量的時間來生產(chǎn)，從而導(dǎo)致更多的勞動力成本。此外，它可能導(dǎo)致訂單下達(dá)和收到產(chǎn)品之間的時間間隔更長，這在某些情況下可能會出現(xiàn)問題。

然而，這些問題并未從實用程序中消失多層PCB。雖然它們的成本往往超過單層PCB，但多層PCB相比這種類型的印刷電路板具有許多優(yōu)勢。

多層PCB優(yōu)于單層替代品的優(yōu)勢

與單層替代方案相比，多層PCB的優(yōu)勢變得更加明顯。多層PCB提供的一些關(guān)鍵改進(jìn)包括：

?更高的裝配密度：雖然單層PCB的密度受其表面積的限制，但多層PCB倍增它們的密度通過分層。盡管PCB尺寸較小，但密度的增加可實現(xiàn)更大的功能，提高容量和速度。

?尺寸更?。嚎傮w而言，多層PCB的尺寸小于單層PCB 。雖然單層PCB必須通過增加尺寸來增加電路的表面積，但多層PCB通過增加層來增加表面積，從而減小整體尺寸。這允許更高容量的多層PCB用于更小的器件，而高容量單層PCB必須安裝在更大的產(chǎn)品中。

?更輕的重量：多層PCB中的元件集成意味著對連接器和其他元件的需求減少，從而為復(fù)雜的電氣應(yīng)用提供了輕量級解決方案。多層PCB可以完成與多個單層PCB相同的工作量，但是尺寸更小，連接組件更少，減輕了重量。對于需要考慮重量的小型電子設(shè)備而言，這是一個必不可少的考慮因素。

?增強(qiáng)的設(shè)計功能：總體而言，多層PCB能夠超過平均單層PCB。通過更多地結(jié)合可控阻抗特性，更高的EMI屏蔽和整體改進(jìn)的設(shè)計質(zhì)量，多層PCB可以實現(xiàn)更多，盡管它們更小，重量更輕。

那么，在決定多層和單層結(jié)構(gòu)時，這些因素意味著什么？從本質(zhì)上講，如果您希望生產(chǎn)質(zhì)量至關(guān)重要的小型，輕便且復(fù)雜的設(shè)備，多層PCB可能是您的最佳選擇。但是，如果尺寸和重量不是產(chǎn)品設(shè)計中的主要因素，那么單層或雙層PCB設(shè)計可能更具成本效益。

多層PCB應(yīng)用

上面討論的優(yōu)勢和比較提出了一個問題：現(xiàn)實世界中多層PCB的用途是什么？答案就是任何用途。

對于眾多行業(yè)而言，多層PCB已成為各種應(yīng)用的首選。這種偏好很大程度上源于所有技術(shù)對移動性和功能性的持續(xù)推動。多層PCB是這一進(jìn)程中的合理步驟，在減小尺寸的同時實現(xiàn)更多功能。因此，它們已經(jīng)變得相當(dāng)普遍，用于許多技術(shù)，包括：

?消費電子產(chǎn)品：消費類電子產(chǎn)品是一個廣泛的術(shù)語，用于涵蓋廣泛的公眾使用的產(chǎn)品。這往往包括每天使用的產(chǎn)品，如智能手機(jī)和微波爐。這些消費電子產(chǎn)品中的每一個都包含PCB，但其中越來越多的是使用多層PCB而不是標(biāo)準(zhǔn)單層。為什么？大多數(shù)原因在于消費趨勢?，F(xiàn)代世界的人傾向于喜歡與他們的余生融為一體的多功能小工具和智能設(shè)備。從通用遙控器到智能手表，這些類型的設(shè)備在現(xiàn)代世界中相當(dāng)普遍。他們也傾向于使用多層PCB來增加功能和縮小尺寸。

?計算機(jī)電子：從服務(wù)器到主板的所有東西都使用多層PCB，主要是因為它們具有節(jié)省空間的特性和高功能性。對于這些應(yīng)用，性能是PCB最基本的特性之一，而成本在優(yōu)先級列表中相對較低。因此，多層PCB是該行業(yè)許多技術(shù)的理想解決方案。

?電信：電信設(shè)備通常在多種通用應(yīng)用中使用多層PCB，例如信號傳輸，GPS和衛(wèi)星應(yīng)用。其原因主要在于其耐用性和功能性。用于電信應(yīng)用的PCB通常用于移動設(shè)備或戶外塔。在這些應(yīng)用中，耐用性至關(guān)重要，同時仍保持高水平的功能。

?工業(yè)：多層PCB確實比目前市場上的其他幾種選擇更耐用，使其成為日常處理粗糙的應(yīng)用的理想選擇。因此，多層PCB在幾種工業(yè)應(yīng)用中變得流行，其中最值得注意的是工業(yè)控制。從工業(yè)計算機(jī)到控制系統(tǒng)，多層PCB在整個制造和工業(yè)應(yīng)用中用于運行機(jī)械，有利于其耐用性以及小尺寸和功能性。

?醫(yī)療器械：電子產(chǎn)品正在成為醫(yī)療保健行業(yè)日益重要的一部分，從治療到診斷，在行業(yè)的各個角落都能發(fā)揮作用。與單層替代品相比，多層PCB因其體積小，重量輕和功能強(qiáng)大而在醫(yī)療行業(yè)中特別受歡迎。這些優(yōu)勢使得多層PCB用于現(xiàn)代X射線設(shè)備，心臟監(jiān)護(hù)儀，CAT掃描設(shè)備和醫(yī)療測試設(shè)備等。

?軍事和國防：多層PCB在耐用性，功能性和低重量方面受到青睞，在高速電路中非常有用，這在軍事應(yīng)用中越來越受到重視。由于國防工業(yè)向高度緊湊的工程設(shè)計的發(fā)展，它們也受到青睞，因為小尺寸的多層PCB為其他組件留下了更多空間來發(fā)揮現(xiàn)有功能。

汽車：在現(xiàn)代汽車中，汽車越來越依賴電子元件，特別是隨著電動汽車的興起。從GPS和車載計算機(jī)到大燈開關(guān)和由電子設(shè)備控制的發(fā)動機(jī)傳感器，使用正確類型的組件在汽車設(shè)計中變得越來越重要。這就是為什么許多汽車制造商開始偏愛多層PCB而不是其他替代品。雖然它們小而耐用，但多層PCB也具有高功能性和相對耐熱性，因此非常適合汽車的內(nèi)部環(huán)境。

?航空航天：就像汽車，噴氣式飛機(jī)和火箭在很大程度上依賴于現(xiàn)代電子產(chǎn)品，所有這些都必須非常精確。從地面上使用的計算機(jī)到駕駛艙中使用的計算機(jī)，航空航天PCB應(yīng)用必須可靠，能夠處理大氣行程的壓力，同時為周圍設(shè)備的其余部分留出足夠的空間。在這種情況下，多層PCB是理想的解決方案，具有足夠的保護(hù)層以保持熱量和外部應(yīng)力不會損壞連接，以及由柔性材料制成的能力。它們更高的質(zhì)量和功能也有助于航空航天工業(yè)的這種實用性，因為航空航天公司更愿意使用最好的材料來保證人員和設(shè)備的安全。

?還有更多！多層PCB用于各種其他行業(yè)，包括科學(xué)和研究行業(yè)，甚至家用電器和安全。從報警系統(tǒng)和光纖傳感器到原子加速器和天氣分析設(shè)備的所有設(shè)備都使用多層PCB，充分利用了這種PCB格式所節(jié)省的空間和重量，以及更高的功能。

為什么多層PCB如此廣泛使用？

上面列出的特定應(yīng)用僅代表整個行業(yè)應(yīng)用的多層PCB的一小部分。但為什么他們?nèi)绱藦V泛地使用？

多層PCB的偏好主要在于行業(yè)趨勢。隨著電子技術(shù)不斷向小型化和多功能選項發(fā)展，這些電子產(chǎn)品的內(nèi)部組件必須遵循相同的趨勢。雖然單面和雙面PCB在平衡尺寸和功能方面的能力有限，但多層PCB提供了全面的解決方案。

雖然單層和雙層多層PCB使用多層PCB有幾個缺點 - 層的選擇，例如增加的成本，設(shè)計時間和生產(chǎn)投入，這些成本在當(dāng)今世界變得越來越被接受。功能性在很大程度上受到成本的青睞，人們愿意為高容量電子產(chǎn)品支付更多費用。此外，隨著技術(shù)日益成為主流，生產(chǎn)技術(shù)和機(jī)械最終將變得更便宜，尤其是當(dāng)新技術(shù)進(jìn)入該行業(yè)時。

隨著這些不可逆轉(zhuǎn)的趨勢和技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多人預(yù)計未來多層PCB將變得更加豐富。

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