PCB的结构与制作工艺详解
PCB的结构与制作工艺详解
印制电路板（PCB）是现代电子设备中不可或缺的基础组件，它承载着电子元器件并实现电气连接。本文将详细介绍PCB的结构组成、制作工艺流程以及多层PCB的设计特点，帮助读者深入了解这一重要技术领域。
2.1 PCB的典型结构（双层板为例）
目前的电路板，主要由以下部分组成。
（1）介电层：用来保持线路及各层之间的绝缘性，俗称为基材，最常见的材料是玻璃纤维。
（2）孔：导通孔可以使两层次以上的线路彼此导通，
（3）防焊油墨：对于整个电路板来说，并非全部的铜面都要吃锡上零件，因此非吃锡的区域，会印一层隔绝铜面吃锡的物质（通常是环氧树脂），避免
（4）丝印：丝印的主要功能是是在电路板上标注个零件的名称、位置框，方便组装后维修及辨识用。
（5）线路：基材上的铜面，经过曝光和化学腐蚀形成特定的线路，用来对元件起到连接作用。
2.2 PCB的加工工艺
2.2.1 原料——覆铜板
PCB通常是由覆铜板加工而来。覆铜板也称为铜箔层压板，它是一种由一层或多层铜皮，粘着一块绝缘基材所组成的板子。这种绝缘材料通常以玻璃纤维居多。
2.2.2 PCB设计
在生产前，工程师需要在EDA（Electronic Design Automation 电子设计自动化）软件上设计出整个电路板的布线。这个布线也就是我们后续的“施工图”
2.2.3 钻孔
根据工程师的PCB设计图纸，我们需要先在覆铜板上留下必要的过孔。
2.2.4 显影
在此步骤中，我们将按照先前设计的PCB线路图，将一种防腐材料精确地印刷在覆铜板上。
2.2.5 蚀刻
接下来的步骤涉及将覆铜板浸入特定化学溶剂中，这样未被抗腐蚀材料保护的铜便会被溶解去除。通过这一过程，我们能够精确地留下设计图案中预期的PCB导电铜路径。
2.2.6 阻焊涂层
板子上的铜线如果长时间地裸露在空气中，这些铜线就会老化。并且铜线暴露在空气里也有短路的风险。因此，我们会在电路板上加一层绝缘涂层（这个涂层我们称为阻焊层）
根据不同的材料，这个涂层可能是绿的、黑的、蓝的、紫的。对应的材料也被称为绿油、黑油、蓝油等。不同的颜色并不会存在性能差异。
2.2.7 保留焊盘
如果整个铜板被防焊绿油所覆盖，那么电子元件将无法通过焊接与其固定连接。因此，对于预定于安装电子元件的位置，我们必须移除相应区域的绿油，以便重新暴露出铜面，从而便于我们通过焊接来安装电子元件。
2.2.8 印制丝印
最终，为了简化焊接和后续维修工作，我们将在电路板上添加一系列标识符号，这一过程称为丝网印刷（丝印）。这些标记有助于识别各种电子元件的放置位置和方向，从而确保焊接过程的准确性和便捷性。
左图是尚硅谷51单片机拓展板的照片。上面白色的部分就是丝印。他指出了每个元件的位号、以及一些引脚的名称。为焊接、维修和使用发挥了提示作用。
2.2.9 可选工艺（焊盘和接口处理等）
由于铜材料暴露在空气中容易发生氧化，导致其表面性能下降，因此对于那些可能长时间暴露于空气中的焊盘，通常会进行抗氧化的二次处理。例如，我们的51拓展板上的焊盘并非铜本身的黄色，而是呈现一种银白色。这是因为对焊盘进行了镀锡处理，镀锡层能有效防止氧化，因为锡相比铜更不易于氧化。这样的处理不仅保护了铜焊盘，也提高了焊接的可靠性和耐久性。
对于内存条、显卡、网卡等产品，它们的接口经常暴露在空气中，易受氧化影响，影响连接稳定性和信号传输品质。为了提高抗氧化性能和保证更好的电气稳定性，这些产品的接触点通常会进行镀金或沉金处理。这种经过特殊处理的接口被俗称为“金手指”。镀金层不仅能有效防止接触点氧化，还能减少接触电阻，保证信号传输的可靠性。这是为什么在高性能电子设备中，金手指接口非常普遍的原因。
2.3 层数更多的PCB
2.3.1 四层板的结构
下方展示的是一块四层电路板，通常电路板的层数以双层递增，如2层、4层、6层等。四层板可以被理解为由两个双层板通过夹持一层绝缘基材而组成。这种结构设计增强了电路板的功能性和物理稳定性，适用于复杂的电子设备中。
2.3.2 孔的分类
随着电路板层数的增加，孔的类型也变得更加多样化。根据孔的穿透策略，我们可以将它们分为以下几类：
（1） 通孔（Through Hole）：这种孔类型从PCB的一侧直接穿透至另一侧。
（2）盲孔（Blind Via）：盲孔连接PCB内部层与外部层，但并不贯穿整个PCB板。
（3）盖孔（Buried Via）：盖孔仅存在于PCB的内部层之间，不与PCB表层相连。
这些不同的孔类型为电路板的设计提供了更高的灵活性和更复杂的电气连接可能性，适用于各种不同的应用需求。
下一节我们将讲述电子元器件的封装