印刷電路板（PCB）是現(xiàn)代幾乎所有電子設(shè)備的重要支撐，它們通過(guò)大量生產(chǎn)復(fù)雜而可靠的電路設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)為電子元件提供穩(wěn)定的安裝點(diǎn)并可靠地連接它們，PCB 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的集成度，提高電子設(shè)備的整體可靠性，并在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中簡(jiǎn)化測(cè)試和故障排除。繼續(xù)閱讀，了解構(gòu)成 PCB 的層、它們的制造過(guò)程以及工程師可以為他們的設(shè)計(jì)獲得的各種類(lèi)型的 PCB 簡(jiǎn)介。
 

從開(kāi)始到完成的 PCB 設(shè)計(jì)

幾乎所有 PCB 設(shè)計(jì)都從電路圖開(kāi)始，這些電路圖說(shuō)明了設(shè)計(jì)中的各個(gè)元件如何電氣連接。完成的圖紙是電路功能需求和電氣特性的圖形藍(lán)圖。

雖然嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不需要考慮最終的 PCB 設(shè)計(jì)，但工程師們理想情況下希望采用前瞻性的方法，考慮他們的原理圖如何影響 PCB 布局過(guò)程，并相應(yīng)地繪制連接以簡(jiǎn)化后續(xù)步驟。工程師應(yīng)在可能的情況下邏輯上和層次結(jié)構(gòu)地分組電路設(shè)計(jì)，以利用模塊化設(shè)計(jì)原則，使未來(lái)的更改和調(diào)整更容易。

該圖顯示了 Arduino MEGA 2560 參考設(shè)計(jì)原理圖的一個(gè)小部分。

現(xiàn)代 PCB 設(shè)計(jì)軟件可以將電路圖轉(zhuǎn)換為 PCB 布局，并且在許多簡(jiǎn)單情況下，這些自動(dòng)生成的布局就足夠了。然而，大多數(shù)項(xiàng)目，尤其是更復(fù)雜的項(xiàng)目，需要手動(dòng)調(diào)整或完全定制的設(shè)計(jì)。在這一步中，工程師將原理圖中的元件放置在一個(gè)代表 PCB 的二維平面上。然后，他們?cè)陔娮悠骷碾娺B接焊盤(pán)之間繪制走線，這個(gè)過(guò)程通常被稱(chēng)為布線。雖然原理圖定義了電路中的連接，但 PCB 設(shè)計(jì)決定了元件將如何在最終的 PCB 上安裝以及它們之間的走線將如何布置。在這一步中，經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師可以利用幾種強(qiáng)大的方法，例如管理電源分配和信號(hào)完整性考慮因素，來(lái)提高其設(shè)計(jì)的質(zhì)量。此外，他們還可以添加測(cè)試點(diǎn)，并在項(xiàng)目早期原型設(shè)計(jì)階段考慮可測(cè)試性。

在他們布置并連接所有組件后，設(shè)計(jì)人員可以在完成的布局上添加絲印標(biāo)記，以記錄他們的設(shè)計(jì)并幫助裝配、故障排除和測(cè)試。這些標(biāo)記通常包括組件名稱(chēng)、極性部件的方向指南、電氣特性（例如，部件的電容）或元信息，例如設(shè)計(jì)版本。他們還可以改變 PCB 的形狀和大小，并添加安裝孔、隔離間隙和類(lèi)似結(jié)構(gòu)。

這張屏幕截圖顯示了完成參考 PCB 設(shè)計(jì)的頂層。

在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的這個(gè)階段，許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)套件還允許生成結(jié)果的板和組件的 3D 渲染預(yù)覽，以幫助可視化項(xiàng)目的外觀。這些預(yù)覽通常還可以導(dǎo)出到 CAD 軟件中，用于設(shè)計(jì)外殼和模擬熱特性。
 

導(dǎo)出和提交設(shè)計(jì)

工程師必須根據(jù)制造商的設(shè)計(jì)和文件格式規(guī)范導(dǎo)出完成的 PCB 布局。在此步驟中，他們可以利用自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）和電氣規(guī)則檢查的力量，這些是確保設(shè)計(jì)完整性、功能性和可制造性的關(guān)鍵過(guò)程。

更具體地說(shuō)，DRC 是在 PCB 布局階段應(yīng)用的一組規(guī)則或約束，以確保設(shè)計(jì)滿足制造商、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或項(xiàng)目特定要求所定義的特定標(biāo)準(zhǔn)。DRC 可能包括一條規(guī)則，確保所有走線具有特定的最小寬度和足夠的間距。相比之下，ERC 檢查組件邏輯連接中的錯(cuò)誤，從而保持原理圖的準(zhǔn)確性，并確保預(yù)期的電氣連接反映在設(shè)計(jì)中。
 

PCB 制造流程

一旦導(dǎo)出并提交，制造商就開(kāi)始制造 PCB，這涉及一系列需要高精度和嚴(yán)格質(zhì)量控制步驟，以確保始終如一的良好結(jié)果。通常，制造商不會(huì)一次蝕刻一個(gè)電路板。相反，他們會(huì)將多個(gè)設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)副本組織成更大的組，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為面板化，以最大限度地提高效率并降低成本和生產(chǎn)浪費(fèi)。

面板化后，制造過(guò)程根據(jù)客戶(hù)的規(guī)格進(jìn)行基板和材料準(zhǔn)備。在制作剛性 PCB 時(shí)，典型的基板是 FR-4，一種玻璃增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂層壓板，具有優(yōu)異的電絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度和阻燃性能。然后，這種基材上涂覆一層導(dǎo)電層，通常是一張非常薄的銅箔。

該銅表面涂有一層感光材料，在紫外線照射下會(huì)硬化。在此步驟中，制造商制作了一個(gè)代表面板化設(shè)計(jì)的 фотомаска。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，紫外線輻射導(dǎo)致光刻膠層硬化。光罩覆蓋層保護(hù)了在蝕刻過(guò)程中不應(yīng)被去除的銅區(qū)，因?yàn)槲雌毓鈪^(qū)域不會(huì)硬化，然后可以被化學(xué)溶液洗掉。

隨后，化學(xué)試劑與未屏蔽的銅反應(yīng)，去除不需要的導(dǎo)電材料，只留下 PCB 布局中定義的所需走線和區(qū)域。最后，化學(xué)清洗步驟從面板上去除硬化后的光刻膠區(qū)域，只留下最終的銅區(qū)域和走線。

當(dāng)生產(chǎn)具有兩個(gè)以上層的設(shè)計(jì)時(shí)，制造商對(duì)內(nèi)基 PCB 的銅層進(jìn)行化學(xué)處理，以獲得更好的結(jié)合。然后，他們添加不同基材的薄板，稱(chēng)為預(yù)浸料，并將層堆疊起來(lái)，將基材夾在中間。預(yù)浸料的兩側(cè)也包含銅層，所有層中的對(duì)準(zhǔn)孔確保正確的對(duì)齊。堆疊后，使用高壓和高溫將層融合在一起，形成一個(gè)具有四個(gè)銅層的最終 PCB 的單體堆棧。精確的壓力和溫度控制確保層正確結(jié)合，并在產(chǎn)品壽命期間防止分層。自動(dòng)光學(xué)檢查確保內(nèi)銅層無(wú)瑕疵。

這張圖片描繪了一個(gè)四層 PCB 在壓制前的分解視圖，并未描繪銅層中已經(jīng)蝕刻的走線。

接下來(lái)，CNC 機(jī)床根據(jù)工程師的定義鉆孔和切割插槽。額外的電鍍可以增加銅走線的厚度。然后，工廠通常會(huì)涂覆阻焊層，通常給 PCB 帶來(lái)其特有的綠色。然而，工程師通?？梢詮牟煌念伾捅砻嫣幚磉x項(xiàng)中進(jìn)行選擇。除了視覺(jué)方面，阻焊層可以防止腐蝕，并通過(guò)防止焊料無(wú)意中粘附到走線和橋接焊盤(pán)上，從而促進(jìn)高效的組裝。然后，在應(yīng)用額外的可選表面處理（如 HASL 或 ENIG）以保護(hù)銅焊盤(pán)并實(shí)現(xiàn)快速組裝之前，會(huì)在阻焊層上印刷絲印。

最后，制造商在大面板上分離各個(gè)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行電氣測(cè)試、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)和其他質(zhì)量控制措施。完成的 PCB 隨后被包裝并運(yùn)送給客戶(hù)。