PCB板由哪些組成？

一、引言：印刷電路板（PCB）的基石地位

印刷電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB），是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中不可或缺的核心組成部分，被譽(yù)為“電子產(chǎn)品之母”。它以絕緣材料為基底，在其表面和/或內(nèi)部層疊有導(dǎo)電圖形，用于實(shí)現(xiàn)電子元器件之間的電氣連接、機(jī)械支撐和信號傳輸。從最簡單的單層板到高度復(fù)雜的多層板，PCB的演變歷程反映了電子技術(shù)從模擬到數(shù)字、從低速到高速、從低密度到高密度的飛躍。它的出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)電子線路點(diǎn)對點(diǎn)布線的雜亂無章和低可靠性，使得電子產(chǎn)品的體積得以大幅縮小，性能顯著提升，生產(chǎn)效率得到極大提高，并為自動化裝配奠定了基礎(chǔ)。

PCB的核心功能在于為電子元器件提供一個穩(wěn)定、可靠的安裝平臺，并按照預(yù)設(shè)的電路設(shè)計，將這些元器件通過導(dǎo)電路徑（通常是銅線）精確地互連起來。這不僅僅是簡單的物理連接，更是確保電流和信號能夠按照既定路徑高效、低損耗地傳輸?shù)年P(guān)鍵。無論是我們?nèi)粘Ｊ褂玫闹悄苁謾C(jī)、電腦、電視，還是工業(yè)控制設(shè)備、醫(yī)療儀器、航空航天系統(tǒng)，乃至復(fù)雜的服務(wù)器和通信基站，PCB都扮演著承載所有電子功能的核心角色。它的設(shè)計與制造水平直接決定了最終電子產(chǎn)品的性能、可靠性、成本和上市時間。因此，深入理解PCB的各個組成部分及其功能特性，對于電子工程師、制造技術(shù)人員以及任何對現(xiàn)代電子產(chǎn)品感興趣的人來說，都具有極其重要的意義。

二、基材：PCB的骨架與絕緣支撐

基材是PCB的物理骨架，它不僅為整個電路板提供機(jī)械支撐，更重要的是，它是一種絕緣材料，確保了不同導(dǎo)電層之間以及同一層內(nèi)不同導(dǎo)線之間的電氣隔離。基材的性能，如介電常數(shù)、介電損耗、熱膨脹系數(shù)、耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度等，對PCB的電氣性能、可靠性以及加工工藝有著決定性的影響。根據(jù)應(yīng)用需求和成本考量，PCB基材種類繁多，其中FR-4是最為常見和廣泛使用的類型。

2.1 環(huán)氧玻璃布層壓板（FR-4）

FR-4是目前全球PCB行業(yè)中使用量最大、應(yīng)用最廣泛的一種基材。它的名稱“FR-4”代表“Flame Retardant 4”，意為第四代阻燃環(huán)氧樹脂材料。FR-4基材主要由兩部分構(gòu)成：作為增強(qiáng)材料的電子級玻璃纖維布（E-glass fabric）和作為粘合劑的環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）。玻璃纖維布提供了優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，而環(huán)氧樹脂則提供了良好的絕緣性能、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。

FR-4之所以如此普及，得益于其一系列優(yōu)異的綜合性能。首先，它具有出色的電氣絕緣性能，能夠有效隔離不同導(dǎo)電層和導(dǎo)線，防止短路和信號串?dāng)_。其次，F(xiàn)R-4的機(jī)械強(qiáng)度高，能夠承受元器件的重量和外部應(yīng)力，不易變形或斷裂。其尺寸穩(wěn)定性也非常好，在溫度變化或加工過程中，板材的尺寸變化微小，這對于高精度布線和多層板的層壓至關(guān)重要。此外，F(xiàn)R-4還表現(xiàn)出良好的耐熱性，能夠承受焊接過程中的高溫以及工作時的熱量積累。其加工性能也十分優(yōu)異，易于鉆孔、銑削和蝕刻，這大大降低了PCB的制造成本和難度。最重要的是，F(xiàn)R-4在性能、可靠性和成本之間取得了極佳的平衡，使其成為從消費(fèi)電子到工業(yè)控制、從計算機(jī)到通信設(shè)備等幾乎所有電子產(chǎn)品領(lǐng)域的首選基材。

根據(jù)具體的應(yīng)用需求，F(xiàn)R-4基材還可以細(xì)分為不同的等級。例如，標(biāo)準(zhǔn)FR-4適用于大多數(shù)通用電子產(chǎn)品；高Tg FR-4（High Tg FR-4）具有更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），這意味著它在更高溫度下仍能保持良好的機(jī)械和電氣性能，適用于需要承受更高工作溫度或更多次焊接循環(huán)的場合；無鹵FR-4（Halogen-free FR-4）則是在環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的背景下發(fā)展起來的，它不含鹵素阻燃劑，燃燒時產(chǎn)生的有毒氣體更少，符合RoHS等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。這些不同類型的FR-4基材為PCB設(shè)計師提供了更靈活的選擇，以滿足各種復(fù)雜和嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境。

2.2 復(fù)合材料（CEM系列）

復(fù)合材料（Composite Epoxy Material，簡稱CEM）是另一種常見的PCB基材，通常用于成本敏感或?qū)π阅芤笙鄬Σ桓叩膽?yīng)用。CEM系列基材是FR-4的經(jīng)濟(jì)型替代品，它們在結(jié)構(gòu)上結(jié)合了紙基和玻璃纖維布的優(yōu)點(diǎn)。

CEM-1是其中一種類型，它通常由一層玻璃纖維布作為表面層，而內(nèi)部則使用紙基材料浸漬環(huán)氧樹脂制成。CEM-1的特點(diǎn)是成本較低，易于沖壓加工，因此在單面板和一些對電氣性能要求不高的雙面板中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于其內(nèi)部含有紙基材料，CEM-1的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性不如FR-4，也不適合進(jìn)行金屬化孔（PTH）工藝，因此主要用于單面PCB。

CEM-3是CEM系列的另一種重要成員，它在結(jié)構(gòu)上與FR-4更為接近，通常由玻璃纖維布和紙基材料混合浸漬環(huán)氧樹脂制成。與CEM-1不同的是，CEM-3的內(nèi)部也含有玻璃纖維布，這使其在機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性方面優(yōu)于CEM-1，并且可以進(jìn)行金屬化孔工藝，因此常用于雙面板和一些低成本的多層板。CEM-3在性能和成本之間提供了一個折衷方案，是許多中低端電子產(chǎn)品的理想選擇。

2.3 柔性材料（聚酰亞胺等）

柔性材料是制造柔性電路板（Flexible Printed Circuit，簡稱FPC）的基礎(chǔ)。與剛性PCB不同，F(xiàn)PC具有極佳的柔韌性，可以彎曲、折疊甚至卷曲，這使得電子產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計上擁有了前所未有的自由度。最常用的柔性基材是聚酰亞胺（Polyimide，簡稱PI），它是一種高性能的聚合物薄膜。

聚酰亞胺薄膜具有一系列卓越的特性，使其成為柔性電路板的理想選擇。首先，其無與倫比的柔韌性是其最顯著的特點(diǎn)，能夠承受反復(fù)的彎曲和折疊而不斷裂。其次，PI材料具有優(yōu)異的耐高溫性能，能夠承受高溫焊接過程以及在惡劣環(huán)境下長時間工作。此外，它還表現(xiàn)出良好的耐化學(xué)腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性和電氣絕緣性能。這些特性使得FPC在許多對空間、重量和形狀有嚴(yán)格要求的應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

柔性電路板的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，包括可穿戴設(shè)備（如智能手表、健身追蹤器）、醫(yī)療器械（如植入式設(shè)備、診斷探頭）、汽車電子（如車載顯示屏、傳感器線束）、航空航天（如衛(wèi)星、飛行器內(nèi)部布線）、消費(fèi)電子產(chǎn)品（如智能手機(jī)的折疊屏、攝像頭模組）以及各種需要三維布線和動態(tài)彎曲的場景。盡管柔性材料的加工和層壓工藝比剛性板更具挑戰(zhàn)性，成本也相對較高，但其獨(dú)特的柔性特性為電子產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計和功能集成開辟了新的可能性。

2.4 特殊基材

除了上述常見的基材外，為了滿足特定高性能應(yīng)用的需求，PCB行業(yè)還發(fā)展出多種特殊基材。這些材料通常具有獨(dú)特的電氣、熱學(xué)或機(jī)械性能。

聚四氟乙烯（PTFE，俗稱特氟龍）基材是高頻微波電路和射頻（RF）電路的理想選擇。PTFE具有極低的介電常數(shù)（Dk）和介電損耗（Df），這意味著信號在其中傳輸時損耗極小，能夠保持信號的完整性和高速傳輸能力。這對于5G通信、雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信等高頻應(yīng)用至關(guān)重要。然而，PTFE材料的成本較高，加工難度也相對較大。

陶瓷基板是另一種特殊基材，它以氧化鋁（Al2O3）或氮化鋁（AlN）等陶瓷材料為基礎(chǔ)。陶瓷基板的最大特點(diǎn)是其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、高頻特性和極高的尺寸穩(wěn)定性。由于其高導(dǎo)熱性，陶瓷基板非常適合大功率模塊、LED散熱、功率電子器件以及需要高效散熱的應(yīng)用。同時，陶瓷材料在高頻下表現(xiàn)出極低的介電損耗，使其也適用于高頻通信和射頻模塊。

金屬基板（Metal Core Printed Circuit Board，簡稱MCPCB）是一種專門為高散熱應(yīng)用設(shè)計的PCB。它通常由一層金屬基底（如鋁或銅）、一層薄的絕緣層和一層銅箔構(gòu)成。金屬基底提供了卓越的散熱能力，能夠?qū)⒋蠊β试骷a(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)出去，有效降低元器件的工作溫度，從而提高產(chǎn)品的可靠性和壽命。MCPCB廣泛應(yīng)用于大功率LED照明、汽車照明、電源模塊和高功率放大器等領(lǐng)域。

這些特殊基材雖然成本較高或加工復(fù)雜，但它們?yōu)闈M足極端環(huán)境、高頻高速、大功率散熱等苛刻的應(yīng)用需求提供了不可替代的解決方案，推動了電子產(chǎn)品向更高性能、更小體積和更廣應(yīng)用范圍發(fā)展。

三、導(dǎo)電層：電路信號的傳輸動脈

導(dǎo)電層是PCB的核心功能層，它由導(dǎo)電材料（通常是銅）構(gòu)成，通過蝕刻形成預(yù)設(shè)的電路圖形，承載電流、傳輸信號、分配電源和接地。導(dǎo)電層的質(zhì)量、厚度以及形成的圖形精度，直接影響著PCB的電氣性能，包括信號完整性、阻抗控制、電流承載能力和散熱效率。

3.1 銅箔

銅箔是PCB導(dǎo)電層的主要材料，其優(yōu)異的導(dǎo)電性、良好的延展性和易于蝕刻的特性使其成為理想的選擇。根據(jù)制造工藝的不同，銅箔主要分為兩種類型：

電解銅箔（Electro-deposited Copper Foil，簡稱ED銅箔）：這是最常見的銅箔類型。它通過電解法制備，將銅離子在陰極上電沉積形成薄而均勻的銅層。ED銅箔的特點(diǎn)是其與基材接觸的一面通常比較粗糙，這種粗糙的表面有利于提高銅箔與基材之間的結(jié)合力（附著力），防止在加工和使用過程中分層。然而，其粗糙的表面在高頻應(yīng)用中可能會導(dǎo)致“趨膚效應(yīng)”更加明顯，從而增加信號損耗。

壓延銅箔（Rolled Annealed Copper Foil，簡稱RA銅箔）：壓延銅箔是通過機(jī)械壓延和退火工藝制備的。與ED銅箔不同，RA銅箔的兩面都相對光滑，其晶體結(jié)構(gòu)更緊密，延展性更好。由于其表面光滑，RA銅箔在高頻信號傳輸時具有更低的損耗，因此在高頻電路、柔性電路板（FPC）以及需要更好柔韌性的應(yīng)用中更為常見。但其與基材的結(jié)合力可能略低于ED銅箔，且成本通常更高。

銅箔的厚度是PCB設(shè)計中的一個重要參數(shù)，通常以盎司（oz）表示，例如1/2 oz、1 oz、2 oz等。1 oz銅箔表示每平方英尺的銅箔重量為1盎司，其厚度約為35微米（μm）。銅箔厚度的選擇取決于電路的電流承載能力、散熱需求以及信號完整性要求。承載大電流的電源線和地線通常需要更厚的銅箔以降低電阻和溫升；而高頻信號線則可能選用較薄的銅箔，以減小趨膚效應(yīng)和串?dāng)_。

3.2 導(dǎo)電圖形的形成

導(dǎo)電圖形的形成是PCB制造中最關(guān)鍵的步驟之一，它決定了電路的實(shí)際連接方式。這個過程通常通過光刻和蝕刻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：

首先，在覆銅板（CCL）的銅箔表面涂覆一層感光材料，即光刻膠（Photoresist）。然后，通過曝光設(shè)備將設(shè)計好的電路圖形（通常是負(fù)片）投影到光刻膠上。曝光區(qū)域的光刻膠會發(fā)生聚合反應(yīng)，變得不易溶解（或易溶解，取決于光刻膠類型）。接著，通過顯影過程去除未曝光（或已曝光）的光刻膠，從而在銅箔表面形成與電路圖形一致的光刻膠保護(hù)層。

隨后，電路板進(jìn)入蝕刻環(huán)節(jié)。蝕刻液（如氯化鐵溶液或氯化銅溶液）會選擇性地溶解未被光刻膠保護(hù)的裸露銅箔，而受保護(hù)的銅箔則得以保留，從而形成所需的導(dǎo)電圖形。最后，通過去膜過程去除剩余的光刻膠，留下最終的銅電路。

在多層板中，導(dǎo)電層分為內(nèi)層和外層。內(nèi)層導(dǎo)電圖形在層壓之前單獨(dú)制作，它們被半固化片和層壓板包裹在PCB內(nèi)部，主要用于信號走線、電源平面和地平面，以提供穩(wěn)定的電源和接地參考，并降低電磁干擾。外層導(dǎo)電圖形則位于PCB的最外層，它們不僅用于信號走線，還承載了元器件的焊盤，是元器件與PCB進(jìn)行電氣連接的界面。內(nèi)外層導(dǎo)電圖形的精確對準(zhǔn)和可靠連接是多層板制造的重大挑戰(zhàn)。

四、阻焊層（Solder Mask/綠油）：電路板的保護(hù)外衣

阻焊層，俗稱“綠油”，是PCB表面一層薄薄的聚合物涂層，其主要作用是在焊接過程中防止焊錫橋接（短路），同時保護(hù)銅導(dǎo)線免受氧化、濕氣、灰塵和機(jī)械損傷。它是PCB制造中不可或缺的一環(huán)，對電路板的可靠性和可制造性至關(guān)重要。

4.1 作用與目的

阻焊層的主要功能可以歸納為以下幾點(diǎn)：

防止短路：在表面貼裝技術(shù)（SMT）和波峰焊等自動化焊接過程中，焊錫在高溫下具有流動性。如果沒有阻焊層，焊錫可能會流散到相鄰的焊盤或?qū)Ь€上，導(dǎo)致短路。阻焊層通過覆蓋非焊盤區(qū)域的銅線，只露出需要焊接的焊盤，從而精確控制焊錫的附著位置，有效防止焊錫橋接。

保護(hù)銅層：裸露的銅導(dǎo)線在空氣中容易氧化，形成一層氧化銅，這會降低導(dǎo)電性并影響后續(xù)的焊接質(zhì)量。阻焊層能夠有效隔離銅層與外界環(huán)境，防止氧化、腐蝕以及濕氣、化學(xué)物質(zhì)和灰塵的侵蝕，從而延長PCB的儲存壽命和使用壽命。

輔助焊接：阻焊層能夠限制焊錫的流動范圍，使其集中在焊盤上，形成飽滿、可靠的焊點(diǎn)。這對于細(xì)間距元器件（如BGA、QFN）的焊接尤為重要，因?yàn)樗兄诜乐购稿a在焊盤之間溢出。

提供絕緣：阻焊層本身具有良好的絕緣性能，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)PCB的絕緣能力，尤其是在高密度布線的區(qū)域，有助于防止意外接觸導(dǎo)致的短路。

4.2 材料與工藝

阻焊層的材料通常是液態(tài)感光阻焊油墨（Liquid Photoimageable Solder Mask，簡稱LPI），這是目前最主流的阻焊層材料。其制造工藝流程如下：

涂覆：首先，通過絲網(wǎng)印刷、噴涂或淋涂等方式，將液態(tài)阻焊油墨均勻地涂覆在整個PCB表面。 預(yù)烘：涂覆后的板子會進(jìn)行預(yù)烘，以蒸發(fā)油墨中的溶劑，使油墨表面干燥，但內(nèi)部仍保持一定的黏性。 曝光：將帶有阻焊圖形的底片（通常是負(fù)片，即焊盤區(qū)域透明，非焊盤區(qū)域不透明）與PCB對齊，然后進(jìn)行紫外線曝光。在曝光區(qū)域（非焊盤區(qū)域），油墨會發(fā)生光聚合反應(yīng)，變得固化且不易溶解。 顯影：曝光后的板子進(jìn)入顯影機(jī)，使用顯影液（通常是弱堿性溶液）沖洗。未曝光區(qū)域（即焊盤區(qū)域）的油墨會被溶解并沖洗掉，從而暴露出銅焊盤。 固化：最后，板子會進(jìn)行最終固化（通常是紫外線固化或熱固化），使阻焊油墨完全硬化，形成堅固耐用的保護(hù)層。

除了LPI，還有干膜阻焊劑（Dry Film Solder Mask），它是一種預(yù)先涂覆在聚酯薄膜上的固體阻焊材料。干膜阻焊劑通過熱壓貼合到PCB表面，然后進(jìn)行曝光、顯影和固化。干膜阻焊劑在一些特殊應(yīng)用中具有優(yōu)勢，例如在柔性電路板或需要更厚阻焊層的場合。

4.3 顏色

阻焊層最常見的顏色是綠色，因此“綠油”成為其代名詞。綠色的阻焊層具有良好的視覺對比度，便于人工檢查和自動光學(xué)檢測（AOI），且對紫外線敏感度適中，易于加工。

然而，隨著電子產(chǎn)品設(shè)計的多樣化和個性化需求，阻焊層也出現(xiàn)了其他顏色，如藍(lán)色、紅色、黑色、白色、黃色等。每種顏色都有其特點(diǎn)： 藍(lán)色：在某些工業(yè)控制板或醫(yī)療設(shè)備中較為常見，通常是為了與綠色板區(qū)分開來，或?yàn)榱颂囟ǖ囊曈X效果。 紅色：具有較好的對比度，在某些產(chǎn)品中用于增加視覺吸引力。 黑色：常用于高端產(chǎn)品，如服務(wù)器主板、顯卡等，給人一種沉穩(wěn)、專業(yè)的感覺。但黑色阻焊層由于吸光性強(qiáng)，可能會給AOI檢測帶來一定挑戰(zhàn)。 白色：主要用于LED照明產(chǎn)品中，因?yàn)樗芨玫胤瓷涔饩€，提高LED的亮度。 黃色：相對不常見，但也有其特定應(yīng)用。

選擇阻焊層顏色通常取決于產(chǎn)品的美學(xué)要求、品牌形象、成本考量以及對生產(chǎn)檢測效率的影響。

五、字符層（Silkscreen Layer/絲印層）：信息標(biāo)識的載體

字符層，又稱絲印層或圖例層，是PCB表面最外層的一層標(biāo)記，通常由非導(dǎo)電的油墨印刷而成。它的主要作用是在PCB上提供各種視覺信息和標(biāo)識，極大地便利了元器件的組裝、調(diào)試、測試、維修和用戶操作。

5.1 作用與目的

字符層在PCB的整個生命周期中都發(fā)揮著重要作用：

元器件標(biāo)識：這是字符層最主要的功能。它通過標(biāo)注元器件的位號（Reference Designator，如R1、C2、U3等）、型號、封裝類型、極性（如二極管、電解電容的負(fù)極、IC的1腳標(biāo)記）、方向等信息，指導(dǎo)操作員正確地進(jìn)行元器件的貼裝和焊接。這對于人工組裝和返修尤其重要，可以顯著降低出錯率。

功能區(qū)標(biāo)識：字符層可以標(biāo)注PCB上特定區(qū)域的功能，例如測試點(diǎn)（Test Point）、連接器引腳定義（Pin 1標(biāo)識）、電源接口、數(shù)據(jù)接口（如USB、Ethernet）、開關(guān)位置、跳線設(shè)置等。這些標(biāo)識有助于用戶理解電路板的功能，并進(jìn)行正確的連接和操作。

品牌與認(rèn)證信息：制造商的Logo、產(chǎn)品型號、版本號、序列號、生產(chǎn)日期、UL認(rèn)證、RoHS標(biāo)識等信息也可以通過字符層印刷在PCB上，用于品牌識別、產(chǎn)品追溯和合規(guī)性聲明。

警示與說明：對于一些需要特別注意的區(qū)域，如高壓區(qū)、高溫區(qū)或ESD敏感區(qū)，可以通過字符層進(jìn)行警示標(biāo)識，提醒操作人員注意安全或采取防護(hù)措施。

5.2 材料與工藝

字符層通常使用環(huán)氧油墨（Epoxy Ink）進(jìn)行印刷。這種油墨具有良好的附著力、耐磨損性、耐化學(xué)性和絕緣性，能夠在PCB表面形成清晰、持久的標(biāo)記。

字符層的制作工藝主要有兩種：

絲網(wǎng)印刷（Screen Printing）：這是最傳統(tǒng)和廣泛使用的字符層制作方法。其原理類似于模板印刷：首先制作一個帶有電路板字符圖形的絲網(wǎng)（通常是聚酯或不銹鋼網(wǎng)）。然后，將環(huán)氧油墨放置在絲網(wǎng)的一端，通過刮刀施加壓力，使油墨穿過絲網(wǎng)的網(wǎng)孔，印刷到PCB表面。印刷完成后，油墨需要進(jìn)行固化（通常是熱固化或紫外線固化），以使其完全硬化并牢固附著在板子上。絲網(wǎng)印刷的優(yōu)點(diǎn)是成本低、效率高，適用于大批量生產(chǎn)。

噴墨印刷（Inkjet Printing）：隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字噴墨印刷技術(shù)也開始應(yīng)用于字符層的制作。這種方法類似于桌面打印機(jī)，通過噴射微小的油墨液滴來形成字符圖形。噴墨印刷的優(yōu)點(diǎn)是精度更高、線條更細(xì)、靈活性更強(qiáng)，無需制作絲網(wǎng)，可以快速修改設(shè)計，特別適合小批量、多品種的生產(chǎn)以及高密度互連（HDI）板上細(xì)小字符的印刷。

5.3 顏色

字符層的顏色選擇通常是為了與阻焊層形成鮮明對比，以確保標(biāo)記的清晰可讀性。最常見的字符層顏色是白色，因?yàn)樗诰G色、藍(lán)色、紅色等阻焊層上都具有良好的對比度。在黑色阻焊層上，白色字符尤為突出。

除了白色，黑色字符也偶爾使用，特別是在白色阻焊層或淺色基材上，以提供足夠的對比度。選擇字符層顏色的主要考量是確保所有標(biāo)識信息都能清晰、準(zhǔn)確地呈現(xiàn)給使用者和操作人員。

六、表面處理：焊盤的“防腐涂層”與“焊接界面”

表面處理是PCB制造的最后一道關(guān)鍵工序，它在裸露的銅焊盤上形成一層保護(hù)涂層，其核心目的有兩個：一是防止銅焊盤在空氣中氧化，確保其在儲存和組裝過程中的可焊性；二是提供一個優(yōu)良的焊接界面，使元器件能夠通過焊錫與PCB上的焊盤形成可靠的電氣和機(jī)械連接。不同的表面處理工藝具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場景。

6.1 目的

防止氧化：銅是一種活潑金屬，在空氣中容易與氧氣反應(yīng)形成氧化銅，這層氧化物會嚴(yán)重影響焊錫的潤濕性，導(dǎo)致虛焊或焊接不良。表面處理層能夠隔離銅與空氣，有效防止銅的氧化。

提高可焊性：表面處理層能夠提供一個清潔、平整且易于被焊錫潤濕的表面。在焊接過程中，焊錫能夠迅速鋪展并與表面處理層形成良好的冶金結(jié)合，從而確保焊點(diǎn)飽滿、可靠。

改善電氣性能：某些表面處理工藝，特別是那些具有良好高頻特性的鍍層，能夠改善PCB在高頻信號傳輸時的性能，例如降低趨膚效應(yīng)帶來的損耗。

6.2 常見類型

熱風(fēng)整平（Hot Air Solder Leveling，簡稱HASL或噴錫）原理：HASL是一種通過將PCB浸入熔融的焊錫槽中，然后利用熱風(fēng)刀（Hot Air Knives）將多余的焊錫吹平，從而在焊盤上形成一層均勻的焊錫涂層的工藝。傳統(tǒng)的HASL使用鉛錫合金焊錫，而現(xiàn)代的無鉛HASL則使用無鉛焊錫合金（如SAC305）。 優(yōu)點(diǎn)：HASL是成本最低的表面處理工藝之一，具有良好的可焊性，并且焊錫層相對較厚，儲存時間較長。由于是焊錫直接覆蓋，其焊接可靠性也較高。 缺點(diǎn)：最大的缺點(diǎn)是表面平整度相對較差。熱風(fēng)吹平的過程可能導(dǎo)致焊盤表面不均勻，對于細(xì)間距（Fine Pitch）元器件，特別是BGA（Ball Grid Array）和QFN（Quad Flat No-leads）等封裝，可能導(dǎo)致焊接不良或橋接。此外，PCB在高溫焊錫中浸泡會經(jīng)歷熱沖擊，可能對板材造成一定影響。傳統(tǒng)HASL含有鉛，不符合RoHS指令，因此無鉛HASL逐漸成為主流。

化學(xué)鍍鎳金（Electroless Nickel Immersion Gold，簡稱ENIG或沉金）原理：ENIG是一種兩步化學(xué)沉積工藝。首先，在裸露的銅焊盤上通過化學(xué)還原反應(yīng)沉積一層約3-6微米厚的鎳層（通常是化學(xué)鎳磷合金）。鎳層作為阻擋層，防止銅向金層擴(kuò)散。然后，在鎳層上通過置換反應(yīng)沉積一層極薄的（0.05-0.15微米）金層。這層金是純金，具有良好的可焊性和抗氧化性。 優(yōu)點(diǎn)：ENIG提供極其優(yōu)異的表面平整度，這使其成為細(xì)間距元器件（如BGA、QFN）和高密度互連（HDI）PCB的首選表面處理。金層具有良好的抗氧化性，使得PCB的儲存壽命較長，且可焊性優(yōu)異。此外，鎳層還提供了良好的機(jī)械強(qiáng)度。 缺點(diǎn)：ENIG的成本相對較高。一個潛在的問題是“黑盤”（Black Pad）現(xiàn)象，即鎳層在金沉積過程中被過度腐蝕，導(dǎo)致焊點(diǎn)脆性增加，可靠性下降。這通常與工藝控制不當(dāng)有關(guān)。

有機(jī)保焊劑（Organic Solderability Preservatives，簡稱OSP或有機(jī)涂覆）原理：OSP是一種在銅焊盤表面形成一層薄的有機(jī)化合物薄膜的工藝。這種有機(jī)膜通過與銅表面形成化學(xué)鍵來保護(hù)銅不被氧化。在焊接過程中，OSP膜會受熱揮發(fā)，暴露出新鮮的銅表面，從而實(shí)現(xiàn)焊接。 優(yōu)點(diǎn)：OSP是一種環(huán)保的表面處理工藝，不含鉛，成本低，且表面平整度極佳，非常適合細(xì)間距元器件的焊接。它也是一種相對簡單的工藝。 缺點(diǎn)：OSP膜層非常薄且透明，不易通過肉眼或AOI設(shè)備進(jìn)行檢測。其儲存時間相對較短，通常只有6-12個月。此外，OSP膜在多次回流焊（Reflow Soldering）后可能會失效，導(dǎo)致可焊性下降，因此不適合需要多次焊接的復(fù)雜組裝過程。

沉錫（Immersion Tin）原理：沉錫工藝通過化學(xué)置換反應(yīng)在銅焊盤表面沉積一層薄薄的錫層。錫層能夠保護(hù)銅不被氧化，并提供良好的可焊性。 優(yōu)點(diǎn)：沉錫工藝能夠提供非常平整的表面，適用于細(xì)間距元器件。其可焊性良好，且成本適中。 缺點(diǎn)：錫層在儲存過程中容易發(fā)生“錫晶須”（Tin Whisker）生長，這是一種微小的、導(dǎo)電的晶體結(jié)構(gòu)，可能導(dǎo)致短路。此外，錫層與銅之間會形成金屬間化合物（IMC），這會影響焊點(diǎn)的可靠性，且儲存時間相對較短。

沉銀（Immersion Silver）原理：沉銀工藝通過化學(xué)置換反應(yīng)在銅焊盤表面沉積一層薄薄的銀層。銀層具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和可焊性。 優(yōu)點(diǎn)：沉銀能夠提供非常平整的表面，且具有良好的可焊性。由于銀的導(dǎo)電性極佳，因此在高頻應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的電氣性能。 缺點(diǎn)：銀層容易與空氣中的硫化物反應(yīng)形成硫化銀，導(dǎo)致表面變色（發(fā)黃或發(fā)黑），影響可焊性。因此，沉銀板的儲存時間非常短，通常需要真空包裝。

電鍍鎳金（Electroplated Nickel Gold，簡稱ELEC或硬金）原理：電鍍鎳金是通過電鍍方式在銅表面形成一層鎳層，再在鎳層上電鍍一層金層。與ENIG不同，電鍍鎳金的金層通常更厚（0.5-2.5微米），且金層通常是硬金（含有少量鈷或其他金屬，以增加硬度）。 優(yōu)點(diǎn)：電鍍鎳金層具有極高的硬度、耐磨損性和優(yōu)異的導(dǎo)電性。 應(yīng)用：電鍍鎳金主要用于PCB邊緣的連接器插指區(qū)域，俗稱“金手指”。這些區(qū)域需要頻繁插拔，因此對耐磨性要求極高。電鍍鎳金能夠確保金手指在長期使用中保持良好的電氣連接和機(jī)械可靠性。它通常不用于元器件焊接區(qū)域，因?yàn)槠浣饘虞^厚，可能導(dǎo)致焊點(diǎn)脆化。

選擇合適的表面處理工藝是PCB設(shè)計和制造中的一個重要決策，需要綜合考慮產(chǎn)品的性能要求、成本預(yù)算、組裝工藝、儲存壽命和環(huán)保法規(guī)等因素。

七、過孔（Vias）：層間互連的橋梁

過孔（Vias）是多層PCB中實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)電層之間電氣連接的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。它們是貫穿PCB或部分層的金屬化孔，允許電流和信號在垂直方向上從一層傳輸?shù)搅硪粚印＿^孔的設(shè)計和制造質(zhì)量直接影響著PCB的信號完整性、電源完整性、散熱性能以及整體可靠性。

7.1 作用與重要性

連接不同層：這是過孔最基本也是最重要的功能。在多層PCB中，由于空間限制，電路布線無法完全在同一層內(nèi)完成。過孔提供了從一個信號層到另一個信號層、從信號層到電源層或地層的路徑，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電路互連。

散熱：過孔也可以作為散熱通道。在一些大功率元器件下方，可以放置大量的散熱過孔（Thermal Vias），將元器件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到PCB內(nèi)部的散熱平面或外部的散熱器，從而有效降低元器件的工作溫度，提高其壽命和可靠性。

接地：過孔常用于提供穩(wěn)定的接地路徑。通過將元器件的接地引腳連接到PCB內(nèi)部的地平面，可以有效地降低接地阻抗，減少噪聲和電磁干擾，提高電路的穩(wěn)定性。

7.2 類型

根據(jù)過孔是否貫穿整個PCB板厚以及連接的層數(shù)，過孔主要分為以下幾種類型：

通孔（Through-hole Vias）定義：通孔是最常見和最簡單的過孔類型，它貫穿PCB的所有層，從板子的頂層一直延伸到底層。 制造：通孔通常通過機(jī)械鉆孔（使用鉆頭）或激光鉆孔（對于小孔徑）來形成，然后對孔壁進(jìn)行化學(xué)銅和電鍍銅處理，使其內(nèi)部形成導(dǎo)電層。 特點(diǎn)：通孔的制造工藝相對簡單，成本較低，可靠性高。然而，由于它貫穿所有層，會占用板子的頂層和底層空間，影響布線密度，尤其是在高密度互連（HDI）PCB中。

盲孔（Blind Vias）定義：盲孔是連接PCB外層與相鄰內(nèi)層（或多層）的孔，但不貫穿整個板厚。它從PCB的某一外層開始，終止于某一內(nèi)層。 制造：盲孔通常在層壓之前，通過激光鉆孔（對于微孔）或機(jī)械鉆孔（對于較大孔徑）在單層或幾層板上完成，然后進(jìn)行孔壁電鍍。隨后再與其他層進(jìn)行層壓。 特點(diǎn)：盲孔能夠節(jié)省外層布線空間，提高PCB的布線密度，尤其適用于高密度互連（HDI）板。然而，其制造工藝比通孔復(fù)雜，成本也更高。

埋孔（Buried Vias）定義：埋孔是連接PCB內(nèi)部兩層或多層的孔，它不延伸到任何外層。也就是說，它完全被包裹在PCB的內(nèi)部。 制造：埋孔的制造過程最為復(fù)雜。它需要在內(nèi)層板制作完成后，先進(jìn)行鉆孔、孔壁電鍍，然后再與其他層進(jìn)行層壓。這意味著埋孔的制造需要在多層板的中間階段完成。 特點(diǎn)：埋孔能夠最大程度地節(jié)省PCB外層的布線空間，進(jìn)一步提高布線密度，是實(shí)現(xiàn)超高密度互連的關(guān)鍵技術(shù)。但其制造工藝復(fù)雜，良率控制難度大，成本最高。

微孔（Microvias）定義：微孔是一種特殊類型的過孔，其直徑非常小，通常小于或等于0.15mm（6mil）。它們通常是盲孔或埋孔，主要通過激光鉆孔技術(shù)制造。 應(yīng)用：微孔是高密度互連（HDI）PCB的核心技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、高性能計算等對尺寸和密度有極高要求的領(lǐng)域。它們允許在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的互連，支持細(xì)間距封裝（如BGA、CSP）的布線。

7.3 制造工藝

過孔的制造是一個多步驟的復(fù)雜過程：

鉆孔：首先，根據(jù)設(shè)計文件，使用高速鉆機(jī)（對于通孔和較大盲孔）或激光鉆機(jī)（對于微孔和部分盲孔）在PCB板上鉆出所需的孔。 除膠渣（Desmear）：鉆孔過程中，鉆頭的高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致孔壁上的樹脂受熱熔化并形成一層膠渣。這層膠渣會影響后續(xù)的電鍍質(zhì)量。因此，需要通過化學(xué)處理（如高錳酸鉀溶液）去除孔壁上的膠渣，暴露出新鮮的玻璃纖維和銅。 化學(xué)銅（Electroless Copper）：在去除膠渣后，孔壁是非導(dǎo)電的。為了使其能夠進(jìn)行后續(xù)的電鍍，需要通過化學(xué)沉積的方法，在孔壁上均勻地沉積一層極薄的導(dǎo)電銅層，通常只有0.5-1微米厚。 電鍍（Electroplating）：在化學(xué)銅層的基礎(chǔ)上，通過電鍍（通常是硫酸銅電鍍）的方法，使銅層增厚到所需的厚度（通常為20-25微米），從而形成可靠的導(dǎo)電路徑。這個過程也被稱為“二次銅”或“孔內(nèi)鍍銅”。

過孔的質(zhì)量對PCB的性能至關(guān)重要。任何過孔缺陷，如孔壁粗糙、鍍銅不均勻、空洞或裂紋，都可能導(dǎo)致電路開路、電阻增加、信號衰減或可靠性問題。因此，在PCB制造過程中，對過孔的質(zhì)量控制非常嚴(yán)格。

八、層壓板與半固化片（Laminates and Prepregs）：多層板的構(gòu)建單元

在多層PCB的制造中，層壓板（Core）和半固化片（Prepreg）是構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)的核心材料。它們通過層壓工藝，將多層獨(dú)立的導(dǎo)電圖形和絕緣層粘合在一起，形成一個堅固、緊湊且功能完善的整體。

8.1 層壓板（Core）

定義：層壓板，通常被稱為“芯板”或“基板”，是指預(yù)先固化好的、兩面都覆有銅箔的絕緣基材。它是多層板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元，可以看作是雙面PCB的預(yù)制件。 作用：層壓板在多層板中主要起到提供結(jié)構(gòu)支撐和電氣絕緣的作用。它內(nèi)部的銅箔層通常被用作內(nèi)層信號線、電源平面或地平面。由于層壓板是預(yù)先固化的，其尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都非常好，為后續(xù)的層壓過程提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

8.2 半固化片（Prepreg）

定義：半固化片，簡稱“PP片”，是一種浸漬了樹脂（通常是環(huán)氧樹脂）但尚未完全固化的玻璃纖維布。它處于B-階段（B-stage）狀態(tài)，即樹脂已經(jīng)部分聚合，但仍具有一定的流動性和粘性。 作用：半固化片在多層板的層壓過程中扮演著至關(guān)重要的角色。它主要用于粘合不同的層壓板和銅箔，并提供層間絕緣。在高溫高壓的層壓條件下，半固化片中的樹脂會熔融、流動并最終完全固化，從而將所有層緊密地粘合在一起，形成一個堅固的整體。同時，半固化片中的樹脂也會填充層間空隙，確保層間絕緣的完整性。

8.3 多層板的層壓過程

多層板的制造是一個復(fù)雜的堆疊和層壓過程：

堆疊（Lay-up）：首先，根據(jù)PCB的設(shè)計要求，將經(jīng)過內(nèi)層圖形制作和氧化處理的內(nèi)層層壓板、半固化片以及外層銅箔（如果外層不使用覆銅板）按照特定的順序精確地堆疊起來。例如，一個四層板的結(jié)構(gòu)可能是：外層銅箔 / 半固化片 / 內(nèi)層層壓板 / 半固化片 / 外層銅箔。更復(fù)雜的板子會有更多的層壓板和半固化片交替堆疊。

層壓（Lamination）：堆疊好的板子被送入層壓機(jī)。在層壓機(jī)中，板子會經(jīng)歷高溫和高壓。高溫使得半固化片中的樹脂熔融并流動，填充層間的空隙和內(nèi)層圖形的凹陷處；高壓則確保各層之間緊密貼合，排出氣泡，并使樹脂在固化過程中形成均勻的厚度。在特定的溫度和壓力保持一段時間后，樹脂會完全固化，將所有層永久地粘合在一起，形成一個堅固的多層PCB。

重要性：層壓過程是多層板制造中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。層壓的質(zhì)量直接影響著多層板的電氣性能（如層間介電常數(shù)、阻抗控制）、機(jī)械性能（如抗分層能力、尺寸穩(wěn)定性）和可靠性。如果層壓不當(dāng)，可能導(dǎo)致層間空洞、分層、樹脂溢出或厚度不均勻等問題，從而影響PCB的性能和壽命。因此，對層壓溫度、壓力、時間和樹脂流動性的精確控制至關(guān)重要。

通過層壓板和半固化片的巧妙組合與精確層壓，多層PCB得以在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜的電路布線，滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品對高集成度、高性能和小型化的需求。

九、其他輔助組成部分與特性

除了上述核心組成部分，PCB上還有許多其他輔助性的結(jié)構(gòu)和特性，它們在PCB的功能、制造、測試、組裝和使用過程中發(fā)揮著重要作用。

9.1 連接器（Connectors）

連接器是PCB上用于實(shí)現(xiàn)與外部線纜、其他PCB模塊或子板之間電氣連接的接口。它們可以是焊接在PCB上的插座（Female Connector）或插針（Male Connector），也可以是用于柔性扁平電纜（FPC/FFC）的連接器等。 作用：連接器允許PCB與外部世界進(jìn)行數(shù)據(jù)、電源和信號的交互，是構(gòu)建復(fù)雜電子系統(tǒng)不可或缺的橋梁。 類型：常見的連接器類型包括排針/排母、USB接口、RJ45（以太網(wǎng)）接口、HDMI接口、D-Sub接口、電源插座、音頻插孔、卡槽（如SD卡槽、SIM卡槽）等。它們的種類繁多，根據(jù)應(yīng)用場景和電氣要求選擇合適的連接器。

9.2 安裝孔（Mounting Holes）

安裝孔是PCB上預(yù)留的孔洞，用于將PCB固定在設(shè)備外殼、機(jī)箱或散熱器上。它們確保PCB在最終產(chǎn)品中的物理位置穩(wěn)定，并承受振動和沖擊。 類型：安裝孔可以是金屬化的（孔壁有銅層）或非金屬化的。金屬化安裝孔有時也用于接地連接，而非金屬化孔則主要用于機(jī)械固定。通常會根據(jù)螺絲的尺寸和類型來設(shè)計孔徑。

9.3 基準(zhǔn)點(diǎn)（Fiducial Marks）

基準(zhǔn)點(diǎn)是PCB表面上用于自動化設(shè)備（如自動光學(xué)檢測AOI設(shè)備和表面貼裝機(jī)SMT）進(jìn)行精確光學(xué)定位的特殊標(biāo)記。它們通常是圓形或方形的裸銅焊盤，周圍有阻焊開窗，以便機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠清晰識別。 作用：在SMT貼片過程中，機(jī)器會首先識別這些基準(zhǔn)點(diǎn)來校準(zhǔn)PCB的位置和方向，確保元器件能夠被精確地貼裝到焊盤上。在AOI檢測中，基準(zhǔn)點(diǎn)也用于定位和掃描整個電路板。

9.4 測試點(diǎn)（Test Points）

測試點(diǎn)是PCB上專門為電氣測試而設(shè)計的裸露焊盤或過孔。 作用：在PCB制造完成后，需要進(jìn)行功能測試和電氣測試，以驗(yàn)證電路板是否按照設(shè)計工作。測試點(diǎn)允許測試探針與電路板上的特定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接觸，從而測量電壓、電流、信號波形等電氣參數(shù)，或進(jìn)行開路/短路測試。測試點(diǎn)通常設(shè)計在易于接觸且不影響電路性能的位置。

9.5 邊緣電鍍（Edge Plating/金手指）

邊緣電鍍是指在PCB板的邊緣區(qū)域進(jìn)行電鍍處理，形成導(dǎo)電的金屬層。最常見的應(yīng)用是“金手指”（Gold Fingers）。 作用：金手指通常位于插卡式PCB（如內(nèi)存條、顯卡、擴(kuò)展卡）的邊緣，用于與連接器插槽進(jìn)行插拔連接。這些區(qū)域需要頻繁插拔，因此對耐磨性和導(dǎo)電性要求極高。通常采用電鍍鎳金工藝，因?yàn)橛步饘泳哂谐錾哪湍バ院偷徒佑|電阻。 工藝：金手指的制造通常在PCB完成所有其他表面處理后進(jìn)行，通過選擇性電鍍的方式在邊緣區(qū)域形成金層。

9.6 拼板（Panelization）

拼板是將多個相同或不同的小PCB單元組合在一塊大板上進(jìn)行制造的工藝。 作用：拼板的主要目的是提高生產(chǎn)效率和降低制造成本。通過一次性加工多塊PCB單元，可以減少設(shè)備設(shè)置時間、提高材料利用率和自動化程度。 方式：常見的拼板方式有V型槽（V-cut）和郵票孔（Stamp Hole）。V型槽是在PCB單元之間預(yù)先切割出V形槽，方便后續(xù)折斷；郵票孔則是在PCB單元連接處鉆一系列小孔，像郵票一樣，便于在組裝完成后掰開。

這些輔助組成部分和特性雖然不像基材和導(dǎo)電層那樣構(gòu)成PCB的主體，但它們在確保PCB的可制造性、可測試性、可靠性以及最終產(chǎn)品的組裝和使用體驗(yàn)方面發(fā)揮著不可或缺的作用。

十、總結(jié)：PCB的整體性與未來發(fā)展

印刷電路板（PCB）作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的神經(jīng)系統(tǒng)和骨架，其復(fù)雜而精密的結(jié)構(gòu)是由基材、導(dǎo)電層、阻焊層、字符層、表面處理以及各種過孔等核心組成部分協(xié)同作用的結(jié)果。每一層、每一個細(xì)節(jié)都承載著特定的功能，并對PCB的整體性能、可靠性和制造成本產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?；奶峁┝藱C(jī)械支撐和電氣絕緣；導(dǎo)電層承載信號和電流的傳輸；阻焊層保護(hù)電路并輔助焊接；字符層提供關(guān)鍵信息標(biāo)識；表面處理確?？珊感院涂寡趸裕欢^孔則實(shí)現(xiàn)了多層之間的垂直互連。這些看似獨(dú)立的組成部分，通過精密的制造工藝，被巧妙地結(jié)合在一起，共同構(gòu)筑了現(xiàn)代電子設(shè)備賴以運(yùn)行的物理平臺。

然而，隨著電子產(chǎn)品向更高性能、更小尺寸、更低功耗和更復(fù)雜功能方向發(fā)展，PCB的制造也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。高頻高速信號的傳輸要求更低的介電損耗和更精確的阻抗控制；高密度集成要求更細(xì)的線寬線距、更小的過孔以及更復(fù)雜的布線策略；大功率器件的散熱問題則需要更高效的散熱解決方案；同時，日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)也推動著無鉛、無鹵等綠色制造技術(shù)的普及。

展望未來，PCB技術(shù)將繼續(xù)朝著高密度互連（HDI）、柔性混合板（Rigid-Flex PCB）、3D封裝、嵌入式元器件（Embedded Components）等方向發(fā)展。HDI技術(shù)將通過微孔、盲埋孔等技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高的布線密度；柔性混合板將結(jié)合剛性板的穩(wěn)定性和柔性板的彎曲特性，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計提供更大自由度；3D封裝和嵌入式元器件技術(shù)則將進(jìn)一步縮小產(chǎn)品體積，提高集成度，并縮短信號傳輸路徑。此外，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的普及，對PCB的可靠性、耐用性和智能化制造的需求也將不斷提升。

總之，PCB不僅僅是一塊簡單的電路板，它是現(xiàn)代電子工業(yè)的基石，是無數(shù)創(chuàng)新和技術(shù)突破的載體。對PCB組成部分的深入理解，不僅有助于我們更好地設(shè)計和制造電子產(chǎn)品，也為我們展望未來電子技術(shù)的發(fā)展趨勢提供了重要的視角。