PCB板由哪些组成？

一、引言：印刷电路板（PCB）的基石地位

印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB），是现代电子产品中不可或缺的核心组成部分，被誉为“电子产品之母”。它以绝缘材料为基底，在其表面和/或内部层叠有导电图形，用于实现电子元器件之间的电气连接、机械支撑和信号传输。从最简单的单层板到高度复杂的多层板，PCB的演变历程反映了电子技术从模拟到数字、从低速到高速、从低密度到高密度的飞跃。它的出现彻底改变了传统电子线路点对点布线的杂乱无章和低可靠性，使得电子产品的体积得以大幅缩小，性能显著提升，生产效率得到极大提高，并为自动化装配奠定了基础。

PCB的核心功能在于为电子元器件提供一个稳定、可靠的安装平台，并按照预设的电路设计，将这些元器件通过导电路径（通常是铜线）精确地互连起来。这不仅仅是简单的物理连接，更是确保电流和信号能够按照既定路径高效、低损耗地传输的关键。无论是我们日常使用的智能手机、电脑、电视，还是工业控制设备、医疗仪器、航空航天系统，乃至复杂的服务器和通信基站，PCB都扮演着承载所有电子功能的核心角色。它的设计与制造水平直接决定了最终电子产品的性能、可靠性、成本和上市时间。因此，深入理解PCB的各个组成部分及其功能特性，对于电子工程师、制造技术人员以及任何对现代电子产品感兴趣的人来说，都具有极其重要的意义。

二、基材：PCB的骨架与绝缘支撑

基材是PCB的物理骨架，它不仅为整个电路板提供机械支撑，更重要的是，它是一种绝缘材料，确保了不同导电层之间以及同一层内不同导线之间的电气隔离。基材的性能，如介电常数、介电损耗、热膨胀系数、耐热性、机械强度等，对PCB的电气性能、可靠性以及加工工艺有着决定性的影响。根据应用需求和成本考量，PCB基材种类繁多，其中FR-4是最为常见和广泛使用的类型。

2.1 环氧玻璃布层压板（FR-4）

FR-4是目前全球PCB行业中使用量最大、应用最广泛的一种基材。它的名称“FR-4”代表“Flame Retardant 4”，意为第四代阻燃环氧树脂材料。FR-4基材主要由两部分构成：作为增强材料的电子级玻璃纤维布（E-glass fabric）和作为粘合剂的环氧树脂（Epoxy Resin）。玻璃纤维布提供了优异的机械强度和尺寸稳定性，而环氧树脂则提供了良好的绝缘性能、耐热性和化学稳定性。

FR-4之所以如此普及，得益于其一系列优异的综合性能。首先，它具有出色的电气绝缘性能，能够有效隔离不同导电层和导线，防止短路和信号串扰。其次，FR-4的机械强度高，能够承受元器件的重量和外部应力，不易变形或断裂。其尺寸稳定性也非常好，在温度变化或加工过程中，板材的尺寸变化微小，这对于高精度布线和多层板的层压至关重要。此外，FR-4还表现出良好的耐热性，能够承受焊接过程中的高温以及工作时的热量积累。其加工性能也十分优异，易于钻孔、铣削和蚀刻，这大大降低了PCB的制造成本和难度。最重要的是，FR-4在性能、可靠性和成本之间取得了极佳的平衡，使其成为从消费电子到工业控制、从计算机到通信设备等几乎所有电子产品领域的首选基材。

根据具体的应用需求，FR-4基材还可以细分为不同的等级。例如，标准FR-4适用于大多数通用电子产品；高Tg FR-4（High Tg FR-4）具有更高的玻璃化转变温度（Tg），这意味着它在更高温度下仍能保持良好的机械和电气性能，适用于需要承受更高工作温度或更多次焊接循环的场合；无卤FR-4（Halogen-free FR-4）则是在环保法规日益严格的背景下发展起来的，它不含卤素阻燃剂，燃烧时产生的有毒气体更少，符合RoHS等环保标准。这些不同类型的FR-4基材为PCB设计师提供了更灵活的选择，以满足各种复杂和严苛的应用环境。

2.2 复合材料（CEM系列）

复合材料（Composite Epoxy Material，简称CEM）是另一种常见的PCB基材，通常用于成本敏感或对性能要求相对不高的应用。CEM系列基材是FR-4的经济型替代品，它们在结构上结合了纸基和玻璃纤维布的优点。

CEM-1是其中一种类型，它通常由一层玻璃纤维布作为表面层，而内部则使用纸基材料浸渍环氧树脂制成。CEM-1的特点是成本较低，易于冲压加工，因此在单面板和一些对电气性能要求不高的双面板中得到了广泛应用。然而，由于其内部含有纸基材料，CEM-1的机械强度和尺寸稳定性不如FR-4，也不适合进行金属化孔（PTH）工艺，因此主要用于单面PCB。

CEM-3是CEM系列的另一种重要成员，它在结构上与FR-4更为接近，通常由玻璃纤维布和纸基材料混合浸渍环氧树脂制成。与CEM-1不同的是，CEM-3的内部也含有玻璃纤维布，这使其在机械强度、尺寸稳定性和耐热性方面优于CEM-1，并且可以进行金属化孔工艺，因此常用于双面板和一些低成本的多层板。CEM-3在性能和成本之间提供了一个折衷方案，是许多中低端电子产品的理想选择。

2.3 柔性材料（聚酰亚胺等）

柔性材料是制造柔性电路板（Flexible Printed Circuit，简称FPC）的基础。与刚性PCB不同，FPC具有极佳的柔韧性，可以弯曲、折叠甚至卷曲，这使得电子产品在结构设计上拥有了前所未有的自由度。最常用的柔性基材是聚酰亚胺（Polyimide，简称PI），它是一种高性能的聚合物薄膜。

聚酰亚胺薄膜具有一系列卓越的特性，使其成为柔性电路板的理想选择。首先，其无与伦比的柔韧性是其最显著的特点，能够承受反复的弯曲和折叠而不断裂。其次，PI材料具有优异的耐高温性能，能够承受高温焊接过程以及在恶劣环境下长时间工作。此外，它还表现出良好的耐化学腐蚀性、尺寸稳定性和电气绝缘性能。这些特性使得FPC在许多对空间、重量和形状有严格要求的应用中发挥着关键作用。

柔性电路板的应用领域日益广泛，包括可穿戴设备（如智能手表、健身追踪器）、医疗器械（如植入式设备、诊断探头）、汽车电子（如车载显示屏、传感器线束）、航空航天（如卫星、飞行器内部布线）、消费电子产品（如智能手机的折叠屏、摄像头模组）以及各种需要三维布线和动态弯曲的场景。尽管柔性材料的加工和层压工艺比刚性板更具挑战性，成本也相对较高，但其独特的柔性特性为电子产品的创新设计和功能集成开辟了新的可能性。

2.4 特殊基材

除了上述常见的基材外，为了满足特定高性能应用的需求，PCB行业还发展出多种特殊基材。这些材料通常具有独特的电气、热学或机械性能。

聚四氟乙烯（PTFE，俗称特氟龙）基材是高频微波电路和射频（RF）电路的理想选择。PTFE具有极低的介电常数（Dk）和介电损耗（Df），这意味着信号在其中传输时损耗极小，能够保持信号的完整性和高速传输能力。这对于5G通信、雷达系统、卫星通信等高频应用至关重要。然而，PTFE材料的成本较高，加工难度也相对较大。

陶瓷基板是另一种特殊基材，它以氧化铝（Al2O3）或氮化铝（AlN）等陶瓷材料为基础。陶瓷基板的最大特点是其优异的导热性能、高频特性和极高的尺寸稳定性。由于其高导热性，陶瓷基板非常适合大功率模块、LED散热、功率电子器件以及需要高效散热的应用。同时，陶瓷材料在高频下表现出极低的介电损耗，使其也适用于高频通信和射频模块。

金属基板（Metal Core Printed Circuit Board，简称MCPCB）是一种专门为高散热应用设计的PCB。它通常由一层金属基底（如铝或铜）、一层薄的绝缘层和一层铜箔构成。金属基底提供了卓越的散热能力，能够将大功率元器件产生的热量迅速传导出去，有效降低元器件的工作温度，从而提高产品的可靠性和寿命。MCPCB广泛应用于大功率LED照明、汽车照明、电源模块和高功率放大器等领域。

这些特殊基材虽然成本较高或加工复杂，但它们为满足极端环境、高频高速、大功率散热等苛刻的应用需求提供了不可替代的解决方案，推动了电子产品向更高性能、更小体积和更广应用范围发展。

三、导电层：电路信号的传输动脉

导电层是PCB的核心功能层，它由导电材料（通常是铜）构成，通过蚀刻形成预设的电路图形，承载电流、传输信号、分配电源和接地。导电层的质量、厚度以及形成的图形精度，直接影响着PCB的电气性能，包括信号完整性、阻抗控制、电流承载能力和散热效率。

3.1 铜箔

铜箔是PCB导电层的主要材料，其优异的导电性、良好的延展性和易于蚀刻的特性使其成为理想的选择。根据制造工艺的不同，铜箔主要分为两种类型：

电解铜箔（Electro-deposited Copper Foil，简称ED铜箔）：这是最常见的铜箔类型。它通过电解法制备，将铜离子在阴极上电沉积形成薄而均匀的铜层。ED铜箔的特点是其与基材接触的一面通常比较粗糙，这种粗糙的表面有利于提高铜箔与基材之间的结合力（附着力），防止在加工和使用过程中分层。然而，其粗糙的表面在高频应用中可能会导致“趋肤效应”更加明显，从而增加信号损耗。

压延铜箔（Rolled Annealed Copper Foil，简称RA铜箔）：压延铜箔是通过机械压延和退火工艺制备的。与ED铜箔不同，RA铜箔的两面都相对光滑，其晶体结构更紧密，延展性更好。由于其表面光滑，RA铜箔在高频信号传输时具有更低的损耗，因此在高频电路、柔性电路板（FPC）以及需要更好柔韧性的应用中更为常见。但其与基材的结合力可能略低于ED铜箔，且成本通常更高。

铜箔的厚度是PCB设计中的一个重要参数，通常以盎司（oz）表示，例如1/2 oz、1 oz、2 oz等。1 oz铜箔表示每平方英尺的铜箔重量为1盎司，其厚度约为35微米（μm）。铜箔厚度的选择取决于电路的电流承载能力、散热需求以及信号完整性要求。承载大电流的电源线和地线通常需要更厚的铜箔以降低电阻和温升；而高频信号线则可能选用较薄的铜箔，以减小趋肤效应和串扰。

3.2 导电图形的形成

导电图形的形成是PCB制造中最关键的步骤之一，它决定了电路的实际连接方式。这个过程通常通过光刻和蚀刻技术来实现：

首先，在覆铜板（CCL）的铜箔表面涂覆一层感光材料，即光刻胶（Photoresist）。然后，通过曝光设备将设计好的电路图形（通常是负片）投影到光刻胶上。曝光区域的光刻胶会发生聚合反应，变得不易溶解（或易溶解，取决于光刻胶类型）。接着，通过显影过程去除未曝光（或已曝光）的光刻胶，从而在铜箔表面形成与电路图形一致的光刻胶保护层。

随后，电路板进入蚀刻环节。蚀刻液（如氯化铁溶液或氯化铜溶液）会选择性地溶解未被光刻胶保护的裸露铜箔，而受保护的铜箔则得以保留，从而形成所需的导电图形。最后，通过去膜过程去除剩余的光刻胶，留下最终的铜电路。

在多层板中，导电层分为内层和外层。内层导电图形在层压之前单独制作，它们被半固化片和层压板包裹在PCB内部，主要用于信号走线、电源平面和地平面，以提供稳定的电源和接地参考，并降低电磁干扰。外层导电图形则位于PCB的最外层，它们不仅用于信号走线，还承载了元器件的焊盘，是元器件与PCB进行电气连接的界面。内外层导电图形的精确对准和可靠连接是多层板制造的重大挑战。

四、阻焊层（Solder Mask/绿油）：电路板的保护外衣

阻焊层，俗称“绿油”，是PCB表面一层薄薄的聚合物涂层，其主要作用是在焊接过程中防止焊锡桥接（短路），同时保护铜导线免受氧化、湿气、灰尘和机械损伤。它是PCB制造中不可或缺的一环，对电路板的可靠性和可制造性至关重要。

4.1 作用与目的

阻焊层的主要功能可以归纳为以下几点：

防止短路：在表面贴装技术（SMT）和波峰焊等自动化焊接过程中，焊锡在高温下具有流动性。如果没有阻焊层，焊锡可能会流散到相邻的焊盘或导线上，导致短路。阻焊层通过覆盖非焊盘区域的铜线，只露出需要焊接的焊盘，从而精确控制焊锡的附着位置，有效防止焊锡桥接。

保护铜层：裸露的铜导线在空气中容易氧化，形成一层氧化铜，这会降低导电性并影响后续的焊接质量。阻焊层能够有效隔离铜层与外界环境，防止氧化、腐蚀以及湿气、化学物质和灰尘的侵蚀，从而延长PCB的储存寿命和使用寿命。

辅助焊接：阻焊层能够限制焊锡的流动范围，使其集中在焊盘上，形成饱满、可靠的焊点。这对于细间距元器件（如BGA、QFN）的焊接尤为重要，因为它有助于防止焊锡在焊盘之间溢出。

提供绝缘：阻焊层本身具有良好的绝缘性能，能够进一步增强PCB的绝缘能力，尤其是在高密度布线的区域，有助于防止意外接触导致的短路。

4.2 材料与工艺

阻焊层的材料通常是液态感光阻焊油墨（Liquid Photoimageable Solder Mask，简称LPI），这是目前最主流的阻焊层材料。其制造工艺流程如下：

涂覆：首先，通过丝网印刷、喷涂或淋涂等方式，将液态阻焊油墨均匀地涂覆在整个PCB表面。 预烘：涂覆后的板子会进行预烘，以蒸发油墨中的溶剂，使油墨表面干燥，但内部仍保持一定的黏性。 曝光：将带有阻焊图形的底片（通常是负片，即焊盘区域透明，非焊盘区域不透明）与PCB对齐，然后进行紫外线曝光。在曝光区域（非焊盘区域），油墨会发生光聚合反应，变得固化且不易溶解。 显影：曝光后的板子进入显影机，使用显影液（通常是弱碱性溶液）冲洗。未曝光区域（即焊盘区域）的油墨会被溶解并冲洗掉，从而暴露出铜焊盘。 固化：最后，板子会进行最终固化（通常是紫外线固化或热固化），使阻焊油墨完全硬化，形成坚固耐用的保护层。

除了LPI，还有干膜阻焊剂（Dry Film Solder Mask），它是一种预先涂覆在聚酯薄膜上的固体阻焊材料。干膜阻焊剂通过热压贴合到PCB表面，然后进行曝光、显影和固化。干膜阻焊剂在一些特殊应用中具有优势，例如在柔性电路板或需要更厚阻焊层的场合。

4.3 颜色

阻焊层最常见的颜色是绿色，因此“绿油”成为其代名词。绿色的阻焊层具有良好的视觉对比度，便于人工检查和自动光学检测（AOI），且对紫外线敏感度适中，易于加工。

然而，随着电子产品设计的多样化和个性化需求，阻焊层也出现了其他颜色，如蓝色、红色、黑色、白色、黄色等。每种颜色都有其特点： 蓝色：在某些工业控制板或医疗设备中较为常见，通常是为了与绿色板区分开来，或为了特定的视觉效果。 红色：具有较好的对比度，在某些产品中用于增加视觉吸引力。 黑色：常用于高端产品，如服务器主板、显卡等，给人一种沉稳、专业的感觉。但黑色阻焊层由于吸光性强，可能会给AOI检测带来一定挑战。 白色：主要用于LED照明产品中，因为它能更好地反射光线，提高LED的亮度。 黄色：相对不常见，但也有其特定应用。

选择阻焊层颜色通常取决于产品的美学要求、品牌形象、成本考量以及对生产检测效率的影响。

五、字符层（Silkscreen Layer/丝印层）：信息标识的载体

字符层，又称丝印层或图例层，是PCB表面最外层的一层标记，通常由非导电的油墨印刷而成。它的主要作用是在PCB上提供各种视觉信息和标识，极大地便利了元器件的组装、调试、测试、维修和用户操作。

5.1 作用与目的

字符层在PCB的整个生命周期中都发挥着重要作用：

元器件标识：这是字符层最主要的功能。它通过标注元器件的位号（Reference Designator，如R1、C2、U3等）、型号、封装类型、极性（如二极管、电解电容的负极、IC的1脚标记）、方向等信息，指导操作员正确地进行元器件的贴装和焊接。这对于人工组装和返修尤其重要，可以显著降低出错率。

功能区标识：字符层可以标注PCB上特定区域的功能，例如测试点（Test Point）、连接器引脚定义（Pin 1标识）、电源接口、数据接口（如USB、Ethernet）、开关位置、跳线设置等。这些标识有助于用户理解电路板的功能，并进行正确的连接和操作。

品牌与认证信息：制造商的Logo、产品型号、版本号、序列号、生产日期、UL认证、RoHS标识等信息也可以通过字符层印刷在PCB上，用于品牌识别、产品追溯和合规性声明。

警示与说明：对于一些需要特别注意的区域，如高压区、高温区或ESD敏感区，可以通过字符层进行警示标识，提醒操作人员注意安全或采取防护措施。

5.2 材料与工艺

字符层通常使用环氧油墨（Epoxy Ink）进行印刷。这种油墨具有良好的附着力、耐磨损性、耐化学性和绝缘性，能够在PCB表面形成清晰、持久的标记。

字符层的制作工艺主要有两种：

丝网印刷（Screen Printing）：这是最传统和广泛使用的字符层制作方法。其原理类似于模板印刷：首先制作一个带有电路板字符图形的丝网（通常是聚酯或不锈钢网）。然后，将环氧油墨放置在丝网的一端，通过刮刀施加压力，使油墨穿过丝网的网孔，印刷到PCB表面。印刷完成后，油墨需要进行固化（通常是热固化或紫外线固化），以使其完全硬化并牢固附着在板子上。丝网印刷的优点是成本低、效率高，适用于大批量生产。

喷墨印刷（Inkjet Printing）：随着技术的发展，数字喷墨印刷技术也开始应用于字符层的制作。这种方法类似于桌面打印机，通过喷射微小的油墨液滴来形成字符图形。喷墨印刷的优点是精度更高、线条更细、灵活性更强，无需制作丝网，可以快速修改设计，特别适合小批量、多品种的生产以及高密度互连（HDI）板上细小字符的印刷。

5.3 颜色

字符层的颜色选择通常是为了与阻焊层形成鲜明对比，以确保标记的清晰可读性。最常见的字符层颜色是白色，因为它在绿色、蓝色、红色等阻焊层上都具有良好的对比度。在黑色阻焊层上，白色字符尤为突出。

除了白色，黑色字符也偶尔使用，特别是在白色阻焊层或浅色基材上，以提供足够的对比度。选择字符层颜色的主要考量是确保所有标识信息都能清晰、准确地呈现给使用者和操作人员。

六、表面处理：焊盘的“防腐涂层”与“焊接界面”

表面处理是PCB制造的最后一道关键工序，它在裸露的铜焊盘上形成一层保护涂层，其核心目的有两个：一是防止铜焊盘在空气中氧化，确保其在储存和组装过程中的可焊性；二是提供一个优良的焊接界面，使元器件能够通过焊锡与PCB上的焊盘形成可靠的电气和机械连接。不同的表面处理工艺具有各自的优缺点和适用场景。

6.1 目的

防止氧化：铜是一种活泼金属，在空气中容易与氧气反应形成氧化铜，这层氧化物会严重影响焊锡的润湿性，导致虚焊或焊接不良。表面处理层能够隔离铜与空气，有效防止铜的氧化。

提高可焊性：表面处理层能够提供一个清洁、平整且易于被焊锡润湿的表面。在焊接过程中，焊锡能够迅速铺展并与表面处理层形成良好的冶金结合，从而确保焊点饱满、可靠。

改善电气性能：某些表面处理工艺，特别是那些具有良好高频特性的镀层，能够改善PCB在高频信号传输时的性能，例如降低趋肤效应带来的损耗。

6.2 常见类型

热风整平（Hot Air Solder Leveling，简称HASL或喷锡）原理：HASL是一种通过将PCB浸入熔融的焊锡槽中，然后利用热风刀（Hot Air Knives）将多余的焊锡吹平，从而在焊盘上形成一层均匀的焊锡涂层的工艺。传统的HASL使用铅锡合金焊锡，而现代的无铅HASL则使用无铅焊锡合金（如SAC305）。 优点：HASL是成本最低的表面处理工艺之一，具有良好的可焊性，并且焊锡层相对较厚，储存时间较长。由于是焊锡直接覆盖，其焊接可靠性也较高。 缺点：最大的缺点是表面平整度相对较差。热风吹平的过程可能导致焊盘表面不均匀，对于细间距（Fine Pitch）元器件，特别是BGA（Ball Grid Array）和QFN（Quad Flat No-leads）等封装，可能导致焊接不良或桥接。此外，PCB在高温焊锡中浸泡会经历热冲击，可能对板材造成一定影响。传统HASL含有铅，不符合RoHS指令，因此无铅HASL逐渐成为主流。

化学镀镍金（Electroless Nickel Immersion Gold，简称ENIG或沉金）原理：ENIG是一种两步化学沉积工艺。首先，在裸露的铜焊盘上通过化学还原反应沉积一层约3-6微米厚的镍层（通常是化学镍磷合金）。镍层作为阻挡层，防止铜向金层扩散。然后，在镍层上通过置换反应沉积一层极薄的（0.05-0.15微米）金层。这层金是纯金，具有良好的可焊性和抗氧化性。 优点：ENIG提供极其优异的表面平整度，这使其成为细间距元器件（如BGA、QFN）和高密度互连（HDI）PCB的首选表面处理。金层具有良好的抗氧化性，使得PCB的储存寿命较长，且可焊性优异。此外，镍层还提供了良好的机械强度。 缺点：ENIG的成本相对较高。一个潜在的问题是“黑盘”（Black Pad）现象，即镍层在金沉积过程中被过度腐蚀，导致焊点脆性增加，可靠性下降。这通常与工艺控制不当有关。

有机保焊剂（Organic Solderability Preservatives，简称OSP或有机涂覆）原理：OSP是一种在铜焊盘表面形成一层薄的有机化合物薄膜的工艺。这种有机膜通过与铜表面形成化学键来保护铜不被氧化。在焊接过程中，OSP膜会受热挥发，暴露出新鲜的铜表面，从而实现焊接。 优点：OSP是一种环保的表面处理工艺，不含铅，成本低，且表面平整度极佳，非常适合细间距元器件的焊接。它也是一种相对简单的工艺。 缺点：OSP膜层非常薄且透明，不易通过肉眼或AOI设备进行检测。其储存时间相对较短，通常只有6-12个月。此外，OSP膜在多次回流焊（Reflow Soldering）后可能会失效，导致可焊性下降，因此不适合需要多次焊接的复杂组装过程。

沉锡（Immersion Tin）原理：沉锡工艺通过化学置换反应在铜焊盘表面沉积一层薄薄的锡层。锡层能够保护铜不被氧化，并提供良好的可焊性。 优点：沉锡工艺能够提供非常平整的表面，适用于细间距元器件。其可焊性良好，且成本适中。 缺点：锡层在储存过程中容易发生“锡晶须”（Tin Whisker）生长，这是一种微小的、导电的晶体结构，可能导致短路。此外，锡层与铜之间会形成金属间化合物（IMC），这会影响焊点的可靠性，且储存时间相对较短。

沉银（Immersion Silver）原理：沉银工艺通过化学置换反应在铜焊盘表面沉积一层薄薄的银层。银层具有优异的导电性和可焊性。 优点：沉银能够提供非常平整的表面，且具有良好的可焊性。由于银的导电性极佳，因此在高频应用中表现出优异的电气性能。 缺点：银层容易与空气中的硫化物反应形成硫化银，导致表面变色（发黄或发黑），影响可焊性。因此，沉银板的储存时间非常短，通常需要真空包装。

电镀镍金（Electroplated Nickel Gold，简称ELEC或硬金）原理：电镀镍金是通过电镀方式在铜表面形成一层镍层，再在镍层上电镀一层金层。与ENIG不同，电镀镍金的金层通常更厚（0.5-2.5微米），且金层通常是硬金（含有少量钴或其他金属，以增加硬度）。 优点：电镀镍金层具有极高的硬度、耐磨损性和优异的导电性。 应用：电镀镍金主要用于PCB边缘的连接器插指区域，俗称“金手指”。这些区域需要频繁插拔，因此对耐磨性要求极高。电镀镍金能够确保金手指在长期使用中保持良好的电气连接和机械可靠性。它通常不用于元器件焊接区域，因为其金层较厚，可能导致焊点脆化。

选择合适的表面处理工艺是PCB设计和制造中的一个重要决策，需要综合考虑产品的性能要求、成本预算、组装工艺、储存寿命和环保法规等因素。

七、过孔（Vias）：层间互连的桥梁

过孔（Vias）是多层PCB中实现不同导电层之间电气连接的关键结构。它们是贯穿PCB或部分层的金属化孔，允许电流和信号在垂直方向上从一层传输到另一层。过孔的设计和制造质量直接影响着PCB的信号完整性、电源完整性、散热性能以及整体可靠性。

7.1 作用与重要性

连接不同层：这是过孔最基本也是最重要的功能。在多层PCB中，由于空间限制，电路布线无法完全在同一层内完成。过孔提供了从一个信号层到另一个信号层、从信号层到电源层或地层的路径，从而实现复杂的电路互连。

散热：过孔也可以作为散热通道。在一些大功率元器件下方，可以放置大量的散热过孔（Thermal Vias），将元器件产生的热量传导到PCB内部的散热平面或外部的散热器，从而有效降低元器件的工作温度，提高其寿命和可靠性。

接地：过孔常用于提供稳定的接地路径。通过将元器件的接地引脚连接到PCB内部的地平面，可以有效地降低接地阻抗，减少噪声和电磁干扰，提高电路的稳定性。

7.2 类型

根据过孔是否贯穿整个PCB板厚以及连接的层数，过孔主要分为以下几种类型：

通孔（Through-hole Vias）定义：通孔是最常见和最简单的过孔类型，它贯穿PCB的所有层，从板子的顶层一直延伸到底层。 制造：通孔通常通过机械钻孔（使用钻头）或激光钻孔（对于小孔径）来形成，然后对孔壁进行化学铜和电镀铜处理，使其内部形成导电层。 特点：通孔的制造工艺相对简单，成本较低，可靠性高。然而，由于它贯穿所有层，会占用板子的顶层和底层空间，影响布线密度，尤其是在高密度互连（HDI）PCB中。

盲孔（Blind Vias）定义：盲孔是连接PCB外层与相邻内层（或多层）的孔，但不贯穿整个板厚。它从PCB的某一外层开始，终止于某一内层。 制造：盲孔通常在层压之前，通过激光钻孔（对于微孔）或机械钻孔（对于较大孔径）在单层或几层板上完成，然后进行孔壁电镀。随后再与其他层进行层压。 特点：盲孔能够节省外层布线空间，提高PCB的布线密度，尤其适用于高密度互连（HDI）板。然而，其制造工艺比通孔复杂，成本也更高。

埋孔（Buried Vias）定义：埋孔是连接PCB内部两层或多层的孔，它不延伸到任何外层。也就是说，它完全被包裹在PCB的内部。 制造：埋孔的制造过程最为复杂。它需要在内层板制作完成后，先进行钻孔、孔壁电镀，然后再与其他层进行层压。这意味着埋孔的制造需要在多层板的中间阶段完成。 特点：埋孔能够最大程度地节省PCB外层的布线空间，进一步提高布线密度，是实现超高密度互连的关键技术。但其制造工艺复杂，良率控制难度大，成本最高。

微孔（Microvias）定义：微孔是一种特殊类型的过孔，其直径非常小，通常小于或等于0.15mm（6mil）。它们通常是盲孔或埋孔，主要通过激光钻孔技术制造。 应用：微孔是高密度互连（HDI）PCB的核心技术之一，广泛应用于智能手机、平板电脑、高性能计算等对尺寸和密度有极高要求的领域。它们允许在更小的空间内实现更多的互连，支持细间距封装（如BGA、CSP）的布线。

7.3 制造工艺

过孔的制造是一个多步骤的复杂过程：

钻孔：首先，根据设计文件，使用高速钻机（对于通孔和较大盲孔）或激光钻机（对于微孔和部分盲孔）在PCB板上钻出所需的孔。 除胶渣（Desmear）：钻孔过程中，钻头的高速旋转会产生热量，导致孔壁上的树脂受热熔化并形成一层胶渣。这层胶渣会影响后续的电镀质量。因此，需要通过化学处理（如高锰酸钾溶液）去除孔壁上的胶渣，暴露出新鲜的玻璃纤维和铜。 化学铜（Electroless Copper）：在去除胶渣后，孔壁是非导电的。为了使其能够进行后续的电镀，需要通过化学沉积的方法，在孔壁上均匀地沉积一层极薄的导电铜层，通常只有0.5-1微米厚。 电镀（Electroplating）：在化学铜层的基础上，通过电镀（通常是硫酸铜电镀）的方法，使铜层增厚到所需的厚度（通常为20-25微米），从而形成可靠的导电路径。这个过程也被称为“二次铜”或“孔内镀铜”。

过孔的质量对PCB的性能至关重要。任何过孔缺陷，如孔壁粗糙、镀铜不均匀、空洞或裂纹，都可能导致电路开路、电阻增加、信号衰减或可靠性问题。因此，在PCB制造过程中，对过孔的质量控制非常严格。

八、层压板与半固化片（Laminates and Prepregs）：多层板的构建单元

在多层PCB的制造中，层压板（Core）和半固化片（Prepreg）是构建多层结构的核心材料。它们通过层压工艺，将多层独立的导电图形和绝缘层粘合在一起，形成一个坚固、紧凑且功能完善的整体。

8.1 层压板（Core）

定义：层压板，通常被称为“芯板”或“基板”，是指预先固化好的、两面都覆有铜箔的绝缘基材。它是多层板的基础结构单元，可以看作是双面PCB的预制件。 作用：层压板在多层板中主要起到提供结构支撑和电气绝缘的作用。它内部的铜箔层通常被用作内层信号线、电源平面或地平面。由于层压板是预先固化的，其尺寸稳定性和机械强度都非常好，为后续的层压过程提供了稳定的基础。

8.2 半固化片（Prepreg）

定义：半固化片，简称“PP片”，是一种浸渍了树脂（通常是环氧树脂）但尚未完全固化的玻璃纤维布。它处于B-阶段（B-stage）状态，即树脂已经部分聚合，但仍具有一定的流动性和粘性。 作用：半固化片在多层板的层压过程中扮演着至关重要的角色。它主要用于粘合不同的层压板和铜箔，并提供层间绝缘。在高温高压的层压条件下，半固化片中的树脂会熔融、流动并最终完全固化，从而将所有层紧密地粘合在一起，形成一个坚固的整体。同时，半固化片中的树脂也会填充层间空隙，确保层间绝缘的完整性。

8.3 多层板的层压过程

多层板的制造是一个复杂的堆叠和层压过程：

堆叠（Lay-up）：首先，根据PCB的设计要求，将经过内层图形制作和氧化处理的内层层压板、半固化片以及外层铜箔（如果外层不使用覆铜板）按照特定的顺序精确地堆叠起来。例如，一个四层板的结构可能是：外层铜箔 / 半固化片 / 内层层压板 / 半固化片 / 外层铜箔。更复杂的板子会有更多的层压板和半固化片交替堆叠。

层压（Lamination）：堆叠好的板子被送入层压机。在层压机中，板子会经历高温和高压。高温使得半固化片中的树脂熔融并流动，填充层间的空隙和内层图形的凹陷处；高压则确保各层之间紧密贴合，排出气泡，并使树脂在固化过程中形成均匀的厚度。在特定的温度和压力保持一段时间后，树脂会完全固化，将所有层永久地粘合在一起，形成一个坚固的多层PCB。

重要性：层压过程是多层板制造中最关键的环节之一。层压的质量直接影响着多层板的电气性能（如层间介电常数、阻抗控制）、机械性能（如抗分层能力、尺寸稳定性）和可靠性。如果层压不当，可能导致层间空洞、分层、树脂溢出或厚度不均匀等问题，从而影响PCB的性能和寿命。因此，对层压温度、压力、时间和树脂流动性的精确控制至关重要。

通过层压板和半固化片的巧妙组合与精确层压，多层PCB得以在有限的空间内实现极其复杂的电路布线，满足现代电子产品对高集成度、高性能和小型化的需求。

九、其他辅助组成部分与特性

除了上述核心组成部分，PCB上还有许多其他辅助性的结构和特性，它们在PCB的功能、制造、测试、组装和使用过程中发挥着重要作用。

9.1 连接器（Connectors）

连接器是PCB上用于实现与外部线缆、其他PCB模块或子板之间电气连接的接口。它们可以是焊接在PCB上的插座（Female Connector）或插针（Male Connector），也可以是用于柔性扁平电缆（FPC/FFC）的连接器等。 作用：连接器允许PCB与外部世界进行数据、电源和信号的交互，是构建复杂电子系统不可或缺的桥梁。 类型：常见的连接器类型包括排针/排母、USB接口、RJ45（以太网）接口、HDMI接口、D-Sub接口、电源插座、音频插孔、卡槽（如SD卡槽、SIM卡槽）等。它们的种类繁多，根据应用场景和电气要求选择合适的连接器。

9.2 安装孔（Mounting Holes）

安装孔是PCB上预留的孔洞，用于将PCB固定在设备外壳、机箱或散热器上。它们确保PCB在最终产品中的物理位置稳定，并承受振动和冲击。 类型：安装孔可以是金属化的（孔壁有铜层）或非金属化的。金属化安装孔有时也用于接地连接，而非金属化孔则主要用于机械固定。通常会根据螺丝的尺寸和类型来设计孔径。

9.3 基准点（Fiducial Marks）

基准点是PCB表面上用于自动化设备（如自动光学检测AOI设备和表面贴装机SMT）进行精确光学定位的特殊标记。它们通常是圆形或方形的裸铜焊盘，周围有阻焊开窗，以便机器视觉系统能够清晰识别。 作用：在SMT贴片过程中，机器会首先识别这些基准点来校准PCB的位置和方向，确保元器件能够被精确地贴装到焊盘上。在AOI检测中，基准点也用于定位和扫描整个电路板。

9.4 测试点（Test Points）

测试点是PCB上专门为电气测试而设计的裸露焊盘或过孔。 作用：在PCB制造完成后，需要进行功能测试和电气测试，以验证电路板是否按照设计工作。测试点允许测试探针与电路板上的特定节点进行接触，从而测量电压、电流、信号波形等电气参数，或进行开路/短路测试。测试点通常设计在易于接触且不影响电路性能的位置。

9.5 边缘电镀（Edge Plating/金手指）

边缘电镀是指在PCB板的边缘区域进行电镀处理，形成导电的金属层。最常见的应用是“金手指”（Gold Fingers）。 作用：金手指通常位于插卡式PCB（如内存条、显卡、扩展卡）的边缘，用于与连接器插槽进行插拔连接。这些区域需要频繁插拔，因此对耐磨性和导电性要求极高。通常采用电镀镍金工艺，因为硬金层具有出色的耐磨性和低接触电阻。 工艺：金手指的制造通常在PCB完成所有其他表面处理后进行，通过选择性电镀的方式在边缘区域形成金层。

9.6 拼板（Panelization）

拼板是将多个相同或不同的小PCB单元组合在一块大板上进行制造的工艺。 作用：拼板的主要目的是提高生产效率和降低制造成本。通过一次性加工多块PCB单元，可以减少设备设置时间、提高材料利用率和自动化程度。 方式：常见的拼板方式有V型槽（V-cut）和邮票孔（Stamp Hole）。V型槽是在PCB单元之间预先切割出V形槽，方便后续折断；邮票孔则是在PCB单元连接处钻一系列小孔，像邮票一样，便于在组装完成后掰开。

这些辅助组成部分和特性虽然不像基材和导电层那样构成PCB的主体，但它们在确保PCB的可制造性、可测试性、可靠性以及最终产品的组装和使用体验方面发挥着不可或缺的作用。

十、总结：PCB的整体性与未来发展

印刷电路板（PCB）作为现代电子产品的神经系统和骨架，其复杂而精密的结构是由基材、导电层、阻焊层、字符层、表面处理以及各种过孔等核心组成部分协同作用的结果。每一层、每一个细节都承载着特定的功能，并对PCB的整体性能、可靠性和制造成本产生深远影响。基材提供了机械支撑和电气绝缘；导电层承载信号和电流的传输；阻焊层保护电路并辅助焊接；字符层提供关键信息标识；表面处理确保可焊性和抗氧化性；而过孔则实现了多层之间的垂直互连。这些看似独立的组成部分，通过精密的制造工艺，被巧妙地结合在一起，共同构筑了现代电子设备赖以运行的物理平台。

然而，随着电子产品向更高性能、更小尺寸、更低功耗和更复杂功能方向发展，PCB的制造也面临着前所未有的挑战。高频高速信号的传输要求更低的介电损耗和更精确的阻抗控制；高密度集成要求更细的线宽线距、更小的过孔以及更复杂的布线策略；大功率器件的散热问题则需要更高效的散热解决方案；同时，日益严格的环保法规也推动着无铅、无卤等绿色制造技术的普及。

展望未来，PCB技术将继续朝着高密度互连（HDI）、柔性混合板（Rigid-Flex PCB）、3D封装、嵌入式元器件（Embedded Components）等方向发展。HDI技术将通过微孔、盲埋孔等技术实现更高的布线密度；柔性混合板将结合刚性板的稳定性和柔性板的弯曲特性，为产品结构设计提供更大自由度；3D封装和嵌入式元器件技术则将进一步缩小产品体积，提高集成度，并缩短信号传输路径。此外，随着人工智能和物联网的普及，对PCB的可靠性、耐用性和智能化制造的需求也将不断提升。

总之，PCB不仅仅是一块简单的电路板，它是现代电子工业的基石，是无数创新和技术突破的载体。对PCB组成部分的深入理解，不仅有助于我们更好地设计和制造电子产品，也为我们展望未来电子技术的发展趋势提供了重要的视角。