PCB内层制作工艺流程详解

印制电路板（PCB）是电子产品的核心组成部分，而多层PCB的内层制作工艺，则是其制造过程中最为复杂和关键的环节之一。内层承载着电路的信号传输、电源分配和接地等重要功能，其制造精度和可靠性直接决定了最终产品的性能和稳定性。本篇文章将详细剖析PCB内层从基材准备到压合完成的每一个步骤，深入探讨其背后的原理、技术要点以及在现代电子产品中的广泛应用。

一、内层制作工艺概述与重要性

PCB内层制作是指在多层板制造过程中，对位于板材内部的导电图形层进行加工的系列工艺。与外层制作不同，内层在完成图形制作后会被预浸料（Prepreg）和铜箔覆盖，并通过高温高压进行压合，形成一个坚固的整体。因此，内层制作的任何微小缺陷都可能被“封装”在板材内部，难以修复，从而导致整块PCB报废。这使得内层制作对环境洁净度、设备精度、工艺参数控制以及操作人员的专业技能都有着极高的要求。

内层的主要作用包括：

• 信号传输： 承载高速、高频信号的布线，确保信号完整性。

• 电源与接地： 提供稳定的电源和接地平面，降低噪声，提高电源完整性。

• 阻抗控制： 通过精确控制导线宽度、介质厚度等参数，实现信号线的阻抗匹配。

• 层间互连： 通过内层焊盘和通孔（Via）实现不同层之间的电气连接。

内层制作的质量直接影响到多层PCB的电气性能、机械强度和长期可靠性，是整个PCB制造链条中至关重要的一环。

二、内层材料准备

内层制作的第一步是准备合适的基材。基材的选择直接影响到PCB的电气性能、机械性能、热性能以及成本。

1. 基材选择

最常用的内层基材是覆铜板（Copper Clad Laminate, CCL），它由绝缘基材和覆盖在其上的铜箔组成。

• FR-4 (环氧树脂玻璃纤维布基材)： 这是目前应用最广泛的PCB基材，具有良好的电气性能、机械强度和加工性。FR-4的成本相对较低，适用于大多数消费电子、计算机和通信设备。其主要成分是环氧树脂和玻璃纤维布，通过热压固化而成。

• 高Tg基材： Tg（Glass Transition Temperature）是指玻璃态转化温度，是衡量基材耐热性的重要指标。当PCB在高温环境下工作时，如果温度超过基材的Tg值，基材会从玻璃态转变为橡胶态，导致材料膨胀、尺寸稳定性下降，甚至分层。因此，对于需要承受更高工作温度或在高温环境下进行无铅焊接的PCB，会选用高Tg基材（通常Tg值大于150°C）。高Tg基材能提供更好的热稳定性、尺寸稳定性和抗分层能力。

• 高频高速基材： 随着电子产品向高频高速发展，传统FR-4基材的介电常数（Dk）和介质损耗（Df）已无法满足要求。高频高速基材如聚四氟乙烯（PTFE，特氟龙）、碳氢化合物陶瓷填充材料等，具有更低的Dk和Df，能有效减少信号传输损耗和串扰，确保信号的完整性。这类材料通常价格昂贵，主要应用于通信设备、雷达、卫星导航等领域。

• 其他特殊基材： 如金属基板（用于散热）、陶瓷基板（用于高频、高功率）、柔性基板（用于可弯曲应用）等，根据特定需求选用。

2. 铜箔厚度

覆铜板上的铜箔厚度通常以盎司（oz）表示，1oz铜箔代表每平方英尺的铜重为1盎司，其厚度约为35微米（μm）。常见的内层铜箔厚度有：

• 1/3 oz (约12μm)： 适用于对线宽线距要求极高的精细线路。

• 0.5 oz (约18μm)： 常见于高密度、多层板的内层。

• 1 oz (约35μm)： 最常用的铜箔厚度，适用于大多数内层应用。

• 2 oz (约70μm) 及以上： 用于需要承载大电流或具有特殊散热要求的电源层或接地层。

铜箔厚度的选择需综合考虑电流承载能力、阻抗控制、蚀刻精度以及成本等因素。

3. 材料检验

所有进厂的覆铜板和预浸料都需要进行严格的质量检验，包括尺寸、厚度、铜箔附着力、介电常数、介质损耗、耐热性等指标，确保材料符合设计要求和生产标准。

三、内层图形转移

图形转移是将电路设计图纸上的线路、焊盘等图形信息精确地复制到覆铜板铜箔上的过程。这是内层制作的核心环节，直接决定了线路的精度和质量。

1. 清洁与前处理

在进行图形转移之前，必须对覆铜板表面进行彻底的清洁和前处理，以确保干膜（或湿膜）与铜箔之间有良好的附着力。

• 目的：

• 去除铜箔表面的油污、氧化物、灰尘等污染物。

• 增加铜箔表面的粗糙度，提高干膜的机械附着力。

• 活化铜箔表面，使其更易于后续的化学反应。

• 方法：

• 刷磨（Brush Scrubbing）： 使用旋转的刷辊和磨料对铜箔表面进行物理研磨，去除氧化层和污物，并形成一定的粗糙度。这是最常用的物理清洁方法。

• 化学清洗： 使用碱性清洗剂去除油污和指纹。

• 微蚀（Micro-etching）： 使用微蚀剂（如过硫酸钠、过氧化氢/硫酸混合液等）对铜箔表面进行轻微的化学腐蚀，去除最表层的氧化铜，并形成均匀的微观粗糙表面，进一步提高干膜的附着力。微蚀后的铜箔表面应呈现均匀的粉红色。

• 水洗与烘干： 清洁和微蚀后，必须用大量去离子水彻底冲洗，去除残留的化学品和微蚀产物，然后进行彻底烘干，确保表面无水渍残留。

2. 压膜（Lamination of Dry Film）

清洁后的覆铜板表面需要压覆一层感光干膜。干膜是一种由聚合物、光引发剂和单体组成的感光材料，在曝光和显影后会形成所需的线路图形。

• 干膜特性：

• 感光性： 在紫外光照射下会发生光聚合反应，由可溶变为不溶。

• 保护性： 在蚀刻过程中保护其覆盖的铜箔不被腐蚀。

• 附着力： 对铜箔具有良好的附着力。

• 分辨率： 能够精确地复制精细的线路图形。

• 压膜过程：

• 将卷状的干膜通过加热辊和压力辊压覆到清洁干燥的覆铜板铜箔表面。

• 温度控制： 适当的温度（通常在100-120°C）使干膜中的粘合剂软化，提高其流动性和与铜箔的结合力。

• 压力控制： 均匀的压力确保干膜与铜箔之间无气泡、无空隙，紧密贴合。

• 速度控制： 压膜速度影响干膜与铜箔的接触时间，需与温度和压力匹配。

• 压膜后的板材表面应平整、无褶皱、无气泡，干膜与铜箔之间结合牢固。

3. 曝光（Exposure）

曝光是将线路图形从光绘底片（Phototool）转移到感光干膜上的过程。

• 光绘板制作：

• 电路设计完成后，通过光绘机将数字化的线路图形信息转换为高精度、高对比度的透明光绘底片。光绘底片通常由聚酯薄膜制成，上面有不透明的黑色图形区域和透明区域，分别对应最终线路的非铜区和铜区。

• 内层曝光通常使用负性光绘底片，即光绘底片上的黑色区域对应最终的非线路区域（将被蚀刻掉），透明区域对应最终的线路区域（将被保留）。

• 曝光原理：

• 将压覆干膜的覆铜板与光绘底片紧密贴合，放入曝光机中。

• 曝光机发出特定波长的紫外光（通常是365nm左右）。

• 紫外光透过光绘底片的透明区域照射到干膜上，引发干膜中的光聚合反应，使受光区域的聚合物分子交联固化，变得不溶于显影液。

• 光绘底片的黑色区域阻挡紫外光，其下方的干膜未受光照，保持原有的可溶性。

• 曝光设备：

• 平行光曝光机： 提供高度平行的紫外光束，有利于实现精细线路的曝光，减少光线衍射和散射，提高图形分辨率。

• 准直曝光机： 介于平行光和散射光之间，提供较好的曝光效果。

• 激光直接成像（LDI）： 是一种更先进的曝光技术，无需光绘底片。激光束直接在感光材料上扫描成像，具有更高的精度、更快的速度和更好的灵活性，特别适用于高密度互连（HDI）板的微细线路制作。

• 对位（Alignment）：

• 对于多层板，内层图形的精确对位至关重要。曝光前，操作人员需要将光绘底片上的对位标记与覆铜板上的对位孔或对位标记进行精确对齐。

• 先进的曝光机通常配备CCD视觉系统，实现自动高精度对位，确保各层图形之间的精确叠合，避免层间错位导致的功能失效。

4. 显影（Developing）

显影是将曝光后的干膜上的潜像转化为可见的、具有抗蚀能力的图形的过程。

• 显影液： 通常使用稀释的碳酸钠（Na2CO3）溶液作为显影液。

• 显影原理：

• 曝光后的板材进入显影机。

• 显影液会溶解掉干膜中未受紫外光照射（即光绘底片黑色区域下方）的可溶性部分。

• 受紫外光照射并已固化的干膜部分（即光绘底片透明区域下方）则不溶于显影液，被保留下来，形成与线路图形一致的抗蚀层。

• 显影控制：

• 显影液浓度： 浓度过高可能导致线路变细甚至脱落，浓度过低则可能显影不彻底，残留膜渣。

• 显影液温度： 温度升高会加速显影速率，但过高可能损伤干膜。

• 显影速度： 显影机传送带的速度，影响板材在显影液中的停留时间。

• 喷淋压力： 适当的喷淋压力有助于显影液均匀接触板面，并冲刷掉溶解的干膜。

• 显影后的板材，铜箔表面会清晰地呈现出由干膜保护的线路图形和裸露的非线路铜区。

四、内层蚀刻

蚀刻是内层制作中最关键的化学过程，它通过化学反应选择性地去除铜箔上不需要的铜，从而形成最终的线路图形。

• 蚀刻原理：

• 显影后，线路图形被固化的干膜保护，而未被保护的铜箔区域则暴露在外。

• 蚀刻液与裸露的铜发生化学反应，将其溶解并去除。

• 受干膜保护的铜箔则不会被蚀刻液腐蚀，从而形成了所需的线路。

• 蚀刻液：

• 酸性氯化铜（CuCl2）蚀刻液： 这是目前PCB行业内层蚀刻最常用的蚀刻液。它具有蚀刻速度快、蚀刻均匀性好、侧蚀小、可再生循环使用等优点。反应式：Cu+CuCl2→2CuCl；2CuCl+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O (再生)。

• 碱性氯化铵（NH4Cl）蚀刻液： 早期常用，但环保压力大，且对设备腐蚀性强，现在较少用于内层蚀刻。

• 蚀刻设备：

• 卧式蚀刻机： 板材水平通过喷淋腔体，蚀刻液从上下喷嘴均匀喷淋到板面。这种设备具有蚀刻均匀性好、产量高等优点。

• 蚀刻参数控制：

• 蚀刻速度： 影响蚀刻时间，需根据铜厚和蚀刻液状态调整。

• 蚀刻液浓度： 蚀刻液中铜离子浓度、酸度等都会影响蚀刻速率和效果。

• 蚀刻液温度： 温度升高会加速蚀刻反应，但过高可能导致侧蚀增加。

• 喷淋压力与角度： 影响蚀刻液与铜箔的接触效果和冲刷能力。

• 蚀刻因子（Etch Factor）： 是指垂直蚀刻深度与侧蚀宽度之比。理想情况下，蚀刻因子越大越好，意味着侧蚀越小，线路边缘越垂直，这对于精细线路的制作至关重要。通过优化蚀刻液配方、添加剂和工艺参数来控制蚀刻因子。

• 侧蚀控制（Undercut Control）：

• 侧蚀是指蚀刻过程中，不仅垂直方向的铜被去除，干膜下方边缘的铜也会被横向腐蚀。

• 侧蚀过大会导致线路宽度变窄，影响线路阻抗和电流承载能力，甚至可能导致开路。

• 通过精确控制蚀刻参数，使用高性能蚀刻液和添加剂，可以有效控制侧蚀，保证线路的精度。

• 蚀刻后的板材需要经过彻底的水洗，去除残留的蚀刻液，防止二次腐蚀。

五、去膜（Stripping）

去膜是蚀刻完成后，去除线路表面残余的感光干膜抗蚀层的过程。

• 去膜液： 通常使用氢氧化钠（NaOH）或氢氧化钾（KOH）等强碱性溶液作为去膜液。

• 去膜原理：

• 去膜液会溶解或剥离固化后的感光干膜，使其从铜箔表面脱落。

• 去膜过程必须彻底，不能有任何膜渣残留，否则会影响后续的黑化/棕化处理和压合质量。

• 去膜控制：

• 去膜液浓度和温度： 影响去膜速度和效果。

• 喷淋压力： 有助于冲刷掉剥离的膜渣。

• 去膜后的内层板，铜箔表面应光亮、洁净，线路图形清晰完整。

六、AOI（自动光学检测）

AOI（Automated Optical Inspection）即自动光学检测，是内层制作过程中至关重要的一道检测工序。它在蚀刻去膜后进行，旨在早期发现内层线路的缺陷，避免将不良品带入后续的昂贵工序。

• 作用：

• 开路（Opens）： 线路中断。

• 短路（Shorts）： 不应连接的线路之间发生连接。

• 线宽不均（Line Width Variation）： 线路宽度超出公差。

• 缺口（Nicks）： 线路边缘有缺失。

• 毛刺（Burrs）： 线路边缘有多余的铜。

• 针孔（Pinholes）： 线路或焊盘上的小孔。

• 铜渣（Copper Residue）： 不应存在的铜块。

• 图形变形、错位： 线路图形与设计不符。

• 缺陷检测： 自动检测内层线路上的各种缺陷，包括：

• 提高良率： 早期发现缺陷并进行修复（或报废），可以显著降低后续工序的成本，提高整体生产良率。

• 原理：

• AOI设备通过高分辨率的CCD相机对内层板进行高速扫描成像。

• 获取的图像数据与原始设计数据（CAD数据）或标准合格板的图像数据进行比较。

• 通过图像处理和模式识别算法，自动识别出与标准不符的区域，即缺陷。

• 检测到缺陷后，系统会标记出缺陷位置和类型，并生成报告。

• 重要性：

• AOI是内层制作的“守门员”。如果内层板存在缺陷而未被发现，一旦进入压合工序，缺陷就会被永久地封装在PCB内部。

• 压合后的多层板，如果发现内层缺陷，通常无法修复，只能整板报废，这将造成巨大的经济损失。因此，在蚀刻去膜后进行AOI检测，是控制成本、提高效率的关键措施。

• 对于检测到的缺陷，部分可以通过人工进行修补（如小范围的开路或短路），但对于严重缺陷则直接报废。

七、黑化/棕化（Black/Brown Oxidation）

黑化或棕化处理是内层制作中一个至关重要的表面处理工艺，其目的是在铜箔表面形成一层均匀的氧化层，以增强其与预浸料之间的结合力。

• 目的：

• 增强附着力： 经过蚀刻的铜箔表面光滑，与后续压合的预浸料（Prepreg）之间的结合力较差。黑化/棕化处理在铜箔表面形成一层粗糙的、具有微观结构的氧化层（如针状或绒毛状结构），显著增加了铜箔的表面积和粗糙度，使得预浸料中的树脂在压合时能够更好地渗透和锚固，从而形成牢固的机械结合。

• 防止分层（Delamination）： 良好的层间结合力是多层板可靠性的基础。黑化/棕化层能有效防止在后续的热冲击（如焊接）或长期使用过程中出现层间分层现象。

• 提供绝缘性： 氧化层本身具有一定的绝缘性，有助于防止层间短路。

• 原理：

• 将清洁后的内层板浸入含有特定化学药品的溶液中。

• 溶液中的氧化剂与铜表面发生化学反应，生成一层黑色的氧化铜（CuO）或棕色的氧化亚铜（Cu2O）/氧化铜混合物。

• 通过控制药液成分、温度、时间和搅拌等参数，可以控制氧化层的厚度、均匀性和微观形貌。

• 工艺类型：

• 传统黑化（Black Oxide）： 早期常用的工艺，在铜表面形成黑色氧化铜层。但这种氧化层在高温压合过程中，有时会发生还原反应，导致结合力下降，甚至出现“粉红圈”（Pink Ring）现象（指孔壁与内层连接处出现粉红色，是分层的前兆）。

• 棕化（Brown Oxide）： 是一种改进型的黑化工艺，通常采用特殊的化学配方，在铜表面形成棕色的有机-无机混合氧化层。棕化层具有更好的耐热性和化学稳定性，在压合过程中不易还原，能提供更优异的层间结合力，有效避免“粉红圈”问题。因此，棕化工艺在现代多层板生产中越来越普及。

• 无黑化/棕化（Direct Lamination/Adhesion Promotion）： 随着材料科学的发展，一些新型的预浸料和铜箔表面处理技术（如超粗化处理）可以直接提供良好的结合力，从而可以省略传统的黑化/棕化步骤，简化工艺流程，但这类技术对材料和工艺控制要求更高。

• 工艺流程：

• 脱脂： 清除表面油污。

• 微蚀： 活化铜表面，去除氧化层。

• 预浸： 润湿板面，为氧化反应做准备。

• 黑化/棕化： 在氧化槽中进行化学处理。

• 水洗： 清除残留药液。

• 烘干： 彻底烘干，为压合做准备。

八、铆合与叠层（Riveting and Lay-up）

铆合与叠层是将经过处理的内层板、预浸料和外层铜箔按照设计顺序精确组合起来的过程，为后续的压合做准备。

1. 铆合（Riveting）

• 目的： 确保内层板在叠层和压合过程中保持精确的对位。

• 原理：

• 在内层板的特定位置（通常是四个角或边缘）预先钻有对位孔。

• 将多张内层板通过这些对位孔，使用铆钉（通常是铝制或铜制）进行临时固定。

• 铆钉将所有内层板精确地对齐，形成一个稳定的内层叠合体。

• 铆合的精度直接影响到最终多层板的层间对位精度，这对于后续的钻孔和导通至关重要。

2. 叠层（Lay-up）

叠层是将铆合好的内层叠合体、预浸料和外层铜箔按照设计顺序，在洁净的环境中堆叠起来的过程。

• 材料组成：

• 外层铜箔： 位于最外侧，通常是较厚的电解铜箔，用于形成外层线路。

• 预浸料（Prepreg, PP）： 是一种由玻璃纤维布浸渍环氧树脂（或其他树脂）并经过半固化处理的材料。它在压合过程中会受热软化流动，填充层间空隙，并将各层粘合在一起。预浸料的厚度、树脂含量和玻璃纤维布类型会根据设计要求（如阻抗控制、介质厚度）进行选择。

• 内层板： 经过黑化/棕化处理并铆合好的内层线路板。

• 叠层顺序：

• 典型的多层板叠层顺序（从下到上）可能为：压合垫板 -> 铜箔 -> 预浸料 -> 内层1 -> 预浸料 -> 内层2 -> ... -> 预浸料 -> 铜箔 -> 压合垫板。

• 叠层顺序必须严格按照设计图纸进行，任何错位或颠倒都将导致PCB功能失效。

• 防尘与清洁：

• 叠层操作通常在万级或千级洁净室中进行。

• 操作人员需穿戴无尘服、手套、口罩等，并使用防静电工具。

• 所有材料在叠层前都需进行清洁，去除灰尘、纤维等杂质。

• 洁净的环境可以有效避免杂质被封装在层间，导致短路、开路或分层等缺陷。

• 自动化叠层：

• 为了提高效率和精度，现代PCB工厂通常采用自动化叠层系统，通过机械臂和视觉系统精确抓取和放置材料，减少人工操作带来的误差和污染。

九、压合（Lamination）

压合是多层板制造中最关键的物理化学过程，它通过高温高压将叠层好的内层板、预浸料和铜箔永久地粘合在一起，形成一个坚固的整体。

• 压合原理：

• 将叠层好的板材组放入压合机中。

• 加热： 压合机逐渐升温，使预浸料中的树脂受热软化、熔融并流动。

• 加压： 在树脂流动的同时施加均匀的压力，使树脂充分填充各层之间的空隙（包括线路之间的空隙、铜箔表面的微观粗糙度），并排除层间空气。

• 固化： 随着温度的持续升高，预浸料中的树脂发生交联固化反应，从液态变为固态，形成坚固的绝缘层，将各层永久地粘合在一起。

• 冷却： 固化完成后，在保持一定压力的同时进行冷却，使板材尺寸稳定，防止翘曲。

• 压合参数： 压合过程的参数控制至关重要，直接影响到板材的质量和性能。

• 温度曲线： 包括升温速率、最高温度和保温时间。不同的预浸料和树脂体系有不同的固化温度和时间要求。精确的温度控制能确保树脂充分流动和完全固化。

• 压力曲线： 包括加压速率、最高压力和保压时间。适当的压力能确保树脂充分填充，排除气泡，并使各层紧密结合。过大的压力可能导致树脂溢出过多，线路变形；过小的压力则可能导致空隙、分层。

• 真空： 大多数现代压合机都具备真空功能。在加热和加压前抽真空，可以有效地将层间和树脂中的空气和挥发物排出，防止在压合过程中形成气泡，提高板材的致密性和可靠性。

• 压合设备：

• 真空压合机： 具有加热板、冷却板、液压系统和真空系统。能够提供精确的温度、压力和真空控制。

• 多层压合机： 可以同时压合多套板材组，提高生产效率。

• 树脂流动与固化：

• 在压合过程中，预浸料中的树脂会经历从固体到软化流动再到固化的转变。

• 树脂的流动性要好，以便充分填充线路间的空隙和铜箔表面的微观结构。

• 树脂的固化必须彻底，形成稳定的交联结构，提供良好的绝缘性和机械强度。

• 树脂的流动和固化特性直接影响到板材的介电常数、介质损耗、尺寸稳定性以及层间结合力。

• 压合后的处理：

• 压合完成后，板材会从压合机中取出。

• 需要进行去毛边、切割等初步处理，然后进入后续的钻孔工序。

• 压合后的板材，各层之间应结合牢固，无分层、无气泡、无树脂空洞等缺陷。

十、后续工序简述（与内层功能紧密相关）

尽管以下工序并非严格意义上的“内层制作”，但它们与内层的功能实现和整体PCB的性能息息相关。

1. 钻孔（Drilling）

• 作用： 在压合好的多层板上钻出各种孔，包括通孔（Through-hole）、盲孔（Blind Via）和埋孔（Buried Via）。这些孔用于安装元器件、实现层间导通以及作为定位孔。

• 原理：

• 机械钻孔： 使用高速旋转的钻头进行钻孔，是最常用的方法。

• 激光钻孔： 对于微小孔径（如HDI板的微孔）和盲孔、埋孔，常使用激光钻孔，精度更高。

• 与内层关系： 钻孔会穿过内层，形成内层与孔壁之间的连接点（孔环），这是内层信号能够与其他层互连的基础。钻孔的精度和质量直接影响到内层与孔壁的连接可靠性。

2. 去钻污（Desmear）

• 作用： 钻孔过程中，钻头高速旋转产生的热量会使孔壁上的树脂熔化，并在孔壁上形成一层树脂残渣（钻污）。去钻污的目的是彻底清除这些钻污，暴露出孔壁上的铜箔，以便后续的化学沉铜和电镀能够形成良好的导电层。

• 原理： 通常采用化学方法，如高锰酸钾氧化法、等离子体刻蚀法等，去除孔壁上的树脂残渣。

• 与内层关系： 彻底的去钻污是确保内层线路与孔壁电镀层可靠连接的关键。如果钻污未能完全清除，会导致孔壁与内层之间的导通不良，甚至开路。

十一、内层的工作原理、作用、特点与功能

1. 工作原理

PCB内层的工作原理是基于导电图形的电信号传输和层间互连。每一内层都承载着特定的电路功能（如信号线、电源平面、接地平面）。当电信号从一个元器件的引脚发出时，它沿着内层的铜线（走线）传输，通过通孔（Via）或盲埋孔与其他层上的线路进行电气连接，最终到达目标元器件。电源层和接地层则通过大面积的铜平面提供稳定的电压和参考电位，降低电源噪声。整个内层制作过程的核心就是精确地将这些导电图形“复制”到基材上，并确保它们在压合后能够可靠地互连。

2. 作用

• 实现高密度布线： 在有限的板面空间内，通过增加层数，将复杂的电路布线分散到不同的内层，从而实现更高的集成度和更小的产品尺寸。

• 优化信号完整性： 内层可以作为信号传输的参考平面（电源层或接地层），有效控制信号阻抗，减少信号反射和串扰，提高信号传输质量。

• 改善电源完整性： 大面积的电源层和接地层可以提供低阻抗的电源分配网络（PDN），降低电源噪声，确保元器件获得稳定的电源供应。

• 增强抗电磁干扰（EMI）能力： 接地层可以作为电磁屏蔽层，有效抑制电磁辐射和外部电磁干扰。

• 提高机械强度和热稳定性： 多层结构增加了PCB的整体机械强度和刚性，同时有助于热量的均匀分布和散发。

3. 特点

• 不可见性与不可修复性： 内层一旦压合完成，其线路便被封装在板材内部，无法直接观察和修复。因此，内层制作的每一步都必须严格控制，确保零缺陷。

• 高精度要求： 随着电子产品的小型化和高密度化，内层线路的线宽、线距越来越小，对曝光、蚀刻等工艺的精度要求极高。

• 阻抗控制： 对于高速数字电路和高频模拟电路，内层线路的阻抗必须严格控制在设计值范围内，以确保信号完整性。这需要精确控制介质厚度、线宽和铜箔厚度。

• 层间对位精度： 多层板的各层之间必须精确对位，才能保证钻孔后内层焊盘与孔壁的可靠连接。

• 材料多样性： 根据不同的应用需求，内层基材和预浸料的选择具有多样性，以满足电气、热学和机械性能要求。

4. 功能（引脚功能在内层制作中的体现）

在内层制作的语境下，“引脚功能”可以理解为内层线路和通孔所承载的电气连接功能。

• 信号线（Signal Traces）： 内层承载着大量的信号走线，这些走线是连接各种集成电路、电阻、电容等元器件的“桥梁”，负责传输数据、时钟、控制信号等。其功能类似于元器件的信号引脚，将电信号从源端传送到目的端。

• 电源平面（Power Planes）： 大面积的铜平面，用于提供稳定的工作电压。它们的功能类似于元器件的电源引脚，为所有需要该电压的元器件提供能量。

• 接地平面（Ground Planes）： 大面积的铜平面，作为电路的公共参考点和电流回流路径。它们的功能类似于元器件的接地引脚，确保电路的稳定运行和噪声抑制。

• 内层焊盘（Inner Layer Pads）： 钻孔穿过内层时，会在内层上形成一个铜环，即内层焊盘。这个焊盘的功能是作为内层线路与通孔电镀层之间的连接点，确保信号或电源从内层可靠地导通到孔壁，进而连接到其他层或元器件。

• 埋孔（Buried Vias）和盲孔（Blind Vias）： 这些特殊类型的通孔只连接PCB的内部层，或连接外层与内部层。它们的功能是实现层间局部互连，减少对板面空间的占用，提高布线密度，尤其在HDI（高密度互连）板中应用广泛。

十二、应用到哪些产品上面

PCB内层制作工艺是现代电子产品制造的基石，几乎所有复杂、高性能的电子设备都需要多层PCB，因此内层制作技术广泛应用于以下产品：

• 智能手机和平板电脑： 这些设备对小型化、高集成度、高性能有极高要求，多层板（特别是HDI板）是其核心。

• 计算机及服务器： 主板、显卡、内存条等都需要多层PCB来承载复杂的处理器、存储器和高速总线。

• 通信设备： 路由器、交换机、基站、光纤通信设备等，需要处理大量高速数据，对信号完整性和可靠性要求极高。

• 汽车电子： 汽车的发动机控制单元（ECU）、车载信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统（ADAS）等，对PCB的耐高温、高可靠性有特殊要求。

• 医疗设备： 各种诊断设备、监护仪、影像设备等，要求高精度、高可靠性，多层板是其重要组成部分。

• 工业控制设备： 自动化设备、机器人、工业计算机等，通常工作在复杂环境中，对PCB的稳定性、抗干扰能力有要求。

• 航空航天和军事： 对PCB的性能、可靠性和环境适应性有最严苛的要求，通常采用特种材料和高层数PCB。

• 消费电子： 智能电视、游戏机、数码相机、可穿戴设备等，也普遍采用多层PCB以实现其复杂功能和小型化设计。

简而言之，任何对尺寸、性能、功能集成度有较高要求的电子产品，都离不开先进的PCB内层制作工艺。

十三、能替代哪些常见型号/方法

在PCB制造领域，“替代常见型号”更多地体现在以下几个方面：

1. 替代低层数PCB（如单/双面板）

• 替代对象： 简单的单层板和双层板，它们只能在单面或双面进行布线，无法满足复杂电路的需求。

• 替代原因： 当电路功能日益复杂、元器件密度不断提高时，单/双面板的布线空间不足，信号完整性难以控制，电源分配也存在挑战。多层板的内层设计提供了更多的布线空间和功能层（如电源层、接地层），能够有效解决这些问题。

• 替代方式： 通过增加PCB层数，将部分线路转移到内层，从而实现更高密度、更优性能的电路板。

2. 替代传统内层蚀刻工艺的改进方法

• 替代对象： 传统的湿法蚀刻工艺，尤其是在制作极细线路时可能面临的侧蚀、均匀性等挑战。

• 替代方式：

• 减去法（当前主流）： 先在整个板面覆铜，然后通过图形转移和蚀刻去除不需要的铜。这种方法在制作细线时容易出现侧蚀问题。

• 半加成法： 先在绝缘基材上（或薄铜层上）通过化学沉铜形成一层薄的导电层，然后通过图形转移（通常是LDI）和电镀在需要形成线路的地方增厚铜层，最后再进行一次轻微的闪蚀去除背景薄铜。这种方法可以实现更细的线宽线距，因为线路是通过“加”而不是“减”形成的，侧蚀问题大大减轻。

• 全加成法： 直接在绝缘基材上通过化学方法或选择性电镀形成线路，完全避免了蚀刻。这种方法还在发展中，但被认为是未来超细线路制造的方向。

• 激光直接成像（LDI）： 替代传统的光绘底片曝光方式。LDI通过激光直接在感光干膜上成像，无需物理底片，可以实现更高的分辨率和对位精度，减少了底片制作和维护的成本与时间，特别适用于HDI板的微细线路。

• 半加成法（Semi-Additive Process, SAP）/全加成法（Fully Additive Process, FAP）： 替代传统的减去法（Subtractive Process）蚀刻。

• 等离子体蚀刻： 在某些特殊材料或微细结构处理中，等离子体蚀刻可以提供比湿法蚀刻更高的精度和各向异性。

3. 替代传统黑化工艺

• 替代对象： 传统的黑化处理工艺，可能存在的“粉红圈”和结合力不足问题。

• 替代方式：

• 棕化工艺： 如前所述，棕化工艺提供了更稳定、更可靠的层间结合力，已成为多层板内层表面处理的主流。

• 无黑化/棕化（Adhesion Promotion）： 某些新型材料（如超粗化铜箔）或表面处理技术可以直接提供足够的附着力，从而省略黑化/棕化步骤，简化工艺流程。

4. 替代传统压合材料

• 替代对象： 传统FR-4预浸料和铜箔。

• 替代方式：

• 低损耗、低介电常数预浸料： 替代普通FR-4预浸料，用于高频高速应用，以减少信号传输损耗。

• 超薄预浸料： 用于HDI板的微盲埋孔结构，实现更小的层间距离。

• 特殊结构的铜箔： 如低粗糙度（Low Profile, LP）铜箔或超低粗糙度（Very Low Profile, VLP）铜箔，这些铜箔表面更光滑，在高频信号传输时能减少趋肤效应带来的损耗。

5. 替代人工操作

• 替代对象： 叠层、对位、检测等环节中的人工操作。

• 替代方式：

• 自动化叠层系统： 提高叠层精度和效率，减少人工污染。

• 自动光学检测（AOI）： 替代人工目检，提高检测速度和准确性。

• 自动对位系统： 在曝光、钻孔等环节实现高精度自动对位。

总而言之，PCB内层制作的“替代”并非简单地用一个“型号”替换另一个，而是通过引入更先进的材料、更精密的工艺技术和更高程度的自动化，来不断提升内层制造的精度、可靠性、效率和性能，以适应电子产品不断升级的需求。

总结

PCB内层制作工艺是一个高度复杂且精密的系统工程，它涵盖了材料科学、化学、光学、机械工程和自动化控制等多个学科领域。从基材的精心选择，到图形的精确转移，再到铜箔的精准蚀刻，以及最终的黑化/棕化处理和高压压合，每一步都凝聚着先进的技术和严格的质量控制。内层作为多层PCB的“骨架”和“血管”，其制造质量直接决定了整个电路板的电气性能、机械强度和长期可靠性。随着电子产品向更高密度、更高频率、更小尺寸方向发展，PCB内层制作工艺也将不断创新和演进，以满足未来电子技术对印制电路板的更高要求。