硬件工程师理论之PCB的生产流程_pcb主要生产流程

 

1.pcb生产流程理解

多层PCB的构造，主要是玻璃纤维的板材和铜的线路叠在一起构成的。问了以下问题，就可以对PCB板有更深入的理解了：

2.pcb生产的基本流程

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3.pcb生产的基本流程图

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4.pcb生产工艺流程.pdf

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5.pcb生产工艺流程图

（空间有限，仅展示部分）附赠资料：项目所有的规格书、原理图、PCB库、及完成的参考PCB文件PCB线路如何做线路？最初的一块PCB基板，是一张薄玻璃纤维板，两面覆盖有铜箔，完整的一片铜箔线路就是在铜箔上刻出来的。

6.pcb的生产工艺

类似于洗照片，Gerber里有每一层的图像，把图像做成底片（菲林），用光投射到基板上，基板就会把菲林上的图案显示出来实际工作是通过化学蚀刻来把不需要的区域的铜腐蚀掉的，剩余的就是线路两面都一样对于两层板，只需要把基材的线路做出来就好了。

7.pcb生产工序

注：这里说玻璃纤维板是有助于理解，实际里面还有其他的树脂材料，常用的型号是FR-4如何做多层？拿一块实心的塑料，想在里面嵌入一些金属，怎么办？不做任何破坏，不可能在内部装入金属的但是咱们可以用两块塑料，把一片金属夹起来，金属就到实心塑料里面去了。

8.pcb生产视频详解

这就就是多层电路板的内层线路的来历：一层一层的叠起来先做好两层板的线路，然后在基板的上下两面，再各压合一层单面铜箔的基板，就有了4层表面线路的做法，跟基板的线路做法如出一辙如果要做6层，那就再压合两层基板。

9.pcb生产原理

再多就再压合通常中间的基板会厚一些，两侧的基板要薄很多大部分电路板不会做到每一层的厚度是均匀的如何做过孔？基板的两边，是没有连接起来的为了把两边的线路连起来，就需要钻个孔不过只有孔，孔里面是空气，还是导不了电。

10.pcb整个生产流程的理解

此时就需要在孔里面电镀镀上一层铜，两面的线路通过孔里面的铜，就可以连接起来了原理很简单，实际工艺很复杂，需要遮盖住线路，还需要在孔内做表面处理才能镀上铜孔是怎么钻的还记得我们会在Gerber里输出钻孔图么？钻孔图标注了每一个孔的相对坐标，输入到机床里，机械手带着细细的钻头，在电路板上把孔逐个钻出来。

这种就是机械孔常用的机械孔最小直径在0.2mm，还有0.25和0.3mm的大家想想，0.2mm直径的钻头，只比头发丝粗一点，很容易弯曲或断裂这也就是为什么0.15mm的机械孔几乎没有工厂愿意做，0.2的孔的电路板，也会比0.2孔5的要更贵一些。

这种穿过整个电路板的孔，叫做“通孔”打通了的孔如果通孔两边没有被油漆覆盖，肉眼就可以看到中间是空的如果焊接，还会发现有焊锡漏到对面去了对于HDI板（High Density Interconnector，高密度互联）板来讲，还有一种特殊的孔，激光孔。

通过激光烧蚀电路板，烧开一个孔激光不会断，光束可以做的很细在电路板上通常使用0.1mm直径的激光孔激光是通过高温来烧蚀材料的，基材的主要成分是玻璃纤维和树脂，熔点不高，因此用激光可以很容易烧穿但激光遇到铜箔，就没烧不穿了。

因此激光孔只有一边是通的，另一边会被铜箔封死，不能被看穿因此叫做盲孔（Blind hole）对于内层线路，可以先打孔再压合外层线路，这时候原本的通孔，就被埋在板子里了，因此叫做埋孔（buried hole）。

本质上就是个通孔能不能只钻一半，留一半？例如，电路板只把1-2层钻开，保留3-4层很抱歉，加工难度太大了，深度做不了这么精确因此电路板上的开口，只要是机械开孔的，一定要打穿，不能限定深度如果非要做，也有一些特殊工艺，例如提前把基材钻孔，这样的工艺不常见，所以价格也很高。

线路画多宽？PCB板上的线路，单位是milMil=千分之一英寸0.0254毫米通俗来记忆，就是4mil=0.1mm国内目前主流的线宽和线距的尺寸，一般是4mil算是0.1mm如果宽度太窄了，就不好加工了。

前面讲到，导线是在通过照片在铜箔上蚀刻出来的，线太窄了容易腐蚀断掉，线距太窄了容易腐蚀不完导致短路目前主流多层HDI板上，线宽线距可以做到局部2.5mil，整体3mil线细了，不良率就会比较高，单价也会比较贵。

既然线太细了价格会上升，咱们统一都把线做粗一些行不行？也不行，如果线路太粗了，PCB画图的难度就会加大并且线路粗细和信号类型是有很大的关系的，必须要根据电路上传递的信号的种类和参数来合理的选择线宽线距，也需要PCB绘图人员，对原理设计很熟悉。

例如：电源线要根据通过的最大电流来设计宽度，通常按照40mil通过1A电流来计算普通信号线走4mil足够了射频线需要做阻抗匹配，线宽要根据板材和层数来计算画原理图的时候，线路名称也要标识清楚，能够让PCB绘图人员轻松无误的从名字上看出来这条线路的功能，然后采取合适的走线方式。

过孔能不能随便打？能，但也不能先说“能”就像楼梯一样，一楼到二楼，二楼到三楼，三楼到四楼，都可以有楼梯那么我们能不能直接搭个梯子，从一楼一下子到三楼，或者从一楼直接上到四楼呢？理论上是可以的，这种叫做任意层互联板。

可以从任意层连接到其他任一层拿8层任意互联举例，可以从1直接一穿到底连到8，也可以从1连接到2至7层，也可以从2连接到3至8层，或者从4连接到5至8层想怎么画就怎么画，线路想怎么穿就怎么穿，几乎不存在线路连不出来的情况。

想着就开心，对吧？但是这种电路板只有一个缺点：贵贵到爆比通常的电路板贵一个数量级！消费电子领域，也就只有iPhone这样的不缺钱的机型舍得这么干了其他机型，不管是华为手机还是oppo vivo，全部都没有这么量产的机型。

因为贵，所以“不能”智能硬件和物联网领域用的电路板，一般都不会浪费在性能满足的情况下，尽量用简单的工艺来实现，能够有效的降低成本成本最低的，是通孔板，压合好了，钻一次孔，镀一次铜，就完成了，工序少很多，省时间省成本。

再来讲讲一阶二阶的概念如这张图，是最传统的二阶非叠孔的叠层结构通孔和埋孔是机械孔，盲孔是激光孔看起来是有2个台阶的，因此叫二阶也可以理解为，有几层激光孔，就是几阶板叠孔，顾名思义，是把孔重叠到一起通常打孔都是错开，即不把一个孔打在另外一个孔上面，也称“错孔”。

但激光孔可以叠在一起，构成叠孔激光孔和机械孔不能叠到一起去错孔在设计PCB的时候表现为1-2、2-3两种激光孔叠孔表现为1-3层的激光孔前面讲了激光孔的原理，激光能量有限，只能打穿比较薄的板材，并且需要打到铜箔才能够停止。

因为机械孔中间是空心的，如果在机械孔上面打激光孔，激光就会穿过去之所以两个激光孔能够叠起来，并不是说激光孔内部不是空心的，而是通过“电镀填平”工艺，把内侧激光孔内部用铜堵起来，然后表面磨平，对于外侧激光孔来讲，内侧的激光孔看起来只是一块铜箔，并不是一个孔。

那么为什么内层孔不能电镀填平呢？内层机械孔内径太粗了，镀铜镀不了这么厚，填不满原本只打一次通孔的电路板，做成一阶板就需要多一次打孔和电镀的工序，做成二阶板需要再加多一次打孔和电镀，如果做叠孔还需要增加一道电镀填平工艺，工序越多成本越高，加工复杂度越高，良品率越低。

镀金层PCB上的线路，都是用铜箔做的，纯铜的抗氧化性能并不强，直接暴露在空气中很快就氧化了因此电路板外露的焊盘，都需要做处理，既能够防止铜质焊盘氧化，又能够提升可焊性平时看到的电路板上的焊盘颜色有三种，金色、银色、橙红色三种。

分别是沉金、喷锡、OSP沉金，是用化学方法在焊盘表面沉积一层镍金喷锡，是在焊盘表面喷上一层锡，OSP是一种无机物薄膜三种方法都用来提升可焊接性抗腐蚀性沉金最佳，喷锡次之，OSP最差在尺寸较大的低成本电路板上，用喷锡工艺的比较多。

小尺寸精密电路板上，如手机、智能硬件等，还是以沉金为主OSP可以理解为一种覆盖在铜上的保护膜，让内层铜没那么容易被氧化，在焊接的时候能够自动熔化并起到助焊剂的作用因不含有黄金，因此OSP的价格比沉金要略低一些。

通常电路板上，需要长期暴露在外部的焊盘，例如接地焊盘，需要用沉金来处理，需要焊接的焊盘，就可以用OSP来处理因为电路板的镀层并不是绝对防氧化的，所以电路板是有保质期的，如果暴露在空气中存放，沉金板半年左右，OSP板不超过一个月。

如果抽真空密封，沉金板1年，OSP几个月还是可以用的超期的主板，贴片的时候就有可能因为焊盘氧化造成直通率下降很多价格趋势工程师往往对产品价格不敏感，这个思维是不对的硬件工程师必须要时刻有“省钱”的意识，保证性能和周期的情况下，能省则省。

例如一个产品节约1块钱，卖100万台出去，就可以节省100万PCB的价格=板材+很多张菲林+很多道工艺+人工成本+报废板板材和人工成本相差不多，价格差异主要体现在工艺和报废率上工艺复报废率高，成本自然就贵了。

层数越多，价格越贵每增加2层，价格会上升30%左右阶数越多，价格越贵每增加1阶，价格会上升30%左右采用了特殊工艺，价格也会上升叠孔、0.2直径的机械孔、小于3mil的线宽和线距，每一项都会造成10-20%的价格上升。

这个价格上升，是按照各项相乘来计算的，不是按照各项相加来计算的，可以理解为，每增加一项复杂工艺，板厂良率就要下降一些，加十道工序，总的良率是十次良率的乘积所以才会出现任一层互联电路板贵到离谱的情况为什么很少有电路板厂在一线城市？

电路板加工厂，哪怕总部或者办事处在上海、深圳之类的一线城市，其工厂也都不在这些地方省会城市也很少主要在二三线城市，例如苏州、梅州、遂宁、东莞等板厂主要靠机械来加工，全自动的，人力成本占比不大之所以没有在一线城市，并不是因为人力成本或厂房成本，主要原因在于板厂是需要靠化学腐蚀和化学电镀等方式来生产，环境污染比较大。