【在嘉立创做智能硬件】高多层 PCB 工艺科普

一、什么是高多层 PCB

简单通俗来说，就是在每一块电路板上都设计电路，然后通过绝缘材料和特殊工艺把多块电路板堆叠粘合在一起，需要连通的电气网络就用孔洞进行层间连接，就像下图那样，真 . 高多层 PCB~（开玩笑）

面积不够，空间来凑，PCB 的层数越多，拉线工（PCB Layout 工程师）自由发挥的空间也就越大，从而实现更高的电路密度以及更复杂的电路设计。

高多层 PCB 可以让硬件产品具备更好的电磁兼容性和信号完整性，当然也会让PCB的设计和制造变得更加复杂和昂贵。

二、高多层 PCB 的制作流程

这么多的电路层，要把它们压合得这么薄（1.6毫米），并且还要保证它们层与层之间互相绝缘不短路，高多层 PCB 的制作流程到底是怎样的呢？

如上图所示，高多层 PCB 比单双面 PCB 多了一个内层工序流程（蓝色部分），其中比较关键的步骤是内层之间的压合工艺管控，这个步骤对于受控阻抗传输线的电气性能至关重要。

板厂在开始制造 PCB 之前，拉线工通常需要做一些前置工作，这些工作包括：提交和审核制造信息（Gerber文件、钻孔文件、网表数据），以及电路板材料选择。

前置工作完成之后，就来到了高多层板的生产工艺流程，也就是上图的粉红色部分，如果要把整个工艺流程都细化展开，通常会涉及到200多个不同的加工步骤。

比如，把不同规格的半固化片和覆铜层压板互相组合，就可以实现各种厚度的电路板，一款硬质6层PCB的制造方法以及各个叠层之间的元素，如下图所示。

仔细观察图中的各层，可以发现它们都是互相对称并且具有相同厚度的，比如：A1和A2和A3、B1和B2、L2-L3 和 L4-L5。内层的铜箔也是均匀分布，这样是为了避免热应力不均匀所造成电路板扭曲。

能否把这么多个叠层精确地压合在一起，这对高多层电路板的质量来说至关重要！如果某些叠层之间出现微小的错位，就可能会导致电路出现开路或者短路的问题。

因此，在进行叠层压合之前，通常会使用AOI（自动光学检查）对实际的铜箔电路和设计文件进行视觉比对，这时如果发现缺陷，仍然可以进行修复。（压合之后无法修复了，或者修复的成本很高）

检查无误之后就可以进行各个叠层的压合了，上图的A1A2A3是用来绝缘的，这些绝缘材料（环氧树脂）在加热之后就会融化，并把各个覆铜的层压板进行粘结，类似于胶水的作用，各个叠层是通过金属化的孔洞进行电气连接的。

这个压合过程的精确度为啥那么重要？这是因为，绝缘材料融化之后会在每个板层之间流动，厚一点或者薄一点都会影响各个层之间的距离，这对受控阻抗传输线路的特性阻抗有着最大的影响。

拼接生产的电路板

高多层PCB的最终生产设计稿，是将多块小面积的板子拼接到一块大面积的板材上面进行生产的（俗称：拼板），这么大面积的板材在压合的时候，绝缘材料的流动均匀性更是不容忽视，压合设备有着举足轻重的地位。

嘉立创工厂，台湾活全（Vigor）全自动压合机

三、沉金、盘中孔、正片工艺

在高多层 PCB 的各个生产环节里面，选用某些生产工艺可以直接拉升高多层 PCB 的品质，比如，对于6~32层电路板，嘉立创全部免费升级至 2u'' 沉金厚度，并且统一默认采用盘中孔和正片工艺。

沉金工艺就是在电路板表面沉积一层镍磷合金层，然后再沉积一层金，这种工艺可以提高电路板的耐腐蚀性、导电性和可焊性，电路板看起来也非常美观。（相对来说，沉金越厚，价格越贵！）

金灿灿的焊盘

做硬件开发的工程师都知道，过孔在电路板中扮演着非常重要的角色，特别是在高多层PCB中，合理使用过孔，可以支持更复杂的电路实现，设计出更加稳定可靠的电路板。

由于各种环境因素，过孔在电路板的使用过程中会被慢慢腐蚀，从而导致电路连接失效、信号衰减、开路或短路等一系列影响产品可靠性的问题。

为了解决以上种种过孔问题，PCB板厂通常会使用盘中孔工艺，这种工艺通常用在高端电子产品上面，且价格比较昂贵。

盘中孔，也就是在焊盘中打孔，在孔内塞上树脂后再烤干磨平，再在表面进行镀铜，这种工艺的好处是可以允许工程师在焊盘上面打过孔，大大提高了设计效率，提升了PCB的生产良率以及高速电路板的性能。

除了沉金和盘中孔，提升电路板的品质还可以使用正片工艺，而不采用负片工艺，关于正片和负片这两种工艺方式，可以网上进行了解。

两者对比下来，正片工艺的成本高，流程长，但可以实现更高的图案精度和线路精细度，并且正片工艺的光刻过程更容易控制，无分散性的坏孔隐患，只是由于正片工艺采用了锡金属，因此其综合成本也比负片工艺更高。