关于“印刷电路板(PCB)”工艺制程与常见缺陷的详解；

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在印刷电路板(PCB)出现之前，电路是通过点到点的接线组成的。这种方法的可靠性很低，因为随着电路的老化，线路的破裂会导致线路节点的断路或者短路。绕线技术是电路技术的一个重大进步，这种方法通过将小口径线材绕在连接点的柱子上，提升了线路的耐久性以及可更换性。

当电子行业从真空管、继电器发展到硅半导体以及集成电路的时候，电子元器件的尺寸和价格也在下降。电子产品越来越频繁的出现在了消费领域，促使厂商去寻找更小以及性价比更高的方案。于是印刷电路板(PCB)就诞生了。那具体来讲，什么是印刷电路板(PCB)、它有着怎样的制作工艺、有哪些常见缺陷......这就是本章节要跟大家分享的内容。

一、印刷电路板(PCB)的简介与发展历程

1、印刷电路板(PCB)的简介

PCB是 Printed Circuit Board的简称，中文名称为：印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

印刷电路板(PCB)是由相互连接的电子元件组成的独立模块，从我们身边日常使用的电子设备，如：手机、路由器、个人电脑到复杂的雷达、导弹、卫星上，都能找到它们的身影，只是它们靓丽的光芒被设备外壳给遮盖住了，你那天才般的设计往往被用户所忽视，直到设备出现故障或者需要功能扩展，拆开设备外壳的刹那才能领略它的美。

2、印刷电路板(PCB)的发展历程

电子学的起源可以追溯到1897年，约瑟夫·汤姆森发现电子的存在，电子学是在早期的电磁学和电工学的基础上发展起来的。在电子学诞生之前，人类对于电磁现象的研究已相当深入。一系列物理定律已经确立，如库仑定律、安培定律、 欧姆定律、 楞次定律、法拉第电磁感应定律等。

1831年6月13日，天降男神詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831年6月13日－1879年11月5日）于英国爱丁堡的印度街14号，麦克斯韦被普遍认为是十九世纪物理学家中，对于二十世纪初物理学的巨大进展影响最为巨大的一位。他在1864年发表的论文《电磁场的动力学理论》中，集以往电磁学研究之大成，提出电场和磁场以波的形式以光速在空间中传播，并提出光是引起同种介质中电场和磁场中许多现象的电磁扰动，同时从理论上预测了电磁波的存在，将电、磁、光统归为电磁场中现象，提出了著名的麦克斯韦方程组，建立了第一个完整的电磁学理论体系，为电磁学在生产生活中应用奠定了强大的理论基础。

电磁学是现代科技生活最重要的学科，它的高速发展，将人类带入了电气时代和信息时代。可以说，没有电磁学的发展，就没有人类的现代文明；这一自然科学理论的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。当然，没有麦克斯韦，也就没有PCB，也就没有PCB Layout这个行业，可能现在的老wu还是村口卖猪肉的最靓的仔。

有了电磁学理论的支撑，人们对电磁学的利用也达到了一定的水平，有线电报和有线电话也相继发明，并且有了横贯美洲大陆的电报、电话线路和横跨大西洋的海底电缆。亚历山大-格雷厄姆-贝尔在1876年发明了电话，托马斯-爱迪生1879年发明了白炽灯、尼古拉-特斯拉于1888年发明了电动机，所有这些，都为电子学的诞生准备了充足的条件。

1831年法拉第发表电磁感应定律之后，人们就开始研究如何利用电磁原理来实现远距离通信，萨缪尔·摩尔斯1837年发明了电报，贝尔于1876获得了电话的发明专利。到了1904年美国有300万电话需要靠人工电话交换连接。

印刷电路板也是随着电子连接系统发展而来的，以解决电报/电话系统的连接问题。初期，金属条或金属棒用于连接安装在木制底座上的大型电子元件。随着时间的推移，金属条被螺丝端子和可拧入其中的电缆所取代，这样连接更具有灵活性，而木制底座则被金属底板所取代。但是，随着电报/电话业务的发展，电话交换门数越来越多，电话系统相关的电子操作也越来越复杂，这就需要更小、更紧凑的设计。

与PCB有关的发明专利最早的时间节点应该在1903年，当时一位名叫阿尔伯特·汉森（Albert Hanson）的德国著名发明家申请了一项英国专利，他首创利用“线路”的观念应用于电话交换机系统，利用金属箔切割成线路导体，然后线路导体上下面都粘上石蜡纸，在线路交点上设置导通孔实现不同层间的电气互联。这与我们现代的PCB制造方法有明显的区别，因为当时苯酚树脂还未发明，而化学蚀刻技术也还未成熟，阿尔伯特·汉森发明的方法可以说是现代PCB制造的雏形吧。

1907年，出生于比利时的美国化学家利奥·亨德里克·贝克兰（Leo Hendrik Baekeland，1863年－1944年）改进了酚醛树脂的生产技术，将树脂实用化、工业化。这也为印制电路板的问世与发展，创造了必要的条件。

1920年代–早期的PCB板材几乎无所不包，从电木（就是上边说的酚醛树脂，俗称电木）和松石到普通的旧薄木板。 可以在材料上钻一些孔，然后将扁铜丝铆接到该材料上。 外形看起来可能不是很美观，但是后来的印刷电路板的理念就从这里诞生。 当时，这些电路板主要用于收音机和留声机。

二、印刷电路板(PCB)板材的基本构成

印刷电路板(PCB)是以覆铜板(Copper-clad Laminate，简称CCL) 作为原料而制造的电器或电子的重要机构组件。主要由覆铜板（CCL）、半固化片（PP）、铜箔（Copper Foil）、阻焊层（Solder Mask）组成。结构如下图所示：

1、覆铜板CCL

是制造印制电路板的基础材料，是由介电层（树脂、玻璃纤维）及高纯度的导体（铜箔）二者所构成的复合材料。现在用得比较多的有 FR1、FR4、CEM3、陶瓷板等。

2、半固化片又称PP片

是多层板生产中的主要材料之一。主要由树脂和增强材料组成，增强材料分为玻璃纤维布（简称玻璃布）、纸基、复合材料和特殊材料等几种类型。制作多层印制电路板所使用的半固化片（黏结片）大多采用玻璃布作为增强材料。

3、铜箔

沉淀于电路板基底层上的一层薄的、连续的金属箔，它作为 PCB 的导电体，被黏合在绝缘层上，经蚀刻后形成电路图样，常用铜箔可分为压延铜箔（RA）和解铜箔（ED）两类。

4、阻焊层

指印制电路板上有阻焊油墨的部分。阻焊油墨颜色有绿色、红色、黑色和蓝色等，是用来保护印制电路板的涂层。

三、印刷电路板(PCB)的重要工艺参数

1、TG值

关于TG值，我在之前的文章中有跟大家分享过，它是指板材在高温受热下从固态变为高弹态的玻璃化临界温度，是衡量板材耐热性的重要指标。层数多、厚度厚和面积尺寸大的高性能板件比起常规PCB应具有更好的耐热性或更高的Tg温度。在一般FR-4树脂配方中，引入部分三官能团及多功能团的环氧树脂或是引入部分酚酫型环氧树脂，可以有效提高Tg值。

2、热膨胀系数CTE

热膨胀系数是衡量材料在温度变化时尺寸膨胀或收缩程度的物理量。基板材料在受热后，其单位温度上升之间引起的基板材料尺寸的线性变化。一般是高Tg树脂的基板材料也具有低的热膨胀系数。覆铜板的尺寸稳定性主要取决于构成覆铜板的三种原材料:树脂、增强材料、铜箔。

3、介电常数DK

介电常数决定了电信号在介质中传播的速度。电信号传播的速度与介电常数平方根成反比。介电常数越低，信号传送速度越快。影响PCB上走线的阻抗。

4、耐离子迁移（CAF）性能

离子迁移是在线路板正负电极间沿玻璃纤维表面出现导电丝生长而发生绝缘破坏的现象，可能会造成短路发生。离子迁移会造成电子产品信号变差，性能下降，可靠性下降，同时电子产品使用寿命缩短，能耗提高；绝缘破坏，可能出现短路而发生火灾安全问题。

四、印刷电路板(PCB)的制作工艺和常见缺陷

以下就是本章节要跟大家分享的主要内容：

                                                    

           

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五、印刷电路板(PCB)的应用领域

印刷电路板(PCB)是电子设备中印刷电路板(PCB)的组成部分，广泛分布于各个行业。以下是一些主要行业中印刷电路板(PCB)的应用及其具体分析：

1、电子消费行业

应用范围：手机、平板电脑、电视、摄像头、音响等消费电子产品。

在电子消费行业，印刷电路板(PCB)是各种电子设备的“芯片”，用于连接和支持芯片、传感器、电源等元件，实现各种功能。随着消费电子产品的不断更新换代，对印刷电路板(PCB)的需求也在不断增加。

2、通信行业

应用范围：手机基站、通信设备、卫星通信等。

通信行业对印刷电路板(PCB)的要求通常包括高频特性、抗干扰能力、稳定性等。随着5G技术的发展和应用，对高频、高速传输的需求不断增加，推动了高频材料和高密度印刷电路板(PCB)技术的发展。

3、汽车电子行业

应用范围：发动机控制单元（ECU）、汽车导航、仪表板、传感器等。

汽车电子行业对印刷电路板(PCB)的要求主要包括耐高温、抗关机、抗干扰等特性。随着电动汽车和智能驾驶技术的快速发展，对印刷电路板(PCB)的要求也在不断提升，例如高温耐受性、高耐受性密度布线等。

4、工业控制与自动化行业

应用范围：PLC（自动化逻辑控制器）、工业机器人、自动化生产线等。

在工业控制领域，印刷电路板(PCB)相当于连接各种传感器、执行器和控制芯片的作用，实现自动化控制和监测。稳定性、可靠性和抗干扰能力是印刷电路板(PCB)在该领域的重要考量因素。

5、医疗电子行业

应用范围：医疗监控设备、医疗成像设备、诊断仪器等。

在医疗电子行业，印刷电路板(PCB)承担着连接传感器、控制器和放大器等部件的任务。同时，对于医疗设备来说，安全性、稳定性和精准度是印刷电路板(PCB)材料和工艺的重要考虑因素。

总的来说，印刷电路板(PCB)作为现代电子设备的基础组件，几乎涵盖了所有行业。不同行业对印刷电路板(PCB)的需求会因行业特性、应用场景和环境要求而有所不同，因此印刷电路板(PCB)制造商需要根据不同行业的提供相应需求的定制化解决方案。

六、印刷电路板(PCB)的行业前景

印刷电路板(PCB)不仅在传统电子产品中广泛应用，如手机、电视等消费类电子产品，而且在新兴产业中的应用也日益扩大。例如，智能手环、智能穿戴设备、人脸识别系统等，都离不开印刷电路板(PCB)的支持。预计未来，随着智能化水平的提升，印刷电路板(PCB)的应用领域将更加广泛。现从三大行业发展趋势来分析印刷电路板(PCB)行业前景。

1、印刷电路板(PCB)行业高性能

随着人工智能、物联网和5G等新兴技术的快速发展，对于印刷电路板(PCB)的应用需求也在不断增加。这些领域对印刷电路板(PCB)的性能要求更高，如信号传输速率更快、电磁兼容性更好、耐高温性能更强等。为了满足这些高性能应用的需求，印刷电路板(PCB)行业需要持续改善材料、设计和制造工艺，不断提高产品的可靠性和稳定性。

2、印刷电路板(PCB)行业技术化

随着电子设备的不断升级换代，对于印刷电路板(PCB)的要求也越来越高。因此，在技术创新方面，不仅需要不断提高印刷电路板(PCB)的性能和可靠性，还要追求更高的制造精度和生产效率。例如，通过引入先进的材料和工艺，如高密度互连技术、多层堆叠技术以及薄膜封装技术，可以实现更小尺寸、更轻薄的印刷电路板(PCB)，满足电子设备对于紧凑型设计的需求。

3、印刷电路板(PCB)行业环保化

随着环境保护意识的增强和可再生资源的限制，印刷电路板(PCB)制造商正积极寻找更环保和可持续的材料和生产过程。他们正在采取措施减少有害物质的使用，例如限制有害物质的含量和开发可回收和可降解的材料。此外，优化能源利用、提高废料处理效率以及推动绿色制造也是印刷电路板(PCB)行业可持续发展的重要方向。

总之，随着电子设备的不断智能化和高性能化，印刷电路板(PCB)行业正面临着巨大的机遇和挑战。通过技术创新、高性能应用和可持续发展，印刷电路板(PCB)行业可以不断提升产品质量和竞争力，为电子行业发展做出更大的贡献。

总结一下

我们在如今的印刷电路板(PCB)上，能看到巨大的复杂性。一块可能指甲盖大小的印刷电路板(PCB)，集成了多层板制造技术、CAD计算机辅助设计技术、表面贴装技术等，推动当前印刷电路板(PCB)技术发展的不仅仅是这些特定技术体系上的创新，更多的是，先进技术趋势及其相关应用的出现，推动了印刷电路板(PCB)发展。

那么，推动印刷电路板(PCB)发展的这些技术趋势是什么？

它们可以分为两大类：“以人为本”，关注技术如何影响人类，以及“智慧空间”的趋势，集中于影响生活或工作环境的技术方向。

这些关键技术趋势包括5G、物联网(IoT)、人工智能（AI）、人体增强、超级自动化和自动化物体等。这些趋势使得大量数据在短时间内传输、转移、管理和处理成为了可能，从而最小化时延问题-这是边缘计算的一个关键方面。

印刷电路板(PCB)发展的技术方向是与这些先进技术趋势对印刷电路板(PCB)需求的集成，所以大家可以看到印刷电路板(PCB)从最基础的通孔板，发展出了高多层板、软硬结合板、半软板、使用IC基板技术的HDI板等，也看到了对于20-30um的细导线和间隙要求，微孔，3D打印电路板，自动化程度更高的制造流程，以及新的表面处理方法 - 当然，还有许多其他进步。正如大家所看到的，印刷电路板(PCB)发展历史很漫长，无数发明家、工程师在其中添砖加瓦，新兴的技术需求，也推动了它的发展。

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审核编辑 黄宇