印刷電路板（PCB）是現代幾乎所有電子設備的重要支撐，它們通過大量生產復雜而可靠的電路設計來實現。通過為電子元件提供穩定的安裝點并可靠地連接它們，PCB 能夠實現更高的集成度，提高電子設備的整體可靠性，并在產品開發過程中簡化測試和故障排除。繼續閱讀，了解構成 PCB 的層、它們的制造過程以及工程師可以為他們的設計獲得的各種類型的 PCB 簡介。
 

從開始到完成的 PCB 設計

幾乎所有 PCB 設計都從電路圖開始，這些電路圖說明了設計中的各個元件如何電氣連接。完成的圖紙是電路功能需求和電氣特性的圖形藍圖。

雖然嚴格來說并不需要考慮最終的 PCB 設計，但工程師們理想情況下希望采用前瞻性的方法，考慮他們的原理圖如何影響 PCB 布局過程，并相應地繪制連接以簡化后續步驟。工程師應在可能的情況下邏輯上和層次結構地分組電路設計，以利用模塊化設計原則，使未來的更改和調整更容易。

該圖顯示了 Arduino MEGA 2560 參考設計原理圖的一個小部分。

現代 PCB 設計軟件可以將電路圖轉換為 PCB 布局，并且在許多簡單情況下，這些自動生成的布局就足夠了。然而，大多數項目，尤其是更復雜的項目，需要手動調整或完全定制的設計。在這一步中，工程師將原理圖中的元件放置在一個代表 PCB 的二維平面上。然后，他們在電子器件的電連接焊盤之間繪制走線，這個過程通常被稱為布線。雖然原理圖定義了電路中的連接，但 PCB 設計決定了元件將如何在最終的 PCB 上安裝以及它們之間的走線將如何布置。在這一步中，經驗豐富的工程師可以利用幾種強大的方法，例如管理電源分配和信號完整性考慮因素，來提高其設計的質量。此外，他們還可以添加測試點，并在項目早期原型設計階段考慮可測試性。

在他們布置并連接所有組件后，設計人員可以在完成的布局上添加絲印標記，以記錄他們的設計并幫助裝配、故障排除和測試。這些標記通常包括組件名稱、極性部件的方向指南、電氣特性（例如，部件的電容）或元信息，例如設計版本。他們還可以改變 PCB 的形狀和大小，并添加安裝孔、隔離間隙和類似結構。

這張屏幕截圖顯示了完成參考 PCB 設計的頂層。

在設計項目的這個階段，許多現代設計套件還允許生成結果的板和組件的 3D 渲染預覽，以幫助可視化項目的外觀。這些預覽通常還可以導出到 CAD 軟件中，用于設計外殼和模擬熱特性。
 

導出和提交設計

工程師必須根據制造商的設計和文件格式規范導出完成的 PCB 布局。在此步驟中，他們可以利用自動設計規則檢查（DRC）和電氣規則檢查的力量，這些是確保設計完整性、功能性和可制造性的關鍵過程。

更具體地說，DRC 是在 PCB 布局階段應用的一組規則或約束，以確保設計滿足制造商、行業標準或項目特定要求所定義的特定標準。DRC 可能包括一條規則，確保所有走線具有特定的最小寬度和足夠的間距。相比之下，ERC 檢查組件邏輯連接中的錯誤，從而保持原理圖的準確性，并確保預期的電氣連接反映在設計中。
 

PCB 制造流程

一旦導出并提交，制造商就開始制造 PCB，這涉及一系列需要高精度和嚴格質量控制步驟，以確保始終如一的良好結果。通常，制造商不會一次蝕刻一個電路板。相反，他們會將多個設計或設計副本組織成更大的組，這個過程稱為面板化，以最大限度地提高效率并降低成本和生產浪費。

面板化后，制造過程根據客戶的規格進行基板和材料準備。在制作剛性 PCB 時，典型的基板是 FR-4，一種玻璃增強環氧樹脂層壓板，具有優異的電絕緣性能、機械強度和阻燃性能。然后，這種基材上涂覆一層導電層，通常是一張非常薄的銅箔。

該銅表面涂有一層感光材料，在紫外線照射下會硬化。在此步驟中，制造商制作了一個代表面板化設計的 фотомаска。在開發過程中，紫外線輻射導致光刻膠層硬化。光罩覆蓋層保護了在蝕刻過程中不應被去除的銅區，因為未曝光區域不會硬化，然后可以被化學溶液洗掉。

隨后，化學試劑與未屏蔽的銅反應，去除不需要的導電材料，只留下 PCB 布局中定義的所需走線和區域。最后，化學清洗步驟從面板上去除硬化后的光刻膠區域，只留下最終的銅區域和走線。

當生產具有兩個以上層的設計時，制造商對內基 PCB 的銅層進行化學處理，以獲得更好的結合。然后，他們添加不同基材的薄板，稱為預浸料，并將層堆疊起來，將基材夾在中間。預浸料的兩側也包含銅層，所有層中的對準孔確保正確的對齊。堆疊后，使用高壓和高溫將層融合在一起，形成一個具有四個銅層的最終 PCB 的單體堆棧。精確的壓力和溫度控制確保層正確結合，并在產品壽命期間防止分層。自動光學檢查確保內銅層無瑕疵。

這張圖片描繪了一個四層 PCB 在壓制前的分解視圖，并未描繪銅層中已經蝕刻的走線。

接下來，CNC 機床根據工程師的定義鉆孔和切割插槽。額外的電鍍可以增加銅走線的厚度。然后，工廠通常會涂覆阻焊層，通常給 PCB 帶來其特有的綠色。然而，工程師通常可以從不同的顏色和表面處理選項中進行選擇。除了視覺方面，阻焊層可以防止腐蝕，并通過防止焊料無意中粘附到走線和橋接焊盤上，從而促進高效的組裝。然后，在應用額外的可選表面處理（如 HASL 或 ENIG）以保護銅焊盤并實現快速組裝之前，會在阻焊層上印刷絲印。

最后，制造商在大面板上分離各個設計，然后進行電氣測試、自動光學檢測和其他質量控制措施。完成的 PCB 隨后被包裝并運送給客戶。