芯耀
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我是老溫，一名熱愛(ài)學(xué)習(xí)的嵌入式工程師
關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！
作為一名業(yè)余的嵌入式工程師，平時(shí)上班主要的工作內(nèi)容是，用單片機(jī)去檢測(cè)按鍵動(dòng)作，以及實(shí)現(xiàn)不同的流水燈效果（高級(jí)點(diǎn)燈），偶爾也會(huì)去畫(huà)一些簡(jiǎn)單的電路板，焊接一些智能硬件，用來(lái)驗(yàn)證一些想法或者技術(shù)方案。
在平時(shí)摸魚(yú)的時(shí)候，我還喜歡搗鼓一些嵌入式Linux開(kāi)發(fā)板，畢竟個(gè)人的技術(shù)能力不能一直停留在按鍵和點(diǎn)燈，高低也得整一下高端的技術(shù)。
那些高性能的Linux開(kāi)發(fā)板，通常都是采用【核心板+底板】的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，我一開(kāi)始其實(shí)比較好奇，為啥不直接把CPU設(shè)計(jì)在同一塊電路板上面？
后來(lái)了解了一下才發(fā)現(xiàn)，其實(shí)，做這種分離式設(shè)計(jì)是開(kāi)發(fā)板廠家基于實(shí)際應(yīng)用的考慮，核心板上面通常是【CPU+內(nèi)存+硬盤(pán)+電源管理】芯片，全都是一些高帶寬高通信速率的重要元器件。而底板通常是一些外圍器件和通信接口，這些器件和接口對(duì)電路板本身的層數(shù)和要求沒(méi)那么高，把核心板單獨(dú)分離出來(lái)，可以從成本和穩(wěn)定性之間取一個(gè)平衡點(diǎn)。
（如藝術(shù)品一般的嵌入式Linux核心板）
看到這些如藝術(shù)品一般的核心板，曾幾何時(shí)，當(dāng)我技術(shù)強(qiáng)迫癥發(fā)作的時(shí)候，想著自己如果能設(shè)計(jì)一款核心板，然后再用來(lái)配套不同的功能底板，那將會(huì)是一件很有成就感的事情。但是，理想很豐滿現(xiàn)實(shí)很骨感，在我了解了這些嵌入式Linux核心板的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)后，發(fā)現(xiàn)其實(shí)并沒(méi)有想象中那么簡(jiǎn)單
這些6層以上的嵌入式Linux核心板，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的東西實(shí)在太多，比如：層疊結(jié)構(gòu)、元件布局和電源布局、電源和地布線、高速信號(hào)布線、阻抗控制、電磁干擾控制、可制造性設(shè)計(jì)、測(cè)試點(diǎn)設(shè)置，等等。
我們不妨先來(lái)了解一下，到底什么是高多層 PCB？
簡(jiǎn)單通俗來(lái)說(shuō)，就是在每一塊電路板上都設(shè)計(jì)電路走線，然后通過(guò)絕緣材料和壓合工藝，把多塊電路板堆疊壓合在一起，不同電路板之間需要連通的走線網(wǎng)絡(luò)，就用孔洞進(jìn)行層間連接，就像下圖那樣，真 . 高多層 PCB~
面積不夠空間來(lái)湊，電路板的層數(shù)越多，拉線工（PCB Layout 工程師）自由發(fā)揮的空間也就越大，從而實(shí)現(xiàn)更高的電路密度以及更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。高多層 PCB 可以讓硬件產(chǎn)品具備更好的電磁兼容性和信號(hào)完整性，但同時(shí)，也會(huì)讓PCB的設(shè)計(jì)和制造，變得更加復(fù)雜和昂貴。
這么多的電路層，在生產(chǎn)時(shí)要把它們壓合得這么薄，并且還要保證它們層與層之間互相絕緣不短路，那么，高多層 PCB 的制作流程到底是怎樣的呢？
10層電路板的厚度，1.6毫米
電路板廠在開(kāi)始制造 PCB 之前，拉線工通常需要做一些前置工作，這些工作包括：提交和審核制造信息（Gerber文件、鉆孔文件、網(wǎng)表數(shù)據(jù)），以及電路板材料選擇。
在高多層板的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，如果要把整個(gè)工藝流程都細(xì)化展開(kāi)，通常會(huì)涉及到200多個(gè)不同的加工步驟。（講一天估計(jì)都講不完?。?/p>
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我們以電路板的壓合環(huán)節(jié)來(lái)舉例！比如，把不同規(guī)格的半固化片和覆銅層壓板互相組合，就可以實(shí)現(xiàn)各種厚度的電路板，一款硬質(zhì)6層PCB的制造方法以及各個(gè)疊層之間的元素，如下圖所示。
仔細(xì)觀察圖中的各層，可以發(fā)現(xiàn)它們都是互相對(duì)稱并且具有相同厚度的，比如：A1和A2和A3、B1和B2、L2-L3 和 L4-L5。內(nèi)層的銅箔也是均勻分布，這樣是為了避免熱應(yīng)力不均勻所造成電路板扭曲。能否把這么多個(gè)疊層精確地壓合在一起，這對(duì)高多層電路板的質(zhì)量來(lái)說(shuō)至關(guān)重要！如果某些疊層之間出現(xiàn)微小的錯(cuò)位，就可能會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)開(kāi)路或者短路的問(wèn)題。因此，在進(jìn)行疊層壓合之前通常會(huì)使用AOI（自動(dòng)光學(xué)檢查）對(duì)實(shí)際的銅箔電路和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行視覺(jué)比對(duì)，這時(shí)如果發(fā)現(xiàn)缺陷，仍然可以進(jìn)行修復(fù)。（壓合之后無(wú)法修復(fù)了，或者修復(fù)的成本很高）檢查無(wú)誤之后就可以進(jìn)行各個(gè)疊層的壓合了，上圖的A1A2A3是用來(lái)絕緣的，這些絕緣材料（環(huán)氧樹(shù)脂）在加熱之后就會(huì)融化，并把各個(gè)覆銅的層壓板進(jìn)行粘結(jié)，類似于膠水的作用，各個(gè)疊層是通過(guò)金屬化的孔洞進(jìn)行電氣連接的。這個(gè)壓合過(guò)程的精確度為啥那么重要？這是因?yàn)?，絕緣材料融化之后會(huì)在每個(gè)板層之間流動(dòng)，厚一點(diǎn)或者薄一點(diǎn)都會(huì)影響各個(gè)層之間的距離，這對(duì)受控阻抗傳輸線路的特性阻抗有著最大的影響。
拼接生產(chǎn)的電路板
高多層PCB的最終生產(chǎn)設(shè)計(jì)稿，是將多塊小面積的板子拼接到一塊大面積的板材上面進(jìn)行生產(chǎn)的（俗稱：拼板），這么大面積的板材在壓合的時(shí)候，絕緣材料的流動(dòng)均勻性更是不容忽視，壓合設(shè)備有著舉足輕重的地位。
臺(tái)灣活全（Vigor）全自動(dòng)壓合機(jī)
一個(gè)電路板疊層壓合環(huán)節(jié)就已經(jīng)涉及到這么多的知識(shí)點(diǎn)和注意事項(xiàng)需要學(xué)習(xí)??！太復(fù)雜了！
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讓我們回到多層電路板的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，拉線工（PCB Layout 工程師）如果在電路板設(shè)計(jì)的時(shí)候選用某些指定的制作工藝，可以直接拉升多層電路板的品質(zhì)。
比如，像嵌入式Linux核心板這些6層以上的電路板，一般都會(huì)指定使用沉金工藝！
所謂沉金工藝，就是在電路板的焊盤(pán)表面沉積一層鎳磷合金層，然后再沉積一層金，沉金工藝可以提高電路板的耐腐蝕性、導(dǎo)電性和可焊性，電路板看起來(lái)也非常美觀，金燦燦的，誰(shuí)看了都喜歡！（理論上，沉金越厚，價(jià)格越貴！）
（其實(shí)，現(xiàn)在沉金工藝的制作成本也在進(jìn)一步降低，在嘉立創(chuàng)，6~32層以上電路板打樣，沉金免費(fèi)加厚至2u"。）
金燦燦的焊盤(pán)
拉線工除了使用沉金工藝，還可以在布線的時(shí)候使用盤(pán)中孔，特別是在多層電路板設(shè)計(jì)的時(shí)候，直接在芯片焊盤(pán)中放置過(guò)孔，可以大大減少拉線工的工作量，極大程度地方便布線。
因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，如果不使用盤(pán)中孔而使用普通過(guò)孔，電路板在使用過(guò)程中，過(guò)孔可能會(huì)被慢慢腐蝕，從而導(dǎo)致電路連接失效、信號(hào)衰減、開(kāi)路或短路等一系列影響產(chǎn)品可靠性的問(wèn)題。
盤(pán)中孔示意圖
盤(pán)中孔由于制作工藝比較復(fù)雜，很多電路板廠都對(duì)其進(jìn)行收費(fèi)，但在嘉立創(chuàng)打樣，盤(pán)中孔早就可以免費(fèi)使用。
除了沉金和盤(pán)中孔，提升電路板的品質(zhì)還可以使用正片工藝而不采用負(fù)片工藝，關(guān)于正片和負(fù)片這兩種工藝方式，可以網(wǎng)上進(jìn)行了解，這里就不再展開(kāi)描述。
以上關(guān)于多層電路板設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)，只是整個(gè)設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)里面的九牛一毛，實(shí)際上如果要把整個(gè)電路板產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)制造細(xì)節(jié)全部展開(kāi)，足足可以寫(xiě)一本書(shū)。
關(guān)于電路板設(shè)計(jì)與制造方面的書(shū)籍，推薦以下這本《從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)：電子工程師PCB智造實(shí)戰(zhàn)指南》，對(duì)硬件電路板感興趣的工程師朋友可以關(guān)注。
部分素材來(lái)源：嘉立創(chuàng)、網(wǎng)絡(luò)。
