芯耀
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我是老温，一名热爱学习的嵌入式工程师
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作为一名业余的嵌入式工程师，平时上班主要的工作内容是，用单片机去检测按键动作，以及实现不同的流水灯效果（高级点灯），偶尔也会去画一些简单的电路板，焊接一些智能硬件，用来验证一些想法或者技术方案。
在平时摸鱼的时候，我还喜欢捣鼓一些嵌入式Linux开发板，毕竟个人的技术能力不能一直停留在按键和点灯，高低也得整一下高端的技术。
那些高性能的Linux开发板，通常都是采用【核心板+底板】的方式进行设计，我一开始其实比较好奇，为啥不直接把CPU设计在同一块电路板上面？
后来了解了一下才发现，其实，做这种分离式设计是开发板厂家基于实际应用的考虑，核心板上面通常是【CPU+内存+硬盘+电源管理】芯片，全都是一些高带宽高通信速率的重要元器件。而底板通常是一些外围器件和通信接口，这些器件和接口对电路板本身的层数和要求没那么高，把核心板单独分离出来，可以从成本和稳定性之间取一个平衡点。
（如艺术品一般的嵌入式Linux核心板）
看到这些如艺术品一般的核心板，曾几何时，当我技术强迫症发作的时候，想着自己如果能设计一款核心板，然后再用来配套不同的功能底板，那将会是一件很有成就感的事情。但是，理想很丰满现实很骨感，在我了解了这些嵌入式Linux核心板的设计细节后，发现其实并没有想象中那么简单
这些6层以上的嵌入式Linux核心板，在设计过程中需要注意的东西实在太多，比如：层叠结构、元件布局和电源布局、电源和地布线、高速信号布线、阻抗控制、电磁干扰控制、可制造性设计、测试点设置，等等。
我们不妨先来了解一下，到底什么是高多层 PCB？
简单通俗来说，就是在每一块电路板上都设计电路走线，然后通过绝缘材料和压合工艺，把多块电路板堆叠压合在一起，不同电路板之间需要连通的走线网络，就用孔洞进行层间连接，就像下图那样，真 . 高多层 PCB~
面积不够空间来凑，电路板的层数越多，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，但同时，也会让PCB的设计和制造，变得更加复杂和昂贵。
这么多的电路层，在生产时要把它们压合得这么薄，并且还要保证它们层与层之间互相绝缘不短路，那么，高多层 PCB 的制作流程到底是怎样的呢？
10层电路板的厚度，1.6毫米
电路板厂在开始制造 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。
在高多层板的生产制造环节，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。（讲一天估计都讲不完！）
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我们以电路板的压合环节来举例！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。
台湾活全（Vigor）全自动压合机
一个电路板叠层压合环节就已经涉及到这么多的知识点和注意事项需要学习！！太复杂了！
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让我们回到多层电路板的设计环节，拉线工（PCB Layout 工程师）如果在电路板设计的时候选用某些指定的制作工艺，可以直接拉升多层电路板的品质。
比如，像嵌入式Linux核心板这些6层以上的电路板，一般都会指定使用沉金工艺！
所谓沉金工艺，就是在电路板的焊盘表面沉积一层镍磷合金层，然后再沉积一层金，沉金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，金灿灿的，谁看了都喜欢！（理论上，沉金越厚，价格越贵！）
（其实，现在沉金工艺的制作成本也在进一步降低，在嘉立创，6~32层以上电路板打样，沉金免费加厚至2u"。）
金灿灿的焊盘
拉线工除了使用沉金工艺，还可以在布线的时候使用盘中孔，特别是在多层电路板设计的时候，直接在芯片焊盘中放置过孔，可以大大减少拉线工的工作量，极大程度地方便布线。
因为在通常情况下，如果不使用盘中孔而使用普通过孔，电路板在使用过程中，过孔可能会被慢慢腐蚀，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。
盘中孔示意图
盘中孔由于制作工艺比较复杂，很多电路板厂都对其进行收费，但在嘉立创打样，盘中孔早就可以免费使用。
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，这里就不再展开描述。
以上关于多层电路板设计的知识点，只是整个设计和制造环节里面的九牛一毛，实际上如果要把整个电路板产业链设计制造细节全部展开，足足可以写一本书。
关于电路板设计与制造方面的书籍，推荐以下这本《从设计到量产：电子工程师PCB智造实战指南》，对硬件电路板感兴趣的工程师朋友可以关注。
部分素材来源：嘉立创、网络。
