(李斯)年少时,为郡小吏,见吏舍厕中鼠食不絜,近人犬,数惊恐之。斯入仓,观仓中鼠,食积粟,居大庑之下,不见人犬之忧。於是李斯乃叹曰:“人之贤不肖譬如鼠矣,在所自处耳!” - 《史记·李斯列传》
少年李斯看到两种不同处境的老鼠后,喟然长叹,认为个人有没有出息,是由所处的平台决定的,如同这些老鼠一样。故李斯毅然西行入秦而事秦王,他的功名事业、乃至最终的身死族灭,都与秦帝国这个平台密不可分。
而在电子产品世界,也有平台的角色,PCB就是那个不可或缺的平台。它不仅是电子元器件的支撑体,也是电气连接的载体。它不争不抢,却托起了整个流光溢彩的电子世界,称的上是“覆载群生仰至仁,发明万物皆成善!”
PCB,Printed Circuit Board,印制线路板,它的发明者是奥地利老哥保罗·爱斯勒(Paul Eisler),他于1936年在一个收音机内采用了PCB结构。
但工艺的发展日新月异,PCB早已不是当初笨重、臃肿的样子,而是变得精密、小巧。目前我们寸不离手的手机上广泛使用HDI PCB板,High Density Interconnector,高密度互连板,在方寸之间连通信息洪流。

PCB的层数
层数是PCB最基本的概念,有单面板、双面板和多层板之分,多层PCB的层数都是偶数层,当前手机项目多用10层板。
如下图,以某个10层PCB的Stack up为例,它使用一个芯板(CORE)作为基础,然后多个半固化片(Prepreg,简称PP)压合在一起而构成。

芯板
芯板,CORE,是PCB板中的脊梁,像是建筑物的承重墙一样。它两个表面都铺有铜箔,两个表面之间填充一些材料,这些材料通常是玻璃纤维+环氧树脂。总体上便具备了刚性,提供机械支撑之用。

- 玻璃纤维,Glass Fiber,作为补强材料,具备较好的强度(强度/ 重量比甚至超过铁丝),不易变形,具备较低的热膨胀率(CTE)。
- 环氧树脂,Resin Epoxy,是一种粘结剂,在高温下可以固化,固化后的环氧树脂具有较高的硬度、良好的介电性能、超高粘性。此外还具备低可燃性、高耐热性和优异的高温稳定性。

Prepreg
Prepreg,简称PP,中文名字是半固化片,是一种绝缘材料和粘结材料。可以想象为万能胶和柔软夹心,其由半固态树脂和玻璃纤维组成,在PCB中起填充、粘合的作用。
通过PP层压合在一起,形成了copper-pp-core-pp-copper结构,才得以实现多层PCB的设计制作。但正是由于PP的半固态特性(可以理解为柔软的固态),由它制作完成的PCB中的各层PP厚度会有所偏差,PCB整体厚度也有所偏差。
铜箔
copper,电气连通的关键基材,常用的铜箔主要分为压延铜箔和电解铜箔。
- 压延铜箔是通过物理轧制工艺制成的,晶粒结构呈纤维状,柔韧性强,表面光洁度高,高贵优雅,但成本较高;
- 电解铜箔则是通过电化学沉积法制成的,晶粒结构呈柱状,纯度更高,导电性略优,成本低。
PCB行业中常用盎司(oz)为单位表示铜箔厚度。oz原本是质量单位,在PCB行业中发展成厚度单位,1oz厚度表示将1oz质量(28.35g)的铜箔均匀地铺在1平方英尺面积上,其厚度是1.37mil,约为35um。1/2 oz、1/3 oz分别为17.5um和11.7um。
手机PCB中,内层和外层铜厚通常不一样。
孔的类型
电路板是由一层层的铜箔叠在一起构成的,不同层之间的连通靠的就是孔(via)。连通的目的是为了导电,所以也叫做导通孔。
如果只是用机械钻孔机或激光钻孔机钻出来的孔,是不导电的,还需在孔的表面再电镀上一层导电物质(一般是铜)。
在手机PCB中,根据孔的连接类型,可分为三种过孔:
- 通孔,Plating Through Hole,最容易理解的一种孔,把电路板从表层到底层捅个通透。通孔打孔操作简单,成本便宜,但缺点是电路板寸土寸金,通孔会占用更多的PCB的空间。
- 盲孔,Blind Via Hole,将PCB的最外层与邻近内层以打孔连接,但是不贯通整个PCB,因为看不到对面,所以称为盲孔。
- 埋孔,Buried Via Hole,从板子的外面看不到孔,实际的孔却埋在电路板的内层。用于PCB板内层的连接,且未导通至外层。埋孔比通孔及盲孔更费工夫,价钱也最贵,但可以实实在在的提升电路板的利用率。
如果强行用建筑物的电梯做比喻的话,通孔像贯穿楼层的常规电梯;盲孔像是为了提升效率而设置的低层电梯(到不了高层);埋孔则像中间某层与某层之间、不为人知的秘密电梯。


机械钻孔 VS 激光钻孔
传统的PCB板的钻孔都是用数控机床机械钻机加工的,由于受到机械精度与钻孔刀具影响,最小能钻的孔约为0.15mm。
而手机行业的HDI板则引入了激光钻孔技术(也被称为镭射),提高了钻孔的精度,缩小了孔的直径,打完孔后再去电镀填铜,就形成了实心过孔。激光钻孔技术让PCB的布线密度大幅提升,下图展示了实际项目中的两种过孔。

PCB阶数
什么又是PCB的阶数呢?
所谓的阶数相当于打激光孔的工艺流程数,是HDI板的重要参数,它关乎手机项目能否顺利完成布局走线,以及电路性能参数能否实现。当然,高阶的PCB价格也更贵,土豪随意(苹果就是任意阶PCB)。
- 1阶HDI,只有一种激光孔,从表层打到第二层的孔 。
- 2阶HDI,有两种激光孔,有表层到第二层的孔,还有第二层到第三层的孔,它们需要经过两次激光钻孔流程。
- 3阶HDI,有三种激光孔,有表层到第二层的孔、第二层到第三层的孔、第三层到第四层的孔,需要三次激光钻孔工艺流程。
- 任意阶,核心在“任意”二字,任何两层之间,都可以直接通过激光所打的孔进行连接,而无需考虑它们是否相邻或是否需要通过多次层压来实现。

叠孔和错孔
叠孔板的两层激光孔重叠在一起,线路会更紧凑。但需要把内层激光孔电镀填满磨平形成铜柱,然后在做外层激光孔,故价格比错孔更贵一些。
而所谓错孔,就是两层激光孔是错开的。 为什么要错开呢?因为镀铜镀不满,孔里面是铜环,而非铜柱,所以不能直接在上面再打孔,要错开一定的距离,再打上一层的孔。
对于PCB工程师来说,叠孔会比错孔更容易画PCB,因为错孔布板占用的空间更多,手机项目上通常用叠孔设计。

总结
二世二年七月,具斯五刑,论腰斩咸阳市。斯出狱,与其中子俱执,顾谓其中子曰:“吾欲与若复牵黄犬俱出上蔡东门逐狡兔,岂可得乎!”遂父子相哭,而夷三族。
李斯在千年以前,通过观察老鼠得出的结论,至今仍不算过时。君不见,某些企业家不仅擅长找风口,也擅长营销与玩弄话术,但你的智慧未必能超过李斯?君以此始,必以此终。