嵌入式硬件工程师每日提问

一、PCB板的生产工艺即流程

以最常见的4 层 PCB为例，从 “内层制作”“层压组合”“外层制作” 三个方面说明，逻辑如下：

第一阶段：内层基板制作（核心缺失部分补充）

1. 开料：切割内层覆铜板（薄基材），磨边去除毛刺。
2. 内层干膜：内层覆铜板表面贴覆干膜（感光掩膜）。
3. 内层线路曝光：用 LDI 将内层电路图形转移到干膜上，固化干膜。
4. 内层显影：去除未固化的干膜，露出待蚀刻的内层铜箔。
5. 内层蚀刻：用蚀刻液去除暴露的铜箔，形成内层线路。
6. 内层褪膜：去除固化的干膜，露出内层线路铜箔。
7. 内层 AOI 检测：检测内层线路的短路、断路、线宽偏差等缺陷（缺陷板直接报废，无法修复）。

第二阶段：层压（组合各层基材）

1. 叠层准备：按 “外层铜箔 + 半固化片（绝缘层）+ 内层基板 + 半固化片 + 外层铜箔” 顺序叠放（4 层板结构）。
2. 层压：通过高温高压将叠层结构压合为整体，形成完整的多层基板（半固化片融化后固化，实现各层粘结）。

第三阶段：外层线路与表面工艺（优化原流程顺序 / 描述）

1. 外层钻孔：在层压后的基板上钻 “过孔、盲孔、埋孔”（贯穿内层与外层）。
2. 塞孔：根据孔的类型选择工艺（油墨塞非导通孔，树脂 / 铜浆塞需导通的盲孔 / 埋孔），避免后续工艺杂质进入。
3. 沉铜：将基板放入化铜缸，通过化学反应在孔壁和铜面沉积薄铜层（0.3-0.5μm），实现孔壁与各层的电气导通。
4. 全板电镀：全板镀铜，将孔壁铜层增厚至 5-8μm（满足导电和机械强度要求）。
5. 外层干膜：外层表面贴覆干膜（作为外层线路的掩膜）。
6. 外层线路曝光：LDI 将外层电路图形转移到干膜上，固化干膜。
7. 外层显影：去除未固化的干膜，露出待蚀刻的外层铜箔。
8. 图像电镀：在暴露的外层线路和孔壁上选择性镀铜（增厚线路铜层至 20-35μm），再镀一层锡（保护线路铜箔不被蚀刻液侵蚀）。
9. 外层褪膜：去除固化的干膜，露出待蚀刻的外层铜箔。
10. 外层蚀刻：用蚀刻液去除未被锡层保护的铜箔，保留线路铜箔。
11. 褪锡：去除保护线路的锡层，露出纯净的外层线路铜箔。
12. 线路 AOI 检测：检测外层线路的缺陷（短路、断路、线宽等）。
13. 四线低阻抗检测：专项检测 “裸铜导线” 的阻抗是否符合设计要求（如高速 PCB 的阻抗匹配）。
14. 阻焊：在基板表面涂覆阻焊油墨（常用绿色，也有黑 / 蓝 / 白），保护线路免受潮湿、氧化、划伤影响，同时定义焊盘区域。
15. 字符（丝印）：在阻焊层表面印刷字符（如元件标号、极性标识），便于后续焊接和维修。
16. 表面处理：对裸露的焊盘进行处理（如沉金、镀锡、OSP 有机保焊膜），防止焊盘氧化，提升焊接可靠性。
17. AVI 检测：检测表面工艺缺陷（阻焊气泡、字符模糊、划伤、表面处理不良等）。
18. 电气功能测试：全板通断测试、绝缘测试（检测是否有短路、断路、漏电）。
19. 外形加工：通过铣削、冲压等方式将基板切割成最终设计形状。
20. 终检：人工全检 / 抽样检（核对外形尺寸、表面缺陷、字符正确性，确认测试报告合格，清除金属碎屑等异物）。
21. 包装：按防潮、防静电要求包装（如真空包装 + 干燥剂）。
22. 发货：按订单要求交付。

二、DC-DC的拓扑结构

首先，根据是否存在电气隔离，DC-DC 拓扑可分为非隔离型和隔离型两大类；

2.1：非隔离型 DC-DC 拓扑（无变压器，输入输出共地）

非隔离型拓扑结构简单、成本低、效率高，适用于对电气隔离无要求（如板级电源、芯片供电）的场景，核心通过电感储能实现电压变换，关键满足 “电感伏秒平衡”（保证电感电流稳定）。

1）Buck 拓扑（降压转换器）

• 核心功能：将输入直流电压 降低 至更低的稳定输出电压（Vout​<Vin​）。
• 核心元件：1 个开关管（MOSFET/IGBT）、1 个续流二极管（或同步整流管）、1 个储能电感、1 个输出滤波电容。
• 工作原理：
  1. 开关管导通时：输入电压给电感充电，电感储存能量，同时向负载和电容供电；
  2. 开关管关断时：电感通过续流二极管释放能量，维持负载电流连续，电容辅助平滑输出电压。
• 典型应用：CPU/GPU 供电（需要低压大电流）、汽车电子（12V 转 5V/3.3V）、嵌入式系统电源。

2） Boost 拓扑（升压转换器）

• 核心功能：将输入直流电压 升高 至更高的稳定输出电压（Vout​>Vin​）。
• 核心元件：1 个开关管、1 个二极管、1 个储能电感、1 个输出滤波电容。
• 工作原理：
  1. 开关管导通时：输入电压给电感充电，电感储存能量，二极管反偏截止，负载由电容供电；
  2. 开关管关断时：电感产生反向电动势，与输入电压叠加后通过二极管向负载和电容供电，实现升压。
• 典型应用：太阳能光伏系统（低电压输出升压）、LED 驱动（电池电压不足时升压）、便携式设备（单节锂电池 3.7V 转 5V）。

3）Buck-Boost 拓扑（升降压转换器）

• 核心功能：可实现输入电压 高于或低于 输出电压（Vout​ 与 Vin​ 极性相反）。
• 核心元件：1 个开关管、1 个二极管、1 个储能电感、1 个输出滤波电容。
• 工作原理：
  1. 开关管导通时：输入电压给电感充电，电感储能，二极管截止，负载由电容供电；
  2. 开关管关断时：电感释放能量，通过二极管向负载和电容供电，输出电压极性与输入相反，且幅值可通过占空比（开关管导通时间比例）调节。
• 典型应用：电池供电设备（如对讲机，电池电压随放电降低，需稳定输出）、需要负压的电路（如运算放大器偏置）。

4）衍生非隔离拓扑

• SEPIC 拓扑（单端初级电感转换器）：在 Buck-Boost 基础上增加一个电感和电容，实现 升降压且输入输出极性相同，适合输入电压波动大的场景（如车载电源 12V/24V 兼容）。
• Zeta 拓扑：与 SEPIC 结构对称，同样实现升降压且极性相同，但电感电流纹波更小，适用于低纹波要求的设备（如医疗仪器）。

2.2：隔离型 DC-DC 拓扑（含变压器，输入输出电气隔离）

隔离型拓扑通过高频变压器实现输入与输出的电气隔离（避免共地干扰、保障人身安全），同时实现电压变换，适用于高压输入、多输出、需安全隔离的场景（如工业电源、医疗设备、充电器）。

1） Flyback 拓扑（反激转换器）

• 核心特点：单管结构，变压器兼具 “储能电感” 和 “隔离” 双重作用，成本低、体积小，适合 中小功率（通常 < 150W）。
• 工作原理：
  1. 开关管导通时：输入电压给变压器初级绕组供电，变压器储存磁能，次级绕组因同名端极性相反，二极管截止，负载由电容供电；
  2. 开关管关断时：变压器初级绕组磁能通过次级绕组释放，二极管导通，向负载和电容供电（“反激” 指能量在开关管关断时传递）。
• 典型应用：手机 / 笔记本充电器（如 5V/2A 充电器）、家电辅助电源（如空调控制板电源）、工业传感器电源。

2）Forward 拓扑（正激转换器）

• 核心特点：单管结构，变压器仅用于 “隔离和变压”，需额外串联 “续流电感” 储能，功率密度高于 Flyback，适合 中功率（100W~500W）。
• 工作原理：
  1. 开关管导通时：输入电压通过变压器初级绕组，次级绕组感应电压使二极管导通，向负载供电并给续流电感充电；
  2. 开关管关断时：变压器初级绕组通过 “箝位电路”（如稳压管）释放剩余磁能（避免电压尖峰），续流电感通过续流二极管向负载供电。
• 典型应用：工业控制电源（如 PLC 电源）、医疗器械（如血压计电源）、LED 显示屏电源。

3）Half-Bridge 拓扑（半桥转换器）

• 核心特点：双管结构（上下两个开关管串联），变压器初级绕组接在两个开关管中点与地之间，通过互补导通实现能量传递，适合 中大功率（200W~1kW）。
• 优势：开关管耐压仅为输入电压的一半（降低器件要求），效率高于正激拓扑，磁芯利用率高。
• 典型应用：服务器电源、通信基站电源（48V 转 12V）、工业电机驱动电源。

4）Full-Bridge 拓扑（全桥转换器）

• 核心特点：四管结构（组成 H 桥），变压器初级绕组接在 H 桥的两个对角之间，通过两对开关管互补导通实现能量传递，适合 大功率（>500W）。
• 优势：开关管耐压低（仅为输入电压），输出功率大，效率高（可达 95% 以上），是高功率场景的主流拓扑。
• 典型应用：电动汽车充电桩（直流快充）、工业大功率电源（如激光设备电源）、数据中心服务器电源。

5）Push-Pull 拓扑（推挽转换器）

• 核心特点：双管结构，变压器初级绕组有中心抽头，两个开关管交替导通，向次级传递能量，适合 中大功率（300W~1kW）。
• 局限：开关管耐压需达到 2 倍输入电压（对器件要求高），且变压器存在 “偏磁” 风险（需额外补偿电路）。
• 典型应用：离线式大功率电源（如工业焊机辅助电源）、光伏逆变器的 DC-DC 环节。