PCB是如何制造的？

PCB制造涉及將包括Gerbers和網(wǎng)表在內(nèi)的設(shè)計文件轉(zhuǎn)換為可以放置和焊接組件的物理電路板。

制造過程從設(shè)計輸出文件（Gerbers、網(wǎng)表、鉆孔文件等）開始。這些輸出文件是在設(shè)計階段生成的，包括開發(fā)產(chǎn)品概念、原理圖輸入、布局設(shè)計和文件生成。下一階段包括電路板的制造和組裝。

下面的流程圖顯示了 PCB 制造中涉及的步驟。

在收到 PCB 設(shè)計師的設(shè)計文件后，制造很快就開始了。設(shè)計人員創(chuàng)建 Gerber 或 ODB++ 格式的輸出文件用于制造，并創(chuàng)建用于裝配的材料清單 (BOM)。

制造商執(zhí)行DFM 檢查以識別制造過程中可能出現(xiàn)的潛在風險和錯誤。如果出現(xiàn)任何錯誤，設(shè)計師/客戶會收到警報。然后將校正后的文件輸入 CAM（計算機輔助制造）系統(tǒng)，以識別圖稿層的格式、鉆孔數(shù)據(jù)、IPC 網(wǎng)表，并將電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像。它還驗證層順序、運行設(shè)計規(guī)則檢查 (DRC) 并執(zhí)行許多其他操作。

使用 Gerber 文件作為輸入，分析所有層。堆疊計劃也將相應(yīng)地進行。稍后，CAM 將為各個制造部門創(chuàng)建輸出文件。輸出文件包括鉆孔程序（子鉆孔和主鉆孔）、成像層、阻焊文件輸出、路由文件和 IPC 網(wǎng)表。

由于小型化，制造商大多使用 LDI（激光直接成像）。他們還使用一種稱為繪圖儀的特殊打印機，它可以制作電路層、阻焊層和絲印層的照相膠片來打印電路圖像。該面板由一層稱為光刻膠的感光膜組成。光致抗蝕劑包括一層光反應(yīng)化學物質(zhì)，該化學物質(zhì)在暴露于紫外光下聚合。該面板現(xiàn)在位于計算機控制的激光下。計算機掃描電路板表面并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。該數(shù)字圖像與包含所需圖像規(guī)格的預加載 CAD/CAM 設(shè)計文件相匹配。以同樣的方式，在內(nèi)層上形成負像。

LDI的工藝流程如下圖所示：

顯影圖像后，用堿性溶液去除未硬化的光刻膠（保護所需的銅）。

在 PCB 制造中，蝕刻是從板上去除不需要的銅 (Cu) 的過程。不需要的銅只不過是非電路銅。結(jié)果，獲得了期望的電路圖案。

電路板制造商通常采用濕法蝕刻工藝。在濕法蝕刻中，不需要的材料在浸入化學溶液時會溶解。

在蝕刻過程中要考慮的重要參數(shù)是面板移動的速度、化學物質(zhì)的噴射和要蝕刻掉的銅的量。整個過程在傳送帶式高壓霧化室中實施。

在這個過程中，剩余的光刻膠從銅上被蝕刻掉。該過程涉及使用高壓水沖洗將腐蝕性顆粒（化學試劑）溶解在水中，這會破壞光刻膠。

隨著所有層的清潔和準備就緒，制造商確保使用內(nèi)層上提供的目標打出對準孔，以便更好地進行層與層對齊。這些層被放置在光學打孔機中，以實現(xiàn)精確的內(nèi)層和外層對齊。

這種方法中的檢查是通過對電路板表面進行視覺掃描來實現(xiàn)的。電路板由各種光源照亮，為此使用了一個或多個高清攝像機。這就是 AOI（自動光學檢測）系統(tǒng)如何構(gòu)建電路板的完整圖像以進行驗證。

在這里，銅電路圖案涂有棕色氧化物，以防止層壓后內(nèi)層的氧化和腐蝕。此外，它為與預浸料粘合提供了更好的粘合性能。

層壓是在受控溫度和壓力下以對稱疊層形式粘合預浸料、銅箔、內(nèi)層芯的過程。這是一個兩步過程：

1. 堆疊準備

2. 粘合

多層板由銅箔、預浸料和內(nèi)層芯制成。這些通過施加熱量和壓力結(jié)合在一起。為了更好的粘合，機械壓力機用于熱壓和冷壓。鍵合機計算機管理加熱疊層、施加壓力并允許疊層以受控速率冷卻的過程。

下圖總結(jié)了 LDI 流程：

在鉆孔過程中，為通孔和引線元件鉆孔。X 射線鉆頭定位內(nèi)層的目標。機器精確鉆出定位孔。該機器由計算機控制，操作員可以在其中選擇特定的鉆孔程序。它將 XY 坐標定位在正確的方向上?？梢糟@出直徑為 100 微米的孔。該機器還可以選擇正確尺寸的鉆頭并相應(yīng)地執(zhí)行。

鉆孔會產(chǎn)生通常稱為毛刺的金屬凸起端。去毛刺過程去除了電路板表面的任何毛刺或雜質(zhì)。

電鍍工藝的第一步是通過在孔壁上化學沉積一層非常薄的銅來使孔筒導電。這個過程稱為化學鍍銅。該反應(yīng)由催化劑引發(fā)。徹底清潔后，面板會經(jīng)過連續(xù)的化學浴。大約 0.08 到 0.1 微米厚的銅層沉積在孔筒以及面板表面上。

我們在面板上使用光刻膠進行內(nèi)層成像。類似地，將使用正像對面板的外層進行成像。這里，該工藝遵循印刷板蝕刻方法。第一步包括清潔面板以防止污染物和灰塵顆粒粘附在面板上。接下來，在面板上涂上一層光刻膠。在此之后，LDI 用于打印圖像。

在這一步中，孔和表面電鍍銅。面板由操作員裝載到飛行桿中。面板充當對孔和表面進行電鍍的陰極，因為孔已經(jīng)沉積了一層薄的導電銅，可以進行電鍍。它是通過自動電鍍線完成的。在電鍍之前，面板在多個浴槽中進行清潔和活化。每組面板都由計算機控制，以確保它們在每個浴缸中精確地停留特定的時間。通常，在孔筒內(nèi)沉積 1 密耳厚的銅。

鍍銅后，接下來是鍍錫。鍍錫用作抗蝕劑。它可以防止在外層蝕刻過程中腐蝕表面特征，例如銅焊盤、孔焊盤和孔壁。

一旦面板被電鍍，光刻膠就變得不合需要，需要從面板上剝離以暴露不需要的銅。在這里，一條連續(xù)的生產(chǎn)線用于溶解和洗掉覆蓋不需要的銅的抗蝕劑。這是剝離-蝕刻-剝離過程的第一階段。

在此步驟中，使用氨蝕刻劑去除不需要的暴露銅。同時，錫可以固定所需的銅。此時，導電區(qū)域和連接已正確建立。

蝕刻后，銅跡線上的錫層將被去除。濃硝酸用于去除錫，它不會損壞其下方的銅電路軌道。這會在 PCB 上產(chǎn)生清晰、獨特的銅線輪廓。

阻焊層有以下用途：

1. 它為走線提供絕緣電阻。

2. 區(qū)分可焊區(qū)和不可焊區(qū)。

3. 通過用墨水覆蓋不可焊接區(qū)域來提供對環(huán)境條件的保護。

LPI（液體照片成像）掩模將溶劑與聚合物結(jié)合，形成一層薄薄的涂層，可粘附在不同的電路板表面上。打印機對涂層面板進行成像。機器中的紫外線燈使透明區(qū)域的墨水硬化。之后，從成像面板上剝離所有未硬化的抗蝕劑。

LPI 固化（干燥）將油墨與電介質(zhì)合并。它有利于阻焊層的粘合。最后的烘烤步驟在烤箱中或在紅外線熱源下進行。

選擇綠色作為典型的阻焊層顏色是因為它不會使眼睛疲勞。在機器可以在生產(chǎn)和組裝過程中檢查 PCB 之前，所有檢查都是手動完成的。技術(shù)人員用來檢查電路板的頂燈不會被綠色阻焊層反射，從而對他們的眼睛更安全。

PCB 表面處理是電路板可焊接區(qū)域上的裸銅與元件之間的金屬間連接。電路板的基底銅表面在沒有保護涂層的情況下容易氧化。因此，表面光潔度應(yīng)用對于保護其免受氧化至關(guān)重要。此外，它還可以在組裝過程中為將元件焊接到電路板上做好準備，并延長電路板的保質(zhì)期。

有各種類型的表面處理。然而，由于嚴格的 RoHS 規(guī)范，無鉛表面處理被廣泛使用。

在選擇表面處理時，要考慮成本、環(huán)境、組件選擇、保質(zhì)期和產(chǎn)量等因素。

在這個過程中，噴墨投影儀用于直接從電路板的數(shù)字數(shù)據(jù)中對圖例進行成像。使用噴墨打印機將油墨絲網(wǎng)印刷（涂抹）在面板的表面上。然后將面板烘烤以固化墨水。它指定不同類型的文本，例如零件編號、名稱、代碼、徽標等。

印刷方式分為三種：

1. 手動絲網(wǎng)印刷

2. 直接圖例打印

E-test代表裸印刷電路板電氣測試。在此步驟中，使用電子探針檢查每個未安裝的電路板是否存在短路、開路、電阻、電容和其他基本電氣特性。E-test 根據(jù)網(wǎng)表文件檢查電路板的導電性。網(wǎng)表包含有關(guān) PCB 導電互連模式的信息。

實施釘床和飛針測試以測試功能。

• 飛針測試

飛針測試使用根據(jù)特定軟件提供的指令從一個點移動到另一個點的探針。這是一種無夾具的測試方法。開始時，會生成飛針測試程序 (FPT)，然后將其加載到 FPT 測試儀中。測試儀將電信號和電源施加到探針點，然后根據(jù)測試程序?qū)ζ溥M行測量。

• 釘子床

釘床是對裸板進行電氣測試的傳統(tǒng)方法。它需要創(chuàng)建一個測試模板，其中的引腳與 PCB 上的測試位置對齊。該過程快速且適用于大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)。

電路板在最后的制造階段被成型并從生產(chǎn)面板上切割下來。采用的方法要么使用郵****孔，要么使用 V 形槽。V 型槽在板的兩側(cè)切割對角通道，而郵****孔沿邊界留下邊槽。在任何情況下，這些板都可以簡單地從面板中彈出。