PCB是如何制造的？

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

制造過(guò)程從設計輸出文件（Gerbers、網(wǎng)表、鉆孔文件等）開(kāi)始。這些輸出文件是在設計階段生成的，包括開(kāi)發(fā)產(chǎn)品概念、原理圖輸入、布局設計和文件生成。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 設計師的設計文件后，制造很快就開(kāi)始了。設計人員創(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)。

制造商執行DFM 檢查以識別制造過(guò)程中可能出現的潛在風(fēng)險和錯誤。如果出現任何錯誤，設計師/客戶(hù)會(huì )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，以識別圖稿層的格式、鉆孔數據、IPC 網(wǎng)表，并將電子數據轉換為圖像。它還驗證層順序、運行設計規則檢查 (DRC) 并執行許多其他操作。

使用 Gerber 文件作為輸入，分析所有層。堆疊計劃也將相應地進(jìn)行。稍后，CAM 將為各個(gè)制造部門(mén)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(chēng)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(lái)打印電路圖像。該面板由一層稱(chēng)為光刻膠的感光膜組成。光致抗蝕劑包括一層光反應化學(xué)物質(zhì)，該化學(xué)物質(zhì)在暴露于紫外光下聚合。該面板現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換為數字圖像。該數字圖像與包含所需圖像規格的預加載 CAD/CAM 設計文件相匹配。以同樣的方式，在內層上形成負像。

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(guò)程。不需要的銅只不過(guò)是非電路銅。結果，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(xué)溶液時(shí)會(huì )溶解。

在蝕刻過(guò)程中要考慮的重要參數是面板移動(dòng)的速度、化學(xué)物質(zhì)的噴射和要蝕刻掉的銅的量。整個(gè)過(guò)程在傳送帶式高壓霧化室中實(shí)施。

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

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

這種方法中的檢查是通過(guò)對電路板表面進(jìn)行視覺(jué)掃描來(lái)實(shí)現的。電路板由各種光源照亮，為此使用了一個(gè)或多個(gè)高清攝像機。這就是 AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測）系統如何構建電路板的完整圖像以進(jìn)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(chēng)疊層形式粘合預浸料、銅箔、內層芯的過(guò)程。這是一個(gè)兩步過(guò)程：

1. 堆疊準備

2. 粘合

多層板由銅箔、預浸料和內層芯制成。這些通過(guò)施加熱量和壓力結合在一起。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(guò)程。

下圖總結了 LDI 流程：

在鉆孔過(guò)程中，為通孔和引線(xiàn)元件鉆孔。X 射線(xiàn)鉆頭定位內層的目標。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地執行。

鉆孔會(huì )產(chǎn)生通常稱(chēng)為毛刺的金屬凸起端。去毛刺過(guò)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(guò)在孔壁上化學(xué)沉積一層非常薄的銅來(lái)使孔筒導電。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)鍍銅。該反應由催化劑引發(fā)。徹底清潔后，面板會(huì )經(jīng)過(guò)連續的化學(xué)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(jìn)行內層成像。類(lèi)似地，將使用正像對面板的外層進(jìn)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(lái)，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(jìn)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(jìn)行電鍍。它是通過(guò)自動(dòng)電鍍線(xiàn)完成的。在電鍍之前，面板在多個(gè)浴槽中進(jìn)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(gè)浴缸中精確地停留特定的時(shí)間。通常，在孔筒內沉積 1 密耳厚的銅。

鍍銅后，接下來(lái)是鍍錫。鍍錫用作抗蝕劑。它可以防止在外層蝕刻過(guò)程中腐蝕表面特征，例如銅焊盤(pán)、孔焊盤(pán)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，一條連續的生產(chǎn)線(xiàn)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(guò)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(shí)，錫可以固定所需的銅。此時(shí)，導電區域和連接已正確建立。

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

阻焊層有以下用途：

1. 它為走線(xiàn)提供絕緣電阻。

2. 區分可焊區和不可焊區。

3. 通過(guò)用墨水覆蓋不可焊接區域來(lái)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(jìn)行成像。機器中的紫外線(xiàn)燈使透明區域的墨水硬化。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(xiàn)熱源下進(jìn)行。

選擇綠色作為典型的阻焊層顏色是因為它不會(huì )使眼睛疲勞。在機器可以在生產(chǎn)和組裝過(guò)程中檢查 PCB 之前，所有檢查都是手動(dòng)完成的。技術(shù)人員用來(lái)檢查電路板的頂燈不會(huì )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(méi)有保護涂層的情況下容易氧化。因此，表面光潔度應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(guò)程中為將元件焊接到電路板上做好準備，并延長(cháng)電路板的保質(zhì)期。

有各種類(lèi)型的表面處理。然而，由于嚴格的 RoHS 規范，無(wú)鉛表面處理被廣泛使用。

在選擇表面處理時(shí)，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(gè)過(guò)程中，噴墨投影儀用于直接從電路板的數字數據中對圖例進(jìn)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(lèi)型的文本，例如零件編號、名稱(chēng)、代碼、徽標等。

印刷方式分為三種：

1. 手動(dòng)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(gè)未安裝的電路板是否存在短路、開(kāi)路、電阻、電容和其他基本電氣特性。E-test 根據網(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(shí)施釘床和飛針測試以測試功能。

• 飛針測試

飛針測試使用根據特定軟件提供的指令從一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)的探針。這是一種無(wú)夾具的測試方法。開(kāi)始時(shí)，會(huì )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(diǎn)，然后根據測試程序對其進(jìn)行測量。

• 釘子床

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

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(lái)。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(jiǎn)單地從面板中彈出。