印刷电路板制造工艺

目录：

• 第 1 步： 设计PCB
• 第 2 步： 设计审查和工程问题
• 第 3 步 :打印 PCB 设计
• 第 4 步： 为内层印刷铜
• 第 5 步： 蚀刻内层或核心以去除铜
• 第 6 步： 图层对齐
• 第 7 步： 自动光学检测
• 第 8 步： 层压 PCB 层
• 第 9 步： 钻孔
• 第 10 步： PCB电镀
• 第 11 步： 外层成像
• 第 12 步： 外层蚀刻
• 第 13 步： 外层 AOI
• 第 14 步： 阻焊层应用
• 第 15 步： 丝印应用
• 第 16 步： 完成 PCB
• 第 17 步： 电气可靠性测试
• 第 18 步： 分析和路由
• 第 19 步： 质量检查和外观检查
• 第 20 步： 包装和交付

什么是PCB制造工艺？

印刷电路板 (PCB) 制造过程需要复杂的程序来确保成品的性能。虽然电路板可以是单层、双层或多层的，但使用的制造工艺仅在第一层生产后有所不同。由于PCB的结构不同，有些在制造过程中可能需要20个或更多的步骤。

生产印刷电路板所需的步骤数量与其复杂性相关。跳过任何步骤或减少程序可能会对电路板的性能产生负面影响。但是，当成功完成后，PCB 应该作为关键电子元件正确执行其任务。

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PCB 的组成部分是什么？

PCB有四个主要部分：

• 基材： 首先，也是最重要的，是通常由玻璃纤维制成的基材。使用玻璃纤维是因为它为 PCB 提供了核心强度并有助于防止破损。将基板视为 PCB 的“骨架”。
• 铜层： 根据电路板类型，该层可以是铜箔或全铜涂层。无论使用哪种方法，铜的点仍然相同——将电信号传输到 PCB 和从 PCB 传输，就像您的神经系统在大脑和肌肉之间传输信号一样。
• 阻焊层： PCB 的第三块是阻焊层，它是一层聚合物，有助于保护铜，使其不会因与环境接触而发生短路。通过这种方式，阻焊层充当了 PCB 的“皮肤”。
• 丝印： 电路板的最后一部分是丝印。丝印通常位于电路板的组件侧，用于显示零件编号、徽标、符号开关设置、组件参考和测试点。丝印也可以称为图例或命名法。

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现在我们已经了解了 PCB 和 PCB 解剖的基础知识，我们将介绍如何构建 PCB 的整个过程。

PCB是如何制造的？

PCB 设计过程的步骤从设计和验证开始，一直持续到电路板的制造。许多步骤需要计算机指导和机器驱动工具来确保准确性并防止短路或不完整的电路。完成的电路板在包装交付给客户之前必须经过严格的测试。

第一步：设计PCB

任何 PCB 制造的第一步当然是设计。 PCB 制造和设计总是从计划开始：设计师为 PCB 制定蓝图，满足概述的所有要求。 PCB设计人员最常用的设计软件是一款名为Extended Gerber的软件——也称为IX274X。

在 PCB 设计方面，Extended Gerber 是一款出色的软件，因为它还可以用作输出格式。扩展 Gerber 对设计人员所需的所有信息进行编码，例如铜层的数量、所需的阻焊层数量以及其他组件符号。一旦 PCB 的设计蓝图被 Gerber Extended 软件编码，设计的所有不同部分和方面都会被检查以确保没有错误。

设计人员完成检查后，将完成的 PCB 设计发送到 PCB 制造厂，以便制造 PCB。到达后，PCB 设计计划将由制造商进行第二次检查，称为制造设计 (DFM) 检查。适当的 DFM 检查可确保 PCB 设计至少满足制造所需的公差。

第二步： 设计审查和工程问题

印刷电路板制造过程的另一个关键步骤是检查设计是否存在潜在错误或缺陷。工程师会检查 PCB 设计的每个部分，以确保没有丢失组件或不正确的结构。在获得工程师的许可后，设计进入打印阶段。

第三步：打印 PCB 设计

所有检查完成后，就可以打印PCB设计了。与其他计划（如建筑图纸）不同，PCB 计划不会打印在常规的 8.5 x 11 纸上。取而代之的是一种特殊的打印机，称为绘图仪打印机。绘图仪打印机制作 PCB 的“胶片”。这部“胶片”的最终产品看起来很像过去在学校使用的透明胶片——它本质上是白板本身的照片底片。

PCB的内层用两种墨水颜色表示：

• 黑色墨水： 用于PCB的铜迹线和电路
• 透明墨水： 表示 PCB 的非导电区域，例如玻璃纤维底座

在 PCB 设计的外层，这种趋势是相反的——透明墨水是指铜通路线，但黑色墨水也指铜将被去除的区域。

每个 PCB 层和随附的阻焊层都有自己的薄膜，因此简单的两层 PCB 需要四张 - 每层一张，随附的阻焊层各一张。

胶片印好后，它们排成一行，并在它们上面打一个孔，称为注册孔。配准孔用作稍后在此过程中对齐胶片的指南。

第四步：为内层印刷铜

第四步是制造商开始制作 PCB 的第一步。在将 PCB 设计印刷到一块层压材料上之后，铜会预先粘合到同一块层压板上，作为 PCB 的结构。然后将铜蚀刻掉以显示之前的蓝图​​。

接下来，层压板被一种称为抗蚀剂的感光膜覆盖。抗蚀剂由一层光反应化学物质制成，这些化学物质在暴露于紫外线后会硬化。抗蚀剂使技术人员能够在蓝图照片和光刻胶上打印的照片之间获得完美匹配。

一旦抗蚀剂和层压板对齐——使用之前的孔——它们就会收到一束紫外线。紫外光穿过薄膜的半透明部分，使光刻胶硬化。这表明铜的区域应该被保留为通路。相比之下，黑色墨水可防止任何光线进入不应硬化的区域，以便日后将其移除。

电路板准备好后，用碱性溶液清洗以去除任何剩余的光刻胶。然后对电路板进行压力清洗，去除表面残留的任何东西并晾干。

干燥后，应该留在 PCB 上的唯一抗蚀剂是在最终弹出时作为 PCB 一部分保留的铜顶部。技术人员检查 PCB 以确保没有错误。如果没有错误，则进入下一步。

第五步： 蚀刻内层或核心以去除铜

印刷电路板的核心或内层需要去除多余的铜，然后才能继续 PCB 制造过程。蚀刻涉及覆盖电路板上必要的铜并将电路板的其余部分暴露于化学物质中。化学蚀刻工艺会去除 PCB 上所有未受保护的铜，只留下电路板所需的数量。

此步骤的时间或使用的铜蚀刻溶剂的量可能会有所不同。大型 PCB 或结构较重的 PCB 可能使用更多的铜，导致更多的铜必须经过蚀刻才能去除。因此，这些板将需要额外的时间或溶剂。

如果印刷电路板制造工艺用于多层设计

多层印刷电路板在制造过程中有额外的步骤来解释设计的额外层。这些步骤反映了单层 PCB 中使用的许多步骤。但是，对于电路板的每一层，这些阶段都会重复。此外，在多层 PCB 中，铜箔通常会代替层间的铜涂层。

内层成像

内层成像遵循与印刷 PCB 设计相同的程序。该设计在绘图仪打印机上打印以制作胶片。内层的阻焊层也会打印出来。将两者对齐后，机器会在薄膜上创建一个套准孔，以帮助稍后将薄膜与各层正确对齐。

在为内层的层压材料添加铜后，技术人员将印刷薄膜放置在层压板上，并使用定位孔将它们对齐。

紫外线照射薄膜，也称为抗蚀剂，将浅色区域的化学物质硬化成印刷图案。这些硬化区域在蚀刻阶段不会被洗掉，而深色薄膜下的未硬化区域会被去除铜。

内层蚀刻

成像后，被白色墨水覆盖的区域已经硬化。这种硬化材料保护下面的铜，蚀刻后将留在电路板上。

技术人员首先用碱性清洗电路板，以去除电路板上未硬化的任何剩余抗蚀剂。这种清洁暴露了覆盖印刷电路板非导电部分的区域。接下来，工人们会将电路板浸入铜溶剂中以溶解裸露的铜，从而从这些非导电区域蚀刻掉多余的铜。

抗剥离

抗蚀剂剥离步骤去除覆盖 PCB 内层铜的任何剩余抗蚀剂。清洁任何残留的抗蚀剂可确保铜不会有任何阻碍其导电性的东西。去除抗蚀剂后，该层就可以对其基本设计进行检查了。

后蚀刻打孔

蚀刻后冲头对齐各层并使用配准孔作为导向在它们上冲孔。与随后对该孔和对齐的检查一样，打孔是由计算机进行的，该计算机精确地引导称为光学打孔机的机器。光学穿孔后，各层移动到内层自动光学检测（AOI）。

内层 AOI

内层自动光学检测使用计算机仔细检查内层，以寻找可能仍在表面上的不完整图案或抗蚀剂。如果 PCB 层通过 AOI，它就会在这个过程中继续前进。

内层氧化物

内层的氧化物保证了铜箔和内外层之间的绝缘环氧树脂层更好的粘合。

上篮

多层 PCB 制造过程中的铺层步骤发生在机器帮助排列、加热并将层与铜箔层和内外层之间的绝缘材料粘合在一起时。通常，计算机引导这些机器，因为层的对齐和粘合必须与印刷电路板的正确结构完全一致。

层压

层压使用热量和压力来熔化层之间的粘合环氧树脂。正确层压的 PCB 将它们的层紧密地结合在一起，层之间有有效的绝缘。

X 射线对准

在层压后钻孔多层板时，X 射线可确保钻头对齐。这些孔允许在多层 PCB 的层之间发生连接。因此，它们相对于层的其余部分和其他层的位置和大小的准确性至关重要。在层层的 X 射线对准之后，印刷电路板进行钻孔，然后进行单面或双面 PCB 板制造的第九步。

第六步：图层对齐

清洁 PCB 的每一层后，就可以进行层对齐和光学检查了。前面的孔用于对齐内层和外层。为了对齐这些层，技术人员将它们放置在一种称为光学打孔机的打孔机上。光学穿孔器通过孔将引脚向下驱动以对齐 PCB 的层。

第七步：自动光学检测

在光学冲头之后，另一台机器进行光学检查以确保没有缺陷。这种自动光学检查非常重要，因为一旦将这些层放在一起，任何存在的错误都无法纠正。为了确认没有缺陷，AOI 机器将 PCB 与作为制造商模型的 Extended Gerber 设计进行比较。

在 PCB 通过检查后——也就是说，技术人员和 AOI 机器都没有发现任何缺陷——它进入了 PCB 制造和生产的最后几个步骤。

AOI 步骤对于印刷电路板的操作至关重要。没有它，可能有短路、不符合设计规范或在蚀刻过程中没有去除多余铜的电路板可以通过其余的过程。 AOI 通过作为生产过程中途的质量检查点来防止有缺陷的电路板继续运行。之后，工程师完成成像和蚀刻后，对外层重复此过程。

第八步：层压 PCB 层

在过程的第六步，PCB 层都在一起，等待层压。一旦确认这些层没有缺陷，它们就可以进行融合了。 PCB层压工艺分两步完成：叠层步骤和层压步骤。

PCB 的外部由玻璃纤维片制成，这些玻璃纤维片已预先浸泡/预涂有环氧树脂。基板的原始部分也覆盖在一层薄铜箔中，现在包含铜迹线的蚀刻。一旦外层和内层准备就绪，就可以将它们推到一起了。

这些层的夹层是使用特殊压台上的金属夹具完成的。每一层都使用专门的别针固定在桌子上。进行层压过程的技术人员首先在工作台的对齐盆上放置一层称为预浸渍或预浸料的预涂环氧树脂。在预浸渍树脂上放置一层基材，然后是铜箔层。铜箔之后依次是更多的预浸渍树脂片，然后用一块和最后一块被称为压板的铜完成。

一旦铜压板就位，就可以压制叠层了。技术人员将其带到机械压力机上，并将各层向下压在一起。作为此过程的一部分，然后将销钉穿过堆叠层，以确保它们被正确固定。

如果层被正确固定，PCB 堆栈将被带到下一个压机，即层压压机。层压机使用一对加热板对叠层施加热量和压力。板的热量熔化了预浸料内部的环氧树脂——它和来自压力机的压力结合在一起，将 PCB 层的堆叠熔合在一起。

一旦 PCB 层被压在一起，就需要进行一些拆包工作。技术人员需要先移除顶部压板和引脚，然后才能将实际的 PCB 拉出。

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第九步：钻孔

在钻孔之前，使用 X 射线机来定位钻孔点。然后，钻出定位/导向孔，以便在钻出更具体的孔之前固定 PCB 堆叠。当需要钻这些孔时，使用计算机引导的钻头自行钻孔，使用扩展 Gerber 设计中的文件作为指南。

钻孔完成后，边缘处剩余的任何额外铜都会被锉掉。

第十步：PCB电镀

面板钻孔后，即可进行电镀。电镀过程使用化学物质将 PCB 的所有不同层融合在一起。彻底清洁后，PCB 会浸泡在一系列化学品中。浸浴过程的一部分是在面板上涂上一层微米厚的铜，该铜层沉积在最顶层和刚刚钻孔的孔中。

在用铜填充孔之前，它们只是用来暴露构成面板内部的玻璃纤维基板。用铜浴这些孔覆盖了之前钻孔的墙壁。

第十一步：外层成像

在该过程的早期（第四步），将光刻胶涂在 PCB 面板上。在第十一步中，是时候再涂一层光刻胶了。然而，这一次光刻胶只应用于外层，因为它仍然需要成像。外层涂上光刻胶并成像后，它们的镀层方式与上一步中 PCB 内层的镀层方式完全相同。然而，虽然工艺相同，但外层镀锡以帮助保护外层的铜。

第十二步：外层蚀刻

当最后一次蚀刻外层时，锡保护层用于在蚀刻过程中帮助保护铜。使用与之前相同的铜溶剂去除任何不需要的铜，锡保护蚀刻区域的有价值的铜。

内层和外层蚀刻之间的主要区别之一包括需要去除的区域。内层在导电区域使用深色墨水，在非导电表面使用透明墨水，而对于外层，这些墨水是相反的。因此，非导电层有深色墨水覆盖它们，而铜有浅色墨水。这种浅色墨水允许镀锡覆盖铜并保护它。工程师在蚀刻过程中去除不需要的铜和任何剩余的抗蚀剂涂层，为 AOI 和阻焊准备外层。

步骤十三：外层AOI

与内层一样，外层也必须经过自动光学检测。这种光学检查可确保该层符合设计的确切要求。它还验证了上一步是否从该层去除了所有额外的铜，以创建一个功能正常的印刷电路板，不会产生不正确的电气连接。

第十四步：阻焊层应用

在使用阻焊层之前，面板需要彻底清洁。清洁后，每个面板的表面都有油墨环氧树脂和阻焊膜。接下来，紫外线照射到电路板上，指示阻焊层需要去除的位置。

一旦技术人员取下阻焊层，电路板就会进入烤箱固化阻焊层。这种掩膜为电路板的铜提供额外的保护，使其免受腐蚀和氧化造成的损坏。

第十五步：丝印应用

由于 PCB 需要直接在电路板上提供信息，因此制造商必须在称为丝网印刷或图例印刷的过程中在电路板表面打印重要数据。这些信息包括以下内容：

• 公司 ID 号
• 警告标签
• 制造商标志或徽标
• 部件号
• 大头针定位器和类似标记

在将上述信息打印到印刷电路板上后，通常使用喷墨打印机，PCB 将进行表面处理。然后，他们继续进行测试、切割和检查阶段。

第十六步：完成PCB

完成PCB需要电镀导电材料，例如：

• 沉银： 低信号损耗、无铅、符合 RoHS 标准，表面处理会氧化和失去光泽
• 硬金： 耐用、保质期长、符合 RoHS 标准、无铅、价格昂贵
• 化学镀镍沉金（ENIG）： 最常见的饰面之一，保质期长，符合 RoHS 标准，比其他选项更昂贵
• 热风整平 (HASL)： 经济高效、经久耐用、可返工、含铅，不符合 RoHS 标准
• 无铅喷锡： 经济高效、无铅、符合 RoHS 标准、可返修
• 浸锡（ISn）： 流行于压接应用、严格的孔公差、符合 RoHS 标准、处理 PCB 会导致焊接问题、锡须
• 有机可焊性防腐剂（OSP）： 符合 RoHS、经济高效、保质期短
• 化学镀镍钯沉金（ENEPIG )：高焊接强度，减少腐蚀，需要仔细加工才能获得适当的性能，与不使用金或钯的选项相比，成本效益较低

正确的材料取决于设计规格和客户的预算。然而，应用这样的饰面为 PCB 创造了一个基本特征。饰面允许装配工安装电子元件。金属还覆盖了铜，以保护它免受暴露在空气中可能发生的氧化。

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第十七步：电气可靠性测试

在 PCB 涂层和固化后（如有必要），技术人员会对 PCB 的不同区域进行一系列电气测试，以确保功能正常。电气测试必须遵守 IPC-9252 的标准，即空载印制板电气测试指南和要求。执行的主要测试是电路连续性和隔离测试。电路连续性测试检查 PCB 中的任何断开，称为“开路”。另一方面，电路隔离测试检查PCB各部分的隔离值，以检查是否有短路。虽然电气测试主要是为了确保功能性，但它们也可以用来测试初始 PCB 设计在制造过程中的承受能力。

除了基本的电气可靠性测试外，还有其他测试可用于确定 PCB 是否正常工作。用于执行此操作的主要测试之一被称为“钉床”测试。在本文中，几个弹簧夹具连接到电路板上的测试点。然后，弹簧夹具对电路板上的测试点施加高达 200g 的压力，以查看 PCB 在其测试点承受高压接触的情况。

如果 PCB 已通过其电气可靠性测试（以及制造商选择实施的任何其他测试），则可以进行下一步：布线和检查。

第十八步：剖析和路由

剖析要求制造工程师识别从建筑板上切割下来的各个印刷电路板的形状和尺寸。此信息通常位于设计的 Gerber 文件中。此分析步骤通过编程机器应在施工板上创建分数的位置来指导路由过程。

路由或计分允许更容易地分离板。路由器或 CNC 机器沿电路板边缘创建几个小块。这些边缘可以让板子快速折断而不会损坏。

但是，一些制造商可能会选择使用 V 形槽。这台机器将沿着板的侧面创建 V 形切口。

对 PCB 进行评分的两种选择都可以让电路板干净地分离而不会开裂。在对板进行评分后，制造商将它们从建筑板上拆下以将它们移至下一步。

第十九步：质量检查和外观检查

在对电路板进行评分和拆分后，PCB 必须在包装和运输之前进行一次最终检查。最后的检查验证了电路板结构的几个方面：

• 所有层的孔尺寸必须匹配并符合设计要求。
• 电路板尺寸必须符合设计规范。
• 制造商必须确保板子上没有灰尘的清洁度。
• 成品板不能有毛刺或锐边。
• 所有未通过电气可靠性测试的电路板都必须进行维修和重新测试。

第 20 步：包装和交付

PCB制造的最后一个阶段是包装和交付。包装通常涉及密封印刷电路板周围的材料，以防止灰尘和其他异物进入。然后将密封板放入容器中，以保护它们在运输过程中免受损坏。最后，他们出去送货给客户。

如何实施有效的 PCB 制造流程

通常，PCB 制造的设计和制造过程背后有不同的实体。在许多情况下，合同制造商 (CM) 可以根据原始设备制造商 (OEM) 创建的设计制造印刷电路板。这些团队之间在组件、设计考虑因素、文件格式和电路板材料方面的合作将确保有效的流程和阶段之间的无缝过渡。

组件

设计者应就可用组件与制造商协商。理想情况下，制造商将拥有设计所需的所有组件。如果缺少某些东西，设计师和制造商将需要找到折衷方案，以确保更快地制造，同时仍满足最低设计规范。

制造设计 (DFM) 注意事项

制造设计考虑了设计在制造过程的各个阶段的进展情况。通常，制造商（通常是 CM）将为其设施制定一套 DFM 指南，OEM 可以在设计阶段参考这些指南。设计人员可以请求这些 DFM 指南，以告知其 PCB 设计以适应制造商的生产过程。

文件格式

OEM 和 CM 之间的沟通对于确保 PCB 的完整制造符合 OEM 的设计规范至关重要。两组必须使用相同的设计文件格式。这样做可以防止在文件必须更改格式时可能发生的错误或丢失信息。

电路板材料

原始设备制造商可能会使用比 CM 预期的更昂贵的材料来设计印刷电路板。双方必须就手头的材料以及最适合 PCB 设计的材料达成一致，同时对最终购买者保持成本效益。

如有问题请联系 Millennium Circuits

PCB 的高质量工程和制造是电子电路板操作的关键组成部分。了解流程的复杂性以及为什么必须执行每个步骤，可以让您更好地了解每块印刷电路板所付出的成本和努力。

当您的公司需要 PCB 用于任何工作时，请联系 Millennium Circuits Limited。我们致力于为客户提供小批量和大批量价格具有竞争力的印刷电路板。