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干貨|揭秘PCB制作全過(guò)程

文章來(lái)源: 智力創(chuàng)電路板     閱讀次數(shù):2009     發(fā)表時(shí)間:2022-05-31 08:48:54    

[導(dǎo)讀]:在PCB出現(xiàn)之前,最開始電路是通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的接線組成的,后來(lái),繞線技術(shù)是電路技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步,再后來(lái),電子行業(yè)從真空管、繼電器發(fā)展到硅半導(dǎo)體以及集成電路,電子元器件的尺寸和價(jià)格也在下降。電子產(chǎn)品越來(lái)越頻繁的出現(xiàn)在了消費(fèi)領(lǐng)域,促使廠商去尋找更小以及性價(jià)比更高的方案。于是,PCB誕生了。PCB的誕生不易,其制作流程也非常復(fù)雜,以四層印制板為例,其制作過(guò)程主要包括了PCB布局、芯板的制作、內(nèi)層PCB布局轉(zhuǎn)移、芯板打孔與檢查、層壓、鉆孔、孔壁的銅化學(xué)沉淀、外層PCB布局轉(zhuǎn)移、外層PCB蝕刻等步驟。

1.PCB布局

PCB制作第一步是整理并檢查PCB布局。PCB制作工廠收到CAD文件,由于每個(gè)CAD軟件都有自己獨(dú)特的文件格式,所以PCB工廠會(huì)轉(zhuǎn)化為一個(gè)統(tǒng)一的格式——Extended Gerber RS-274X 或者 Gerber X2。然后工廠的工程師會(huì)檢查PCB布局是否符合制作工藝,有沒(méi)有什么缺陷等問(wèn)題。

2.芯板的制作

清洗覆銅板,如果有灰塵的話可能導(dǎo)致最后的電路短路或者斷路。

下圖是一張8層PCB的圖例,實(shí)際上是由3張覆銅板(芯板)加2張銅膜,然后用半固化片粘連起來(lái)的。制作順序是從最中間的芯板(4、5層線路)開始,不斷地疊加在一起,然后固定。4層PCB的制作也是類似的,只不過(guò)只用了1張芯板加2張銅膜。

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3.覆膜

內(nèi)層PCB布局轉(zhuǎn)移先要制作最中間芯板的兩層線路。覆銅板清洗干凈后會(huì)在表面蓋上一層感光膜。這種膜遇到光會(huì)固化,在覆銅板的銅箔上形成一層保護(hù)膜。

將兩層PCB布局膠片和雙層覆銅板,最后插入上層的PCB布局膠片,保證上下兩層PCB布局膠片層疊位置精準(zhǔn)。

感光機(jī)用UV燈對(duì)銅箔上的感光膜進(jìn)行照射,透光的膠片下,感光膜被固化,不透光的膠片下還是沒(méi)有固化的感光膜。固化感光膜底下覆蓋的銅箔就是需要的PCB布局線路,相當(dāng)于手工PCB的激光打印機(jī)墨的作用。

然后用堿液將沒(méi)有固化的感光膜清洗掉,需要的銅箔線路將會(huì)被固化的感光膜所覆蓋。

然后再用強(qiáng)堿,比如NaOH將不需要的銅箔蝕刻掉。

將固化的感光膜撕掉,露出需要的PCB布局線路銅箔。

4.芯板打孔與檢查

芯板已經(jīng)制作成功。然后在芯板上打?qū)ξ豢?,方便接下?lái)和其它原料對(duì)齊。芯板一旦和其它層的PCB壓制在一起就無(wú)法進(jìn)行修改了,所以檢查非常重要。會(huì)由機(jī)器自動(dòng)和PCB布局圖紙進(jìn)行比對(duì),查看錯(cuò)誤。

5.層壓

這里需要一個(gè)新的原料叫做半固化片,是芯板與芯板,以及芯板與外層銅箔之間的粘合劑,同時(shí)也起到絕緣的作用。

下層的銅箔和兩層半固化片已經(jīng)提前通過(guò)對(duì)位孔和下層的鐵板固定好位置,然后將制作好的芯板也放入對(duì)位孔中,最后依次將兩層半固化片、一層銅箔和一層承壓的鋁板覆蓋到芯板上。

將被鐵板夾住的PCB板子們放置到支架上,然后送入真空熱壓機(jī)中進(jìn)行層壓。真空熱壓機(jī)里的高溫可以融化半固化片里的環(huán)氧樹脂,在壓力下將芯板們和銅箔們固定在一起。

層壓完成后,卸掉壓制PCB的上層鐵板。然后將承壓的鋁板拿走,鋁板還起到了隔離不同PCB以及保證PCB外層銅箔光滑的責(zé)任。這時(shí)拿出來(lái)的PCB的兩面都會(huì)被一層光滑的銅箔所覆蓋。

6.鉆孔

要將PCB里4層毫不接觸的銅箔連接在一起,首先要鉆出上下貫通的穿孔來(lái)打通PCB,然后把孔壁金屬化來(lái)導(dǎo)電。

用X射線鉆孔機(jī)機(jī)器對(duì)內(nèi)層的芯板進(jìn)行定位,機(jī)器會(huì)自動(dòng)找到并且定位芯板上的孔位,然后給PCB打上定位孔,確保接下來(lái)鉆孔時(shí)是從孔位的正中央穿過(guò)。

將一層鋁板放在打孔機(jī)機(jī)床上,然后將PCB放在上面。為了提高效率,根據(jù)PCB的層數(shù)會(huì)將1~3個(gè)相同的PCB板疊在一起進(jìn)行穿孔。最后在最上面的PCB上蓋上一層鋁板,上下兩層的鋁板是為了當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)和鉆出的時(shí)候,不會(huì)撕裂PCB上的銅箔。

在之前的層壓工序中,融化的環(huán)氧樹脂被擠壓到了PCB外面,所以需要進(jìn)行切除??磕c姶哺鶕?jù)PCB正確的XY坐標(biāo)對(duì)其外圍進(jìn)行切割。

7.孔壁的銅化學(xué)沉淀

由于幾乎所有PCB設(shè)計(jì)都是用穿孔來(lái)進(jìn)行連接的不同層的線路,一個(gè)好的連接需要25微米的銅膜在孔壁上。這種厚度的銅膜需要通過(guò)電鍍來(lái)實(shí)現(xiàn),但是孔壁是由不導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂和玻璃纖維板組成。

所以第一步就是先在孔壁上堆積一層導(dǎo)電物質(zhì),通過(guò)化學(xué)沉積的方式在整個(gè)PCB表面,也包括孔壁上形成1微米的銅膜。整個(gè)過(guò)程比如化學(xué)處理和清洗等都是由機(jī)器控制的。

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8.外層PCB布局轉(zhuǎn)移

接下來(lái)會(huì)將外層的PCB布局轉(zhuǎn)移到銅箔上,過(guò)程和之前的內(nèi)層芯板PCB布局轉(zhuǎn)移原理差不多,都是利用影印的膠片和感光膜將PCB布局轉(zhuǎn)移到銅箔上,唯一的不同是將會(huì)采用正片做板。

內(nèi)層PCB布局轉(zhuǎn)移采用的是減成法,采用的是負(fù)片做板。PCB上被固化感光膜覆蓋的為線路,清洗掉沒(méi)固化的感光膜,露出的銅箔被蝕刻后,PCB布局線路被固化的感光膜保護(hù)而留下。

外層PCB布局轉(zhuǎn)移采用的是正常法,采用正片做板。PCB上被固化的感光膜覆蓋的為非線路區(qū)。清洗掉沒(méi)固化的感光膜后進(jìn)行電鍍。有膜處無(wú)法電鍍,而沒(méi)有膜處,先鍍上銅后鍍上錫。退膜后進(jìn)行堿性蝕刻,最后再退錫。線路圖形因?yàn)楸诲a的保護(hù)而留在板上。

將PCB用夾子夾住,將銅電鍍上去。之前提到,為了保證孔位有足夠好的導(dǎo)電性,孔壁上電鍍的銅膜必須要有25微米的厚度,所以整套系統(tǒng)將會(huì)由電腦自動(dòng)控制,保證其精確性。

9.外層PCB蝕刻

接下來(lái)由一條完整的自動(dòng)化流水線完成蝕刻的工序。首先將PCB板上被固化的感光膜清洗掉。然后用強(qiáng)堿清洗掉被其覆蓋的不需要的銅箔。再用退錫液將PCB布局銅箔上的錫鍍層退除。清洗干凈后4層PCB布局就完成了。

PCB是硬件工程師最常見(jiàn)、打交道最多的器件了,通過(guò)多多積累和了解它的特性,使它為我們更好的使用,研發(fā)出更優(yōu)秀的創(chuàng)新科技產(chǎn)品。



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