PCB的產(chǎn)生與布局

PCB的產(chǎn)生

在PCB出現(xiàn)之前，電路是通過點到點的接線組成的。這種方法的可靠性很低，因為隨著電路的老化，線路的破裂會導致線路節(jié)點的斷路或者短路。繞線技術(shù)是電路技術(shù)的一個重大進步，這種方法通過將小口徑線材繞在連接點的柱子上，提升了線路的耐久性以及可更換性。

當電子行業(yè)從真空管、繼電器發(fā)展到硅半導體以及集成電路的時候，電子元器件的尺寸和價格也在下降。電子產(chǎn)品越來越頻繁的出現(xiàn)在了消費領(lǐng)域，促使廠商去尋找更小以及性價比更高的方案。于是，PCB誕生了。

PCB的制作工藝非常復雜，以四層印制板為例，其制作過程主要包括了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、孔壁的銅化學沉淀、外層PCB布局轉(zhuǎn)移、外層PCB蝕刻等步驟。

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PCB布局

PCB制作第一步是整理并檢查PCB布局（Layout）。PCB制作工廠收到PCB設(shè)計公司的CAD文件，由于每個CAD軟件都有自己獨特的文件格式，所以PCB工廠會轉(zhuǎn)化為一個統(tǒng)一的格式——Extended Gerber RS-274X 或者 Gerber X2。然后工廠的工程師會檢查PCB布局是否符合制作工藝，有沒有什么缺陷等問題。

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芯板的制作

清洗覆銅板，如果有灰塵的話可能導致最后的電路短路或者斷路。

圖1是一張8層PCB的圖例，實際上是由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，只不過只用了1張芯板加2張銅膜。

圖1: 8層PCB圖例

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制作中間芯板線路

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

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。

感光機用UV燈對銅箔上的感光膜進行照射，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，相當于手工PCB的激光打印機墨的作用。

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

然后再用強堿，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。

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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?，方便接下來和其它原料對齊。芯板一旦和其它層的PCB壓制在一起就無法進行修改了，所以檢查非常重要。會由機器自動和PCB布局圖紙進行比對，查看錯誤。

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層壓

這里需要一個新的原料叫做半固化片，是芯板與芯板（PCB層數(shù)>4），以及芯板與外層銅箔之間的粘合劑，同時也起到絕緣的作用。 下層的銅箔和兩層半固化片已經(jīng)提前通過對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中進行層壓。真空熱壓機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外層銅箔光滑的責任。這時拿出來的PCB的兩面都會被一層光滑的銅箔所覆蓋。

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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打通PCB，然后把孔壁金屬化來導電。

用X射線鉆孔機機器對內(nèi)層的芯板進行定位，機器會自動找到并且定位芯板上的孔位，然后給PCB打上定位孔，確保接下來鉆孔時是從孔位的正中央穿過。

將一層鋁板放在打孔機機床上，然后將PCB放在上面。為了提高效率，根據(jù)PCB的層數(shù)會將1~3個相同的PCB板疊在一起進行穿孔。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鉆頭鉆進和鉆出的時候，不會撕裂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，所以需要進行切除?？磕ｃ姶哺鶕?jù)PCB正確的XY坐標對其外圍進行切割。

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孔壁的銅化學沉淀

由于幾乎所有PCB設(shè)計都是用穿孔來進行連接的不同層的線路，一個好的連接需要25微米的銅膜在孔壁上。這種厚度的銅膜需要通過電鍍來實現(xiàn)，但是孔壁是由不導電的環(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電物質(zhì)，通過化學沉積的方式在整個PCB表面，也包括孔壁上形成1微米的銅膜。整個過程比如化學處理和清洗等都是由機器控制的。

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外層PCB布局轉(zhuǎn)移

接下來會將外層的PCB布局轉(zhuǎn)移到銅箔上，過程和之前的內(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，采用的是負片做板。PCB上被固化感光膜覆蓋的為線路，清洗掉沒固化的感光膜，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)。清洗掉沒固化的感光膜后進行電鍍。有膜處無法電鍍，而沒有膜處，先鍍上銅后鍍上錫。退膜后進行堿性蝕刻，最后再退錫。線路圖形因為被錫的保護而留在板上。

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)將會由電腦自動控制，保證其精確性。

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外層PCB蝕刻

接下來由一條完整的自動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。

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