PCB板的制作過程解析

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(jì)公司的CAD文件，由于每個CAD軟件都有自己獨(dú)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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在一期在家自制PCB的資訊中，是將PCB布局用激光打印機(jī)打印到紙上，然后再轉(zhuǎn)印到覆銅板。但是在打印過程中，由于打印機(jī)很容易出現(xiàn)缺墨斷點(diǎn)的情況，需要手工用油性筆補(bǔ)墨。

少量生產(chǎn)還可以，但這種缺陷如果移植到工業(yè)生產(chǎn)，那將會極大的降低生產(chǎn)效率。所以工廠一般采取影印的方式，將PCB布局印到膠片上。如果是多層PCB板的話，每一層影印出來的布局膠片會按順序排列。

然后會給膠片打?qū)ξ豢住ξ豢资种匾?，之后為了對齊PCB每層的制作材料，都要依靠對位孔。

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。

下面的圖是一張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。

內(nèi)層PCB布局轉(zhuǎn)移

所以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(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。上期激光打印機(jī)的紙質(zhì)PCB布局中，黑色墨粉底下覆蓋是要保留的銅箔。而這期則是被黑色膠片覆蓋的銅箔將會被腐蝕掉，而透明的膠片下由于感光膜固化，所以被保留下來。

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。

內(nèi)層芯板蝕刻

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。

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(jìn)行修改了，所以檢查非常重要。會由機(jī)器自動和PCB布局圖紙進(jìn)行比對，查看錯誤。

前兩層的PCB板就已經(jīng)制作完成了

層壓

這里需要一個新的原料叫做半固化片（Prepreg）,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(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。

為了提高工作效率，這家工廠會將3張不同的PCB板子疊在一起后，再進(jìn)行固定。上層的鐵板被磁力吸住，方便與下層鐵板進(jìn)行對位。通過安插對位針的方式，將兩層鐵板對位成功后，機(jī)器盡可能得壓縮鐵板之間的空間，然后用釘子固定住。

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)拿出來的PCB的兩面都會被一層光滑的銅箔所覆蓋。

鉆孔

那如何將PCB里4層毫不接觸的銅箔連接在一起呢？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(dǎo)電。

用X射線鉆孔機(jī)機(jī)器對內(nèi)層的芯板進(jìn)行定位，機(jī)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(shí)是從孔位的正中央穿過。

將一層鋁板放在打孔機(jī)機(jī)床上，然后將PCB放在上面。由于鉆孔是一個比較慢的工序，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(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，不會撕裂PCB上的銅箔。

接下來操作員只需要選擇正確的鉆孔程序，剩下的是由鉆孔機(jī)自動完成。鉆孔機(jī)鉆頭是通過氣壓驅(qū)動的，最高轉(zhuǎn)度能達(dá)到每分鐘15萬轉(zhuǎn)，這么高的轉(zhuǎn)速足以保證孔壁的光滑。

鉆頭的更換也是由機(jī)器根據(jù)程序自動完成。最小的鉆頭可以達(dá)到100微米的直徑，而人頭發(fā)的直徑是150微米。

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)對其外圍進(jìn)行切割。

孔壁的銅化學(xué)沉淀

由于幾乎所有PCB設(shè)計(jì)都是用穿孔來進(jìn)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(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)，通過化學(xué)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(xué)處理和清洗等都是由機(jī)器控制的。

固定PCB

清洗PCB

運(yùn)送PCB

化學(xué)沉淀銅膜

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。

前面介紹的內(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)。清洗掉沒固化的感光膜后進(jìn)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(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。

將清洗好兩面銅箔的PCB放入壓膜機(jī)，壓膜機(jī)將感光模壓制到銅箔上。

通過定位孔將上下兩層影印的PCB布局膠片固定，中間放入PCB板。然后通過UV燈的照射將透光膠片下的感光膜固化，也就是需要被保留的線路。

清洗掉不需要的、沒有固化的感光膜后，對其進(jìn)行檢查。

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)將會由電腦自動控制，保證其精確性。

固定PCB

計(jì)算機(jī)控制與電鍍銅

在銅膜電鍍完成之后，電腦還會安排再電鍍上一層薄薄的錫。

卸載下鍍完錫的PCB板后進(jìn)行檢查，保證電鍍的銅和錫的厚度正確。

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(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。