硬件工程师需要了解的PCB制板流程

查看全部 · 发表于 2018-12-27 18:37:04

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1. Gerber资料前处理

PCB上的布线和功能特性都是由客户设计的，而PCB板厂只负责将其制造出来，所以就跟大部分的设计者与制造者之间经常存在沟通是一样一样的，板厂经常会发现客户送过来的设计资料不符合板厂的工艺能力，比如线宽、线距过小，孔径过小等，臣妾办不到啊，这时候板厂的EQ或者DFM工程师就会跟你进行沟通确认。然后再从Gerber文件中导出PCB生产的各道工序所需要的数据资料，如：各层线路，阻焊层，丝印层，表面处理，钻孔等数据，这些再输入到工序对应的生产器件设备中。

2. 电路板底片输出
在严格的温湿度控制环境下，用激光底片绘图机来绘制电路板的底片（Film），这些底片在后续的电路板制造过程中拿来当做每一线路层的影像曝光用，在阻焊绿油制程中也需要用到底片。为了让每一层线路X-Y相对位置的正确性，会在每一张底片用激光打孔以作为后续不同线路层的定位使用。
这种底片其实就是透明的PET材质印上黑色的图像，就类似我们早期上学使用的投影机上使用的胶片一样。

3. 电路板内层线路成型
多层电路板（4层以上）的内层结构通常以一整张的铜箔基板当材料，然后每一个步骤都会经由酸洗来清洁铜箔表面，以确保没有其他的灰尘或者杂质在上面，只要有任何一丁点的异物，会对后续的线路造成影响，接着会用机械研磨来粗化铜箔表面，以增强干膜与铜箔的附着力，接着会在铜箔表面涂上一层干膜。在铜箔基板的两面各贴上一张内层的线路底片并架设于曝光机上，利用定位孔及吸真空将底片与铜箔基板精密贴合，在黄光区内使用紫外光照射，使底片上未被遮光的干膜产生化学变化而固化与铜箔基板上，最后再用显影液将未被曝光的干膜去掉。

4. 内层线路蚀刻
蚀刻-》剥膜
一般会使用强碱性的溶液来溶解火蚀刻掉暴露出来的铜面，也就说去掉没有被干膜覆盖的铜面，蚀刻的时候要注意药水配方和时间，越厚的铜箔需要越长时间及越宽的间隙并保留更宽的线路，因为蚀刻是除了会腐蚀掉暴露出来的铜箔，在干膜边缘的铜面也会受到或多或少的腐蚀。接着用去膜液将原本覆盖在铜箔上的固化干膜去掉，最后铜箔基板上只会留下设计中该有的线路铜箔。

5. 影像定位打靶孔
为了使内层与外层铜皮可以准确对位，所以使用CCD定位找到事先在底片上已经预设好的靶位并钻出需要的定位靶孔。打靶孔的动作也必须作业在所有的内层与外层的线路上，这样后续制程中才能将内外层的铜箔线路定位在同一个基准上。

6. 层叠压合
铜表面氧化处理-》碟版-》压合-》捞边铣靶
一般会先使用碱性溶剂将铜表面做氧化处理，使之产生黑色的氧化铜，此氧化铜的结晶为针状物，可以用来加强层与层之间的接触力度。接着将制作完成的内层与胶片机外层的铜皮重叠在一起，这里必须借助前面事先钻好的定位孔来将内层与外层精准定位，接着透过高温高压的压合机将彼此紧密结合在一起。

7. 机械钻孔
钻孔的主要目的在制作导通孔（vias）用以连接各层之间需要连通的线路。多层板的导通孔会有各自不一样导通需求，这里仅以最简单的4层板为例做说明，所以尚不涉及盲埋孔。为了节省时间及提高效率，钻孔作业可以同时堆叠三片PCB一起作业，为了避免毛边的产生，上方会铺上铝板，另外，下方会放置垫板以避免钻头直接撞击台面。其实也不一定是三片PCB一起作业，板厂会依照PCB厚度、孔径大小、孔位精度等因素来决定PCB与堆叠数量。
依据经验，钻头的转速、钻孔进刀的速度，钻头的寿命都是影响电路板成型后品质的重要因素，比如说毛边产生会影响到后续的电镀品质，进刀速度太快则会引起玻璃纤维的孔隙并造成日后的CAF现象。
另外也有激光钻孔工艺给要求更高的板子使用，镭射可以钻出更细的微孔（Micro Via），但费用也就相对高昂，一般高密度（HDI）板会使用激光孔，有盲埋孔的板子也大多采用激光孔。

8. 化学沉铜
除胶渣-》化学铜-》电镀铜
因为钻头的高速旋转会产生高温，当高温超过基材Tg点（玻璃转化温度）时便会产生胶渣，若不将其去除，则内层的铜箔将无法透过电镀铜形成通道，或形成通道但不稳定。除胶渣时会使用膨松剂浸泡约1-10分钟，让各种胶渣发生膨胀松弛，再进行去除。
接着会以化学方式，在不导电的孔壁先上一层薄铜。

9. 外层压膜显影
其制作方式及原理与内层压膜显影方式相同，只是此时版面上已经有PTH金属化孔。

10. 电镀铜/阻蚀层
接着以电镀的方式，将铜电镀到通孔中直至符合客户的要求，一般会要求25um以上。请注意这时候有干膜的地方可以防止被镀上铜，但其他未被干膜覆盖的地方也会增加大约25um厚度的铜。

11. 蚀刻外层线路
电路板蚀刻后外层线路已然成型，而且与设计的线路一样了，这时候蚀刻阻膜已经没有需要也必须去除，以免影响后续的表面处理，剥除阻蚀层通常以高压喷淋药剂的方式进行。

12. 阻焊层
阻焊层的主要目的是区分焊接组装区与非焊接区，另外也可以防止铜层氧化且达到美观的要求。原本以为阻焊层是选择性印刷上去的，没想到的是将整片板子全部印上阻焊漆，接着进烘烤箱做预烘烤，然后也是使用底片（Film）做接触式的曝光动作,将底片上的影像转移到阻焊漆上面，接着用UV将没有被光遮罩住的地方提供烘干让阻焊漆真正附着于电路板上，最后在进化学槽清洗掉光罩的区域，露出可以焊接的铜面。
如果是比较简单的阻焊层或者是尺寸公差比较大的阻焊，也可以用丝网印刷的选择性印刷阻焊。

13. ENIG化学镍金
ENIG表面处理工艺一般是现在铜焊盘制作化学镍沉积，通过控制时间与温度来控制镍层的厚度，再利用刚沉积完成的新鲜镍活性，将镍的焊盘进入酸性的金水中，通过化学置换反应将金从溶液中置换到焊盘表面，也就说置换掉镍，而部分表面的镍则会溶入金水中。置换上来的金会逐渐将镍层覆盖，直到镍层全部覆盖后该置换反应将自动停止，清洗焊盘表面污物后工艺即可完成。

14. 电镀硬金
电镀硬金属于选择性电镀，其目的是为了增加其耐摩擦性，所以影片中可以看到使用胶带把不需要电镀硬金的部分贴起来，只露出需要被电镀的地方，影片中只有部分PCB浸泡在电镀液当中。

15. 丝印
早期的文字（白漆）几乎都是使用丝印的方式完成，不过丝印的油墨需要添加溶剂且具有挥发性，对人体不利，现在有些新式的文字印刷已经改用喷墨印刷，而且还非常的快捷准确。不论是丝印还是喷墨印刷后都需要经过烤箱固话白漆。不过现在国内量产的PCB还是有大部分用丝网印刷工艺。
到此，电路板的制程就算完成了，后面就算电测、分析和包装而已。

16. 飞针测试
电路板的样板测试通常使用飞针测试，如果数量多的时候也可以使用针床测试以节省时间，其测试主要为开/短路测试

17. 成型分板
电路板的外形成型，通常使用铣床分板机，透过CNC电脑控制来制作出电路板的外形并分板，这里的分板是从基板尺寸分成拼板

18. V-Cut
如果有V-Cut需求的板子才需要在定义的地方切出V型槽

19. 外观检查并包装发货
最后的外观检查并真空包装发货

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