PCB的制作非常复杂,以四层印制板为例,其制作过程主要包括了PCB布局、芯板的制作、内层PCB布局转移、芯板打孔与检查、层压、钻孔、孔壁的铜化学沉淀、外层PCB布局转移、外层PCB蚀刻等步骤。
1、PCB布局
PCB制作第一步是整理并检查PCB布局(Layout)。PCB制作工厂收到PCB设计公司的CAD文件,由于每个CAD软件都有自己独特的文件格式,所以PCB工厂会转化为一个统一的格式——Extended
Gerber RS-274X 或者 Gerber X2。然后工厂的工程师会检查PCB布局是否符合制作工艺,有没有什么缺陷等问题。
2、芯板的制作
清洗覆铜板,如果有灰尘的话可能导致最后的电路短路或者断路。
下图是一张8层PCB的图例,实际上是由3张覆铜板(芯板)加2张铜膜,然后用半固化片粘连起来的。制作顺序是从最中间的芯板(4、5层线路)开始,不断地叠加在一起,然后固定。4层PCB的制作也是类似的,只不过只用了1张芯板加2张铜膜。
3、内层PCB布局转移
先要制作最中间芯板(Core)的两层线路。覆铜板清洗干净后会在表面盖上一层感光膜。这种膜遇到光会固化,在覆铜板的铜箔上形成一层保护膜。
将两层PCB布局胶片和双层覆铜板,最后插入上层的PCB布局胶片,保证上下两层PCB布局胶片层叠位置精准。
感光机用UV灯对铜箔上的感光膜进行照射,透光的胶片下,感光膜被固化,不透光的胶片下还是没有固化的感光膜。固化感光膜底下覆盖的铜箔就是需要的PCB布局线路,相当于手工PCB的激光打印机墨的作用。
然后用碱液将没有固化的感光膜清洗掉,需要的铜箔线路将会被固化的感光膜所覆盖。
然后再用强碱,比如NaOH将不需要的铜箔蚀刻掉。
将固化的感光膜撕掉,露出需要的PCB布局线路铜箔。
4、芯板打孔与检查
芯板已经制作成功。然后在芯板上打对位孔,方便接下来和其它原料对齐。
芯板一旦和其它层的PCB压制在一起就无法进行修改了,所以检查非常重要。会由机器自动和PCB布局图纸进行比对,查看错误。
5、层压
这里需要一个新的原料叫做半固化片,是扒培芯板与芯板(PCB层数>4),以及芯板与外层铜箔之间的粘合剂,同时也起到绝缘的作用。
下层的铜箔和两层半固化片已经提前通过对位孔和下层的铁板固定好位置,然后将制作好的芯雹派板也放入对位孔中,最后依次将两层半固化片、一层铜箔和一层承压的铝板覆盖到芯板上。
将被铁板夹住的PCB板子们放置到支架上,然后送入真空热压机中进行层压。真空热压机里的高温可以融化半固化片里的环氧树脂,在压力下将芯板们和铜箔们固定在一起。
层压完成后,卸掉压制PCB的上层铁板。然后将承压的铝板拿走,铝板还起到了隔离不同PCB以及保证PCB外层铜箔光滑的责任。这时拿出来的PCB的两面都会被一层光滑的铜箔所覆盖。
6、钻孔
要将PCB里4层毫不接触的铜箔连接在一起,首先要钻出上下贯通的穿孔来打通PCB,然后把孔壁金属化来导电。
用X射线钻孔机机器对内层的芯板进行定位,机器会自动找到并且定位芯板上的孔位,然后给PCB打上定位孔,确保接下来钻孔时是从孔位的正中央穿过。
将一层铝板放在打孔机机床上,然后将PCB放在上面。为了提高效率,根据PCB的层数会将1~3个相同的PCB板叠在一起进行穿孔。最后在最上面的PCB上盖上一层铝板,上下两层的铝板是为了当钻头钻进和钻出的时候,不会撕裂PCB上的铜箔。
在之前的层压工序中,融化的环氧树脂被挤压到了PCB外面,所以需要进行切除。靠模铣床根据PCB正确的XY坐标对其外围进行切割。
7、孔壁的铜化学沉淀
由于几乎所有PCB设计都是用穿孔来进行连接的不同层的线路,一个好的连接需要25微米的铜膜在孔壁上。这种厚度的铜膜需要通过电镀来实现,但是孔壁是由不导电的环氧树脂和玻璃纤维板组成。
所以第一步就是先在孔壁上堆积一层导电物质,通过化学沉积的方式在整个PCB表面,也包括孔壁上形成1微米的铜膜。整个过程比如化学处理和清洗等都是由机器控制的。
固定PCB
清洗PCB
运送PCB
8、外层PCB布局转移
接下来会将外层的PCB布局转移到铜箔上,过程和之前的内层芯板PCB布局转移原理差不多,都是利用影印的胶片和感光膜将PCB布局转移到铜箔上,唯一的不同是将会采用正片做板。
内层PCB布局转移采用的是减成法,采用的是负片做板。PCB上被固化感光膜覆盖的为线路,清源此贺洗掉没固化的感光膜,露出的铜箔被蚀刻后,PCB布局线路被固化的感光膜保护而留下。
外层PCB布局转移采用的是正常法,采用正片做板。PCB上被固化的感光膜覆盖的为非线路区。清洗掉没固化的感光膜后进行电镀。有膜处无法电镀,而没有膜处,先镀上铜后镀上锡。退膜后进行碱性蚀刻,最后再退锡。线路图形因为被锡的保护而留在板上。
将PCB用夹子夹住,将铜电镀上去。之前提到,为了保证孔位有足够好的导电性,孔壁上电镀的铜膜必须要有25微米的厚度,所以整套系统将会由电脑自动控制,保证其精确性。
9、外层PCB蚀刻
接下来由一条完整的自动化流水线完成蚀刻的工序。首先将PCB板上被固化的感光膜清洗掉。然后用强碱清洗掉被其覆盖的不需要的铜箔。再用退锡液将PCB布局铜箔上的锡镀层退除。清洗干净后4层PCB布局就完成了。
PCB 制板流程大致可以分为以下几个步骤,需要注意的是,生产 PCB板,是一个工序多且需要相互协作的过程。前道枣衡工序产品质量的优劣,直接会影响下道工序的产品生产,甚至直接关系到最终产品的质量。因而,关键工序的质量控制,对最终产品的好坏起着尤为关键的作用。
01开料
按生产所需要的板料,根据工程设计进行裁切、磨角、刨边、烤板,加工成基板尺寸,以方便后工序的生产。
02内层线路制作
干膜
在铜板上贴附感光材料(干膜)。
曝光
利用感光照相原理,通过感光材料受到紫外光照射(即曝光)完成图形转移。
DES
去掉未曝光部分,得到所需图形线路。
AOI
利用光学原理,比对资料进行检验。
作为电子产品不可或缺的部件,印制线路板的线距、线宽均需符合设计要求,必须防止因线宽、线距等不合格而出现发热、短路和断路等情况。
此处,阻抗处理是必不可少的。PCB线路板阻抗是指电阻和对电抗的参数,对交流电起着阻碍作用。PCB
线路(板底)要考虑接插安装电子元件,接插后考虑导电性能和信号传输性能等问题,所以就会要求阻抗越低越好,此时必须使用阻抗测量仪——确保阻抗。
03压合
棕化
利用化学原理将干净铜面生成一层氧化层。
压合
通过高温高压将PP片熔合,使内层芯板粘合在一起。
压合后处理:
双面多层印刷电路板以及 BGA、POP 或 QFN 数量的增加, 使得常规 X 射线检越来越难以检测影像上的重叠结构。本着对产品品质的把控,X-RAY
检测装备常被用作产品失效分析,其无损检测的特点对于检测产品内部缺陷十分有效,能够确保层间对位精度。
04钻孔
按工程设计要求,为 PCB 的层间互连、导通及成品插件、安装,钻出符合要求的孔。
05沉镀铜
①沉铜,在整个印制板(尤其是孔壁)上沉积一层薄铜,使导通孔金属化(孔内有铜可以导通),以便随后进行孔内电镀,在孔壁镀铜。
②电镀,利用电化学原理,及时的加厚孔内的铜层,保证 PCB 层间互连的可靠性。
金相切片是一种破坏性测试,可测试印制板的多项性能。通过对 PCB 板基切片、研磨、抛光后观察其界面,是发现 PCB
焊点钎料杂质、缺陷,控制元器件封装内部缺陷等 PCB
焊接质量,观察镀铜厚度的检测手段,能够确认背光等级,确保沉铜效果确认孔铜、电镀效果、孔型等,确保电气连接的可靠性。
在线路板设计生产中,PCB
线路板的铜箔厚度对线路电流和信号传输也起到极其关键的作用,使用铜厚测量仪进行测量,精准可靠, *** 作森察简单,可测量电镀铜厚,确保电镀铜的厚度在规格内。
06图形转移
磨板
线路前磨板保证贴膜 前的板面干燥、清洁、 无氧化、胶渍等污物外层。
干膜
在铜板上贴附感光材料(干膜)。
曝光
利用感光照相原理,使感光材料受到紫外光照射(即曝光)后发生聚合反应,完成图形转移。
显影
在显影液(碳酸钠溶液)中,去掉未曝光部分(未发生聚合反应部分)的干膜。
07图形电镀
利用电化学原理,在露铜的板面及孔内,镀上一定厚度的金属(铜、锡、镍、金),使层间达到可靠互连的同时,并具有抗蚀或可焊接、耐磨等特点。
此处需进行第二次检测,同样是利用铜厚测量仪——测量电镀铜厚,确保电镀铜的厚度在规格内另配合切片+金相显微镜——确认孔铜、电镀效果、孔型等,确保电气连接的可靠性。
08碱性蚀刻
去除线路板上不需要的铜和锡,得到所需要的线路,完成外层线路制作。
与内层线路制作一样,这一步骤中需利用线宽测量仪,检测 PCB 内层蚀刻后线路的上幅及下幅宽度、确保线宽线距在规凳春做格内
此外,PCB
线路板在生产过程中已经历沉铜、电镀锡(或化学镀,或热喷锡)、接插件焊锡等工艺制作环节,而这些环节所用的材料都必须保证电阻率底,才能保证线路板的整体阻抗低达到产品质量要求,能正常运行。
09阻焊
印刷
通过丝网印刷的方式,在线路板上形成一层厚度均匀的防焊油墨。
预烤
通过低温蒸发油墨中的溶剂,使之在曝光时不粘底片,并在显影时能均匀溶解不曝光部分的油墨。
阻焊曝光
让需要留在板子上的油墨,经紫外光照射后发生交联反应,在显影时不被碳酸钠溶液所溶解掉,而露出焊盘、焊垫等需焊的区域。
阻焊显影
通过显影使曝光时未感光部分被碳酸钠溶液溶解而露出焊盘、焊垫等需焊接、装配、测试或保留的区域。
油墨的粘度采用旋转式粘度计测量。在生产中,还要根据不同的油墨及溶剂,具体调整粘度的最佳值,通过测量油墨粘度,确保印刷品质使用张力计——测量网版张力,确保印刷品质使用油墨厚度测量计——测量印刷油墨厚度,确保油墨厚度在规格内使用三次元——测量阻焊开窗的大小,确保阻焊开窗在规格内。
10文字
丝印
通过丝网漏印的方式,将字符油转移到线路板上,形成标识及元器件符号,以便于元器件的安装、识别及以后维修。
此处使用粘度计——测量油墨粘度,确保印刷品质二次使用张力计——测量网版张力,确保印刷品质。
后烤
通过烘板使字符油达到所需的硬度和附着力。
11表面处理
对焊盘进行处理,以便后续进行打件、插件等。
此处需要进行:拉拔测试——测试表面处理的品质,确保无甩金等
上锡性测试——确认上锡情况,确保后续SMT或DIP可正常生产。
12成型
锣板
CNC 锣板主要是利用数控锣机将生产板加工成小片板(PCS/SET)。
V-cut
在 PCB 上加工客户所需的V型坑,便于客户安装元件后,使用线路板(掰下单元)。
13
测试
利用电脑测试出开/短路,保证产品电气连通性能符合用户设计和使用要求。
14FQC
通过对成品的外观检验,确保产品外观质量符合客户要求。
15包装
按客户要求,对产品进行包装。
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