PCB是如何制造的？

PCB制造涉及将包括Gerbers和网表在内的设计文件转换为可以放置和焊接组件的物理电路板。

制造过程从设计输出文件（Gerbers、网表、钻孔文件等）开始。这些输出文件是在设计阶段生成的，包括开发产品概念、原理图输入、布局设计和文件生成。下一阶段包括电路板的制造和组装。

下面的流程图显示了 PCB 制造中涉及的步骤。

在收到 PCB 设计师的设计文件后，制造很快就开始了。设计人员创建 Gerber 或 ODB++ 格式的输出文件用于制造，并创建用于装配的材料清单 (BOM)。

制造商执行DFM 检查以识别制造过程中可能出现的潜在风险和错误。如果出现任何错误，设计师/客户会收到警报。然后将校正后的文件输入 CAM（计算机辅助制造）系统，以识别图稿层的格式、钻孔数据、IPC 网表，并将电子数据转换为图像。它还验证层顺序、运行设计规则检查 (DRC) 并执行许多其他操作。

使用 Gerber 文件作为输入，分析所有层。堆叠计划也将相应地进行。稍后，CAM 将为各个制造部门创建输出文件。输出文件包括钻孔程序（子钻孔和主钻孔）、成像层、阻焊文件输出、路由文件和 IPC 网表。

由于小型化，制造商大多使用 LDI（激光直接成像）。他们还使用一种称为绘图仪的特殊打印机，它可以制作电路层、阻焊层和丝印层的照相胶片来打印电路图像。该面板由一层称为光刻胶的感光膜组成。光致抗蚀剂包括一层光反应化学物质，该化学物质在暴露于紫外光下聚合。该面板现在位于计算机控制的激光下。计算机扫描电路板表面并将其转换为数字图像。该数字图像与包含所需图像规格的预加载 CAD/CAM 设计文件相匹配。以同样的方式，在内层上形成负像。

LDI的工艺流程如下图所示：

显影图像后，用碱性溶液去除未硬化的光刻胶（保护所需的铜）。

在 PCB 制造中，蚀刻是从板上去除不需要的铜 (Cu) 的过程。不需要的铜只不过是非电路铜。结果，获得了期望的电路图案。

电路板制造商通常采用湿法蚀刻工艺。在湿法蚀刻中，不需要的材料在浸入化学溶液时会溶解。

在蚀刻过程中要考虑的重要参数是面板移动的速度、化学物质的喷射和要蚀刻掉的铜的量。整个过程在传送带式高压雾化室中实施。

在这个过程中，剩余的光刻胶从铜上被蚀刻掉。该过程涉及使用高压水冲洗将腐蚀性颗粒（化学试剂）溶解在水中，这会破坏光刻胶。

随着所有层的清洁和准备就绪，制造商确保使用内层上提供的目标打出对准孔，以便更好地进行层与层对齐。这些层被放置在光学打孔机中，以实现精确的内层和外层对齐。

这种方法中的检查是通过对电路板表面进行视觉扫描来实现的。电路板由各种光源照亮，为此使用了一个或多个高清摄像机。这就是 AOI（自动光学检测）系统如何构建电路板的完整图像以进行验证。

在这里，铜电路图案涂有棕色氧化物，以防止层压后内层的氧化和腐蚀。此外，它为与预浸料粘合提供了更好的粘合性能。

层压是在受控温度和压力下以对称叠层形式粘合预浸料、铜箔、内层芯的过程。这是一个两步过程：

1. 堆叠准备

2. 粘合

多层板由铜箔、预浸料和内层芯制成。这些通过施加热量和压力结合在一起。为了更好的粘合，机械压力机用于热压和冷压。键合机计算机管理加热叠层、施加压力并允许叠层以受控速率冷却的过程。

下图总结了 LDI 流程：

在钻孔过程中，为通孔和引线元件钻孔。X 射线钻头定位内层的目标。机器精确钻出定位孔。该机器由计算机控制，操作员可以在其中选择特定的钻孔程序。它将 XY 坐标定位在正确的方向上。可以钻出直径为 100 微米的孔。该机器还可以选择正确尺寸的钻头并相应地执行。

钻孔会产生通常称为毛刺的金属凸起端。去毛刺过程去除了电路板表面的任何毛刺或杂质。

电镀工艺的第一步是通过在孔壁上化学沉积一层非常薄的铜来使孔筒导电。这个过程称为化学镀铜。该反应由催化剂引发。彻底清洁后，面板会经过连续的化学浴。大约 0.08 到 0.1 微米厚的铜层沉积在孔筒以及面板表面上。

我们在面板上使用光刻胶进行内层成像。类似地，将使用正像对面板的外层进行成像。这里，该工艺遵循印刷板蚀刻方法。第一步包括清洁面板以防止污染物和灰尘颗粒粘附在面板上。接下来，在面板上涂上一层光刻胶。在此之后，LDI 用于打印图像。

在这一步中，孔和表面电镀铜。面板由操作员装载到飞行杆中。面板充当对孔和表面进行电镀的阴极，因为孔已经沉积了一层薄的导电铜，可以进行电镀。它是通过自动电镀线完成的。在电镀之前，面板在多个浴槽中进行清洁和活化。每组面板都由计算机控制，以确保它们在每个浴缸中精确地停留特定的时间。通常，在孔筒内沉积 1 密耳厚的铜。

镀铜后，接下来是镀锡。镀锡用作抗蚀剂。它可以防止在外层蚀刻过程中腐蚀表面特征，例如铜焊盘、孔焊盘和孔壁。

一旦面板被电镀，光刻胶就变得不合需要，需要从面板上剥离以暴露不需要的铜。在这里，一条连续的生产线用于溶解和洗掉覆盖不需要的铜的抗蚀剂。这是剥离-蚀刻-剥离过程的第一阶段。

在此步骤中，使用氨蚀刻剂去除不需要的暴露铜。同时，锡可以固定所需的铜。此时，导电区域和连接已正确建立。

蚀刻后，铜迹线上的锡层将被去除。浓硝酸用于去除锡，它不会损坏其下方的铜电路轨道。这会在 PCB 上产生清晰、独特的铜线轮廓。

阻焊层有以下用途：

1. 它为走线提供绝缘电阻。

2. 区分可焊区和不可焊区。

3. 通过用墨水覆盖不可焊接区域来提供对环境条件的保护。

LPI（液体照片成像）掩模将溶剂与聚合物结合，形成一层薄薄的涂层，可粘附在不同的电路板表面上。打印机对涂层面板进行成像。机器中的紫外线灯使透明区域的墨水硬化。之后，从成像面板上剥离所有未硬化的抗蚀剂。

LPI 固化（干燥）将油墨与电介质合并。它有利于阻焊层的粘合。最后的烘烤步骤在烤箱中或在红外线热源下进行。

选择绿色作为典型的阻焊层颜色是因为它不会使眼睛疲劳。在机器可以在生产和组装过程中检查 PCB 之前，所有检查都是手动完成的。技术人员用来检查电路板的顶灯不会被绿色阻焊层反射，从而对他们的眼睛更安全。

PCB 表面处理是电路板可焊接区域上的裸铜与元件之间的金属间连接。电路板的基底铜表面在没有保护涂层的情况下容易氧化。因此，表面光洁度应用对于保护其免受氧化至关重要。此外，它还可以在组装过程中为将元件焊接到电路板上做好准备，并延长电路板的保质期。

有各种类型的表面处理。然而，由于严格的 RoHS 规范，无铅表面处理被广泛使用。

在选择表面处理时，要考虑成本、环境、组件选择、保质期和产量等因素。

在这个过程中，喷墨投影仪用于直接从电路板的数字数据中对图例进行成像。使用喷墨打印机将油墨丝网印刷（涂抹）在面板的表面上。然后将面板烘烤以固化墨水。它指定不同类型的文本，例如零件编号、名称、代码、徽标等。

印刷方式分为三种：

1. 手动丝网印刷

2. 直接图例打印

E-test代表裸印刷电路板电气测试。在此步骤中，使用电子探针检查每个未安装的电路板是否存在短路、开路、电阻、电容和其他基本电气特性。E-test 根据网表文件检查电路板的导电性。网表包含有关 PCB 导电互连模式的信息。

实施钉床和飞针测试以测试功能。

• 飞针测试

飞针测试使用根据特定软件提供的指令从一个点移动到另一个点的探针。这是一种无夹具的测试方法。开始时，会生成飞针测试程序 (FPT)，然后将其加载到 FPT 测试仪中。测试仪将电信号和电源施加到探针点，然后根据测试程序对其进行测量。

• 钉子床

钉床是对裸板进行电气测试的传统方法。它需要创建一个测试模板，其中的引脚与 PCB 上的测试位置对齐。该过程快速且适用于大规模生产系统。

电路板在最后的制造阶段被成型并从生产面板上切割下来。采用的方法要么使用邮****孔，要么使用 V 形槽。V 型槽在板的两侧切割对角通道，而邮****孔沿边界留下边槽。在任何情况下，这些板都可以简单地从面板中弹出。