PCB设计与制作

PCB制造工艺步骤

步骤1：设计和输出

电路板应严格与设计师使用PCB设计软件创建的PCB布局兼容。常用的PCB设计软件包括Altium Designer，OrCAD，Pads，KiCad，Eagle等。注意：在PCB制造之前，设计人员应告知其合同制造商有关用于电路设计的PCB设计软件版本，因为它有助于避免因差异而引起的问题。

一旦PCB设计被批准用于生产，设计人员就可以将设计导出为制造商支持的格式。最常用的程序称为扩展Gerber。Gerber的名字也叫IX274X。

PCB行业催生了Gerber作为完美输出格式的扩展。不同的PCB设计软件可能要求使用不同的Gerber文件生成步骤，它们都对综合的重要信息进行编码，包括铜跟踪层，钻孔图，孔，元件符号和其他选项。此时，PCB设计的各个方面都要经过检查。该软件对设计执行监督算法，以确保不会发现任何错误。设计师还检查了与走线宽度，电路板边缘间距，走线和孔间距以及孔尺寸有关的元素的计划。

经过全面检查，设计人员将PCB文件转发到PC板房进行生产。为了确保设计满足制造过程中最小公差的要求，几乎所有PCBFab House在制造电路板之前都要进行制造设计(DFM)检查。

步骤2：从文件到电影

在设计人员输出PCB原理图文件并由制造商进行DFM检查之后，便开始进行PCB打印。制造商使用一种称为绘图仪的特殊打印机来制作PCB的照相胶片，以印制电路板。制造商将使用这些胶片对PCB成像。尽管它是激光打印机，但它不是标准的激光打印机。绘图仪使用难以置信的精确印刷技术来提供PCB设计的高度详细的胶片。

最终产品将得到带有黑色油墨的PCB负片的塑料片。对于PCB的内层，黑色墨水代表PCB的导电铜部分。图像的其余清晰部分表示不导电材料的区域。外层遵循相反的图案：清除铜层，但黑色是指将被蚀刻掉的区域。绘图仪自动冲洗胶片，并牢固地存放胶片，以防止不必要的接触。

PCB和阻焊层的每一层都有自己的透明黑色薄膜片。一共两层的PCB总共需要四张纸：两层用于多层，两层用于阻焊层。重要的是，所有电影必须彼此完美地对应。当和谐地使用时，它们会绘制出PCB对准图。

为了实现所有胶片的完美对准，应在所有胶片上打上定位孔。孔的精确度可通过调节胶片所在的工作台来实现。当工作台的微小校准导致最佳匹配时，就打孔。这些孔将在成像过程的下一步中装入定位销。

步骤3：打印内层：铜将流向何处?

上一步中的电影创作旨在绘制出一条铜线图形。现在是时候将胶片上的图形打印到铜箔上了。

PCB制造中的这一步骤准备制造实际的PCB.PCB的基本形式包括一个层压板，其核心材料是环氧树脂和玻璃纤维，也被称为基材。层压板是接收构成PCB的铜的理想主体。基板材料为PCB提供了坚固且防尘的起点。铜在两面都预先粘合在一起。该过程涉及消磨铜，以揭示薄膜中的设计。

在PCB施工中，清洁度至关重要。清洁铜面层压板，然后将其送入净化环境。在此阶段，至关重要的是，不得有灰尘颗粒沉积在层压板上。错误的污点可能会导致电路短路或保持断开状态。

接下来，清洁面板接收称为光致抗蚀剂的光敏膜层。该光致抗蚀剂包括在暴露于紫外光之后硬化的光反应性化学物质层。这确保了从照相胶片到光刻胶的精确匹配。薄膜安装在将销钉固定在层压板上的适当位置的销钉上。

薄膜和纸板排成一行，并接收一束紫外线。光线穿过薄膜的透明部分，使下面的铜上的光致抗蚀剂硬化。绘图仪的黑色墨水可防止光线到达不希望硬化的区域，因此将其清除。

板准备好后，用碱性溶液洗涤，以除去任何未硬化的光致抗蚀剂。最后的压力清洗将去除表面上残留的任何其他东西。然后将板干燥。

产品出现时会带有抗蚀剂，可以正确覆盖要保留在最终形式中的铜区域。技术人员检查电路板，以确保在此阶段没有错误发生。此时存在的所有抗蚀剂表示将在成品PCB中露出的铜。

此步骤仅适用于两层以上的电路板。简单的两层板可跳过钻孔。多层板需要更多步骤。

步骤4：移除不需要的铜

去除光刻胶并用硬化的光刻胶覆盖我们希望保留的铜之后，电路板将继续进行下一阶段：去除不需要的铜。正如碱性溶液去除了抗蚀剂一样，更强大的化学制剂会消耗掉多余的铜。铜溶剂溶液浴去除了所有裸露的铜。同时，所需的铜在光致抗蚀剂的硬化层下方保持充分的保护。

并非所有铜板都是一样的。一些较重的电路板需要大量的铜溶剂和变化的暴露时间。作为附带说明，较重的铜板需要特别注意轨道间距。大多数标准PCB都依赖于相似的规范。

现在，溶剂已去除了多余的铜，需要洗掉保护首选铜的硬化抗蚀剂。另一种溶剂可以完成此任务。现在，该板仅与PCB所需的铜基板一起闪烁。

步骤5：层对齐和光学检查

在所有层清洁并准备就绪的情况下，这些层需要对准冲头以确保它们全部对齐。定位孔将内层与外层对齐。技术人员将各层放入称为光学打孔机的机器中，该机器可以进行精确的对应，因此可以精确打孔定位孔。

一旦将这些层放在一起，就不可能纠正在内层上发生的任何错误。另一台机器对面板进行自动光学检查，以确认完全没有缺陷。制造商收到的Gerber原始设计作为模型。机器使用激光传感器扫描图层，然后将数字图像与原始Gerber文件进行电子比较。

如果机器发现不一致，则将比较结果显示在监视器上，以供技术人员评估。该层通过检查后，便进入PCB生产的最后阶段。

步骤6：分层和绑定

在此阶段，电路板成型。所有单独的层等待他们的联合。准备好并确认各层后，它们只需要融合在一起即可。外层必须与基材连接。该过程分为两个步骤：分层和绑定。

外层材料由预浸渍环氧树脂的玻璃纤维片组成。简称为预浸料。薄铜箔还覆盖了原始基板的顶部和底部，其中包含铜导线蚀刻。现在，该将它们夹在中间了。

粘接发生在带有金属夹的重型钢台上。这些层牢固地固定在连接到桌子上的销钉中。一切都必须紧密贴合，以防止在对齐过程中发生移动。

技术人员首先将预浸料层放在对准盆上。在放置铜片之前，将基材层放在预浸料上。预浸料的其他片材位于铜层的顶部。最后，用铝箔和铜压板完成堆叠。现在已准备好进行压榨。

整个操作过程由粘合机计算机自动执行。计算机会安排加热堆栈的过程，施加压力的时间以及允许堆栈以受控速率冷却的时间。

接下来，发生一定数量的拆包。在将所有层模制在一起的过程中，PCB的光彩照人，技术人员只需拆开多层PCB产品的包装即可。卸下约束销并丢弃顶部压力板是一个简单的问题。PCB良性从其铝压板外壳中脱颖而出。该工艺中包含的铜箔仍保留着PCB的外层。

步骤7：钻孔

最后，在堆叠板上钻孔。计划稍后推出的所有组件，例如通孔和引线方面的铜连接，都依赖于精密钻孔的准确性。将孔钻成与头发一样的宽度-钻头的直径达到100um，而头发的平均直径为150um。

为了找到钻孔目标的位置，X射线定位器可以识别适当的钻孔目标点。然后，在适当的定位孔上打孔，以固定用于一系列更特定孔的堆栈。

钻孔之前，技术人员会在钻孔目标下方放置一块缓冲材料板，以确保形成干净的钻孔。出口材料可防止对钻头出口的任何不必要的撕裂。

一台计算机控制钻头的每个微小运动-决定机器性能的产品自然会依赖于计算机。计算机驱动的机器使用原始设计中的钻孔文件来识别适当的钻孔位置。

钻头使用气动主轴，转速为150,000 rpm。以这种速度，您可能会认为钻孔是瞬间完成的，但是有很多孔要钻。一个普通的PCB包含一百多个完整点。在钻孔过程中，每个钻头都需要自己的特殊时刻，因此需要时间。之后，这些孔将容纳PCB的过孔和机械安装孔。这些零件的最终固定在电镀之后进行。

钻孔完成后，衬在生产面板边缘的额外铜将通过仿形工具去除。

步骤8：电镀和铜沉积

钻孔后，面板移至电镀层。该过程使用化学沉积将不同的层融合在一起。彻底清洁后，面板将进行一系列化学浴。在熔池中，化学沉积过程会在面板表面上沉积一薄层铜(约1um厚)。铜进入最近钻出的孔中。

在该步骤之前，孔的内表面仅暴露构成面板内部的玻璃纤维材料。铜槽完全覆盖或覆盖孔壁。顺便说一句，整个面板接受新的铜层。最重要的是，新孔被覆盖了。计算机控制浸渍，去除和加工的整个过程。

步骤9：外层成像

在第3步中，我们在面板上涂了光刻胶。在此步骤中，我们将再次执行此操作-这次除外，我们使用PCB设计对面板的外层进行成像。我们首先在无菌室中放置各层，以防止任何污染物粘附到层表面，然后在面板上涂一层光致抗蚀剂。准备好的面板进入黄色房间。紫外线会影响光刻胶。黄光波长的紫外线水平不足以影响光刻胶。

黑色墨水透明胶片通过销钉固定，以防止与面板对齐。当面板和钢网接触时，发生器会用高强度的紫外线将其喷砂，从而使光致抗蚀剂硬化。然后，面板进入机器，该机器去除未硬化的抗蚀剂，并由黑色墨水不透明性保护。

该过程与内层的过程相反。最后，对外板进行检查，以确保在上一阶段中除去了所有不需要的光刻胶。

步骤10：电镀

我们回到电镀室。正如在步骤8中所做的那样，我们在面板上电镀了一层薄薄的铜。从外层光致抗蚀剂台的面板的暴露部分接受电镀铜。在最初的镀铜浴之后，通常会在面板上镀锡，这样可以清除板上预定要清除的所有铜。锡保护板的一部分，以便在下一个蚀刻阶段保持被铜覆盖。蚀刻去除面板上不需要的铜箔。

步骤11：最终蚀刻

在此阶段，锡可保护所需的铜。去除不需要的裸露的铜和残留的抗蚀剂层下面的铜。再次，施加化学溶液以去除过量的铜。同时，锡在此阶段可保护有价值的铜。

现在已正确建立了导电区域和连接。

步骤12：阻焊膜应用

在将阻焊剂应用于电路板的两面之前，先清洁面板并用环氧阻焊剂油墨覆盖。电路板上接收一束紫外线，该紫外线穿过阻焊膜照相胶片。被覆盖的部分保持未硬化状态，并且将被去除。

最后，电路板进入烤箱以固化阻焊剂。

步骤13：表面成型

为了增加PCB的可焊性，我们用金或银化学镀了它们。在此阶段中，某些PCB还接受热风平焊垫。热空气调平可产生均匀的垫板。该过程导致表面成型的产生,可以根据客户的特定要求处理多种类型的表面成型。

步骤14：丝印

接近完成的电路板在其表面上接受喷墨书写，用于指示与PCB有关的所有重要信息。PCB最终进入最后的涂层和固化阶段。

步骤15：电气测试

作为最后的预防措施，技术人员会对PCB进行电气测试。自动化程序可以确认PCB的功能及其与原始设计的一致性。在PCB制造商，提供了称为“飞针测试”的高级电气测试，该测试依靠移动探针来测试裸电路板上每个网络的电性能。

步骤16：剖析和V形槽

现在我们到了最后一步：裁剪。从原始面板上切下了不同的板。所采用的方法要么集中在使用路由工具，要么在使用v形槽。router刨机沿电路板边缘留有小突起，而v形槽则沿电路板的两侧切割对角线通道。两种方式都可以使电路板轻松地从面板弹出。