PCB制造的過程及工藝

1、PCB制造的過程及工藝     首先：PCB（印刷電路板）的原料是什么呢？大家知道有種東西叫"玻璃纖維"吧，這種材料我們?cè)谌粘Ｉ钪谐鎏幙梢?，比如防火布、防火氈的核心就是玻璃纖維，玻璃纖維很容易和樹脂相結(jié)合，我們把結(jié)構(gòu)緊密、強(qiáng)度高的玻纖布浸入樹脂中，硬化就得到了隔熱絕緣、不易彎曲的PCB基板了-如果把PCB板折斷，邊緣是發(fā)白分層，足以證明材質(zhì)為樹脂玻纖。然后呢？光是絕緣板我們可不能傳遞電信號(hào)，于是需要在表面覆銅。所以我們把PCB板也稱之為覆銅基板。在工廠里，常見覆銅基板的代號(hào)是FR-4（可不是F4啊:），這個(gè)在各家板卡廠商里面一般沒有

2、區(qū)別，所以我們可以認(rèn)為大家都處于同一起跑線上，當(dāng)然，如果是高頻板卡，最好用成本較高的覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。 覆銅工藝很簡(jiǎn)單，一般可以用壓延與電解的辦法制造，所謂壓延就是將高純度（>99.98）的銅用碾壓法貼在PCB基板上-因?yàn)榄h(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合性，銅箔的附著強(qiáng)度和工作溫度較高，可以在260的熔錫中浸焊而無起泡。這個(gè)過程頗像搟餃子皮，不過餃子皮可是很薄很薄的喔，最薄可以小于1mil（工業(yè)單位：密耳，即千分之一英寸，相當(dāng)于0.0254mm）呢！如果餃子皮這么薄的話，下鍋肯定漏餡！所謂電解銅個(gè)在初中化學(xué)已經(jīng)學(xué)過，CuSo4電解液能不斷制造一層層的"銅箔"，這

3、個(gè)更容易控制厚度，時(shí)間越長(zhǎng)銅箔越厚！通常廠里對(duì)銅箔的厚度有很嚴(yán)格的要求，一般在0.3mil和3mil之間，有專用的銅箔厚度測(cè)試儀檢驗(yàn)其品質(zhì)。像古老的收音機(jī)和業(yè)余愛好者用的PCB上覆銅特別厚，比起電腦板卡工廠里品質(zhì)差了很遠(yuǎn)。 為什么要讓銅箔這么薄呢？主要是基于兩個(gè)理由：一個(gè)是均勻的銅箔可以有非常均勻的電阻溫度系數(shù)，介電常數(shù)低，這樣能讓信號(hào)傳輸損失更小，這和電容要求不同，電容要求介電常數(shù)高，這樣才能在有限體積下容納更高的容量，電容為什么比鋁電容個(gè)頭要小，歸根結(jié)底是介電常數(shù)高啊！其次，薄銅箔通過大電流情況下溫升較小，這對(duì)于散熱和元件壽命都是有很大好處的，數(shù)字集成電路中銅線寬度最好小于0.3cm也是這

4、個(gè)道理。制作精良的PCB成品板非常均勻，光澤柔和（因?yàn)楸砻嫠⑸献韬竸@個(gè)用肉眼能看出來，不過老實(shí)說光看覆銅基板能看出好壞的人還真不多，除非你是廠里經(jīng)驗(yàn)豐富的品檢。 有朋友問了，對(duì)于一塊全身包裹了銅箔的PCB基板，我們?nèi)绾尾拍茉谏厦姘卜旁瑢?shí)現(xiàn)元件-元件間的信號(hào)導(dǎo)通而非整塊板的導(dǎo)通呢？那我要問一句了，你有沒有看到一塊主板表面都是銅的-回答當(dāng)然是：沒有！板上都是彎彎繞繞的銅線，電信號(hào)就是通過銅線來傳遞的，那么答案很簡(jiǎn)單，把銅箔蝕掉不用的部分，留下銅線部分不就OK了？ 好，那么這一步是如何完成的呢？好的，我們需要涉及一個(gè)概念：那就是"線路底片"或者稱之為"線路菲林

5、"，我們將板卡的線路設(shè)計(jì)用光刻機(jī)印成膠片，然后把一種主要成分對(duì)特定光譜敏感而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的感光干膜覆蓋在基板上，干膜分兩種，光聚合型和光分解型，光聚合型干膜在特定光譜的光照射下會(huì)硬化，從水溶性物質(zhì)變成水不溶性而光分解型則正好相反。好，這里我們就用光聚合型感光干膜先蓋在基板上，上面再蓋一層線路膠片讓其曝光，曝光的地方呈黑色不透光，反之則是透明的（線路部分）。光線通過膠片照射到感光干膜上-結(jié)果怎么樣了？凡是膠片上透明通光的地方干膜顏色變深開始硬化，緊緊包裹住基板表面的銅箔，就像把線路圖印在基板上一樣，接下來我們經(jīng)過顯影步驟(使用碳酸鈉溶液洗去未硬化干膜)，讓不需要干膜保護(hù)的銅箔露出來，這

6、稱作脫膜（Stripping）工序。接下來我們?cè)偈褂梦g銅液(腐蝕銅的化學(xué)藥品)對(duì)基板進(jìn)行蝕刻，沒有干膜保護(hù)的銅全軍覆沒，硬化干膜下的線路圖就這么在基板上呈現(xiàn)出來。這整個(gè)過程有個(gè)叫法叫"影像轉(zhuǎn)移"，它在PCB制造過程中占非常重要的地位。 接下來自然是制作多層板啦！按照上述步驟制作只是單面板，即使兩面加工也是雙面板而已，但是我們常?？梢园l(fā)現(xiàn)自己手中的板卡是四層板或者六層板（甚至有8層板），這究竟是怎么制造出來的呢？ 有了上面的基礎(chǔ)，我們明白其實(shí)不難，做兩塊雙面板然后"粘"起來就行啦！比如我們做一塊典型的四層板（按照順序分14層，其中1/4是外層，信號(hào)層，2/

7、3是內(nèi)層，接地和電源層），先呢分別做好1/2和3/4（同一塊基板），然后把兩塊基板粘一塊不就OK了？不過這個(gè)粘結(jié)劑可不是普通的膠水，而是軟化狀態(tài)下的樹脂材料，它首先是絕緣的，其次很薄，與基板粘合性良好。我們稱之為PP材料，它的規(guī)格是厚度與含膠（樹脂）量。當(dāng)然，一般四層板和六層板我們是看不出來的，因?yàn)榱鶎影宓幕搴穸缺容^薄，即使要用兩層PP三塊雙面基板，也未見得比一層PP兩塊雙面基板的四層板能增加多少厚度-板卡的厚度都有一定規(guī)范，否則就插不進(jìn)各種卡槽中了。說到這里，讀者又會(huì)產(chǎn)生疑問，那個(gè)多層板之間信號(hào)不是要導(dǎo)通嗎？現(xiàn)在PP是絕緣材料，如何實(shí)現(xiàn)層與層之間的互聯(lián)？別急，我們?cè)谡辰Y(jié)多層板之前還需要鉆孔

8、！鉆了孔可以將電路板上下位置相應(yīng)銅線對(duì)起來，然后讓孔壁帶銅，那么不是相當(dāng)于導(dǎo)線將電路串聯(lián)起來了嗎？這種孔我們稱之為導(dǎo)通孔（Plating hole，簡(jiǎn)稱PT孔，我喜歡叫撲通孔，呵呵）。這些孔需要鉆孔機(jī)鉆出來，現(xiàn)代鉆孔機(jī)能鉆出很小很小的孔和很淺的孔，一塊主板上有成百上千個(gè)大小迥異深淺不一的孔，我們用高速鉆孔機(jī)起碼要鉆一個(gè)多小時(shí)才能鉆完。鉆完孔后，我們?cè)龠M(jìn)行孔電鍍（該技術(shù)稱之為鍍通孔技術(shù)，Plated-Through-Hole technology，PTH），讓孔導(dǎo)通。 孔也鉆了，里外層都通了，多層板粘好了，是不是完事了呢？我們的回答是No，因?yàn)橹靼迳a(chǎn)需要大量進(jìn)行焊接，如果直接焊接，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)嚴(yán)

9、重后果：一、板卡表面銅線氧化，焊不上；二、搭焊現(xiàn)象嚴(yán)重-因?yàn)榫€與線之間的間距實(shí)在太小了?。∷晕覀儽仨氃谡麄€(gè)PCB基板外面再包上一層裝甲-這就是防焊漆，也就是俗稱阻焊劑的的東東，它對(duì)液態(tài)的焊錫不具有親和力，并且在特定光譜的光照射下會(huì)發(fā)生變化而硬化，這個(gè)特性和干膜類似，我們看到的板卡顏色，其實(shí)就是防焊漆的顏色，如果防焊漆是綠色，那么板卡就是綠色，相應(yīng)五顏六色怎么來的大家都清楚了吧？最后大家不要忘了網(wǎng)印、金手指鍍金（對(duì)于顯卡或者PCI等插卡來說）和質(zhì)檢，測(cè)試PCB是否有短路或是斷路的狀況，可以使用光學(xué)或電子方式測(cè)試。光學(xué)方式采用掃描以找出各層的缺陷，電子測(cè)試則通常用飛針探測(cè)儀（Flying-Pro

10、be）來檢查所有連接。電子測(cè)試在尋找短路或斷路比較準(zhǔn)確，不過光學(xué)測(cè)試可以更容易偵測(cè)到導(dǎo)體間不正確空隙的問題。 總結(jié)一下，一家典型的PCB工廠其生產(chǎn)流程如下所示： 下料內(nèi)層制作壓合鉆孔鍍銅外層制作防焊漆印刷文字印刷表面處理外形加工。 至此，整個(gè)PCB制造流程已經(jīng)全面介紹完畢，下面我們就結(jié)合圖片來參觀精英鑫華寶訊廠-迄今為止國(guó)內(nèi)最大的PCB板制造基地之一。 這是對(duì)PCB做中檢，如果不合格可是要返工的哦！看工人一絲不茍的樣子，要經(jīng)過目檢和工具檢測(cè)兩大關(guān)，結(jié)合探針，能檢查出線路板的通斷。 室內(nèi)溫度必須保持在24±2、相對(duì)濕度4065，這是為了保證PCB基板和底片的尺寸穩(wěn)定。因?yàn)榘遄雍偷灼慕M

11、成材料都是有機(jī)高分子材料，對(duì)溫濕度十分敏感。只有整個(gè)生產(chǎn)過程中都在相同的溫濕度下，才能保證板子和底片不會(huì)發(fā)生漲縮現(xiàn)象，所以現(xiàn)在的PCB工廠中生產(chǎn)區(qū)都裝有中央空調(diào)控制溫濕度。如果超過溫度極限，這個(gè)東東兼起報(bào)警器的作用。 這個(gè)儀器叫AOI（Automatic Optical Inspection，自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)），比較高級(jí)，除了高倍放大外，AOI能進(jìn)行裸板外觀品質(zhì)測(cè)試。AOI是集光學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形識(shí)別、自動(dòng)控制多學(xué)科于一身的高技術(shù)產(chǎn)品，它的內(nèi)部存有上百種板面缺陷的圖樣特征。工作時(shí)操作人員先將待檢板固定在機(jī)臺(tái)上，AOI會(huì)用激光定位器精確定位CCD鏡頭來掃描全板面。將得到的圖樣抽象出來與缺欠圖樣比對(duì)，以此

12、來判斷PCB的線路制作是否有問題。像常見的線路缺口、短斷路、蝕刻不全等都可以憑借AOI找出來。AOI可以指出問題類型以及在板子上的位置。核心是它的分析軟件。AOI技術(shù)的世界領(lǐng)跑者是以色列人，之所以這樣據(jù)說是因?yàn)橐陨刑幱诎⒗鲊?guó)環(huán)視之中，戒備心理極強(qiáng)，所以其雷達(dá)圖像識(shí)別技術(shù)首屈一指（怕人家偷襲嘛），在20世紀(jì)7080年代微電子技術(shù)大發(fā)展時(shí)，電子工業(yè)越來越需要一種高精度的外觀檢驗(yàn)裝置，以色列抓住機(jī)遇軍品轉(zhuǎn)民品大大地賺了一票。這種單價(jià)在30萬美元以上的設(shè)備早期被認(rèn)為是PCB工廠品管嚴(yán)格的象征，由于采用AOI后可有效地提高成品率，防止產(chǎn)品報(bào)廢，對(duì)于多層板生產(chǎn)還是十分合算的，所以現(xiàn)在AOI設(shè)備也是P

13、CB廠的必備裝置了。 壓膜和對(duì)片，這張照片不大清楚，內(nèi)部用UV紫外線爆光 這就是專門用來曝光的萬級(jí)無塵室，曝光機(jī)完成影像轉(zhuǎn)移工作，為什么要在無塵室內(nèi)進(jìn)行呢？原因是灰塵會(huì)折射光線，這必然會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)移到干膜上的線路圖失真。更為嚴(yán)重的是灰塵顆粒會(huì)粘在板面上阻擋光照造成雜質(zhì)斷路或短路。那么無塵室的燈光是黃色的，這又是為了什么？原來感光干膜對(duì)黃光不敏感，不會(huì)曝光，這和照相底片不能暴露在陽光下而在暗室的小綠燈下卻沒事是一個(gè)道理 這是在第二道成檢，必須把表面清理干凈，檢查是否脫膜和線路過分細(xì)，如果PCB出廠就來不及了。 這就是多鉆頭精密數(shù)控鉆床，一排排整齊列兵演出非常有氣勢(shì)。平面精度高達(dá)±3mil左右，這個(gè)東東國(guó)內(nèi)售價(jià)單臺(tái)就價(jià)值百萬人民幣！看PCB廠有沒有實(shí)力主要就看有多少臺(tái)鉆床了，一般稱得上大廠的起碼有百臺(tái)以上。這個(gè)“小小”車間就擁擠著46臺(tái)，但這只是寶訊的一小部分而已！ 每塊主板根據(jù)孔的多少在鉆孔，