PCB是如何一步一步制作的？

印刷電路板 (PCB)是大多數(shù)現(xiàn)代電子設(shè)備的板，它具有將各個(gè)點(diǎn)連接在一起的線(xiàn)路和焊盤(pán)。哪怕是一塊小小的板子，其制作工藝也十分繁瑣、精致。這里將通過(guò)圖片和視頻逐步介紹PCB制造過(guò)程。

PCB是如何制作的？

以下是詳細(xì)的PCB生產(chǎn)流程：

PCB生產(chǎn)的第一步是組織和檢查PCB布局。PCB制造商從PCB設(shè)計(jì)公司拿到CAD文件，將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式——Extended Gerber RS-274X或Gerber X2，因?yàn)槊總€(gè)CAD軟件都有自己獨(dú)特的文件格式。然后電子工程師會(huì)檢查PCB布局是否符合制造工藝，是否有缺陷等問(wèn)題。

圖 1. PCB CAD 文件

在家制作PCB時(shí)，可以用激光打印機(jī)將PCB版圖打印在紙上，然后轉(zhuǎn)移到覆銅板上。在打印過(guò)程中，由于打印機(jī)容易出現(xiàn)缺墨和斷點(diǎn)的情況，需要用油性筆手動(dòng)補(bǔ)墨。

圖 2. PCB 激光打印

但是，工廠(chǎng)一般使用影印將PCB布局打印在膠片上。如果是多層PCB，每層影印的版圖膜會(huì)按順序排列。

圖 3. 按順序排列的 PCB 薄膜

然后將在薄膜上打上對(duì)準(zhǔn)孔。對(duì)齊孔非常重要，對(duì)齊PCB各層材料必不可少。

清潔銅板。如果有灰塵，可能會(huì)導(dǎo)致最終電路短路或斷路。

圖 4. 清潔銅板

下圖是一個(gè)8層PCB的例子，它實(shí)際上是由3片覆銅板加2片銅膜，然后用預(yù)浸料粘合在一起。生產(chǎn)順序是從中間板（第4層和第5層電路）開(kāi)始，連續(xù)堆疊在一起，然后固定。4層PCB的制作類(lèi)似，包括一塊芯板和兩塊銅膜。

圖 5. 8 層 PCB 板顯示

首先制作中間核心板的兩層電路。覆銅板清洗干凈后，表面會(huì)覆蓋一層感光膜。此膜遇光固化，在銅箔上形成保護(hù)膜。

圖 6. PCB 內(nèi)層

將兩層PCB走線(xiàn)膜和雙層覆銅板插入上PCB走線(xiàn)膜，確保上下PCB走線(xiàn)膜堆疊準(zhǔn)確。

圖 7. PCB 布局貼膜

機(jī)器用紫外燈照射銅箔上的感光膜。透明膜在光線(xiàn)下固化，仍然沒(méi)有固化的感光膜。固化膜下覆蓋的銅箔是PCB布局所需，相當(dāng)于手工PCB的激光打印機(jī)墨水的作用。另外，被黑膜覆蓋的銅箔會(huì)被腐蝕掉，固化后的透明膜會(huì)被保存下來(lái)。

圖 8. 固化的感光膜

用堿液清洗未固化的感光膜，固化后的膜將覆蓋所需的銅箔電路。

圖 9. 清潔未固化的感光膜

然后使用強(qiáng)堿，例如 NaOH，蝕刻掉不需要的銅箔。

圖 10. 銅箔蝕刻

撕下固化后的感光膜，露出所需PCB布局的銅箔。

圖 11. 撕下固化的感光膜

核心板已成功生產(chǎn)。然后在上面打?qū)R孔，以方便與其他材料。

圖 12. PCB 上的打孔對(duì)齊孔

核心板一旦與其他層壓在一起，就無(wú)法修改。所以PCB檢查非常重要。機(jī)器會(huì)自動(dòng)與PCB布局圖比對(duì)，找出錯(cuò)誤。

圖 13. PCB 布局圖比較

前兩層PCB板已經(jīng)制作完成。

這里引入了一種新的原材料叫Prepreg，它是芯板（PCB層數(shù)>4）之間以及芯板和外層銅箔之間的粘合劑，同時(shí)也起到絕緣的作用。

圖 14. PCB 預(yù)浸料和銅

下銅箔和兩層預(yù)浸料已經(jīng)通過(guò)走線(xiàn)孔和下鐵板預(yù)先固定好，然后成品芯板也放入走線(xiàn)孔中，最后是兩層預(yù)浸料，一層銅箔和一層承壓鋁板覆蓋在芯板上。

圖 15. 固定 PCB 預(yù)浸料和銅

為了提高工作效率，這家工廠(chǎng)將三塊不同的PCB板堆疊在一起，然后再進(jìn)行固定。上鐵板被磁性吸引，便于與下鐵板對(duì)齊。兩層鐵板通過(guò)插入定位銷(xiāo)對(duì)齊成功后，機(jī)器盡可能壓縮鐵板之間的空間，然后用釘子固定。

圖 16. 固定 PCB 層

由鐵板夾住的PCB板放置在支架上，然后送到真空熱壓機(jī)進(jìn)行層壓。高溫可使預(yù)浸料中的環(huán)氧樹(shù)脂熔化，并在壓力下將芯板和銅箔固定在一起。

圖 17. PCB 層層壓1

圖 17. PCB 層層壓2

貼合后，取下壓住PCB的上鐵板。然后取下承壓鋁板。鋁板還起到隔離不同PCB的作用，保證PCB外層銅箔的平整度。最后此時(shí)取出的PCB會(huì)覆蓋一層光滑的銅箔。

圖 18. 拆下上鐵板和鋁板

那么PCB中4層互不接觸的銅箔如何連接呢？首先在PCB上打通孔，然后將孔壁金屬化以導(dǎo)電。

圖 19. PCB 鉆孔

在打孔機(jī)上鋪一層鋁板，然后把PCB放在上面。由于鉆孔是一個(gè)相對(duì)較慢的過(guò)程，為了提高效率，根據(jù)PCB的層數(shù)，將1到3塊相同的板堆疊在一起鉆孔。最后，用一層鋁板覆蓋最上面的PCB。上下鋁板用于防止鉆孔時(shí)PCB上的銅箔撕裂。

圖 20. PCB 鉆孔

接下來(lái)，您只需要在電腦上選擇正確的鉆孔程序，其余的都由鉆孔機(jī)自動(dòng)完成。鉆頭采用氣壓驅(qū)動(dòng)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)15萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘。因?yàn)槿绱烁叩霓D(zhuǎn)速足以保證孔壁的平整度。

圖 21. 鉆孔程序

更換鉆頭也由機(jī)器根據(jù)程序自動(dòng)完成。最小的鉆頭可以達(dá)到100微米的直徑，而人的頭發(fā)的直徑是150微米。

圖 22. 更換鉆頭

在之前的過(guò)程中，熔融的環(huán)氧樹(shù)脂被擠出PCB，因此需要將其切斷。在這里，仿形銑床根據(jù) PCB 的正確 XY 坐標(biāo)切割其外圍。

圖 23. 切割 PCB 外圍

由于幾乎所有的 PCB 設(shè)計(jì)都使用穿孔來(lái)連接不同層的線(xiàn)路，因此良好的連接需要在孔壁上鋪上 25 微米的銅膜。銅膜的厚度需要通過(guò)電鍍來(lái)實(shí)現(xiàn)，但孔壁由不導(dǎo)電的環(huán)氧樹(shù)脂和玻璃纖維板組成。所以第一步是在孔壁上沉積一層導(dǎo)電材料，通過(guò)化學(xué)沉積在整個(gè)PCB表面形成1微米的銅膜?；瘜W(xué)處理、清洗等全過(guò)程由機(jī)器控制。

接下來(lái)，將PCB外層轉(zhuǎn)移到銅箔上。過(guò)程類(lèi)似于之前PCB內(nèi)芯板的轉(zhuǎn)移原理。PCB布局通過(guò)影印膜和感光膜轉(zhuǎn)移到銅箔上。唯一的區(qū)別是正片將用作板。
上面介紹的內(nèi)部PCB布局的轉(zhuǎn)移使用的是減法，負(fù)片作為板子。PCB被固化后的感光膜作為電路覆蓋，清洗未固化的膜。裸露的銅箔蝕刻后，PCB布局電路受到固化膜的保護(hù)。外層PCB版圖的轉(zhuǎn)移采用正常方法，正片為板。非電路區(qū)被PCB上固化的感光膜覆蓋。清洗未固化的薄膜后，進(jìn)行電鍍。有膜的地方不能電鍍，沒(méi)有膜的地方先鍍銅再鍍錫。去除薄膜后，進(jìn)行堿性蝕刻，最后去除錫。
將清洗過(guò)的銅箔兩面的PCB放入覆膜機(jī)中，將感光模具壓在銅箔上。

圖 24. 覆膜機(jī)

將印好的上下層PCB布局膜通過(guò)孔固定，中間放置PCB板。然后透光膜下面的感光膜通過(guò)UV燈的照射固化，這就是需要預(yù)留的電路。

圖 25. PCB 暴露在紫外線(xiàn)下1

圖 25. PCB 暴露在紫外線(xiàn)下2

清理掉不需要的和未固化的感光膜后，檢查PCB板。

圖 26. PCB 檢查1

圖 26. PCB 檢查2

用夾子夾住 PCB，并電鍍銅。如前所述，為了保證孔洞有足夠的導(dǎo)電性，孔壁上鍍的銅膜必須有25微米的厚度，所以整個(gè)系統(tǒng)會(huì)由電腦自動(dòng)控制，以確保其精度。

圖 27. PCB 鍍銅1

圖 27. PCB 鍍銅2

銅膜電鍍好后，電腦給出指令電鍍一層薄薄的錫。然后，檢查以確保鍍銅和鍍錫的厚度正確。

圖 28. 電鍍銅和錫檢測(cè)

接下來(lái)，一條完整的自動(dòng)化裝配線(xiàn)完成蝕刻過(guò)程。然后，清潔PCB上固化的感光膜。

圖 29. 清潔固化的感光膜

然后用強(qiáng)堿將其覆蓋的不需要的銅箔清洗干凈。

圖 30. 清潔不需要的銅箔

最后用剝錫液將PCB布局銅箔上的鍍錫層剝掉。清洗后，4層PCB布局完成。

PCB制造工藝常見(jiàn)問(wèn)題

1、PCB制造工藝有哪些？
有幾種 PCB 制造方法可以讓 PCB 在達(dá)到最終產(chǎn)品之前提交。這些方法包括準(zhǔn)備電路板表面、放置元件、焊接、清潔以及檢查和測(cè)試。

2.什么是PCB設(shè)計(jì)流程？
第 1 步 – 設(shè)計(jì)
第 2 步 – 打印設(shè)計(jì)
第 3 步 – 創(chuàng)建基板
第 4 步 – 打印內(nèi)層
第 5 步 – 紫外線(xiàn)燈
第 6 步 – 去除不需要的銅
第 7 步 – 檢查。
第 8 步 - 層壓各層

3. 哪種軟件最適合PCB設(shè)計(jì)？
Top 8 Best PCB Design Software of 2021
PROTEL (Altium Designer)
PADS (PowerPCB)
ORCAD
Allegro
Eagle（易于應(yīng)用的圖形布局編輯器）
Kicad
EasyEda
Fritzing

4、什么是PCB層？
PCB 被定義為具有明確定義順序的多個(gè)銅層。PCB的銅層通常只是命名層或也稱(chēng)為信號(hào)層。但是，要定義完整的 PCB，還需要其他層。它們通常以其功能和位置命名。

5、PCB有哪些組成部分？
一些常見(jiàn)的 PCB 組件包括：
電池：為電路提供電壓。
電阻器：控制通過(guò)它們的電流。它們用顏色編碼來(lái)確定它們的價(jià)值。
LED：發(fā)光二極管。當(dāng)電流流過(guò)時(shí)亮起，并且只允許電流沿一個(gè)方向流動(dòng)。
晶體管：放大電荷。
電容器：這些是可以攜帶電荷的組件。
電感器：存儲(chǔ)電荷并停止和改變電流。
二極管：只允許電流在一個(gè)方向通過(guò)，阻止另一個(gè)方向。
開(kāi)關(guān)：可以允許電流或阻塞，具體取決于它們是關(guān)閉還是打開(kāi)。