PCB設計與制作

時間：2021-09-23 22:35:41

關(guān)鍵字： PCB設計電路板

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[導讀]在進行PCB設計之前，建議電路設計師參觀PC電路板車間，并與制造商就PCB制造需求進行面對面的交流。它有助于防止設計人員在設計階段傳遞任何不必要的錯誤。但是，隨著越來越多的公司將其PCB制造咨詢外包給海外供應商，這變得不切實際。因此，我們提供此文章是為了對PCB板制造工藝步驟有一個適當?shù)牧私?。希望它能使電路設計師和PCB業(yè)新手清楚地了解印制電路板的制造方式，并避免犯下不必要的錯誤。

PCB制造工藝步驟

步驟1：設計和輸出

電路板應嚴格與設計師使用PCB設計軟件創(chuàng)建的PCB布局兼容。常用的PCB設計軟件包括Altium Designer，OrCAD，Pads，KiCad，Eagle等。注意：在PCB制造之前，設計人員應告知其合同制造商有關(guān)用于電路設計的PCB設計軟件版本，因為它有助于避免因差異而引起的問題。

一旦PCB設計被批準用于生產(chǎn)，設計人員就可以將設計導出為制造商支持的格式。最常用的程序稱為擴展Gerber。Gerber的名字也叫IX274X。

PCB行業(yè)催生了Gerber作為完美輸出格式的擴展。不同的PCB設計軟件可能要求使用不同的Gerber文件生成步驟，它們都對綜合的重要信息進行編碼，包括銅跟蹤層，鉆孔圖，孔，元件符號和其他選項。此時，PCB設計的各個方面都要經(jīng)過檢查。該軟件對設計執(zhí)行監(jiān)督算法，以確保不會發(fā)現(xiàn)任何錯誤。設計師還檢查了與走線寬度，電路板邊緣間距，走線和孔間距以及孔尺寸有關(guān)的元素的計劃。

經(jīng)過全面檢查，設計人員將PCB文件轉(zhuǎn)發(fā)到PC板房進行生產(chǎn)。為了確保設計滿足制造過程中最小公差的要求，幾乎所有PCBFab House在制造電路板之前都要進行制造設計(DFM)檢查。

步驟2：從文件到電影

在設計人員輸出PCB原理圖文件并由制造商進行DFM檢查之后，便開始進行PCB打印。制造商使用一種稱為繪圖儀的特殊打印機來制作PCB的照相膠片，以印制電路板。制造商將使用這些膠片對PCB成像。盡管它是激光打印機，但它不是標準的激光打印機。繪圖儀使用難以置信的精確印刷技術(shù)來提供PCB設計的高度詳細的膠片。

PCB設計與制作

最終產(chǎn)品將得到帶有黑色油墨的PCB負片的塑料片。對于PCB的內(nèi)層，黑色墨水代表PCB的導電銅部分。圖像的其余清晰部分表示不導電材料的區(qū)域。外層遵循相反的圖案：清除銅層，但黑色是指將被蝕刻掉的區(qū)域。繪圖儀自動沖洗膠片，并牢固地存放膠片，以防止不必要的接觸。

PCB和阻焊層的每一層都有自己的透明黑色薄膜片。一共兩層的PCB總共需要四張紙：兩層用于多層，兩層用于阻焊層。重要的是，所有電影必須彼此完美地對應。當和諧地使用時，它們會繪制出PCB對準圖。

為了實現(xiàn)所有膠片的完美對準，應在所有膠片上打上定位孔?？椎木_度可通過調(diào)節(jié)膠片所在的工作臺來實現(xiàn)。當工作臺的微小校準導致最佳匹配時，就打孔。這些孔將在成像過程的下一步中裝入定位銷。

步驟3：打印內(nèi)層：銅將流向何處?

上一步中的電影創(chuàng)作旨在繪制出一條銅線圖形?，F(xiàn)在是時候?qū)⒛z片上的圖形打印到銅箔上了。

PCB制造中的這一步驟準備制造實際的PCB.PCB的基本形式包括一個層壓板，其核心材料是環(huán)氧樹脂和玻璃纖維，也被稱為基材。層壓板是接收構(gòu)成PCB的銅的理想主體?；宀牧蠟镻CB提供了堅固且防塵的起點。銅在兩面都預先粘合在一起。該過程涉及消磨銅，以揭示薄膜中的設計。

在PCB施工中，清潔度至關(guān)重要。清潔銅面層壓板，然后將其送入凈化環(huán)境。在此階段，至關(guān)重要的是，不得有灰塵顆粒沉積在層壓板上。錯誤的污點可能會導致電路短路或保持斷開狀態(tài)。

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接下來，清潔面板接收稱為光致抗蝕劑的光敏膜層。該光致抗蝕劑包括在暴露于紫外光之后硬化的光反應性化學物質(zhì)層。這確保了從照相膠片到光刻膠的精確匹配。薄膜安裝在將銷釘固定在層壓板上的適當位置的銷釘上。

薄膜和紙板排成一行，并接收一束紫外線。光線穿過薄膜的透明部分，使下面的銅上的光致抗蝕劑硬化。繪圖儀的黑色墨水可防止光線到達不希望硬化的區(qū)域，因此將其清除。

板準備好后，用堿性溶液洗滌，以除去任何未硬化的光致抗蝕劑。最后的壓力清洗將去除表面上殘留的任何其他東西。然后將板干燥。

產(chǎn)品出現(xiàn)時會帶有抗蝕劑，可以正確覆蓋要保留在最終形式中的銅區(qū)域。技術(shù)人員檢查電路板，以確保在此階段沒有錯誤發(fā)生。此時存在的所有抗蝕劑表示將在成品PCB中露出的銅。

此步驟僅適用于兩層以上的電路板。簡單的兩層板可跳過鉆孔。多層板需要更多步驟。

步驟4：移除不需要的銅

去除光刻膠并用硬化的光刻膠覆蓋我們希望保留的銅之后，電路板將繼續(xù)進行下一階段：去除不需要的銅。正如堿性溶液去除了抗蝕劑一樣，更強大的化學制劑會消耗掉多余的銅。銅溶劑溶液浴去除了所有裸露的銅。同時，所需的銅在光致抗蝕劑的硬化層下方保持充分的保護。

并非所有銅板都是一樣的。一些較重的電路板需要大量的銅溶劑和變化的暴露時間。作為附帶說明，較重的銅板需要特別注意軌道間距。大多數(shù)標準PCB都依賴于相似的規(guī)范。

現(xiàn)在，溶劑已去除了多余的銅，需要洗掉保護首選銅的硬化抗蝕劑。另一種溶劑可以完成此任務?，F(xiàn)在，該板僅與PCB所需的銅基板一起閃爍。

步驟5：層對齊和光學檢查

在所有層清潔并準備就緒的情況下，這些層需要對準沖頭以確保它們?nèi)繉R。定位孔將內(nèi)層與外層對齊。技術(shù)人員將各層放入稱為光學打孔機的機器中，該機器可以進行精確的對應，因此可以精確打孔定位孔。

一旦將這些層放在一起，就不可能糾正在內(nèi)層上發(fā)生的任何錯誤。另一臺機器對面板進行自動光學檢查，以確認完全沒有缺陷。制造商收到的Gerber原始設計作為模型。機器使用激光傳感器掃描圖層，然后將數(shù)字圖像與原始Gerber文件進行電子比較。

如果機器發(fā)現(xiàn)不一致，則將比較結(jié)果顯示在監(jiān)視器上，以供技術(shù)人員評估。該層通過檢查后，便進入PCB生產(chǎn)的最后階段。

步驟6：分層和綁定

在此階段，電路板成型。所有單獨的層等待他們的聯(lián)合。準備好并確認各層后，它們只需要融合在一起即可。外層必須與基材連接。該過程分為兩個步驟：分層和綁定。

外層材料由預浸漬環(huán)氧樹脂的玻璃纖維片組成。簡稱為預浸料。薄銅箔還覆蓋了原始基板的頂部和底部，其中包含銅導線蝕刻?，F(xiàn)在，該將它們夾在中間了。

粘接發(fā)生在帶有金屬夾的重型鋼臺上。這些層牢固地固定在連接到桌子上的銷釘中。一切都必須緊密貼合，以防止在對齊過程中發(fā)生移動。

技術(shù)人員首先將預浸料層放在對準盆上。在放置銅片之前，將基材層放在預浸料上。預浸料的其他片材位于銅層的頂部。最后，用鋁箔和銅壓板完成堆疊。現(xiàn)在已準備好進行壓榨。

整個操作過程由粘合機計算機自動執(zhí)行。計算機會安排加熱堆棧的過程，施加壓力的時間以及允許堆棧以受控速率冷卻的時間。

接下來，發(fā)生一定數(shù)量的拆包。在將所有層模制在一起的過程中，PCB的光彩照人，技術(shù)人員只需拆開多層PCB產(chǎn)品的包裝即可。卸下約束銷并丟棄頂部壓力板是一個簡單的問題。PCB良性從其鋁壓板外殼中脫穎而出。該工藝中包含的銅箔仍保留著PCB的外層。

步驟7：鉆孔

最后，在堆疊板上鉆孔。計劃稍后推出的所有組件，例如通孔和引線方面的銅連接，都依賴于精密鉆孔的準確性。將孔鉆成與頭發(fā)一樣的寬度-鉆頭的直徑達到100um，而頭發(fā)的平均直徑為150um。

為了找到鉆孔目標的位置，X射線定位器可以識別適當?shù)你@孔目標點。然后，在適當?shù)亩ㄎ豢咨洗蚩?，以固定用于一系列更特定孔的堆?！?

鉆孔之前，技術(shù)人員會在鉆孔目標下方放置一塊緩沖材料板，以確保形成干凈的鉆孔。出口材料可防止對鉆頭出口的任何不必要的撕裂。

一臺計算機控制鉆頭的每個微小運動-決定機器性能的產(chǎn)品自然會依賴于計算機。計算機驅(qū)動的機器使用原始設計中的鉆孔文件來識別適當?shù)你@孔位置。

鉆頭使用氣動主軸，轉(zhuǎn)速為150,000 rpm。以這種速度，您可能會認為鉆孔是瞬間完成的，但是有很多孔要鉆。一個普通的PCB包含一百多個完整點。在鉆孔過程中，每個鉆頭都需要自己的特殊時刻，因此需要時間。之后，這些孔將容納PCB的過孔和機械安裝孔。這些零件的最終固定在電鍍之后進行。

鉆孔完成后，襯在生產(chǎn)面板邊緣的額外銅將通過仿形工具去除。

步驟8：電鍍和銅沉積

鉆孔后，面板移至電鍍層。該過程使用化學沉積將不同的層融合在一起。徹底清潔后，面板將進行一系列化學浴。在熔池中，化學沉積過程會在面板表面上沉積一薄層銅(約1um厚)。銅進入最近鉆出的孔中。

在該步驟之前，孔的內(nèi)表面僅暴露構(gòu)成面板內(nèi)部的玻璃纖維材料。銅槽完全覆蓋或覆蓋孔壁。順便說一句，整個面板接受新的銅層。最重要的是，新孔被覆蓋了。計算機控制浸漬，去除和加工的整個過程。

步驟9：外層成像

在第3步中，我們在面板上涂了光刻膠。在此步驟中，我們將再次執(zhí)行此操作-這次除外，我們使用PCB設計對面板的外層進行成像。我們首先在無菌室中放置各層，以防止任何污染物粘附到層表面，然后在面板上涂一層光致抗蝕劑。準備好的面板進入黃色房間。紫外線會影響光刻膠。黃光波長的紫外線水平不足以影響光刻膠。

黑色墨水透明膠片通過銷釘固定，以防止與面板對齊。當面板和鋼網(wǎng)接觸時，發(fā)生器會用高強度的紫外線將其噴砂，從而使光致抗蝕劑硬化。然后，面板進入機器，該機器去除未硬化的抗蝕劑，并由黑色墨水不透明性保護。

該過程與內(nèi)層的過程相反。最后，對外板進行檢查，以確保在上一階段中除去了所有不需要的光刻膠。

步驟10：電鍍

我們回到電鍍室。正如在步驟8中所做的那樣，我們在面板上電鍍了一層薄薄的銅。從外層光致抗蝕劑臺的面板的暴露部分接受電鍍銅。在最初的鍍銅浴之后，通常會在面板上鍍錫，這樣可以清除板上預定要清除的所有銅。錫保護板的一部分，以便在下一個蝕刻階段保持被銅覆蓋。蝕刻去除面板上不需要的銅箔。

步驟11：最終蝕刻

在此階段，錫可保護所需的銅。去除不需要的裸露的銅和殘留的抗蝕劑層下面的銅。再次，施加化學溶液以去除過量的銅。同時，錫在此階段可保護有價值的銅。

現(xiàn)在已正確建立了導電區(qū)域和連接。

步驟12：阻焊膜應用

在將阻焊劑應用于電路板的兩面之前，先清潔面板并用環(huán)氧阻焊劑油墨覆蓋。電路板上接收一束紫外線，該紫外線穿過阻焊膜照相膠片。被覆蓋的部分保持未硬化狀態(tài)，并且將被去除。

最后，電路板進入烤箱以固化阻焊劑。

步驟13：表面成型

為了增加PCB的可焊性，我們用金或銀化學鍍了它們。在此階段中，某些PCB還接受熱風平焊墊。熱空氣調(diào)平可產(chǎn)生均勻的墊板。該過程導致表面成型的產(chǎn)生,可以根據(jù)客戶的特定要求處理多種類型的表面成型。