全程动图带你了解PCB板加工制造过程

2021-05-21 15:06:32 徐继 76

网上有很多关于PCB板加工制造过程的文章,大多是文字+图片的排版,对初学者来说干涩难以理解,今天给大家准备了一篇全部由动态图组成的PCB板加工制造过程的详解,方便大家更好的理解整个过程。

PCB板的制造是PCBA加工的基础,也是PCBA加工的重要组成部分,PCB板加工过程十分的复杂,主要包括了PCB布局,芯板的制作,内层PCB布局转移、芯板打孔与检查、层压、钻孔、孔壁的铜化学沉淀、外层PCB布局转移、计算机控制电镀铜、外层PCB蚀刻等步骤。下面我们一个个来详细讲解。

 

1、PCB布局

PCB制作第一步是整理并检查PCB布局(Layout)。PCB制作工厂收到PCB设计公司的CAD文件,由于每个CAD软件都有自己独特的文件格式,所以PCB工厂会转化为一个统一的格式——Extended Gerber RS-274X 或者 Gerber X2。然后工厂的工程师会检查PCB布局是否符合制作工艺,有没有什么缺陷等问题。如果发现问题会及时和设计公司联系并解决

pcba


2、芯板的制作

芯板制作前必须要清洗芯板(覆铜板),防止覆铜板表面有灰尘,因为灰尘会导致PCB板电路短路或者断路。

pcba

下面的图是一张8层PCB的图例,实际上是由3张覆铜板加2张铜膜,然后用半固化片粘连起来的。制作顺序是从最中间的芯板(4、5层线路)开始,不断地叠加在一起,然后固定。4层PCB的制作也是类似的,只不过只用了1张芯板加2张铜膜。

pcba


3、内层PCB布局转移

首先要制作最中间芯板(Core)的两层线路。覆铜板清洗干净后会在表面盖上一层感光膜。这种膜遇到光会固化,在覆铜板的铜箔上形成一层保护膜。

pcba


然后将两层PCB布局胶片和双层覆铜板,最后插入上层的PCB布局胶片,保证上下两层PCB布局胶片层叠位置精准。

pcba


感光机用UV灯对铜箔上的感光膜进行照射,透光的胶片下,感光膜被固化,不透光的胶片下还是没有固化的感光膜。固化感光膜底下覆盖的铜箔就是需要的PCB布局线路,相当于手工PCB的激光打印机墨的作用。

然后用碱液将没有固化的感光膜清洗掉,需要的铜箔线路将会被固化的感光膜所覆盖。

pcba


然后再用强碱,比如NaOH将不需要的铜箔蚀刻掉。

pcba


最后将固化的感光膜撕掉,露出需要的PCB布局线路铜箔。

pcba


4、芯板打孔与检查

芯板已经制作成功。然后在芯板上打对位孔,方便接下来和其它原料对齐。

芯板一旦和其它层的PCB压制在一起就无法进行修改了,所以检查非常重要。会由机器自动和PCB布局图纸进行比对,查看错误。

pcba

pcba


5、层压

这里需要一个新的原料叫做半固化片,是芯板与芯板(PCB层数>4),以及芯板与外层铜箔之间的粘合剂,同时也起到绝缘的作用。

pcba


下层的铜箔和两层半固化片已经提前通过对位孔和下层的铁板固定好位置,然后将制作好的芯板也放入对位孔中,最后依次将两层半固化片、一层铜箔和一层承压的铝板覆盖到芯板上。

pcba


为了提高工作效率,工厂会将3张不同的PCB板子叠在一起后,再进行固定。上层的铁板被磁力吸住,方便与下层铁板进行对位。通过安插对位针的方式,将两层铁板对位成功后,机器尽可能得压缩铁板之间的空间,然后用钉子固定住。

pcba


然后将被铁板夹住的PCB板子们放置到支架上,送入真空热压机中进行层压。真空热压机里的高温可以融化半固化片里的环氧树脂,在压力下将芯板们和铜箔们固定在一起。

pcba

pcba


6、钻孔

如何将PCB里4层毫不接触的铜箔连接在一起呢?首先要钻出上下贯通的穿孔来打通PCB,然后把孔壁金属化来导电。

pcba


将一层铝板放在打孔机机床上,然后将PCB放在上面。由于钻孔是一个比较慢的工序,为了提高效率,根据PCB的层数会将1~3个相同的PCB板叠在一起进行穿孔。最后在最上面的PCB上盖上一层铝板,上下两层的铝板是为了当钻头钻进和钻出的时候,不会撕裂PCB上的铜箔。

pcba


接下来操作员只需要选择正确的钻孔程序,剩下的是由钻孔机自动完成。钻孔机钻头是通过气压驱动的,最高转度能达到每分钟15万转,这么高的转速足以保证孔壁的光滑。

pcba


钻头的更换也是由机器根据程序自动完成。最小的钻头可以达到100微米的直径,而人头发的直径是150微米。

pcba


在之前的层压工序中,融化的环氧树脂被挤压到了PCB外面,所以需要进行切除。靠模铣床根据PCB正确的XY坐标对其外围进行切割。

pcba

pcba


7、孔壁的铜化学沉淀

由于几乎所有PCB设计都是用穿孔来进行连接的不同层的线路,一个好的连接需要25微米的铜膜在孔壁上。这种厚度的铜膜需要通过电镀来实现,但是孔壁是由不导电的环氧树脂和玻璃纤维板组成。所以第一步就是先在孔壁上堆积一层导电物质,通过化学沉积的方式在整个PCB表面,也包括孔壁上形成1微米的铜膜。整个过程比如化学处理和清洗等都是由机器控制的。


固定PCB

pcba


清洗PCB

pcba


运送PCB

pcba


8、外层PCB布局转移

接下来将外层的PCB布局转移到铜箔上,过程和之前的内层芯板PCB布局转移原理差不多,都是利用影印的胶片和感光膜将PCB布局转移到铜箔上,唯一的不同是将会采用正片做板。

前面介绍的内层PCB布局转移采用的是减成法,采用的是负片做板。PCB上被固化感光膜覆盖的为线路,清洗掉没固化的感光膜,露出的铜箔被蚀刻后,PCB布局线路被固化的感光膜保护而留下。外层PCB布局转移采用的是正常法,采用正片做板。PCB上被固化的感光膜覆盖的为非线路区。清洗掉没固化的感光膜后进行电镀。有膜处无法电镀,而没有膜处,先镀上铜后镀上锡。退膜后进行碱性蚀刻,最后再退锡。线路图形因为被锡的保护而留在板上。


将清洗好两面铜箔的PCB放入压膜机,压膜机将感光模压制到铜箔上。

pcba


通过定位孔将上下两层影印的PCB布局胶片固定,中间放入PCB板。然后通过UV灯的照射将透光胶片下的感光膜固化,也就是需要被保留的线路。

pcba

pcba


清洗掉不需要的、没有固化的感光膜后,对其进行检查。

pcba

pcba


将PCB用夹子夹住,将铜电镀上去。之前提到,为了保证孔位有足够好的导电性,孔壁上电镀的铜膜必须要有25微米的厚度,所以整套系统将会由电脑自动控制,保证其精确性。

pcba

pcba


9、计算机控制电镀铜

在铜膜电镀完成之后,电脑还会安排再电镀上一层薄薄的锡。

pcba


卸载下镀完锡的PCB板后进行检查,保证电镀的铜和锡的厚度正确。

pcba

pcba


10、外层PCB蚀刻

接下来由一条完整的自动化流水线完成蚀刻的工序。首先将PCB板上被固化的感光膜清洗掉。

pcba


然后用强碱清洗掉被其覆盖的不需要的铜箔。

pcba


再用退锡液将PCB布局铜箔上的锡镀层退除。清洗干净后PCB布局就完成了。

pcba


至此,PCB板加工制造过程才算是完成,剩下的工序还有质检,包装,发货,这个我们会单独再写一篇文章介绍。

微信公众号