pcb板加工工序
PCB(印刷电路板)的加工是一个多工序、精密的制造过程,主要包含以下核心步骤(按典型多层板顺序):
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工程资料准备与开料 (CAM & Cutting/Panelization):
- 接收客户Gerber文件等设计资料,进行工程审查、工艺可行性分析(DFM)。
- 利用CAM软件进行数据处理(补偿、拼板、加工具孔/定位孔等),生成生产所需的光绘文件和钻孔文件。
- 将大张覆铜板(CCL,通常是环氧树脂玻璃纤维基材,如FR-4)切割成适合生产线加工的工作板尺寸(Panel)或根据设计直接裁切。
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内层线路制作 (Inner Layer Imaging):
- 前处理: 清洁铜面,去除氧化物和油污,增加铜箔与干膜的附着力。
- 涂覆感光材料: 在铜箔上均匀涂覆(或贴)一层感光干膜。
- 曝光: 使用光绘机(LDI激光直写或传统底片曝光),利用紫外光透过内层线路的底片(或直接激光成像)照射感光干膜,使需要保留线路部分的干膜发生聚合反应(负片工艺)或分解反应(正片工艺,较少用)。
- 显影: 用显影液溶解掉未曝光(负片)或已曝光(正片)区域的干膜,露出下面的铜箔。
- 蚀刻: 用蚀刻液(通常是酸性氯化铜或碱性氨水)将未被干膜保护的铜箔蚀刻掉,留下被干膜覆盖的线路图形。
- 褪膜: 用强碱溶液去除保护线路的干膜,露出最终的内层铜线路。
- AOI检查: 使用自动光学检测设备对内层线路进行100%扫描,检查开路、短路、缺口、针孔等缺陷。
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内层棕化/黑化 (Inner Layer Oxide Treatment / Black Oxide/Brown Oxide):
- 对已完成蚀刻的内层线路铜面进行特殊氧化处理(棕化或黑化)。
- 目的: 增加铜面的粗糙度和表面积,增强与后续层压的半固化片(PP)之间的结合力,防止层压后分层。
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层压 (Lamination):
- 叠板: 将处理好的内层芯板、半固化片(PP,预浸树脂的玻璃纤维布)、外层铜箔(如果需要外层铜箔)按设计要求叠在一起。
- 层压: 将叠好的材料放入真空热压机中,在高温高压下使PP中的树脂熔融、流动、固化,将各层牢固地粘合在一起,形成一块多层板坯。
- 后处理: 压合完成后,进行冷却、卸压、拆板,并铣掉溢出的树脂边(除溢胶)。
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钻孔 (Drilling):
- 使用精密数控钻床(或激光钻孔,用于微小孔),根据钻孔文件在工作板上钻出导通层与层之间的通孔、安装元器件的插件孔以及定位孔等。
- 钻孔质量(孔壁粗糙度、定位精度)对后续孔金属化至关重要。
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孔金属化 (PTH - Plated Through Hole):
- 沉铜/化学铜: 这是最关键步骤之一。钻孔后的孔壁是非导电的环氧树脂和玻璃纤维。通过复杂的化学处理(除胶渣、凹蚀、活化、速化),在工作板的所有孔壁上沉积一层非常薄的化学铜层(约0.3-0.5微米),使孔壁初步导电。
- 全板电镀: 将整个工作板(包括孔壁和板面)浸入电镀铜槽中,在化学铜层的基础上加厚铜层(通常达到15-25微米),确保孔壁铜层有足够的厚度、均匀性和可靠性。
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外层线路制作 (Outer Layer Imaging):
- 流程与内层线路制作基本相同:
- 前处理
- 涂覆感光材料(干膜)
- 曝光: 使用外层线路底片或LDI进行图形转移。
- 显影: 溶解掉未聚合的干膜,露出需要电镀加厚的线路/焊盘区域和孔。
- 图形电镀: 在露铜区域(线路、焊盘、孔壁)电镀上一层更厚的铜(达到最终要求的铜厚,如1oz或2oz),然后在铜层上再电镀一层锡或锡铅合金作为后续蚀刻的保护层。
- 褪膜: 去掉保护图形线路的干膜。
- 蚀刻: 蚀刻掉未被锡层保护的铜箔(即不需要的铜区域)。
- 退锡: 去除保护线路图形的锡层,露出最终的外层线路铜图形。
- (注:也有减法工艺,但图形电镀+蚀刻是目前最主流的外层工艺)。
- 流程与内层线路制作基本相同:
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阻焊(绿油)(Solder Mask / LPI):
- 前处理: 清洁板面,微蚀粗化铜面增加附着力。
- 涂覆: 通常在板面印刷(丝网/帘涂)或喷涂液态感光阻焊油墨(LPI),覆盖除焊盘、金手指、测试点等需要焊接或接触的区域外的所有部分。
- 预烘: 挥发溶剂。
- 曝光: 通过底片或LDI使需要保留阻焊的区域固化。
- 显影: 溶解掉未曝光的阻焊油墨,露出需要裸露的焊盘等区域。
- 固化: 高温烘烤使阻焊层彻底硬化。阻焊层主要起绝缘、防焊锡桥接、防氧化、防刮伤等作用。常见颜色是绿色,但也有其他颜色。
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表面处理 (Surface Finish):
- 在裸露的焊盘和金手指等区域进行表面处理,目的是保护铜层不易氧化,并提供良好的可焊性或接触性能。常见工艺:
- 喷锡 (HASL - Hot Air Solder Leveling): 传统工艺,涂覆熔融锡铅或无铅锡合金,热风整平。
- 沉金/化学镍金 (ENIG - Electroless Nickel Immersion Gold): 先化学沉积镍层,再置换沉积薄金层。平整性好,适合焊接和按键接触。
- 沉锡 (Immersion Tin): 化学置换沉积锡层。
- 沉银 (Immersion Silver): 化学置换沉积银层。
- OSP (Organic Solderability Preservative): 有机保焊膜,成本低,但保存期短且不耐多次焊接。
- 电镀硬金 (Hard Gold Plating): 主要用于高磨损区域(如金手指),电镀厚金层(常含钴/镍增加硬度)。
- 在裸露的焊盘和金手指等区域进行表面处理,目的是保护铜层不易氧化,并提供良好的可焊性或接触性能。常见工艺:
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丝印 (Silkscreen/Legend Printing):
- 在阻焊层表面印刷(通常是白色油墨,也有其他颜色)元器件位号、极性标识、版本号、公司Logo等文字和符号,便于后续组装和维修识别。
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成型/外形加工 (Routing/Profiling):
- 使用数控铣床(V-cut、铣外形)或冲床根据设计文件将工作板上的单个PCB单元切割分离出来,并加工出所需的外形轮廓、槽口等(如果在设计阶段未完成)。
- 对于拼板(Panel),此步骤将各单元分离成单板。
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电气测试 (Electrical Testing):
- 飞针测试: 使用移动探针测试网络的开路、短路。灵活性高,适合小批量、高密度板。
- 治具测试/针床测试: 制作专用测试治具(Fixture),用弹簧针同时接触所有测试点进行快速测试。适合大批量生产。
- 目的: 确保PCB电气连通性100%符合设计要求,无开路、短路。
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最终检查与包装 (Final Inspection & Packing):
- FQC (Final Quality Control): 进行外观检查(目检或AOI),确认尺寸、孔位、阻焊、丝印、表面处理等是否符合规格及客户要求。
- FQA (Final Quality Assurance): 抽检或根据客户要求进行特定可靠性测试(可选)。
- 包装: 将合格PCB按规定数量和方法(如真空包装、防静电袋、隔纸等)进行包装,贴标签,准备出货。
特殊/可选工序:
- 盲埋孔制作: 在层压前或层压间序进行,用于高密度互连板(HDI)。
- 金手指斜边/倒角: 方便插入连接器。
- 阻抗控制: 在工程设计、材料和蚀刻线宽线距上严格控制,以满足高速信号传输要求。
- 沉碳/沉银等特殊工艺: 满足特定需求(如高频应用)。
- 喷码: 打印生产批次号、唯一序列号等。
整个PCB制造流程涉及化学、机械、光学、电子等多种工艺,对洁净度、温湿度、参数控制(如药水浓度、温度、时间、压力等)要求极高。不同板型(单面板、双面板、多层板、HDI板、软板、金属基板等)和不同技术要求(如最小线宽/线距、孔径、层数、表面处理等)会导致具体工序和复杂度有所不同。
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