PCB(印刷电路板)的加工是一个多工序、精密复杂的制造过程,主要可分为以下核心步骤(以典型的多层板工艺流程为例):
一、 前期工程准备 (Pre-production Engineering)
- Gerber文件/CAM数据处理:
- 接收客户的设计文件(Gerber、钻孔文件等)。
- 进行DFM(可制造性设计)检查,优化设计以提高良率。
- 生成生产所需的底片(光绘菲林)、钻孔程序、AOI/AXI测试程序等。
二、 内层线路制作 (Inner Layer Processing - 针对多层板)
- 开料 (Cutting/Panelization):
- 将大张覆铜板(CCL)切割成生产板尺寸(Panel/Panelization)。
- 前处理 (Surface Preparation):
- 清洁板面,去除氧化层和油污,增加铜面粗糙度,提高附着力。
- 压膜 (Dry Film Lamination):
- 在铜板上压贴一层光致抗蚀干膜(Photosensitive Dry Film)。
- 曝光 (Exposure):
- 使用内层线路底片(Film),在紫外光照射下将线路图形转移到干膜上。曝光区域的干膜发生化学反应。
- 显影 (Developing):
- 用碱性溶液(显影液)溶解掉未曝光区域的干膜,露出需要蚀刻的铜。
- 蚀刻 (Etching):
- 用酸性蚀刻液(如酸性氯化铜)将裸露出来的不需要的铜腐蚀掉。
- 退膜 (Stripping):
- 用强碱溶液(退膜液)将保护线路铜的已曝光干膜去除。
- 内层自动光学检查 (AOI - Automated Optical Inspection):
- 使用高精度光学设备对内层线路进行扫描,检查是否有开路、短路、缺口、针孔、残铜等缺陷。
- 棕化/黑化 (Oxide Treatment/Brown Oxide/Black Oxide):
- 对线路铜面进行微蚀和氧化处理,生成一层粗糙的氧化物层,增强与后续层压的半固化片(PP)的结合力。
三、 层压 (Lamination - 多层板核心步骤)
- 叠板 (Lay-up):
- 将制作好的内层芯板、半固化片(Prepreg, PP)和外层铜箔按设计顺序叠放。
- 压合 (Lamination Pressing):
- 在高温高压真空环境下,使PP熔融流动并固化,将各层牢固地粘结成一块整体的多层板。
四、 钻孔 (Drilling)
- 机械钻孔 (Mechanical Drilling):
- 使用数控钻床(CNC),根据钻孔程序文件,钻出连接各层线路的通孔(Through Hole)、埋孔(Buried Hole)、盲孔(Blind Hole)等。
- 去钻污/凹蚀 (Desmear - 仅对非机械钻孔孔壁处理):
- 针对非机械钻孔(如激光钻盲孔)产生的树脂残留物,用化学或等离子方法去除孔壁上的树脂钻污(Smear)。
- 孔金属化 (沉铜/化学沉铜) (Electroless Copper Deposition/PTH - Plated Through Hole):
- 在孔壁上化学沉积一层薄铜(0.3-1μm),使非导电的孔壁初步具有导电性,为后续电镀铜做准备。
- 包含步骤:除胶渣、凹蚀(增强结合力)、活化、化学沉铜。
五、 外层线路制作 (Outer Layer Processing)
- 前处理 (Surface Preparation): 清洁板面及孔内。
- 压膜 (Dry Film Lamination): 压贴外层线路抗蚀干膜。
- 曝光 (Exposure): 使用外层线路底片进行图形转移。
- 显影 (Developing): 溶解未曝光区域的干膜。
- 图形电镀 (Pattern Plating):
- 在需要保留线路和孔壁的区域(即显影后露铜的区域)电镀上一层较厚的铜(通常20-30μm)。
- 在铜层之上再电镀一层锡(或其他金属)作为蚀刻保护层。
- 退膜 (Stripping): 去除保护线路的已曝光干膜。
- 蚀刻 (Etching): 蚀刻掉未被锡保护的铜层(即不需要的铜箔)。
- 退锡 (Tin Stripping): 去除作为保护层的锡层,露出最终的线路铜层。
六、 阻焊层/绿油 (Solder Mask/Legend)
- 前处理 (Surface Preparation): 清洁板面,增加绿油附着力。
- 印阻焊油墨/覆盖膜 (Solder Mask Application):
- 常用方法:丝网印刷、喷涂、帘涂。
- 液态光成像阻焊油墨(LPI)被均匀涂覆在板面。
- 预烘烤 (Pre-bake): 蒸发油墨溶剂,初步固化。
- 曝光 (Exposure): 使用阻焊底片,将需要开窗(露出焊盘)的区域固化。
- 显影 (Developing): 溶解掉未曝光(未固化)区域的油墨,露出焊盘和需要焊接的区域。
- 后固化 (Final Curing): 高温烘烤使阻焊层完全固化,达到耐磨、绝缘、防护的要求。
- 字符印刷 (Silkscreen/Legend Printing): 在板面印刷元器件标识、位号、版本号、厂商Logo等白色(或其他颜色)油墨文字符号,并固化。
七、 表面处理 (Surface Finish)
- 表面处理选择与应用:
- 在暴露的焊盘(阻焊开窗处)上进行表面处理,防止铜氧化,提供良好的可焊性或接触性。
- 常用工艺:
- 热风整平 (HASL - Hot Air Solder Leveling):喷锡。
- 化学沉镍金 (ENIG - Electroless Nickel Immersion Gold):镍层打底,金层防氧化。
- 沉锡 (Immersion Tin):平整性好。
- 沉银 (Immersion Silver):可焊性好。
- OSP (Organic Solderability Preservative):有机保焊膜(透明)。
- 电镀硬金 (Hard Gold Plating):用于金手指等耐磨区域。
- ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold):比ENIG更可靠。
八、 成型 (Routing/Profiling)
- 外形加工 (Contour Machining):
- 根据设计形状,使用数控铣床(V-Cut、Routing)或冲床将拼板(Panel)分割成单块小板(Singulation)。
- 制作槽孔、异形边等。
- 倒角/斜边 (Beveling): 对金手指等需要插入连接器的边缘进行倒角处理。
九、 电气测试 (Electrical Testing)
- 开短路测试 (E-Test / Flying Probe / Fixture Test):
- 使用飞针测试机或专用测试夹具,导通所有网络,验证PCB是否与设计一致(无开路、短路)。
- (可选) 功能测试 (Functional Test - FCT): 模拟实际工作环境进行测试(通常由客户或组装厂完成)。
十、 最终检查和包装 (Final Inspection and Packaging)
- 最终外观检查 (Final Visual Inspection - FVI/AOI):
- 人工目检或AOI检查外观缺陷:划伤、污染、阻焊不良、字符不良、表面处理缺陷等。抽样进行尺寸测量。
- 清洁 (Cleaning): (如有需要)去除加工残留物或指纹。
- 烘烤 (Baking): (如有需要)去除湿气。
- 真空包装 (Vacuum Packing): 防潮、防氧化、防静电(ESD)。
- 出货 (Shipping): 贴标签,装箱发送给客户。
关键点说明:
- 单面板流程: 省去内层、层压、孔金属化(仅有插件孔需做)、外层图形电镀(通常为全板电镀后蚀刻)等复杂步骤。
- 双面板流程: 介于单面板和多层板之间,有通孔金属化(PTH)。
- HDI板流程: 增加了激光钻孔、多次层压、多次镀铜、填孔电镀等工序。
- 柔性板流程(FPC): 使用柔性基材(PI),覆盖膜(Coverlay)替代刚性阻焊,流程有特殊性。
- 工艺顺序可变: 不同PCB厂、不同板型要求(如先电金还是先成型)可能导致某些工序顺序调整(如表面处理可能在成型前或成型后)。阻焊和表面处理也有不同顺序(SM before Surface Finish 或 SM after Surface Finish)。
以上流程涵盖了PCB制造的核心工序,实际生产中会根据具体产品类型(单/双/多层、刚性/柔性)、技术要求和工厂设备进行优化和调整。
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