PCB是如何在工廠(chǎng)內制造的——從設計到生產(chǎn)--上海韜放電子科技有限公司

2021-09-14

PCB是如何在工廠(chǎng)內制造的——從設計到生產(chǎn)

當今世界是信息技術(shù)的世界，而電子產(chǎn)品是這一關(guān)鍵技術(shù)的支柱。沒(méi)有電子電路，電腦、手機等小玩意的存在是無(wú)法想象的。

由于電子技術(shù)的快速進(jìn)步，市場(chǎng)上有成千上萬(wàn)種不同類(lèi)型的電子設備。從家庭和商業(yè)到工業(yè)和軍事，這些電子設備可以在現代生活的每個(gè)領(lǐng)域找到。這些設備展示的電路設計和功能是多種多樣的。然而，在幾乎任何類(lèi)型的電子設備中都可以找到一個(gè)關(guān)鍵組件。該組件是印刷電路板或 PCB。

什么是PCB？

顧名思義，PCB 是一種機械結構，其主要功能是將電子元件固定在它們的位置上，并將它們電氣互連以創(chuàng )建功能性電子電路。

PCB 由單個(gè)或多個(gè)銅層組成，這些銅層層壓在非導電材料層的頂部或之間。使用不同的蝕刻和雕刻技術(shù)來(lái)去除多余的銅并創(chuàng )建電路設計圖案。創(chuàng )建設計模式后，將組件焊接到 PCB 上。組件可以使用通孔技術(shù)或 SMT（表面貼裝技術(shù)）放置。

圖1：電腦硬盤(pán)PCB

PCB制造工藝

由于 PCB 是任何類(lèi)型電子電路的重要組成部分，因此，它們被各種電路設計人員使用。從業(yè)余愛(ài)好者和業(yè)余愛(ài)好者到商業(yè)和工業(yè)用戶(hù)，所有類(lèi)型的電子組裝商都使用 PCB。由于這個(gè)原因，存在許多PCB制造工藝。從手動(dòng)和基本流程到復雜和高度自動(dòng)化的流程，有多種方法可以制造和組裝 PCB。

但是，在本文中，我們僅討論PCBWay等專(zhuān)業(yè)PCB制造商的工廠(chǎng)內部遵循的PCB制造工藝。這些專(zhuān)業(yè)制造商所觀(guān)察到的流程和方法是高度復雜和高度自動(dòng)化的。

PCB 制造是一個(gè)復雜的過(guò)程，涉及多個(gè)階段和步驟。在以下各節中，我們將全面詳細地描述這些步驟中的每一個(gè)。

PCB設計

PCB 制造過(guò)程的第一步是 PCB 設計。PCB設計由專(zhuān)業(yè)設計師使用Altium等PCB設計軟件創(chuàng )建。此 PCB 設計用作實(shí)際成品的藍圖。

PCB設計通常由客戶(hù)進(jìn)行，然后將設計文件發(fā)送給PCB制造商進(jìn)行生產(chǎn)。最廣泛使用的 PCB 設計文件格式是 Gerber 格式。Gerber 文件格式是一種開(kāi)放的矢量圖像文件格式，它是事實(shí)上的行業(yè)標準。

圖 2：典型的 PCB 設計布局。

檢查和 DFM 審查

一旦制造商收到 PCB 設計文件，工程師就會(huì )進(jìn)行第二道工序檢查。檢查過(guò)程包括 DFM（可制造性設計）審查。在此過(guò)程中，會(huì )驗證走線(xiàn)寬度、走線(xiàn)間距、孔尺寸和其他設計參數。這樣做是為了確保設計沒(méi)有錯誤并且符合公司的制造能力。

一旦設計得到驗證，同一設計的多個(gè)實(shí)例被組合在一起，以便在單個(gè)大面板上制造。通過(guò)這種方式，降低了成本和復雜性，并實(shí)現了更快的生產(chǎn)速度。

圖 3：PCB 面板

清潔和切割

設計驗證和檢查完成后，大型 PCB 板會(huì )被徹底干洗，以去除可能干擾制造過(guò)程或 PCB 質(zhì)量的污染物。然后將板片切割成適合制造的較小的 PCB 面板。PCB板的切割和清潔是使用專(zhuān)門(mén)的機器完成的。

圖 4：PCB 板切割機

鉆孔

一旦較大的 PCB 板被切割成較小的面板，下一個(gè)工藝步驟就是在這些板上鉆孔。鉆孔有兩個(gè)目的。鉆孔的第一個(gè)目的是在板上放置通孔元件。鉆孔的第二個(gè)目的是在 PCB 的各個(gè)銅層之間建立連接。

在鉆孔過(guò)程中，操作人員取一塊 MDF（中密度纖維）板并將 PCB 面板固定在 MDF 板上。鋁板也貼在板上作為入口箔，從而實(shí)現無(wú)毛刺鉆孔。

一旦準備好片材，它就會(huì )被送入計算機控制的機器，該機器根據程序自動(dòng)在 PCB 片材上鉆孔。鉆孔過(guò)程完成后，板的鋒利邊緣用磨床磨平。

圖 5：帶有鉆孔的 PCB

電鍍

PCB 板上的不同銅層通過(guò)玻璃纖維等非導電材料層相互隔開(kāi)。因此，為了在隔離的銅層之間建立連接，進(jìn)行了電鍍過(guò)程。

在電鍍過(guò)程中，面板浸入電解液中。面板上的銅充當陰極。在此過(guò)程中使用了許多化學(xué)品。整個(gè)過(guò)程由計算機控制，并在鉆孔中沉積一層薄薄的銅。

圖 6：孔中的銅沉積

印刷

在此工藝步驟中，將帶有印刷電路圖的薄膜對齊在 PCB 面板的頂部。然后將面板與 UV 燈一起送入打印機。打印機將薄膜上的電路設計打印到 PCB 面板上。

將設計打印到面板上后，面板會(huì )用化學(xué)顯影劑處理，去除未硬化的殘留物。

圖 7：PCB 印刷

蝕刻

PCB 制造的下一個(gè)工藝步驟是蝕刻。此過(guò)程的目的是使用堿性試劑從板上去除不需要的銅。去除銅后，清洗面板以清除所有化學(xué)品。

自動(dòng)光學(xué)檢測

蝕刻后，使用自動(dòng)光學(xué)檢查機檢查和仔細檢查面板。此檢查的目的是確保質(zhì)量標準，以發(fā)現在先前過(guò)程中可能發(fā)生的任何錯誤。該機器使用計算機視覺(jué)技術(shù)掃描PCB面板并檢測故障。

圖 8：自動(dòng)光學(xué)檢測裝置

阻焊

下一個(gè)工藝步驟稱(chēng)為阻焊。在此過(guò)程中，PCB 面板的兩側都涂有環(huán)氧樹(shù)脂阻焊層。阻焊層保護銅表面并防止元件之間的焊錫短路。涂上阻焊層后，將 PCB 面板干燥并烘烤，使阻焊層牢固地固定。

表面處理

為了保護焊盤(pán)的銅不被氧化，使用熱風(fēng)焊料整平方法進(jìn)行表面處理。其他表面處理方法包括 HASL、沉金、硬金和 OSP。

電氣測試

這是最后的工藝步驟之一，在此期間，電路板上的所有連接都根據原始電路板設計進(jìn)行電氣測試。這種自動(dòng)測試方法可確保所有連接均符合原始設計，并且 PCB 上不存在開(kāi)路或短路。

圖 9：飛針電子測試

銑削

這是最后的工藝步驟，包括將所有單獨的 PCB 與大面板分離。該工藝步驟由數控銑床執行。切割后，再次清洗、清潔和干燥木板?，F在 PCB 是真空密封和氣泡包裹的，以防止灰塵和濕氣。這些 PCB 現在可以在適當包裝后運送給客戶(hù)。

結論

在本文中，我們詳細介紹了制造專(zhuān)業(yè)級 PCB 所涉及的工藝步驟。PCB制造是一個(gè)復雜的過(guò)程，需要很多工序。本文介紹了從設計到封裝的所有流程步驟。