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PCB制造流程

发布时间 :2016-05-26 10:44 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCB制板部
PCB的制造过程由玻璃环氧树脂(Glass Epoxy)或类似材质制成的「基板」开始。 
Step1: 影像(成形/导线制作) 
制作的第一步是建立出零件间连线的布线。我们採用负片转印(Subtractive transfer)方式将工作底片表现在金属导体上。这项技巧是将整个表面铺上一层薄薄的铜箔,并且把多馀的部份给移除。追加式转印(Additive Pattern transfer)是另一种比较少人使用的方式,这是只在需要的地方加上铜线的方法,不过我们在这裡就不多谈了。 
如果制作的是双面板,那么PCB的基板两面都会铺上铜箔,如果制作的是多层板,接下来的步骤则会将这些板子黏在一起。 
接下来的流程图,介绍了导线如何焊在基板上。 
PCB制造流程1
正光阻剂(positive photoresist)是由感光剂制成的,它在照明下会溶解(负光阻剂则是如果没有经过照明就会分解)。有很多方式可以处理铜表面的光阻剂,不过最普遍的方式,是将它加热,并在含有光阻剂的表面上滚动(称作乾膜光阻剂)。它也可以用液态的方式喷在上头,不过乾膜式提供比较高的解析度,也可以制作出比较细的导线。 
遮光罩只是一个制造中PCB层的模板。在PCB板上的光阻剂经过UV光曝光之前,覆盖在上面的遮光罩可以防止部份区域的光阻剂不被曝光(假设用的是正光阻剂)。这些被光阻剂盖住的地方,将会变成布线。 
在光阻剂显影之后,要蚀刻的其他的裸铜部份。蚀刻过程可以将板子浸到蚀刻溶剂中,或是将溶剂喷在板子上。一般用作蚀刻溶剂的有,氯化铁(Ferric Chloride),硷性氨(Alkaline Ammonia),硫酸加过氧化氢(Sulfuric Acid + Hydrogen Peroxide),和氯化铜(Cupric Chloride)等。蚀刻结束后将剩下的光阻剂去除掉。这称作脱膜(Stripping)程序。 
您可以由下面的图片看出铜线是如何布线的。 
PCB制造流程2
这项步骤可以同时作两面的布线。 
Step2: 钻孔与电镀 
如果制作的是多层PCB板,并且裡头包含埋孔或是盲孔的话,每一层板子在黏合前必须要先钻孔与电镀。如果不经过这个步骤,那么就没办法互相连接了。 
在根据钻孔需求由机器设备钻孔之后,孔璧裡头必须经过电镀(镀通孔技术,Plated-Through-Hole technology,PTH)。在孔璧内部作金属处理后,可以让内部的各层线路能够彼此连接。在开始电镀之前,必须先清掉孔内的杂物。这是因为树脂环氧物在加热后会产生一些化学变化,而它会覆盖住内部PCB层,所以要先清掉。清除与电镀动作都会在化学制程中完成。 
Step3: 多层PCB压合 
各单片层必须要压合才能制造出多层板。压合动作包括在各层间加入绝缘层,以及将彼此黏牢等。如果有透过好几层的导孔,那么每层都必须要重複处理。多层板的外侧两面上的布线,则通常在多层板压合后才处理。 
Step4: 处理防焊层、网版印刷面和金手指部份电镀 
接下来将防焊漆覆盖在最外层的布线上,这样一来布线就不会接触到电镀部份外了。网版印刷面则印在其上,以标示各零件的位置,它不能够覆盖在任何布线或是金手指上,不然可能会减低可焊性或是电流连接的稳定性。金手指部份通常会镀上金,这样在插入扩充槽时,才能确保高品质的电流连接。 
Step5: 测试 
测试PCB是否有短路或是断路的状况,可以使用光学或电子方式测试。光学方式採用扫描以找出各层的缺陷,电子测试则通常用飞针探测仪(Flying-Probe)来检查所有连接。电子测试在寻找短路或断路比较淮确,不过光学测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题。 
Step6: 零件安装与焊接 
最后一项步骤就是安装与焊接各零件了。无论是THT与SMT零件都利用机器设备来安装放置在PCB上。
THT零件通常都用叫做波峰焊接(Wave Soldering)的方式来焊接。这可以让所有零件一次焊接上PCB。首先将接脚切割到靠近板子,并且稍微弯曲以让零件能够固定。接著将PCB移到助溶剂的水波上,让底部接触到助溶剂,这样可以将底部金属上的氧化物给除去。在加热PCB后,这次则移到融化的焊料上,在和底部接触后焊接就完成了。 
自动焊接SMT零件的方式则称为再流回焊接(Over Reflow Soldering)。裡头含有助溶剂与焊料的糊状焊接物,在零件安装在PCB上后先处理一次,经过PCB加热后再处理一次。待PCB冷却之后焊接就完成了,接下来就是淮备进行PCB的最终测试了。 
节省制造成本的方法 
为了让PCB的成本能够越低越好,有许多因素必须要列入考量: 
1. 板子的大小自然是个重点。板子越小成本就越低。部份的PCB尺寸已经成为标淮,只要照著尺寸作那么成本就自然会下降。
2. 使用SMT会比THT来得省钱,因为PCB上的零件会更密集(也会比较小)。
3. 另一方面,如果板子上的零件很密集,那么布线也必须更细,使用的设备也相对的要更高阶。同时使用的材质也要更高级,在导线设计上也必须要更小心,以免造成耗电等会对电路造成影响的问题。这些问题带来的成本,可比缩小PCB尺寸所节省的还要多。
4. 层数越多成本越高,不过层数少的PCB通常会造成大小的增加。
5. 钻孔需要时间,所以导孔越少越好。
6. 埋孔比贯穿所有层的导孔要贵。因为埋孔必须要在接合前就先钻好洞。
7. 板子上孔的大小是依照零件接脚的直径来决定。如果板子上有不同类型接脚的零件,那么因为机器不能使用同一个钻头钻所有的洞,相对的比较耗时间,也代表制造成本相对提升。
8. 使用飞针式探测方式的电子测试,通常比光学方式贵。一般来说光学测试已经足够保证PCB上没有任何错误。 
总而言之,PCB厂商在设备上下的工夫也是越来越複杂了。了解PCB的制造过程是很有用的,因为当我们在比较主机板时,相同效能的板子成本可能不同,稳定性也各异,这也让我们得以比较各厂商的能力。 
好的工程师可以光看主机板设计,就知道设计品质的好坏。您也许自认没那么强,不过下次您拿到主机板或是显示卡时,不妨先鑑赏一下PCB设计之美吧!


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