PCB板生产工艺分析

第一步 PCB 生产是组织和检查PCB Layout。 PCB 制造厂从 PCB 设计公司接收 CAD 文件。 由于每个 CAD 软件都有自己独特的文件格式,PCB 工厂将它们转换为统一格式 — Extended Gerber RS-274X 或 Gerber X2。 然后工厂的工程师会检查PCB布局是否符合生产工艺,是否有缺陷等问题。

在其中一款自制PCBS中,使用激光打印机将PCB布局打印在纸上,然后转移到覆铜板上。 但是在打印过程中,由于打印机容易出现缺墨断点,需要用油笔手动补墨。

印刷电路板

少量生产是好的,但是如果把这个缺陷转移到工业生产上,就会大大降低生产效率。 因此,工厂一般采用影印的方式,将PCB版图印刷在胶片上。 如果是多层PCB,每层的layout会按顺序排列。

然后在薄膜上打孔。 对位孔非常重要,然后用于对齐 PCB 每一层上的材料。

核心板生产

清洁覆铜板,如果灰尘可能导致最终电路短路或断路。

下图是8层PCB的示意图,它实际上是由3块覆铜板(芯板)加上2块铜膜,然后用半固化片胶合而成。 生产顺序从中间的芯板(四层或五层线)开始,连续堆叠在一起,然后固定。 4层PCB制作类似,但只有一块芯板和两层铜膜。

内部PCB布局的转移

因此,应首先制作最中央Core 板的两层电路。 覆铜板清洗干净后,表面覆盖一层感光膜。 该膜在曝光时固化,在覆铜板的铜箔上形成保护膜。

插入两层PCB走线膜和两层覆铜板,最后插入上层PCB走线膜,确保上下层PCB走线膜堆叠位置准确。

光敏剂使用紫外线灯照射铜箔上的感光膜。 透明膜下光敏膜固化,不透明膜下光敏膜不固化。 固化后的感光膜覆盖的铜箔是PCB布局线所需要的,相当于手工PCB的激光打印机墨水的作用。 在之前激光打印机的纸质PCB布局中,黑色碳粉被铜箔覆盖,以保留下来。 在这种情况下,覆盖着黑膜的铜箔会被腐蚀掉,而透明膜会随着感光膜的固化而保留下来。

然后用碱液洗掉未固化的薄膜,并用固化薄膜覆盖所需的铜箔电路。

内芯板蚀刻

然后用强碱(例如 NaOH)蚀刻掉不需要的铜箔。

撕掉固化后的感光膜,露出PCB布局电路所需的铜箔。

核心板钻孔和检查

芯板制作成功。 然后在芯板上打相对的孔,便于与其他原材料对齐。

核心板一旦与其他PCB层压在一起,就无法修改,所以检查很重要。 机器会自动与PCB布局图进行比对,检查错误。

前两层PCB板已经做好了

层压

这里我们需要一种新的原材料叫半固化片(Prepreg),就是芯板和芯板(PCB层数> 4)、芯板与外层铜箔之间的粘合剂,还起到绝缘作用。

下层铜箔和两层半固化片已经预先通过定位孔和下铁板固定位置,然后将好的芯板也放入定位孔中,最后依次放入两层由半凝固片、一层铜箔和一层压铝板覆盖在芯板上。

为了提高工作效率,工厂将三块不同的PCB板叠在一起,然后固定。 上铁板被磁性吸引,便于与下铁板对位。 通过放置对位针,两层铁板对位成功,机器尽量压缩铁板之间的空间,然后用钉子固定。

用铁板夹住的PCB板放在支架上,然后进入真空热压机进行层压。 真空热压机中的热量使半固化片中的环氧树脂熔化,在压力下将芯和铜箔固定在一起。

贴合后,取下压住PCB的顶部铁板。 然后取出加压铝板。 铝板还起到隔离不同PCBS和保证PCB外层铜箔光滑的作用。 PCB的两面都覆盖着一层光滑的铜箔。

钻孔

如何将 PCB 中的四层非接触铜箔连接在一起? PCB首先钻通孔,然后金属化以导电。

X光钻孔机用于定位内层芯板。 机器会自动在核心板上寻找并定位孔位,然后为PCB打出定位孔,确保后续钻孔通过孔位的中心。

将一块铝板放在打孔机上,然后将 PCB 放在上面。 由于钻孔是一个相对较慢的过程,为了提高效率,会根据PCB层数将1至3块相同的PCB板堆叠在一起进行穿孔。 最后在最上面的PCB上覆盖一层铝,上下两层都是铝,这样钻进钻出时,PCB上的铜箔不会撕裂。

然后操作员只需选择正确的钻孔程序,钻孔机自动完成其余工作。 钻头由气压驱动,每分钟最大旋转150,000万转,足够高,确保孔壁光滑。

钻头的更换也是由机器根据程序自动完成的。 最小的钻头直径可达 100 微米,而人的头发直径可达 150 微米。

在之前的层压过程中,熔化的环氧树脂被挤出到PCB的外面,因此需要将其去除。 模具铣床根据正确的XY坐标切割PCB外围。

铜在孔壁上的化学沉淀

由于几乎所有的 PCB 设计都使用穿孔来连接不同层的线路,因此良好的连接需要在孔壁上铺上 25 微米的铜膜。 这种厚度的铜膜是通过电镀实现的,但孔壁是由不导电的环氧树脂和玻璃纤维板制成的。 因此,第一步是在孔壁上堆积一层导电材料,通过化学沉积在包括孔壁在内的整个PCB表面形成1微米的铜膜。 整个过程,如化学处理和清洁,均由机器控制。

固定PCB

清洁印刷电路板

电路板交付

铜膜化学沉淀

转移外部PCB的布局

接下来,外部PCB的布局将转移到铜箔上。 工艺类似于内芯板的PCB布局,使用影印膜和感光膜转移到铜箔上。 唯一的区别是正极板将用作板。

上面介绍的内部PCB布局的转移采用减法,采用负极板作为板。 固化光敏膜覆盖的PCB是电路,清洁未固化的光敏膜,蚀刻暴露的铜箔,PCB布局电路由固化光敏膜保护。 外层PCB布局按正常方法转移,以正极板为板。 PCB上被固化膜覆盖的区域为非线区。 清洗未固化的薄膜后,进行电镀。 没有膜可以电镀,也没有膜,先镀铜再镀锡。 去除薄膜后,进行碱性蚀刻,最后去除锡。 电路图案留在板上,因为它被锡保护。

将两面的铜箔PCB清洗干净放入压机,压机会对铜箔模压敏感。

通过定位孔固定上下两层影印的PCB布局膜,中间放置PCB板。 透光膜下面的感光膜再通过UV灯照射固化,这就是需要保留的线条。

将不需要且未固化的薄膜清洗干净后,进行检查。

夹住 PCB 并电镀铜。 如前所述,为了保证孔具有良好的导电性,孔壁上电镀的铜膜必须有25微米的厚度,因此整个系统将由计算机自动控制以确保其精度。

固定PCB

电脑控制电镀铜

铜膜电镀完后,电脑安排再镀上一层薄薄的锡。

卸下镀锡PCB板后,检查确保铜和镀锡的厚度正确。

外PCB蚀刻

接下来,一条完整的自动化装配线完成蚀刻过程。 首先,清除PCB板上的固化膜。

然后使用强碱清除其覆盖的不需要的铜箔。

然后用脱锡液去除PCB布局铜箔上的锡涂层。 清洗后,完成4层PCB布局。