PCB是如何在工厂内制造的——从设计到生产--上海韬放电子科技有限公司

2021-09-14

PCB是如何在工厂内制造的——从设计到生产

当今世界是信息技术的世界，而电子产品是这一关键技术的支柱。没有电子电路，电脑、手机等小玩意的存在是无法想象的。

由于电子技术的快速进步，市场上有成千上万种不同类型的电子设备。从家庭和商业到工业和军事，这些电子设备可以在现代生活的每个领域找到。这些设备展示的电路设计和功能是多种多样的。然而，在几乎任何类型的电子设备中都可以找到一个关键组件。该组件是印刷电路板或 PCB。

什么是PCB？

顾名思义，PCB 是一种机械结构，其主要功能是将电子元件固定在它们的位置上，并将它们电气互连以创建功能性电子电路。

PCB 由单个或多个铜层组成，这些铜层层压在非导电材料层的顶部或之间。使用不同的蚀刻和雕刻技术来去除多余的铜并创建电路设计图案。创建设计模式后，将组件焊接到 PCB 上。组件可以使用通孔技术或 SMT（表面贴装技术）放置。

图1：电脑硬盘PCB

PCB制造工艺

由于 PCB 是任何类型电子电路的重要组成部分，因此，它们被各种电路设计人员使用。从业余爱好者和业余爱好者到商业和工业用户，所有类型的电子组装商都使用 PCB。由于这个原因，存在许多PCB制造工艺。从手动和基本流程到复杂和高度自动化的流程，有多种方法可以制造和组装 PCB。

但是，在本文中，我们仅讨论PCBWay等专业PCB制造商的工厂内部遵循的PCB制造工艺。这些专业制造商所观察到的流程和方法是高度复杂和高度自动化的。

PCB 制造是一个复杂的过程，涉及多个阶段和步骤。在以下各节中，我们将全面详细地描述这些步骤中的每一个。

PCB设计

PCB 制造过程的第一步是 PCB 设计。PCB设计由专业设计师使用Altium等PCB设计软件创建。此 PCB 设计用作实际成品的蓝图。

PCB设计通常由客户进行，然后将设计文件发送给PCB制造商进行生产。最广泛使用的 PCB 设计文件格式是 Gerber 格式。Gerber 文件格式是一种开放的矢量图像文件格式，它是事实上的行业标准。

图 2：典型的 PCB 设计布局。

检查和 DFM 审查

一旦制造商收到 PCB 设计文件，工程师就会进行第二道工序检查。检查过程包括 DFM（可制造性设计）审查。在此过程中，会验证走线宽度、走线间距、孔尺寸和其他设计参数。这样做是为了确保设计没有错误并且符合公司的制造能力。

一旦设计得到验证，同一设计的多个实例被组合在一起，以便在单个大面板上制造。通过这种方式，降低了成本和复杂性，并实现了更快的生产速度。

图 3：PCB 面板

清洁和切割

设计验证和检查完成后，大型 PCB 板会被彻底干洗，以去除可能干扰制造过程或 PCB 质量的污染物。然后将板片切割成适合制造的较小的 PCB 面板。PCB板的切割和清洁是使用专门的机器完成的。

图 4：PCB 板切割机

钻孔

一旦较大的 PCB 板被切割成较小的面板，下一个工艺步骤就是在这些板上钻孔。钻孔有两个目的。钻孔的第一个目的是在板上放置通孔元件。钻孔的第二个目的是在 PCB 的各个铜层之间建立连接。

在钻孔过程中，操作人员取一块 MDF（中密度纤维）板并将 PCB 面板固定在 MDF 板上。铝板也贴在板上作为入口箔，从而实现无毛刺钻孔。

一旦准备好片材，它就会被送入计算机控制的机器，该机器根据程序自动在 PCB 片材上钻孔。钻孔过程完成后，板的锋利边缘用磨床磨平。

图 5：带有钻孔的 PCB

电镀

PCB 板上的不同铜层通过玻璃纤维等非导电材料层相互隔开。因此，为了在隔离的铜层之间建立连接，进行了电镀过程。

在电镀过程中，面板浸入电解液中。面板上的铜充当阴极。在此过程中使用了许多化学品。整个过程由计算机控制，并在钻孔中沉积一层薄薄的铜。

图 6：孔中的铜沉积

印刷

在此工艺步骤中，将带有印刷电路图的薄膜对齐在 PCB 面板的顶部。然后将面板与 UV 灯一起送入打印机。打印机将薄膜上的电路设计打印到 PCB 面板上。

将设计打印到面板上后，面板会用化学显影剂处理，去除未硬化的残留物。

图 7：PCB 印刷

蚀刻

PCB 制造的下一个工艺步骤是蚀刻。此过程的目的是使用碱性试剂从板上去除不需要的铜。去除铜后，清洗面板以清除所有化学品。

自动光学检测

蚀刻后，使用自动光学检查机检查和仔细检查面板。此检查的目的是确保质量标准，以发现在先前过程中可能发生的任何错误。该机器使用计算机视觉技术扫描PCB面板并检测故障。

图 8：自动光学检测装置

阻焊

下一个工艺步骤称为阻焊。在此过程中，PCB 面板的两侧都涂有环氧树脂阻焊层。阻焊层保护铜表面并防止元件之间的焊锡短路。涂上阻焊层后，将 PCB 面板干燥并烘烤，使阻焊层牢固地固定。

表面处理

为了保护焊盘的铜不被氧化，使用热风焊料整平方法进行表面处理。其他表面处理方法包括 HASL、沉金、硬金和 OSP。

电气测试

这是最后的工艺步骤之一，在此期间，电路板上的所有连接都根据原始电路板设计进行电气测试。这种自动测试方法可确保所有连接均符合原始设计，并且 PCB 上不存在开路或短路。

图 9：飞针电子测试

铣削

这是最后的工艺步骤，包括将所有单独的 PCB 与大面板分离。该工艺步骤由数控铣床执行。切割后，再次清洗、清洁和干燥木板。现在 PCB 是真空密封和气泡包裹的，以防止灰尘和湿气。这些 PCB 现在可以在适当包装后运送给客户。

结论

在本文中，我们详细介绍了制造专业级 PCB 所涉及的工艺步骤。PCB制造是一个复杂的过程，需要很多工序。本文介绍了从设计到封装的所有流程步骤。