PCB是如何在工廠內制造的——從設計到生產--上海韜放電子科技有限公司

2021-09-14

PCB是如何在工廠內制造的——從設計到生產

當今世界是信息技術的世界，而電子產品是這一關鍵技術的支柱。沒有電子電路，電腦、手機等小玩意的存在是無法想象的。

由于電子技術的快速進步，市場上有成千上萬種不同類型的電子設備。從家庭和商業到工業和軍事，這些電子設備可以在現代生活的每個領域找到。這些設備展示的電路設計和功能是多種多樣的。然而，在幾乎任何類型的電子設備中都可以找到一個關鍵組件。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建功能性電子電路。

PCB 由單個或多個銅層組成，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來去除多余的銅并創建電路設計圖案。創建設計模式后，將組件焊接到 PCB 上。組件可以使用通孔技術或 SMT（表面貼裝技術）放置。

圖1：電腦硬盤PCB

PCB制造工藝

由于 PCB 是任何類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。從業余愛好者和業余愛好者到商業和工業用戶，所有類型的電子組裝商都使用 PCB。由于這個原因，存在許多PCB制造工藝。從手動和基本流程到復雜和高度自動化的流程，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等專業PCB制造商的工廠內部遵循的PCB制造工藝。這些專業制造商所觀察到的流程和方法是高度復雜和高度自動化的。

PCB 制造是一個復雜的過程，涉及多個階段和步驟。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。

PCB設計

PCB 制造過程的第一步是 PCB 設計。PCB設計由專業設計師使用Altium等PCB設計軟件創建。此 PCB 設計用作實際成品的藍圖。

PCB設計通常由客戶進行，然后將設計文件發送給PCB制造商進行生產。最廣泛使用的 PCB 設計文件格式是 Gerber 格式。Gerber 文件格式是一種開放的矢量圖像文件格式，它是事實上的行業標準。

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，工程師就會進行第二道工序檢查。檢查過程包括 DFM（可制造性設計）審查。在此過程中，會驗證走線寬度、走線間距、孔尺寸和其他設計參數。這樣做是為了確保設計沒有錯誤并且符合公司的制造能力。

一旦設計得到驗證，同一設計的多個實例被組合在一起，以便在單個大面板上制造。通過這種方式，降低了成本和復雜性，并實現了更快的生產速度。

圖 3：PCB 面板

清潔和切割

設計驗證和檢查完成后，大型 PCB 板會被徹底干洗，以去除可能干擾制造過程或 PCB 質量的污染物。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門的機器完成的。

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，下一個工藝步驟就是在這些板上鉆孔。鉆孔有兩個目的。鉆孔的第一個目的是在板上放置通孔元件。鉆孔的第二個目的是在 PCB 的各個銅層之間建立連接。

在鉆孔過程中，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，從而實現無毛刺鉆孔。

一旦準備好片材，它就會被送入計算機控制的機器，該機器根據程序自動在 PCB 片材上鉆孔。鉆孔過程完成后，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玻璃纖維等非導電材料層相互隔開。因此，為了在隔離的銅層之間建立連接，進行了電鍍過程。

在電鍍過程中，面板浸入電解液中。面板上的銅充當陰極。在此過程中使用了許多化學品。整個過程由計算機控制，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，面板會用化學顯影劑處理，去除未硬化的殘留物。

圖 7：PCB 印刷

蝕刻

PCB 制造的下一個工藝步驟是蝕刻。此過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品。

自動光學檢測

蝕刻后，使用自動光學檢查機檢查和仔細檢查面板。此檢查的目的是確保質量標準，以發現在先前過程中可能發生的任何錯誤。該機器使用計算機視覺技術掃描PCB面板并檢測故障。

圖 8：自動光學檢測裝置

阻焊

下一個工藝步驟稱為阻焊。在此過程中，PCB 面板的兩側都涂有環氧樹脂阻焊層。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

為了保護焊盤的銅不被氧化，使用熱風焊料整平方法進行表面處理。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行電氣測試。這種自動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。現在 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。

結論

在本文中，我們詳細介紹了制造專業級 PCB 所涉及的工藝步驟。PCB制造是一個復雜的過程，需要很多工序。本文介紹了從設計到封裝的所有流程步驟。