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印刷線路板加工過程簡述

time : 2019-08-16 09:14       作者:凡億pcb

一、PCB基板及覆銅工藝
  PCB(印刷電路板)的原料是什么呢?"玻璃纖維",這種材料在日常生活中出處可見,比如防火布、防火氈的核心就是玻璃纖維,玻璃纖維很容易和樹脂相結合,把結構緊密、強度高的玻纖布浸入樹脂中,硬化就得到了隔熱絕緣、不易彎曲的PCB基板了--如果把PCB板折斷,邊緣是發白分層,足以證明材質為樹脂玻纖。
  光是絕緣板不能傳遞電信號,于是需要在表面覆銅。在工廠里,常見覆銅基板的代號是FR-4,這個在各家板卡廠商里面一般沒有區別,當然,如果是高頻板卡,最好用成本較高的覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。覆銅工藝很簡單,一般可以用壓延與電解的辦法制造,所謂壓延就是將高純度(>99.98%)的銅用碾壓法貼在PCB基板上--因為環氧樹脂與銅箔有極好的粘合性,銅箔的附著強度和工作溫度較高,可以在260℃的熔錫中浸焊而無起泡。這個過程頗像搟餃子皮,不過餃子皮可是很薄很薄的喔,最薄可以小于1mil(工業單位:密耳,即千分之一英寸,相當于0.0254mm)!通常廠里對銅箔的厚度有很嚴格的要求,一般在0.3mil和3mil之間,有專用的銅箔厚度測試儀檢驗其品質。像古老的收音機和業余愛好者用的PCB上覆銅特別厚,比起電腦板卡工廠里品質差了很遠。
  為什么要讓銅箔這么薄呢?主要是基于兩個理由:一個是均勻的銅箔可以有非常均勻的電阻溫度系數,介電常數低,這樣能讓信號傳輸損失更小,這和電容要求不同,電容要求介電常數高,這樣才能在有限體積下容納更高的容量,電容為什么比鋁電容個頭要小,歸根結底是介電常數高。其次,薄銅箔通過大電流情況下溫升較小,這對于散熱和元件壽命都是有很大好處的,數字集成電路中銅線寬度最好小于0.3cm也是這個道理。制作精良的PCB成品板非常均勻,光澤柔和(因為表面刷上阻焊劑),這個用肉眼能看出來。
 
二、PCB蝕刻壓合及鉆孔工藝
  接下來我們再使用蝕銅液(腐蝕銅的化學藥品)對基板進行蝕刻,沒有干膜保護的銅全軍覆沒,硬化干膜下的線路圖就這么在基板上呈現出來。這整個過程有個叫法叫"影像轉移",它在PCB制造過程中占非常重要的地位。接下來自然是制作多層板啦!按照上述步驟制作只是單面板,即使兩面加工也是雙面板而已,但是我們常常可以發現自己手中的板卡是四層板或者六層板(甚至有8層板),這究竟是怎么制造出來的呢?
  有了上面的基礎,其實明白不難,做兩塊雙面板然后"粘"起來就行!比如我們做一塊典型的四層板(按照順序分1~4層,其中1/4是外層,信號層,2/3是內層,接地和電源層),先呢分別做好1/2和3/4(同一塊基板),然后把兩塊基板粘一塊。不過這個粘結劑可不是普通的膠水,而是軟化狀態下的樹脂材料,它首先是絕緣的,其次很薄,與基板粘合性良好。我們稱之為PP材料,它的規格是厚度與含膠(樹脂)量。當然,一般四層板和六層板我們是看不出來的,因為六層板的基板厚度比較薄,即使要用兩層PP三塊雙面基板,也未見得比一層PP兩塊雙面基板的四層板能增加多少厚度--板卡的厚度都有一定規范,否則就插不進各種卡槽中了。說到這里,讀者又會產生疑問,那個多層板之間信號不是要導通嗎?現在PP是絕緣材料,如何實現層與層之間的互聯?別急,我們在粘結多層板之前還需要鉆孔!鉆了孔可以將電路板上下位置相應銅線對起來,然后讓孔壁帶銅,那么不是相當于導線將電路串聯起來了嗎?這種孔我們稱之為導通孔。這些孔需要鉆孔機鉆出來,現代鉆孔機能鉆出很小很小的孔和很淺的孔,一塊主板上有成百上千個大小迥異深淺不一的孔,我們用高速鉆孔機起碼要鉆一個多小時才能鉆完。鉆完孔后,我們再進行孔電鍍(該技術稱之為鍍通孔技術,Plated-Through-Hole technology,PTH),讓孔導通。
 
三、PCB防焊漆印刷及后續工藝
  主板生產需要大量進行焊接,如果直接焊接,會產生兩個嚴重后果:一、板卡表面銅線氧化,焊不上;二、搭焊現象嚴重--因為線與線之間的間距實在太小了。所以我們必須在整個PCB基板外面再包上一層裝甲--這就是防焊漆,也就是俗稱阻焊劑的的東東,它對液態的焊錫不具有親和力,并且在特定光譜的光照射下會發生變化而硬化,這個特性和干膜類似,我們看到的板卡顏色,其實就是防焊漆的顏色,如果防焊漆是綠色,那么板卡就是綠色,相應五顏六色怎么來的大家都清楚了吧?最后大家不要忘了網印、金手指鍍金(對于顯卡或者PCI等插卡來說)和質檢,測試PCB是否有短路或是斷路的狀況,可以使用光學或電子方式測試。光學方式采用掃描以找出各層的缺陷,電子測試則通常用飛針探測儀(Flying-Probe)來檢查所有連接。電子測試在尋找短路或斷路比較準確,不過光學測試可以更容易偵測到導體間不正確空隙的問題。
 
總結一下,一家典型的PCB工廠其生產流程如下所示: 下料→內層制作→壓合→鉆孔→鍍銅→外層制作→防焊漆印刷→文字印刷→表面處理→外形加工。至此,整個PCB制造流程已經全面介紹完畢。