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PCB制作全流程解析:从图纸到成品的九个步骤(pcb制作工艺流程详解)

2025-05-19 12:17:38杂谈200

1. 设计图纸与文件输出

制作PCB的第一步始于电子工程师的设计工作。使用专业EDA软件(如Altium Designer、KiCad等),工程师根据电路功能需求完成布线设计。设计完成后需生成Gerber文件,这是包含各层铜箔图形、钻孔位置等信息的标准格式文件。部分工厂还会要求提供钻孔文件(Excellon格式)和物料清单(BOM),用于指导后续生产流程。设计阶段的准确性直接影响成品质量,工程师需反复验证电路连接的逻辑性与物理间距的合规性。

2. 基板材料预处理

覆铜板作为PCB的基础材料,通常选用FR-4环氧玻璃纤维板。生产车间收到板材后,首先进行尺寸切割,用数控裁板机将大尺寸基板分割成特定工作尺寸。随后进入表面处理环节,通过研磨设备去除铜箔表面的氧化层,配合化学清洗剂去除油污和杂质。处理后的基板需在恒温恒湿环境中保存,避免铜面二次氧化影响后续加工质量。

3. 图形转移工艺

该环节将设计图纸转化为物理电路图形。干膜光刻法是常用技术之一:在洁净室环境中,通过热压设备将光敏干膜平整贴合至基板铜面,曝光机利用紫外光源透过胶片对干膜进行选择性固化。未曝光区域在显影液中溶解,形成抗蚀刻的电路图形保护层。部分高端产品采用激光直接成像技术(LDI),省去物理菲林的使用,直接将数字图案投射到感光材料上。

PCB制作全流程解析:从图纸到成品的九个步骤(pcb制作工艺流程详解)

4. 蚀刻成型过程

完成图形转移的基板进入蚀刻生产线。碱性氯化铜蚀刻液(浓度28-32Be°)在45-50℃温度下,通过喷淋系统均匀喷洒在铜面。未被保护的铜箔发生氧化还原反应,非电路区域的铜层逐渐溶解。蚀刻时间需精确控制,时间不足会导致残铜短路,过度则可能损伤线路边缘。完成蚀刻的基板经高压水洗去除残留药液,最终显现出清晰的导电线路图案。

5. 机械钻孔加工

使用全自动数控钻床进行通孔加工,主轴转速通常达到15-18万转/分钟。钻头直径范围从0.1mm到6.5mm不等,根据设计文件自动更换刀具。钻孔过程需配合专用盖板材料,既保护铜面又提高钻孔精度。钻削产生的粉尘由真空吸尘系统实时清除。对于高密度互连板(HDI),还需采用激光钻孔技术制作微孔,孔径可缩小至50微米以下。

6. 孔金属化处理

为实现层间电气连接,需在孔壁沉积导电层。化学沉铜是基础工艺:经过等离子清洗和化学粗化后,基板浸入钯活化液中形成催化层,随后在沉铜溶液中生长出1-2微米的化学铜层。对于高可靠性要求的多层板,还需进行电镀铜加厚处理,使孔壁铜厚达到25-30微米。整个过程需严格控制溶液浓度和温度参数,确保金属层均匀性和结合强度。

7. 阻焊层制作

液态光成像阻焊油墨(LPI)通过丝网印刷或喷涂方式覆盖在板面,经预烘后形成半固化状态。使用阻焊底片进行定位曝光,显影后保留需要绝缘的区域。固化阶段采用分段升温方式,先80℃初步硬化,再150℃完全聚合。现代工艺多选用绿色阻焊油墨,因其具有较好的曝光宽容度和目视检查对比度。部分特殊应用会采用黑色、白色或透明阻焊层。

8. 表面处理工艺

裸铜表面易氧化,需进行保护处理。热风整平(HASL)是传统工艺,将板浸入熔融锡铅合金后吹去多余焊料,形成光亮平整的涂层。无铅化趋势下,更多采用化学镀镍金(ENIG)或沉银工艺。ENIG处理先沉积5-8微米镍层作为阻挡层,再覆盖0.05-0.1微米金层,既能抗氧化又适合金线键合。沉银工艺成本较低,银层厚度控制在0.1-0.3微米之间。

9. 成型检测与包装

使用数控铣床沿设计轮廓进行外形切割,V-cut机在拼板间制作分板槽。成品板需经过多道检测程序:飞针测试仪检查电路连通性,AOI设备进行外观缺陷扫描,X光检测机观察内层对准精度。抽样产品需通过热应力测试、可焊性测试等可靠性验证。合格品用防静电袋真空包装,层间放置防潮纸,外箱标注湿度敏感等级(MSL)。整个包装过程在静电防护工作区内完成,确保产品运输存储安全。