PCB的制造過程由玻璃環(huán)氧樹脂(Glass Epoxy)或類似材質(zhì)制成的「基板」開始。
Step1: 影像(成形/導(dǎo)線制作)
制作的第一步是建立出零件間連線的布線。我們採用負(fù)片轉(zhuǎn)?。⊿ubtractive transfer)方式將工作底片表現(xiàn)在金屬導(dǎo)體上。這項技巧是將整個表面鋪上一層薄薄的銅箔,并且把多馀的部份給移除。追加式轉(zhuǎn)?。ˋdditive Pattern transfer)是另一種比較少人使用的方式,這是只在需要的地方加上銅線的方法,不過我們在這裡就不多談了。
如果制作的是雙面板,那么PCB的基板兩面都會鋪上銅箔,如果制作的是多層板,接下來的步驟則會將這些板子黏在一起。
接下來的流程圖,介紹了導(dǎo)線如何焊在基板上。
正光阻劑(positive photoresist)是由感光劑制成的,它在照明下會溶解(負(fù)光阻劑則是如果沒有經(jīng)過照明就會分解)。有很多方式可以處理銅表面的光阻劑,不過最普遍的方式,是將它加熱,并在含有光阻劑的表面上滾動(稱作乾膜光阻劑)。它也可以用液態(tài)的方式噴在上頭,不過乾膜式提供比較高的解析度,也可以制作出比較細(xì)的導(dǎo)線。
遮光罩只是一個制造中PCB層的模板。在PCB板上的光阻劑經(jīng)過UV光曝光之前,覆蓋在上面的遮光罩可以防止部份區(qū)域的光阻劑不被曝光(假設(shè)用的是正光阻劑)。這些被光阻劑蓋住的地方,將會變成布線。
在光阻劑顯影之后,要蝕刻的其他的裸銅部份。蝕刻過程可以將板子浸到蝕刻溶劑中,或是將溶劑噴在板子上。一般用作蝕刻溶劑的有,氯化鐵(Ferric Chloride),鹼性氨(Alkaline Ammonia),硫酸加過氧化氫(Sulfuric Acid + Hydrogen Peroxide),和氯化銅(Cupric Chloride)等。蝕刻結(jié)束后將剩下的光阻劑去除掉。這稱作脫膜(Stripping)程序。
您可以由下面的圖片看出銅線是如何布線的。
這項步驟可以同時作兩面的布線。
Step2: 鉆孔與電鍍
如果制作的是多層PCB板,并且裡頭包含埋孔或是盲孔的話,每一層板子在黏合前必須要先鉆孔與電鍍。如果不經(jīng)過這個步驟,那么就沒辦法互相連接了。
在根據(jù)鉆孔需求由機(jī)器設(shè)備鉆孔之后,孔璧裡頭必須經(jīng)過電鍍(鍍通孔技術(shù),Plated-Through-Hole technology,PTH)。在孔璧內(nèi)部作金屬處理后,可以讓內(nèi)部的各層線路能夠彼此連接。在開始電鍍之前,必須先清掉孔內(nèi)的雜物。這是因為樹脂環(huán)氧物在加熱后會產(chǎn)生一些化學(xué)變化,而它會覆蓋住內(nèi)部PCB層,所以要先清掉。清除與電鍍動作都會在化學(xué)制程中完成。
Step3: 多層PCB壓合
各單片層必須要壓合才能制造出多層板。壓合動作包括在各層間加入絕緣層,以及將彼此黏牢等。如果有透過好幾層的導(dǎo)孔,那么每層都必須要重複處理。多層板的外側(cè)兩面上的布線,則通常在多層板壓合后才處理。
Step4: 處理防焊層、網(wǎng)版印刷面和金手指部份電鍍
接下來將防焊漆覆蓋在最外層的布線上,這樣一來布線就不會接觸到電鍍部份外了。網(wǎng)版印刷面則印在其上,以標(biāo)示各零件的位置,它不能夠覆蓋在任何布線或是金手指上,不然可能會減低可焊性或是電流連接的穩(wěn)定性。金手指部份通常會鍍上金,這樣在插入擴(kuò)充槽時,才能確保高品質(zhì)的電流連接。
Step5: 測試
測試PCB是否有短路或是斷路的狀況,可以使用光學(xué)或電子方式測試。光學(xué)方式採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淮確,不過光學(xué)測試可以更容易偵測到導(dǎo)體間不正確空隙的問題。
Step6: 零件安裝與焊接
最后一項步驟就是安裝與焊接各零件了。無論是THT與SMT零件都利用機(jī)器設(shè)備來安裝放置在PCB上。
THT零件通常都用叫做波峰焊接(Wave Soldering)的方式來焊接。這可以讓所有零件一次焊接上PCB。首先將接腳切割到靠近板子,并且稍微彎曲以讓零件能夠固定。接著將PCB移到助溶劑的水波上,讓底部接觸到助溶劑,這樣可以將底部金屬上的氧化物給除去。在加熱PCB后,這次則移到融化的焊料上,在和底部接觸后焊接就完成了。
自動焊接SMT零件的方式則稱為再流回焊接(Over Reflow Soldering)。裡頭含有助溶劑與焊料的糊狀焊接物,在零件安裝在PCB上后先處理一次,經(jīng)過PCB加熱后再處理一次。待PCB冷卻之后焊接就完成了,接下來就是淮備進(jìn)行PCB的最終測試了。
節(jié)省制造成本的方法
為了讓PCB的成本能夠越低越好,有許多因素必須要列入考量:
1. 板子的大小自然是個重點。板子越小成本就越低。部份的PCB尺寸已經(jīng)成為標(biāo)淮,只要照著尺寸作那么成本就自然會下降。
2. 使用SMT會比THT來得省錢,因為PCB上的零件會更密集(也會比較?。?/div>
3. 另一方面,如果板子上的零件很密集,那么布線也必須更細(xì),使用的設(shè)備也相對的要更高階。同時使用的材質(zhì)也要更高級,在導(dǎo)線設(shè)計上也必須要更小心,以免造成耗電等會對電路造成影響的問題。這些問題帶來的成本,可比縮小PCB尺寸所節(jié)省的還要多。
4. 層數(shù)越多成本越高,不過層數(shù)少的PCB通常會造成大小的增加。
5. 鉆孔需要時間,所以導(dǎo)孔越少越好。
6. 埋孔比貫穿所有層的導(dǎo)孔要貴。因為埋孔必須要在接合前就先鉆好洞。
7. 板子上孔的大小是依照零件接腳的直徑來決定。如果板子上有不同類型接腳的零件,那么因為機(jī)器不能使用同一個鉆頭鉆所有的洞,相對的比較耗時間,也代表制造成本相對提升。
8. 使用飛針式探測方式的電子測試,通常比光學(xué)方式貴。一般來說光學(xué)測試已經(jīng)足夠保證PCB上沒有任何錯誤。
總而言之,
PCB廠商在設(shè)備上下的工夫也是越來越複雜了。了解PCB的制造過程是很有用的,因為當(dāng)我們在比較主機(jī)板時,相同效能的板子成本可能不同,穩(wěn)定性也各異,這也讓我們得以比較各廠商的能力。
好的工程師可以光看主機(jī)板設(shè)計,就知道設(shè)計品質(zhì)的好壞。您也許自認(rèn)沒那么強(qiáng),不過下次您拿到主機(jī)板或是顯示卡時,不妨先鑑賞一下PCB設(shè)計之美吧!
深圳宏力捷推薦服務(wù):PCB設(shè)計打樣 | PCB抄板打樣 | PCB打樣&批量生產(chǎn) | PCBA代工代料