PCB的制造工序从玻璃环氧树脂Glass Epoxy或与之类似材质的“基板”开始。
Step1:影像(成形/钢丝制作)
制作的第一步是制作零件之间的配线。采用负片转印Subtractive transfer方式,将工作基板表现在金属导体上。这个技术是在表面全部铺上薄的铜箔,除去剩下的部分。追加转印(Additive pattern transfer)是另一个比较少的人使用的方法,是在必要的地方加上铜线的方法,但是我们在这里不怎么说。
当制作两个面板时,PCB在基板的两面铺上铜箔,当制作多层板时,在下一步将这些板粘合。
在下一个流程图中,我们介绍了电线如何焊接在基板上。
正光阻剂positivephotoresist由感光剂制作,在照明下溶解(负光阻剂如果不通过照明,则分解)。可以处理铜表面光阻剂的方法有几种,但是最常见的方法是将其加热并在含有光阻剂的表面上滚动(称作乾膜光阻剂)。也可以用液体喷到头部,乾膜式可以提供相对较高的分析度,也可以形成相对较细的导线。
遮光罩只不过是制造中的PCB层的模板。PCB板上面的光阻剂被UV光曝光之前,被上面覆盖的遮光罩能够防止一部分区域的光阻剂不被曝光(假设使用正光阻剂)。这些光阻剂覆盖的地方为配线。
光阻剂显影后,被蚀刻的其他裸铜部分。蚀刻过程可以将板浸入蚀刻溶剂,或者向板喷雾溶剂。一般用作蚀刻溶剂的是氯化铁(Ferric Chloride、硷性氨(AlkalineAmmonia、添加硫酸过氧化氢(Sulfuric Acid+Hydrogen Peroxide)、氯化铜Cupric Chloride等。蚀刻结束后,除去剩余光阻剂。这被称为脱膜程序。
铜线是如何布线的,从下面的图片可以看出。
这个步骤可以同时进行双面的布线。
第二步:钻头和镀金
多层PCB板,裡在头部埋孔或盲孔的情况下,各板必须在粘合前进行钻孔和电镀。不按照这个步骤的话,就不能相互连接。
根据钻头需求由机械装置钻探后,孔璧裡头电镀(穿透孔电镀技术,Plated?Through必须经过Hole technology、PTH。孔璧在内部进行金属处理后,能够使内部各层的线路相互连接。在开始镀金之前,必须除去孔内的杂物。这是因为树脂环氧树脂在加热后产生化学变化,为了覆盖内部PCB层,先被除去。间隙和电镀动作在化学过程中完成。
第3步:多层PCB压接
各单片层不压接就不能制造多层板。压接操作包括在各层之间施加绝缘层、相互粘合等。如果有几层透光的导孔,则各层必须重复处理。多层板的外侧两面的布线通常在多层板压接后进行处理。
第4步:焊接防止层、丝网印刷面及金手指部分电镀处理
其次,将防止焊接涂料涂在最外层的布线上,防止布线与电镀部分以外接触。丝网印刷面是为了表示各部件的位置而印刷的,不能覆盖在任何布线或金手指上。否则,焊接性和电流连接的稳定性可能会降低。金手指部分通常镀金,插入扩展槽,确保高品质的电流连接。
第五步:测试
测试PCB是否短路或切断,可以进行光学或电子测试。光学方式使用扫描找出各层的缺陷,电子测试通常是飞针探测仪(Flying?Probe)检查所有连接。电子测试正在寻找短路和遮断,但是光学测试可以更容易地检测导体之间不正确的空隙问题。
第六步:部件的安装和焊接
最后一步是各部件的安装和焊接。THT以及SMT部件使用机械装置安装在PCB上。
THT部件通常以称为峰值焊接Wave Soldering的方法进行焊接。这样一来,所有的零件都可以同时焊接PCB。首先,将销切得靠近板,稍微弯曲,使零件能够固定。接着,通过将PCB转移到助溶剂的水波,使底部接触助溶剂,能够除去底部金属上的氧化物。加热PCB后,这次转移到熔化的焊接材料上,接触底部后焊接完成。
自动焊接SMT将部件的方式称为再流焊接(OverReflow Soldering)。裡头部包括助溶剂和焊料的糊状焊料,在零件安装到PCB后进行一次处理,PCB加热后进行一次处理。PCB冷却后焊接结束,然后淮备进行PCB的最终测试。
制造成本的削减方法
为了使PCB的成本越低越好,必须考虑很多因素。
1.板的大小当然是要点。金属板越小成本越低。一部分的PCB尺寸已经变成标淮,如果按照尺寸自然地降低成本。
2.使用SMT比THT省钱。由于PCB的零件密集(变小)。
3.另一方面,板的部件密集的情况下,配线也必须细化,使用的设备也相对较高。同时使用的材质也更高,在布线设计中也必须注意不要影响耗电等电路。这些问题引起的成本比缩小PCB尺寸节省得多。
4.层数越多成本越高,层数越少PCB通常导致尺寸的增加。
5.钻头需要时间,所以最好少带导游孔越。
6.埋孔高于贯穿所有层的引导孔。埋孔因为接合前必须打个洞。
7.板孔的大小取决于零件销的直径。如果板上有不同类型的销部件,那么机器就不能用相同的钻头挖所有的孔,所以需要相对的时间,意味着制造成本相对上升。
8.使用飞针式探测方式的电子测试通常比光学方式高。通常,光学测试足以确保PCB没有错误。
总之,厂商在设备上下功夫也越来越复杂了。要理解PCB的制造过程,比较主机板的话,因为相同效率的板的成本不同,稳定性也不同,所以可以比较各厂家的能力。
好的工程师只看主机板设计,就能知道设计品质的好坏。也许你自认为没有那么强,下次主机板或是拿到显示器卡的时候,先欣赏一下PCB设计的美丽吧。