如何逐步制作 PCB？
在错综复杂的电子世界中，创新的核心在于印刷电路板（PCB）。这些结构紧凑但功能强大的元件是电子设备的骨架，可实现电信号的无缝流通。有没有想过印刷电路板从诞生到集成所经历的奇妙历程？我们即将发表的文章将深入探讨印刷电路板的全面制造过程，精确而清晰地揭示每一个步骤。从最初的设计阶段到复杂的蚀刻和组装过程，我们将引导您了解将原材料转化为功能性印刷电路板的复杂工艺和技术。无论您是经验丰富的工程师，还是充满好奇心的发烧友，抑或只是对电子产品背后的魔力感到好奇，都可以加入我们的旅程，了解印刷电路板制造的迷人世界。准备好见证将铜、玻璃纤维和焊料转化为精密电路的炼金术，为我们日常依赖的设备提供动力。
预生产工程
如何设计 PCB？
一切从工程部开始。他们收到 GERBER 文件后进行检查，并将其与订单、IPC 标准和供应商能力进行比较。
1 - Gerber文件检查
艾佳普集团的工程师会对可制造性设计（DFM）进行审查，检查数据、铜层、机械图纸、规格以及轨道之间的线条和空间。必要时，我们会创建一个名为 “技术问题 “的文件。
2 - 可制造性设计（DFM）审查
该文件将发送给客户，以便提出可能的解决方案或改进措施，如不同的面板技术、阻焊层类型、设计、基材、品牌或规格，甚至不同的技术，以便根据 IPC 标准在选定的合作工厂中实现可行性和成本效益。
3 - 合作伙伴可制造性设计（DFM）审查
我们的合作工厂进入现场，接收数据，进行第二次 DFM 审查，并开始在生产面板上组合电路设计。
4 - 底板印刷
每个印刷电路板层都要经过验证，然后传送到印刷图样机。我们为每一层都准备了一个图样：内层、外层、阻焊层、图例印刷层，以及通孔、可剥离阻焊层、碳层等特殊层。所有这些图样可用于数千个面板。
基材
如何选择和准备基础材料？
了解面板在进入下一阶段生产工艺之前是如何储存和准备的！
1 - 储存
每个印刷电路板制造商都不生产预浸料或铜箔等基本原材料。所有原材料的供应都符合艾佳普集团的技术要求。材料按类型、总厚度、铜箔厚度和品牌储存。
2 - 订单准备
根据订单，工厂在仓库中选择所需的材料。面板拆开包装，准备进行加工。
3 - 检查
对每一批产品的检验是一个重要环节。使用高精度工具对铜和总厚度进行仔细检查，以确保根据创造技术满足客户的需求。
4 - 切割
面板必须按照生产尺寸切割。如今，边缘处理和面板几何形状对 CCD 套准和处理设备非常重要。
5 - 角部精加工
大多数公司都将面板的边角打磨成圆形，以减少划痕问题，并确保在下一阶段制造过程中的安全处理
内层
内层
内层成像是工艺中一个技术性很强的步骤，需要在洁净的黄色房间内进行。为什么？因为干膜对紫外线敏感，为了避免内层出现任何短路和开裂，必须达到每立方米 3000 到 4000 个尘埃粒子的水平。
1 - 清洁
无尘室使用超压保护和清除来自无尘室外部的灰尘。在进入无尘室之前，要对面板进行清洁。根据内层厚度的不同，清洗过程也不同。对于厚度小于 500 微米的层，采用化学工艺。对于较厚的层，则优先采用机械工艺。
2 - 终止
面板运抵无尘室后，先进行加热，然后自动将光阻薄膜或墨水（7 至 11 微米）涂在面板上。
3 - 登记和日照
使用 2 或 4 台 CCD 相机对电路板进行 +/- 15 至 30 微米的记录。真空产生后，根据不同的工艺，紫外线的平均照射时间为 1 至 20 秒：这就是日照。电路板聚合后即可进行显影。
4 - 显影和蚀刻
在显影阶段，用碱性溶液清洗电路板，去除尚未硬化的光刻胶。这样，我们就可以第一次看到内层图像了。蚀刻是层成像的关键步骤。未受保护的铜被去除，并形成图案。剥离油墨后，光刻胶膜已完全去除。
5 - 自动光学检测（AOI）
多层板层压后，无法纠正内层出现的错误。自动光学检测将确认完全没有缺陷。GERBER 文件中的原始设计可作为模型。如果机器检测到任何不一致之处，技术人员将对问题进行评估。
层压
什么是 PCB 覆膜？
快来了解印刷电路板制造流程中的层压阶段！在内层成像阶段之后，电路板要经过套准和层压阶段。请跟随我们参观中国的 HDI 工厂！
1 - 准备
对面板进行清洗，以去除被腐蚀的铜表面以及潜在的指纹、干膜残留物、碳酸盐和干膜剥离产生的防泡沫残留物。
2 - 微蚀刻
微蚀是获得均匀、适当的棕色或黑色氧化物处理的基本条件。该工艺可将铜的厚度减少 0.2 至 1 微米。
3 - 黑色氧化处理
使用棕氧化物或黑氧化物处理可提高环氧树脂的附着力，避免分层等问题。
4 - 内层堆叠
操作员将内层和预浸料堆叠在胶合机上，使堆叠物胶合在一起。胶合完成后，我们开始使用铆钉。铆接过程是为了完成套准，并将内层和预浸料加固在一起。这样可以加固叠层，确保其在层压过程中不会移动。
5 - 堆叠
铜箔夹在不锈钢片和预浸料之间。不锈钢形成一个坚硬平整的表面。铜箔完成堆叠。现在，面板的顶部和底部由铜箔和环绕内层的预浸料组成。
6 - 层压
根据材料的数据表，叠层被置于极端温度下。层压机内的压力为每平方米 180 吨，整个过程需要 2 个小时。经过高压和高温后，各层板材形成一块板，然后被移到冷压机上。之后，板材将被脱模。
7 - 孔对位
这些崭新的木板将使用 X 射线机器打好登记孔。然后再对它们进行去毛刺、倒角和圆角处理。
钻孔
钻探过程的挑战性有多大？
印刷电路板之旅》第五集的重点是我们网络系列中最壮观的工艺之一：钻孔！这不仅是最令人印象深刻的工序，也是最不可逆的工序！事实上，这一步骤必须非常小心地实施，因为即使是一个小错误也可能导致重大损失。请跟随艾佳普集团的两位专家到我们在中国的一家合作工厂，了解这一过程的不同阶段（机械钻孔或激光钻孔、最小直径甚至控制）。
1 - 准备
为了提高精度和热量管理，在叠层的顶部和底部使用了特定的材料，如铝、木或三聚氰胺。
2 - 工具检查
钻头的形状必须完美，并符合有关同一工具可钻孔数量的规定。对于高科技印刷电路板，只能使用新工具。对于标准印刷电路板，钻头在更新前最多磨砺 3 次。
3 - 机械钻孔
根据不同的系列，钻孔机一次只能钻孔一块高科技产品。但也可以根据厚度，用 1 至 6 个钻孔头同时安装多达 4 块面板。上世纪 90 年代，我们的钻孔直径最小为 400 微米。如今，我们可以钻最小 150 微米的孔。
4 - 检查
为了帮助进行目视控制，在每块板的边缘都钻有不同大小的孔，并在钻孔阶段结束后进行检查。此外，还使用孔检查机对面板进行自动检查。在内部控制方面，木板要经过 X 射线机，检查与内层相关的整个定位。
5 - 激光钻孔
激光钻孔机可钻出 50 至 150 微米的孔。目前的工具主要基于两种激光：紫外线激光器或二氧化碳激光器，有时两种激光器都可使用，具体取决于加工工艺。在这里，没有顶部或底部材料，因此我们一次只能钻一个面板，激光打到 N-1 层的铜时就会停止。主要有两种控制方法，以确保钻孔符合要求的尺寸，并检查清洁度。
化学镀铜
如何在印刷电路板上沉积铜？
铜的化学沉积（也称为无电解铜）可在内层和外层之间建立电气连接。
1 - 标准清洗
在沉积化学铜之前，电路板必须清洁。在标准工艺中，第一道工序是清理和清除钻孔后的所有残留物。
2 - 等离子清洗
对于高科技产品，最好采用等离子工艺：能够去除较硬的残留物，如聚酰亚胺、高 Tg-FR4、聚四氟乙烯和射频微波材料。这种可选工艺可为铜的化学沉积提供极佳的粗糙度和润湿性。
3 - 镀钯
有几种化学处理方法可以获得导电孔，我们可以根据正在创造的印刷电路板技术使用铜、钯、石墨、聚合物。将电路板浸入钯浴，也称为活化浴，以沉积一层薄薄的钯。
4 - 镀铜
面板在镀槽中不断移动，以去除孔内可能形成的气泡。钯的化学作用会在面板的整个表面和新钻的孔上形成 1 到 3 微米的化学铜沉积。
5 - 检查
控制是在这一过程结束时进行的，主要是进行背光测试，以检查铜的孔隙率和镀层。
外层成像
如何创建完美的外层图像？
外层成像与内层成像类似，但孔洞和表面粗糙度要复杂得多。让我们来看看印刷电路板制造过程中这一壮观的步骤是如何完成的！
1 - 准备和层压
表面处理：厚度小于 500 微米的电路板需要经过化学清洗工序，而较厚的电路板则需要使用研磨刷进行机械清洗。对电路板进行加热，以提高光刻胶薄膜的附着力。然后，在 X 和 Y 方向上对电路板进行自动覆膜。
2 - 对位和紫外线曝光
对于半自动绝缘，在将图样添加到机器之前要再次进行检查。使用 2 或 4 台 CCD 摄像机在孔和目标之间进行光学定位。一旦电路板符合质量标准，就会抽真空，然后在 1 至 20 秒之间用紫外线照射电路板，使光刻胶聚合，形成电路图案的图像。
3 - 对位和激光曝光
对于高端产品和高密度材料，则采用激光直接成像技术。这种机器是全自动的，因此装载、使用 4 个 CCD 相机套准和传输层图像只需几秒钟即可完成。当公差和套准要求较高时，如 50 微米或更低时，激光直接成像也是一个重要因素。
4 - 显像
日晒完成后，干膜上的保护层就会被去除。未暴露在紫外线或激光下的区域尚未硬化，将在显影钠浴中溶解，使电路板呈现出美丽的蓝色。现在外层图像已经印好，可以接收电解铜了。
5 - 自动光学检测
外层的自动光学检测将确认完全没有缺陷，无论是电气开路还是短路。与内层一样，GERBER 文件中的原始设计可作为光学相机的模型。如果机器发现不一致，技术人员将对问题进行评估。
电解铜
什么是电解铜沉积？
铜可以通过两种工艺电解沉积在电路板上：面板工艺和图案工艺。
1 - 全板电镀法
铜通过电解沉积在整个表面和孔内，以改善平面度和分布。电解铜产生电解，即电流流经液体，引起化学变化。经过数次每次 3 分钟的电解，电解液中的铜就像阳极，而电路板则像阴极。
2 - 检查
现在，铜的厚度更厚、更可靠，约为 10 至 13 微米。这些电路板的下一步将是外层成像。
3 - 线路电镀法 - 铜沉积
铜以电解方式沉积，但数量要大得多。为了在孔与孔之间建立良好的连接和导电性，根据 IPC 标准，电路板壁孔内至少需要 20 至 25 微米的铜。铜作为阳极，在 60 分钟的电镀过程中沉积在电路板上。
4 - 线路电镀法 - 锡沉积
经过漂洗浴后，电路板被浸入电解锡中，在所有铜表面镀上一层 1 至 3 微米的锡。在蚀刻过程中，锡对保护铜至关重要。
5 - 检查
完全覆盖后，再用非破坏性方法检测涂层厚度。
印刷电路板蚀刻
什么是蚀刻？
蚀刻是一种复杂的化学工艺，可去除电路板上多余的铜和锡。
1 - 剥膜
第一步从干膜开始。溶解所有残留物，剥离薄膜，露出不需要的铜。
2 - 蚀刻
蚀刻步骤在化学溶液槽中开始。难点在于如何避免过度蚀刻或蚀刻不足，以免无法获得直壁。至于内层，未覆盖的铜被蚀刻掉并形成图案。在这里，锡保护铜和孔。
3 - 退锡
锡被化学去除和剥离。现在，导电区域和连接已正确建立。
4 - 检查
实验室测试的目的是检查过蚀刻和欠蚀刻情况，并确保除抗蚀层外，所有不需要的铜层都已去除。
5 - 自动光学检测
蚀刻后直接进行自动光学检测，并与数据进行比较，以突出任何不一致之处，并确保无缺陷。在某些情况下，可在此时修复短路或电气开孔。
阻焊层
为什么 PCB 需要阻焊板？
阻焊层有两个作用。首先是避免铜氧化，其次是在组装过程中使两道铜之间完美绝缘。PCB 阻焊层有多种类型，如环氧液态阻焊层、液态感光阻焊层（LPI）或干膜阻焊层。让我们深入了解一下！
1 - 涂覆
根据 IPC 标准，在印刷电路板上涂敷阻焊层的方法有多种：帘式、丝网印刷或电喷雾沉积涂层。在使用阻焊层之前，必须在超压洁净室中用机械或化学制剂对电路板进行清洁，以防止灰尘从外部进入。
2 - 预固化
面板完全覆盖后，必须进行预固化。这一步非常重要，可以去除油墨中的所有溶剂。没有这一步，就无法正确进行套色。
3 -对位/曝光
至于阻焊层，可通过 8 台 CCD 摄像机和图样的注册来完成日照。电路板会接受几秒钟的 LED 灯光照射，以硬化图案清晰的阻焊层。日晒也可以通过 LDI（激光直接成像）完成。此时无需图样，因为机器会直接用光束照射选定的位置并硬化目标位置。
4 - 显像
未受保护和未被日照硬化的部分会被冲走。这里，在我们的示例中，机械通孔周围的阻焊层会被去除。
5 - 检查和固化
显影阶段结束后，要对所有电路板进行控制。事实上，需要进行检查，以检查是否有任何缺陷图像、焊盘上的油墨痕迹或穿孔。最后，将电路板暴露在高温下一小时，以固化阻焊层。
印刷电路板的字符印刷
印刷电路板上的图例印刷重要吗？
图例印刷工艺在电路板上印刷所有重要信息，如制造商标记、公司 ID 编号和警告标签。该工艺主要使用两种方法：丝网印刷（又称丝网印刷）和使用喷墨打印机的直接图例印刷（DLP）。这看起来很简单，但就像印刷电路板制造过程中的每一个步骤一样，它要求精确。
1 - 丝网印刷
与印刷电路板制造的大多数阶段一样，GERBER 文件中的图样在印刷图例图案的过程中至关重要。第一种方法是丝网印刷，也称为丝网工艺。无论是手动还是自动，它们都需要在铝框上拉伸聚酯丝网。铝框和面板都要经过套准，以保证正确对齐，避免油墨印到铜图案上，并确保焊接过程不受影响。油墨通过网版被推到层压板上。
2 - 检查
在印刷电路板上丝印正确信息后，操作员将对其进行目视检查。如有缺陷，操作员将对问题进行评估，或将电路板从生产流程中移除
3 - 固化
如果丝网印刷效果良好，木板将被固化，使油墨变硬。
4 - 喷墨
第二个应用图例文本的过程与传统喷墨打印机类似，被称为 DLP 或直接图例打印。机器自动完成套准。喷墨打印机在面板上喷洒墨滴，生成图像。这些墨滴由紫外线灯直接固化。
5 - 检查
操作员还可以进行目视控制，以确保图例印刷正确。尽管设备更加现代化，但 DLP 只适用于原型制作和小批量生产，而丝网印刷速度更快，适用于大批量生产。
印刷电路板的表面处理
有哪些表面处理？
表面处理是在元件和裸板 PCB 之间进行涂层。主要用于两个原因：确保填充阶段的可焊性和保护铜不被氧化。
1 - 有机保焊膜（OSP）
OSP 是有机可焊性防腐剂的缩写。它是一种水基表面处理剂。它对环境友好，电路板在经过水浴之前会被清洗干净，从而获得极佳的平整表面。这种快速工艺不需要很多设备，因此是一种经济有效的表面处理方法。OSP 的保质期较短，在处理过程中可能比较敏感。因此，在进行表面精加工之前要先进行碾压处理。总而言之，OSP 表面处理对环境无害，能提供平整的表面，是一种可重新激活的高性价比解决方案。
2 - 无铅热风焊料整平（LF HASL）
无铅 HASL 是 Hot Air Solder Leveling 的简称。尽管这种表面处理非常坚固，但其低廉的价格也与其局限性有关。在应用过程中，整个面板都要经过微蚀刻以清洁电路板，然后涂上一层助焊剂以帮助表面处理剂附着在电路板上。然后，将电路板浸入液态锡焊料中，再用两把气刀将热压缩空气吹过电路板表面，将锡焊料去除。对于高可靠性产品来说，无铅解决方案具有无可争议的优势。但是，随着越来越多的高密度互联电路板的出现，这种工艺会造成表面不平整，不适合细间距元件。总而言之，无铅 HASL 表面处理是一种广泛应用的技术，是一种成本低、耐用性好的解决方案。但它也存在一些缺点，如表面可能不平整，不适合精细间距元件，以及该工艺可能对电路板产生热应力。
3 - 无电镀镍浸金（ENIG）
ENIG 指的是无电解镍浸金。这种工艺需要用胶带覆盖电路的轮廓，以避免过多的金沉积，而且 ENIG 是一种昂贵的表面处理工艺。面板浸泡在几个槽中，首先电沉积一层 3-6 微米的镍以增加附着力。然后，在面板上也电沉积一层至少 0.05 微米的金。浸渍处理可提供出色的平整度，而金的使用则可提供较强的可焊性。总之，ENIG 表面非常适合粘接，具有很强的可焊性，表面平整，保存期长。但它也有缺点，主要是这种表面处理工艺复杂，成本效益不高。
4 - 镀硬金（HARD GOLD PLATING）
硬镀金时，整个面板都用胶带覆盖。只有需要进行表面处理的部分才会被去除。与 ENIG 不同的是，在这种情况下，铜的厚度可以通过控制电镀周期的持续时间来改变。首先电沉积镍，然后根据客户要求沉积金。金的厚度可提供出色的保质期，但也是最昂贵的表面处理选择之一。总而言之，硬镀金表面处理具有机械性能、出色的保存期限和平整的表面。但也存在成本高、可焊性差、工艺复杂等缺点。
5 - 浸锡（IMMERSION TIN）
浸锡是一种金属表面沉积物。
将电路板浸入若干化学浴中，以产生最佳的锡附着力。浸锡可以提供完美的平整度，锡也能最好地保护底层铜。
浸锡表面处理方法可广泛使用，可提供平整的表面，是一种具有成本效益的解决方案，具有良好的保质期和可重复性。
ICAPE 集团特别要求提供一种高科技表面处理产品，并与德国的工厂建立合作伙伴关系，以实现符合德国汽车工业期望的浸锡表面处理。
印刷电路板铣切
什么是 PCB 布线？
布线工序（也称剖面加工）的目的是将每块电路板从生产面板上切割下来。事实上，即使所有电路板都在同一个面板上，它们也不一定都属于同一个客户
1 - 准备
操作员最多可堆叠 4 块面板，堆叠方式与钻孔工艺相同。在这种情况下，镂铣工艺需要一台铣床和不同数量的钻头：1、2、4 或 6 刀头。
2 - 铣切
电路板的内外轮廓就是在这一过程中形成的。与此同时，还要对电路板进行清洁，以确保没有灰尘残留。循环结束后，操作员从工作台上取下所有部件，电路板即被分板。根据客户的要求，电路板也可以在不去分板的情况下进行铣制
3 - 检查
操作员通过光学摄像头监控铣削过程的尺寸，以确保内外轮廓得到正确铣削，并且不会影响电路。
4 - V型槽切割（V-CUT）
布线后，V-Scoring 或 V-cut 用于在客户面板上预先切割印刷电路板，以便在填充阶段后将电路板分开。这是此步骤的主要目的。这样，电路板就很容易扣合。
5 - 检查
完成后，使用 V 型切割测试仪进行控制，根据 GERBER 文件测量 V 型切割深度。
电气测试
如何控制 PCB 上的开路和短路？
进行这些测试是为了确保电路板上没有短路和开路。有两种具有不同优势的机器：”飞针 “和 “钉床”。
1 - 飞针测试机
机器读取 GERBER 文件后，操作员将电路板放在面板上或单独放置。然后，分布在两侧的 4 个、6 个或 8 个磁头开始工作：向电路发送电荷，同时不断接触每个接触片，以确保没有开路或短路。在这种情况下，操作员将介入解决问题。
2 - 优点与缺点
这种模具成本低廉，最常用于原型制作和小批量生产。它也适用于 HDI 印刷电路板，但主要限制是每次都要手动更换电路板，从而延长了大量的操作周期。
3 - 针床
通用栅格测试又称钉床测试，需要一个测试夹具。测试夹具是根据 GERBER 文件设计的，因此每块印刷电路板都不一样。操作员必须放置大量不同尺寸的针脚，以覆盖所有测试区域。准备工作极其昂贵且繁琐！这些孔与印刷电路板上的测试点对齐，同时对所有测试点进行检查，因此非常快速可靠。
4 - 优点与缺点
至于飞针和钉床，各有利弊。这种电气测试非常适合大批量生产，因为它能加快每块印刷电路板之间的处理速度。不过，也应考虑到昂贵的工具、繁琐的准备工作和密度限制。
5 - 测试完成
现在电气测试已经完成，我们可以确定电路是正确的。接下来就是最后的检查了。
最终检验
PCB 最终检查有多重要？
这是生产过程中的关键步骤。供应商将在这里控制整个电路板，从功能方面到外观方面。他们会根据 ICAPE 的要求，当然也包括 IPC 标准，检查所有内容。此外，我们还在现场配备了一名 ICAPE 控制员，他将在生产过程中以及包装和装运前检查一切。
1 - 自动检测
每块电路板都要经过自动视觉检测机 (AVI)。这台机器检查印刷电路板的速度比人眼更快，能检测出与 GERBER 文件不一致的地方。然后，将电路板放在自动检孔机上，检测某些孔的尺寸是否不规则。
2 - 供应商检测
所有的电路板都由目光敏锐的检验员进行目视检查，以控制每一个规格。艾佳普集团的内部检查员会对合作工厂的评估工作进行监督，他们会一直在这些工厂工作。
3 - 质量监控团队和质量保证团队
我们的质量控制团队（QC）和质量保证团队（QA）亲自到我们的工厂合作伙伴处执行最终控制。质量保证以流程为导向，通过确保用于管理和创建可交付印刷电路板的流程来防止缺陷。质量控制以产品为导向，确定最终结果是否符合预期。
4 - ICAPE实验室
我们的实验室能够进行许多测试，例如微切片分析、孔表面铜沉积物控制、离子污染残留物检查、表面电镀控制、粗糙度控制、印刷电路板阻抗控制和信号完整性。还可以对印刷电路板进行老化测试和热冲击测试，以验证其在恶劣条件下的可靠性。
5 - 包装
检查完成后，电路板将在去离子水中清洗，以去除电路板上可能残留的灰尘和污染物。然后，电路板被小心地包装在真空包装中。贴上运输标签后，就可以开始运输了。电路板可以根据要求的运输方式进行运输，可以是 DDP、DAP，也可以是空运、火车或轮船运输。
