最近的一次PCB打板經歷，板廠工程人員告知絲印偏到焊盤上了，內部讓我評估是否可以繼續貼片。
于是發一期文章，介紹一下PCB制造流程。
PCB制造工藝
PCB設計獲得批準且制造商收到最終制造文件后，PCB制造或生產就開始了。此時，虛擬電路板設計將轉變為實體印刷電路板。
1. 成像和打印設計
經過多次檢查后， PCB 板設計已準備好打印， PCB 板制造商 使用一種稱為繪圖儀打印機的專用打印機將電路板設計文件轉換成膠片。這些膠片就像PCB設計圖的底片一樣。
印刷時，PCB內層有兩種油墨顏色：
● 黑色墨水代表 PCB 的銅線和電路。
● 透明墨水表示 PCB 的非導電區域，如玻璃纖維基座。
外層有：
● 透明墨水指示銅路徑
● 黑色墨水表示將被蝕刻掉銅的區域
薄膜上還設有定位孔，用于在后續生產階段對印刷電路板進行校準。薄膜將被存放在安全的地方，以避免不必要的接觸。
2. 在銅上印刷內層
PCB制造工藝中的這一步驟標志著PCB實際制造的開始。該工藝從PCB的基本形狀開始，PCB由一塊由基板材料制成的層壓板組成。基板材料通常為環氧樹脂和玻璃纖維。
● 將PCB設計圖印制到層壓板上
● 層壓板兩面均預壓銅
● 然后蝕刻掉銅，露出薄膜上的 PCB 設計
● 接下來，層壓板會被一層稱為抗蝕劑的感光膜覆蓋
3.紫外線爆破
抗蝕劑由一層光反應性化學物質組成。技術人員將涂有抗蝕劑的層壓板暴露在紫外線或紫外光下，使光反應性化學物質層硬化。
●紫外線穿過薄膜的半透明部分，使光刻膠硬化
● 但是，紫外線無法使黑色墨水區域變硬
● 僅保留硬化區域作為銅通路，其余部分則被擱置
● 用堿性溶液清洗電路板，去除光刻膠殘留物
● 最后的壓力清洗可去除任何殘留物
● 板子干燥
● 技術人員在進入下一步之前檢查電路板是否有錯誤
使用光刻膠和紫外線噴砂的目的是確保實際的 PCB 制造與原理圖藍圖完美匹配。
4. 蝕刻內層
在PCB制造中，線路的整潔至關重要。因此，此PCB制造工藝會去除電路板上多余的銅。否則，一粒灰塵就可能導致電路短路或斷路。完成此步驟后，將只剩下制造PCB所需的銅。
● 通常采用化學蝕刻法去除內層銅
● 光刻膠可保護電路板上必要的銅免受蝕刻
● 蝕刻所需的時間和溶劑可能因電路板尺寸而異
● 更大的電路板通常需要更多的時間和/或溶劑
5. 圖層對齊
清潔后，層壓板即可進行層對位。通常，板廠會使用光學打孔機，這是一種專用機器，將針頭穿過對位孔，使內層和外層對齊。
6. 光學檢測
當各層清潔完畢并準備投入使用時，需要進行正確的對齊。因此，技術人員會將各層放入光學打孔機中。
這被稱為光學檢測。它確保PCB沒有任何缺陷，因為一旦各層合在一起，就沒有糾錯的余地了。
● 設計師將使用自動光學檢測（AOI）機器進行檢測。
● AOI機器將PCB與原始原理圖進行比較。
● AOI機器使用激光傳感器掃描各層并進行電子比較
● 在此階段丟棄有缺陷的電路板。
● 對外層進行成像和蝕刻后，重復該過程。
7. 層壓和壓制
在印刷電路板制造的這個階段，PCB開始成型。無缺陷的各層經過熔接和層壓，通過以下兩個步驟制成PCB。
疊放或疊放
該工藝將PCB外層（由預涂環氧樹脂的玻璃纖維制成）和薄銅箔層（帶有用于銅線的蝕刻圖案）夾在中間。該工藝在專用壓合臺上使用金屬夾具進行。
● 操作員使用專用銷將每一層安裝到工作臺上
● 首先，操作員將一層預涂環氧樹脂（稱為預浸料）放在工作臺的對準盆上
● 接下來，他們將一層基材放在預浸漬環氧樹脂上
● 在基板層上放置一層銅箔
● 在銅箔層上放置更多預浸樹脂片
● 堆疊采用銅或鋁壓板完成
● 操作員確保堆垛完美貼合，以防止在對齊過程中發生移位
● 現在，堆棧已準備好進行綁定
層壓或粘合
在粘合之前，操作員將堆疊物放在機械壓力機上以熔合各層。
● 操作員將堆垛放置在層壓機上
● 壓合機電腦控制壓合機
● 計算機將加熱壓板并根據校準施加壓力，熔合PCB層
● 拆除頂部壓板和插針后，技術人員將拉出印刷電路板。
8.鉆孔
鉆孔被認為是 PCB 制造過程中最關鍵的一步，它為通孔和不同 PCB 層之間的連接奠定了基礎。
所有計劃稍后出現的組件，例如銅連接通孔和引線方面，都依賴于精密鉆孔的準確性。
PCB 鉆孔需要最高的精度，因為即使是最微小的錯誤也可能造成相當大的經濟損失。
正因如此，領先的中國專業PCB制造商傾向于使用電腦控制的PCB鉆孔機。這些機器可以鉆出直徑小至100微米的孔，使用轉速高達150,000轉/分的氣動主軸。鉆孔也需要時間，因為一塊普通的PCB有超過一百個鉆孔點。
● 鉆孔前，X射線定位器定位鉆孔點
● 在鉆孔目標下方放置一塊緩沖材料板，以確保鉆孔干凈
● 首先，鉆定位孔或引導孔以固定 PCB 堆疊
● 計算機控制的機器以原始設計為指導，對目標進行鉆孔
● 鉆孔后，通過輪廓去除邊緣周圍的額外銅層
9. PCB電鍍
鉆孔后，下一步是電鍍。PCB 電鍍是指用銅填充鉆孔的過程，以使電流能夠從電路板表面流向內層、兩層之間或兩個表面之間。該過程涉及一系列化學鍍液。
● 徹底清潔PCB板
● 將面板放入一系列化學槽中，沉積一層約一微米厚的薄銅
● 使用計算機控制PCB電鍍過程
10. 外層成像
與第二步一樣，此步驟也涉及在PCB板上涂抹另一層光刻膠。但是，光刻膠僅應用于外層進行成像。該過程在無菌環境中進行。
● 銷釘固定黑色墨水透明膠片并防止錯位
● PCB板涂上光刻膠后，進入黃化室
● 紫外線照射使光刻膠硬化
● 去除黑色墨水保護的未硬化的光刻膠。
11. 外層蝕刻
外層蝕刻為PCB板的AOI（自動光學檢測）和焊接做好準備。在此過程中，外層多余的銅會被去除。
● 采用電鍍法鍍一層銅。
● 初始銅浴后，使用電鍍錫來保護關鍵區域的銅。
● PCB 板經過自動光學檢測 (AOI)，確保銅層符合所需規格。
12. 阻焊層應用
這種應用是必要的，因為它會在印刷電路板的外表面添加一層保護層，為焊接過程做好準備。它本質上是遮蓋了不需要焊接的區域。
● 清潔 PCB 板，去除雜質或不必要的銅
● 表面涂有油墨環氧樹脂和阻焊膜
● 使用紫外線噴砂來指示不需要焊接的區域
● 從不合理的區域移除
● 電路板放入烤箱固化焊錫絲
13.絲網印刷
絲網印刷是指使用噴墨打印機將所有信息直接打印在電路板上。通常包括：
● 公司 ID
● 警告標簽
● 標志或符號
● 組件編號
● 銷定位器和其他標記
14.表面處理
接近完成的PCB板通常需要根據客戶規格進行導電材料涂層。這會增加PCB的耐焊性。此工藝最終形成表面光潔度。
以下列出了用于表面處理的導電材料及其優點和缺點。
a)浸銀：
好處
● 低信號損失
● 不含鉛
● 符合RoHS標準
● 為需要將插針壓入 PCB 的制造商提供可返工表面
缺點
● 表面容易氧化變色。強力抗表面銹蝕劑可以解決這個問題
● 如果表面沒有保護，浸銀的保質期會很短
● 不適合多種裝配工藝
b)硬金：
好處
● 耐用，因為它具有雙層金屬涂層，可保護 PCB 表面
● 無鉛，環保
● 保質期長
● 符合RoHS標準
缺點
● 與其他表面處理相比，價格昂貴，因為它需要經過復雜的工藝，并且不可重復加工。
c）化學鍍鎳金（ENIG沉金）：
好處
● 非常常見
● 保質期長
● 符合RoHS標準
缺點
● 比大多數其他飾面相對昂貴
d）熱風焊料整平（HASL）：
好處
● 成本效益
● 持久耐用
● 可返工
● 允許較大的處理窗口
缺點
● 含鉛
● 不符合RoHS標準
e)無鉛噴錫：
好處
● 成本效益
● 無鉛
● 符合RoHS標準
● 可返工
缺點
● 不適合多次回流/組裝工藝
● 該過程需要使用一種名為硫脲的致癌物質
● 厚度測量困難
f)浸錫（ISn）：
好處
● 適用于壓接應用
● 孔的公差嚴格
● 符合RoHS標準
缺點
● 可能導致焊接問題
g）有機可焊性保護劑（OSP）：
好處
● 符合RoHS標準
● 成本效益
缺點
● 保質期短
h)化學鍍鎳化學鍍鈀浸金（ENEPIG）：
好處
● 高焊接強度
● 減少腐蝕
缺點
● 需要仔細處理才能獲得最佳性能
● 與不使用金或鈀的飾面相比，成本效益較低
對于設計師和制造商來說，選擇最佳飾面需要平衡可用的選項，同時考慮材料成本和性能要求
15.測試
PCB 測試也是制造過程中的關鍵步驟。板廠將使用不同的測試方法來確保 PCB 功能正常并符合原始設計規格。將在本文的后面詳細介紹一些成熟的 PCB 測試方法。
16. 分板
分板本質上是 PCB 制造流程的最后一步。在此之前，印刷電路板都是一塊結構面板。使用原始設計文件，PCB 會被切割成單獨的電路板。
PCB拼板的方式主要有V-CUT、沖槽、郵票孔這三種方式。
- V-CUT
V-CUT指可以將幾種板子或相同板子在一起組合拼接，然后PCB做板加工完成后在板子間用V-CUT機割開一條V型槽，可以在使用時掰開。是如今比較流行的方式。
- 沖槽
沖槽指的是在板與板之間或板子內部按需要用銑床銑空，相當于挖掉。
- 郵票孔
這里說的郵票用就是使用很小的孔把板與板之間鏈接起來，看上去像郵票上面的鋸齒形，因此叫郵票孔鏈接。郵票孔鏈接是板與板之間的四周都需要高控制毛刺，即只可以使用一點郵票孔來代替V線。
無論使用何種方法，在處理之后都可以輕松地折斷 PCB 板。
17. 最終質量檢查
完成分析后，每塊印刷電路板都會經過最終的目視檢查和質量檢驗。最終檢驗合格后，制造商將包裝并發貨無誤的PCB。
以下檢查有助于識別無錯誤且功能正常的 PCB：
● 對所有未通過 PCB 檢查的電路板進行維修和重新測試
● 使所有 PCB 與其原始設計規格完美匹配
● 檢查并維護無菌環境，以防止污染和錯誤
● 檢查所有成品 PCB 是否有毛刺或鋒利邊緣
● 各層孔徑完美匹配
● 根據設計規范確定孔徑
18.包裝和運輸
此階段涉及將 PCB 包裝并運送至預定目的地。標準包裝設計可保護 PCB 免受灰塵和其他環境因素的影響。但是，包裝可能會根據客戶的規格而有所調整。
結論：絲印印刷之后還有表面處理工藝對焊盤進行處理，因為絲印并不會殘留在焊盤上。
Reference List
1.https://www.mktpcb.com/pcb-manufacturing-process/
2.https://www.eet-china.com/mp/a183315.html
3.https://jlcpcb.com/blog/step-by-step-guide-to-the-printed-circuit-board-manufacturing-process
