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更新时间 2024 12-31
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如何制作 PCB?详细的 PCB 生产流程!
PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)作为电子产品的关键支撑部件,其制作过程融合了多道精细且复杂的工序。了解 PCB 的生产流程,对于电子制造领域的从业者以及对电子工艺感兴趣的人来说至关重要。以下是详细的 PCB 生产流程:

一、设计阶段

  1. 原理图设计:这是 PCB 制作的起点,工程师依据电子产品的功能需求,使用专业的电路设计软件(如 Altium Designer、Cadence Allegro 等)绘制电路原理图。在原理图中,清晰地展现出各个电子元器件之间的电气连接关系,包括电阻、电容、芯片、电感等元器件的选型与布局,确保电路能够实现预期的功能,如信号放大、滤波、数据处理等。
  1. PCB 布局设计:完成原理图设计后,进入布局阶段。设计师需要将原理图中的元器件合理地放置在 PCB 板面上,考虑因素众多。一方面要遵循电路的信号流向,使信号传输路径最短、干扰最小,例如将高频电路部分与低频部分分开布局,避免相互干扰;另一方面要兼顾元器件的物理尺寸、安装方式以及散热需求,对于大功率元器件要预留足够的散热空间,防止过热损坏。布局的合理性直接影响 PCB 的性能、可制造性以及后期的调试难度。
  1. 布线设计:布线是 PCB 设计中的关键环节,工程师根据布局结果,在 PCB 板上规划出各个元器件之间的连接线路。布线要遵循一定的规则,如线宽要根据电流大小合理设定,一般大电流线路线宽较宽,以降低电阻,避免发热;线间距要满足电气安全要求,防止短路,特别是在高压区域,线间距更要严格控制。同时,对于高速信号线路,要采用特殊的布线技巧,如蛇形线来匹配信号延迟,确保信号完整性,减少信号衰减、反射等问题。
  1. 设计规则检查(DRC):在完成 PCB 布局布线后,必须进行严格的 DRC。DRC 软件会依据预先设定的行业标准和制造工艺要求,对设计文件进行全面检查,包括线宽、线间距、过孔尺寸、焊盘大小等参数是否合规。如果发现不符合规则的地方,如线宽过窄可能导致生产时断路,软件会及时提示设计师进行修改,确保设计方案能够顺利转化为实际产品。

二、原材料准备

  1. 基板采购:根据 PCB 的设计要求,选择合适的基板材料。常见的基板有 FR-4(环氧玻璃布层压板),它具有良好的绝缘性、机械强度和性价比,适用于大多数普通电子产品;对于一些高性能、高频应用场景,则可能选用聚四氟乙烯(PTFE)等特殊基板,其具有低介电常数、低损耗因子的特性,有利于高频信号的传输。采购的基板要确保质量稳定,厚度、平整度等参数符合要求,供应商通常会提供材质报告以供查验。
  1. 铜箔选择:铜箔作为 PCB 的导电层,其质量至关重要。一般有 1oz(约 35μm)、2oz 等不同厚度可供选择,根据电路的电流承载能力确定。例如,对于电源层或大电流传输线路,可能选用 2oz 铜箔以降低电阻,减少发热;而对于信号层,1oz 铜箔通常能满足需求。铜箔的粗糙度、附着力等特性也需关注,粗糙度过高可能影响蚀刻精度,附着力不足则在后续加工中容易出现铜箔剥离现象,因此要从可靠供应商采购优质铜箔。
  1. 其他辅助材料:还需要准备如干膜、油墨、化学药水(蚀刻液、电镀液等)、钻针等辅助材料。干膜用于线路图形的转移,油墨用于阻焊层和字符标记,化学药水在蚀刻、电镀等工序发挥关键作用,钻针则用于钻孔操作,每种材料都要根据工艺要求选用合适的规格和品牌,确保生产过程的顺利进行。

三、制作过程

  1. 内层线路制作
    • 开料:将大尺寸的基板材料按照 PCB 设计尺寸进行切割,得到所需的板料,切割过程要确保尺寸精准,边缘平整,一般使用数控切割机完成。
    • 内层贴膜:在开好料的基板上贴上干膜,干膜通过热压或真空贴合的方式紧密附着在基板表面,为后续的曝光工序做准备。
    • 曝光:将设计好的内层线路图案通过曝光机转移到干膜上,曝光机利用紫外线照射,使干膜在有线路图案的区域发生光化学反应,变得不溶于后续的显影药水,从而将线路图案固定下来。
    • 显影:把曝光后的基板放入显影液中,未曝光的干膜区域会被溶解掉,露出下面的铜箔,形成初步的内层线路图形。
    • 蚀刻:利用蚀刻液去除不需要的铜箔,留下设计好的内层线路,蚀刻过程要严格控制蚀刻时间、温度、药水浓度等参数,确保线路精度,蚀刻完成后通过清洗去除残留的药水。
    • 去膜:将内层线路上残留的干膜用化学药水或机械方式去除,得到干净的内层线路板。
  1. 压合工序
    • 棕化处理:对内层线路板进行棕化处理,使内层线路表面形成一层均匀的氧化膜,增强与半固化片的黏附力,为后续的压合做准备。
    • 叠层:将多层内层线路板与半固化片、外层基板按照预定的层叠结构进行叠放,确保各层位置准确,半固化片在高温高压下会固化,将各层紧密结合在一起。
    • 压合:使用真空压合机对叠层后的板料进行压合,压合过程要精确控制温度、压力、时间等参数,防止出现气泡、分层等缺陷,压合完成后得到多层板坯。
  1. 外层线路制作
    • 钻孔:根据 PCB 设计,使用数控钻床钻出各种孔径的过孔和安装孔,钻孔时要控制钻速、进给量等参数,确保孔壁光滑,孔位精准,避免出现断针、偏孔等问题。
    • 沉铜:在钻出的孔内沉积一层薄铜,使内层线路与外层线路通过过孔实现电气连接,沉铜过程要保证铜层均匀、附着力强。
    • 全板电镀:对整个 PCB 板进行电镀,加厚铜层,满足线路导电和机械强度要求,电镀后对板进行清洗,去除表面残留的电镀液。
    • 外层贴膜、曝光、显影、蚀刻、去膜:这一系列步骤与内层线路制作类似,只是操作对象是外层基板,通过这些工序形成完整的外层线路,完成 PCB 板面上可见的电路连接。
  1. 表面处理
    • 阻焊层制作:在 PCB 板面上涂上阻焊油墨,通过曝光、显影等工序,使需要焊接元器件的焊盘区域露出,其余区域被油墨覆盖,防止在焊接过程中出现短路,同时保护线路免受外界环境侵蚀。
    • 字符印刷:利用丝网印刷或喷墨印刷等技术,在 PCB 板面上印刷元器件标识、型号、版本号等字符信息,方便后续的组装和维修。
    • 表面处理工艺选择:根据产品需求选择合适的表面处理工艺,如沉金、喷锡、OSP(有机可焊性保护剂)等。沉金工艺能提供良好的可焊性和平整度,适用于对焊接质量要求极高的产品,如手机主板;喷锡工艺成本较低,可满足一般性电子产品需求;OSP 则在环保与成本间平衡较好,能在一定时间内保护焊盘不被氧化,便于后续元器件贴装。

四、检测与质量控制

  1. 外观检查:通过人工目检或自动光学检测(AOI)设备对 PCB 的外观进行检查,查看是否有线路缺陷,如断路、短路、铜箔翘起、焊盘不良等,以及阻焊层、字符印刷是否完整、清晰,确保 PCB 的外观质量符合要求。
  1. 电气性能测试:使用专业的测试设备,如矢量网络分析仪、示波器、万用表等,对 PCB 的电气性能进行测试。包括测量线路的通断、阻抗、电容、电感等参数,验证线路是否符合设计要求,特别是对于高速信号线路,要确保信号完整性,及时发现并排除电气性能方面的问题。
  1. 可靠性测试:为了确保 PCB 在各种复杂环境下能够长期稳定工作,需要进行可靠性测试。如热冲击测试,模拟 PCB 在高温、低温环境快速切换下的性能表现,检验其热稳定性;湿度测试,将 PCB 置于高湿度环境,查看是否出现受潮短路、金属腐蚀等问题;振动测试,模仿产品运输、使用过程中的振动情况,检测焊点、元器件是否松动脱落。只有通过严格的可靠性测试,才能保证 PCB 的质量过硬,满足电子产品的严苛要求。
深圳捷创电子科技有限公司在 PCB 制作领域拥有深厚的技术积累和丰富的实践经验。原材料采购方面,与全球顶尖的基板、铜箔及辅助材料供应商建立长期稳定合作,确保原材料品质卓越。生产线上,引进先进的数控切割机、曝光机、真空压合机、数控钻床等全套设备,从内层精细蚀刻到外层完美表面处理,全过程严格遵循工艺标准,通过多轮外观、电气性能和可靠性测试,保障每一块 PCB 都达到行业顶尖水平,为客户的电子产品提供坚实的硬件支撑。
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