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PCB是如何制造出来的?详解电路板加工八大关键工艺(pcb电路板设计制作过程)

2025-05-12 12:15:23杂谈339

基板材料选择与准备

印制电路板(PCB)的制造起点是基材的筛选。FR-4环氧树脂玻纤布层压板因其良好的机械强度和耐热性,成为市场上用量最大的基材。高频电路板则可能选用聚四氟乙烯或陶瓷填充材料,这些材料的介电常数更稳定。柔性电路通常采用聚酰亚胺薄膜作为基底,其弯曲次数可达万次以上。基材厚度从0.2mm到3.2mm不等,铜箔厚度常见18μm(半盎司)到70μm(2盎司)。生产前需对覆铜板进行烘烤,消除材料内应力并控制含水率在0.1%以下。 

内层线路图形转移

通过干膜光刻技术实现设计图形的物理转化。覆铜板经磨刷机和化学清洗后,表面粗糙度控制在0.3-0.5μm。涂布机以2-3m/min速度均匀覆盖25μm厚的光致抗蚀剂。曝光工序采用5-7kW的紫外光源,通过玻璃底片将线路图案投射到感光膜上。显影槽的碳酸钠溶液浓度维持在0.8%-1.2%,温度设定在30±2℃,溶解未曝光区域。蚀刻段使用氯化铜或氨水体系,铜层蚀刻速率约每分钟1.5μm,最终形成20-100μm线宽的内层线路。

层压成型工艺

多层板制造需要将内层芯板与半固化片(Prepreg)交错叠合。典型六层板结构包含四个铜箔层和五个介质层。真空层压机在180℃条件下施加15kg/cm²压力,维持90分钟使树脂完全固化。升温速率严格控制在2-3℃/min,避免产生层间气泡。压合后的板件需自然冷却至50℃以下再进行裁切,确保尺寸稳定性。X射线靶标对位系统可检测层间偏移,精度要求控制在±25μm以内。

PCB是如何制造出来的?详解电路板加工八大关键工艺(pcb电路板设计制作过程)

机械钻孔技术

直径0.15mm至6.5mm的硬质合金钻头以12万-18万转/分钟高速旋转,单个孔洞穿透时间不超过3秒。数控钻床采用双钻轴设计,每小时可完成8000个孔加工。钻嘴寿命约2000-3000个孔,磨损后需及时更换。吸尘系统保持钻孔环境清洁,粉尘颗粒度需低于5μm。对于高密度互连(HDI)板的微孔加工,采用紫外激光或二氧化碳激光设备,最小孔径可达50μm。

孔金属化处理

化学沉铜工序使非导电孔壁形成0.3-0.5μm的金属层。预处理包含除胶渣和膨胀剂浸泡,增强孔壁粗糙度。沉铜液包含硫酸铜、甲醛和络合剂,pH值维持在12.8-13.2。电镀铜采用酸性硫酸铜体系,电流密度控制在2ASD,镀层厚度要求25-35μm。脉冲电镀技术可使孔内镀层均匀性提升15%,避免出现"狗骨"效应。镀铜后的孔电阻需小于200mΩ,满足电气导通要求。

外层图形制作

二次光刻采用液态光致抗蚀剂,喷涂厚度15-20μm。曝光对位精度直接影响线路成品率,现代化设备可达到±15μm的定位精度。图形电镀在露铜区域沉积5-8μm的锡铅合金作为蚀刻阻挡层。酸性蚀刻液的选择性比达100:1,可精确去除非保护区域的铜层。去膜工序使用4%-6%的氢氧化钠溶液,温度控制在50-60℃。最终线路边缘陡直度应大于85°,线宽公差控制在±10%以内。

阻焊与表面处理

阻焊油墨通过丝网印刷或喷涂方式覆盖非焊盘区域,厚度控制在15-25μm。LED显示屏采用白色油墨,工业控制板常用绿色或黑色。热固化型油墨需在150℃下烘烤40分钟,UV固化型则使用3000mJ/cm²的能量照射。表面处理可选工艺包括:化金(ENIG)形成0.05-0.1μm镍层和0.03-0.05μm金层;喷锡(HASL)厚度3-15μm;抗氧化处理(OSP)形成0.2-0.5μm有机膜层。

成型与终检工序

数控铣床根据Gerber文件切割外形,主轴转速2万-4万转/分钟,进给速度4-6m/min。V-cut工艺采用30°刀片在板面切割0.3mm深槽,保留0.25mm连接厚度。自动光学检测(AOI)系统以25μm分辨率扫描线路,缺陷识别率超过99.7%。飞针测试机通过四组移动探针,完成100%网络通断检测。阻抗测试采用时域反射法(TDR),误差范围控制在±10%。包装前需进行48小时高温老化试验,模拟产品实际使用环境。