30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了

複印機 設計 打印機 開眼電影網 軟件 工程師 臥龍會IT技術 2019-07-11

PCB製作第一步是整理並檢查PCB佈局(Layout)。PCB製作工廠收到PCB設計公司的CAD文件,由於每個CAD軟件都有自己獨特的文件格式,所以PCB工廠會轉化為統一的格式:Extended Gerber RS-274X 或者 Gerber X2。然後工廠的工程師會檢查PCB佈局是否符合製作工藝,有沒有什麼缺陷等問題。

掌握各層的意義才是最基礎的,你都ok嗎?

1、信號層(Signal Layers)

Altium Designer最多可提供32個信號層,包括頂層(Top Layer)、底層(Bottom Layer)和中間層(Mid-Layer)。各層之間可通過通孔(Via)、盲孔(Blind Via)和埋孔(Buried Via)實現互相連接。

(1)、頂層信號層(Top Layer)

也稱元件層,主要用來放置元器件,對於雙層板和多層板可以用來佈置導線或覆銅。

(2)、底層信號層(Bottom Layer)

也稱焊接層,主要用於佈線及焊接,對於雙層板和多層板可以用來放置元器件。

(3)中間信號層(Mid-Layers)

最多可有30層,在多層板中用於佈置信號線,這裡不包括電源線和地線。

2、內部電源層(Internal Planes)

通常簡稱為內電層,僅在多層板中出現,PCB板層數一般是指信號層和內電層相加的總和數。與信號層相同,內電層與內電層之間、內電層與信號層之間可通過通孔、盲孔和埋孔實現互相連接。

3、絲印層(Silkscreen Layers)

一塊PCB板最多可以有2個絲印層,分別是頂層絲印層(Top Overlay)和底層絲印層(Bottom Overlay),一般為白色,主要用於放置印製信息,如元器件的輪廓和標註,各種註釋字符等,方便PCB的元器件焊接和電路檢查。

(1)頂層絲印層(Top Overlay)

用於標註元器件的投影輪廓、元器件的標號、標稱值或型號以及各種註釋字符。

(2)底層絲印層(Bottom Overlay)

與頂層絲印層相同,若所有標註在頂層絲印層都已經包含,底層絲印層可關閉。

4、機械層(Mechanical Layers)

機械層,一般用於放置有關制板和裝配方法的指示性信息,如PCB的外形尺寸、尺寸標記、數據資料、過孔信息、裝配說明等信息。這些信息因設計公司或PCB製造廠家的要求而有所不同,下面舉例說明我們的常用方法。

Mechanical 1:一般用來繪製PCB的邊框,作為其機械外形,故也稱為外形層;

Mechanical 2:我們用來放置PCB加工工藝要求表格,包括尺寸、板材、板層等信息;

Mechanical 13 & Mechanical 15:ETM庫中大多數元器件的本體尺寸信息,包括元器件的三維模型;為了頁面的簡潔,該層默認未顯示;

Mechanical 16:ETM庫中大多數元器件的佔位面積信息,在項目早期可用來估算PCB尺寸;為了頁面的簡潔,該層默認未顯示,而且顏色為黑色。

5、遮蔽層(Mask Layers)

Altum Designer提供了阻焊層(Solder Mask)和錫膏層(Paste Mask)兩種類型的遮蔽層(Mask Layers),在其中分別有頂層和底層兩層,這裡就不詳細介紹了。

下面開始欣賞製作過程的動態分解細節:


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了


在家自制PCB,是將PCB佈局用激光打印機打印到紙上,然後再轉印到覆銅板。但是在打印過程中,由於打印機很容易出現缺墨斷點的情況,需要手工用油性筆補墨。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



少量生產還可以,但這種缺陷如果移植到工業生產,那將會極大的降低生產效率。所以工廠一般採取影印的方式,將PCB佈局印到膠片上。如果是多層PCB板的話,每一層影印出來的佈局膠片會按順序排列。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



然後會給膠片打對位孔。對位孔十分重要,之後為了對齊PCB每層的製作材料,都要依靠對位孔。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



芯板的製作

清洗覆銅板,如果有灰塵的話可能導致最後的電路短路或者斷路。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



下面的圖是一張8層PCB的圖例,實際上是由3張覆銅板(芯板)加2張銅膜,然後用半固化片粘連起來的。製作順序是從最中間的芯板(4、5層線路)開始,不斷地疊加在一起,然後固定。4層PCB的製作也是類似的,只不過只用了1張芯板加2張銅膜。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了


內層PCB佈局轉移

所以先要製作最中間芯板(Core)的兩層線路。覆銅板清洗乾淨後會在表面蓋上一層感光膜。這種膜遇到光會固化,在覆銅板的銅箔上形成一層保護膜。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



將兩層PCB佈局膠片和雙層覆銅板,最後插入上層的PCB佈局膠片,保證上下兩層PCB佈局膠片層疊位置精準。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



感光機用UV燈對銅箔上的感光膜進行照射,透光的膠片下,感光膜被固化,不透光的膠片下還是沒有固化的感光膜。固化感光膜底下覆蓋的銅箔就是需要的PCB佈局線路,相當於手工PCB的激光打印機墨的作用。在激光打印機的紙質PCB佈局中,黑色墨粉底下覆蓋是要保留的銅箔。而這種則是被黑色膠片覆蓋的銅箔將會被腐蝕掉,而透明的膠片下由於感光膜固化,所以被保留下來。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



然後用鹼液將沒有固化的感光膜清洗掉,需要的銅箔線路將會被固化的感光膜所覆蓋。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



內層芯板蝕刻

然後再用強鹼,比如NaOH將不需要的銅箔蝕刻掉。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



將固化的感光膜撕掉,露出需要的PCB佈局線路銅箔。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



芯板打孔與檢查

芯板已經制作成功。然後在芯板上打對位孔,方便接下來和其它原料對齊。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



芯板一旦和其它層的PCB壓制在一起就無法進行修改了,所以檢查非常重要。會由機器自動和PCB佈局圖紙進行比對,查看錯誤。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



前兩層的PCB板就已經制作完成了。

層壓

這裡需要一個新的原料叫做半固化片(Prepreg),是芯板與芯板(PCB層數>4),以及芯板與外層銅箔之間的粘合劑,同時也起到絕緣的作用。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



下層的銅箔和兩層半固化片已經提前通過對位孔和下層的鐵板固定好位置,然後將製作好的芯板也放入對位孔中,最後依次將兩層半固化片、一層銅箔和一層承壓的鋁板覆蓋到芯板上。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



為了提高工作效率,工廠會將3張不同的PCB板子疊在一起後,再進行固定。上層的鐵板被磁力吸住,方便與下層鐵板進行對位。通過安插對位針的方式,將兩層鐵板對位成功後,機器儘可能得壓縮鐵板之間的空間,然後用釘子固定住。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



將被鐵板夾住的PCB板子們放置到支架上,然後送入真空熱壓機中進行層壓。真空熱壓機裡的高溫可以融化半固化片裡的環氧樹脂,在壓力下將芯板們和銅箔們固定在一起。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



層壓完成後,卸掉壓制PCB的上層鐵板。然後將承壓的鋁板拿走,鋁板還起到了隔離不同PCB以及保證PCB外層銅箔光滑的責任。這時拿出來的PCB的兩面都會被一層光滑的銅箔所覆蓋。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



鑽孔

那如何將PCB裡4層毫不接觸的銅箔連接在一起呢?首先要鑽出上下貫通的穿孔來打通PCB,然後把孔壁金屬化來導電。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



用X射線鑽孔機機器對內層的芯板進行定位,機器會自動找到並且定位芯板上的孔位,然後給PCB打上定位孔,確保接下來鑽孔時是從孔位的正中央穿過。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



將一層鋁板放在打孔機機床上,然後將PCB放在上面。由於鑽孔是一個比較慢的工序,為了提高效率,根據PCB的層數會將1~3個相同的PCB板疊在一起進行穿孔。最後在最上面的PCB上蓋上一層鋁板,上下兩層的鋁板是為了當鑽頭鑽進和鑽出的時候,不會撕裂PCB上的銅箔。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



接下來操作員只需要選擇正確的鑽孔程序,剩下的是由鑽孔機自動完成。鑽孔機鑽頭是通過氣壓驅動的,最高轉度能達到每分鐘15萬轉,這麼高的轉速足以保證孔壁的光滑。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



鑽頭的更換也是由機器根據程序自動完成。最小的鑽頭可以達到100微米的直徑,而人頭髮的直徑是150微米。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



在之前的層壓工序中,融化的環氧樹脂被擠壓到了PCB外面,所以需要進行切除。靠模銑床根據PCB正確的XY座標對其外圍進行切割。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



孔壁的銅化學沉澱

由於幾乎所有PCB設計都是用穿孔來進行連接的不同層的線路,一個好的連接需要25微米的銅膜在孔壁上。這種厚度的銅膜需要通過電鍍來實現,但是孔壁是由不導電的環氧樹脂和玻璃纖維板組成。所以第一步就是先在孔壁上堆積一層導電物質,通過化學沉積的方式在整個PCB表面,也包括孔壁上形成1微米的銅膜。整個過程比如化學處理和清洗等都是由機器控制的。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



固定PCB


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



清洗PCB


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



運送PCB


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



化學沉澱銅膜

外層PCB佈局轉移

接下來會將外層的PCB佈局轉移到銅箔上,過程和之前的內層芯板PCB佈局轉移原理差不多,都是利用影印的膠片和感光膜將PCB佈局轉移到銅箔上,唯一的不同是將會採用正片做板。

前面介紹的內層PCB佈局轉移採用的是減成法,採用的是負片做板。PCB上被固化感光膜覆蓋的為線路,清洗掉沒固化的感光膜,露出的銅箔被蝕刻後,PCB佈局線路被固化的感光膜保護而留下。外層PCB佈局轉移採用的是正常法,採用正片做板。PCB上被固化的感光膜覆蓋的為非線路區。清洗掉沒固化的感光膜後進行電鍍。有膜處無法電鍍,而沒有膜處,先鍍上銅後鍍上錫。退膜後進行鹼性蝕刻,最後再退錫。線路圖形因為被錫的保護而留在板上。

將清洗好兩面銅箔的PCB放入壓膜機,壓膜機將感光模壓制到銅箔上。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



通過定位孔將上下兩層影印的PCB佈局膠片固定,中間放入PCB板。然後通過UV燈的照射將透光膠片下的感光膜固化,也就是需要被保留的線路。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



清洗掉不需要的、沒有固化的感光膜後,對其進行檢查。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



將PCB用夾子夾住,將銅電鍍上去。之前提到,為了保證孔位有足夠好的導電性,孔壁上電鍍的銅膜必須要有25微米的厚度,所以整套系統將會由電腦自動控制,保證其精確性。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



固定PCB


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



計算機控制與電鍍銅

在銅膜電鍍完成之後,電腦還會安排再電鍍上一層薄薄的錫。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



卸載下鍍完錫的PCB板後進行檢查,保證電鍍的銅和錫的厚度正確。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



外層PCB蝕刻

接下來由一條完整的自動化流水線完成蝕刻的工序。首先將PCB板上被固化的感光膜清洗掉。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



然後用強鹼清洗掉被其覆蓋的不需要的銅箔。


30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了




30幾張動圖揭祕4層電路板製作全過程!像進了工廠,真讓人開眼了



再用退錫液將PCB佈局銅箔上的錫鍍層退除。清洗乾淨後4層PCB佈局就完成了。

內容整理自網絡

臥龍會IT技術圈,臥虎藏龍,IT高手匯聚!歡迎加入我們的頭條圈子,每月都邀請資深大枷來給大家分享知識講座直播!

7月7日,我們講座來了,運用HFSS軟件講解《傳輸線理論在高速PCB設計領域的應用 》進入下面圈子看精華內容

相關推薦

推薦中...