揭秘多层PCB制造:从基材到成品的完整工艺流程
揭秘多层PCB制造:从基材到成品的完整工艺流程
印刷电路板(PCB)是现代电子设备的核心组件,提供电子元件之间的必要连接。多层PCB通过将多层电路堆叠在一起,实现了技术上的重大突破,使得生产更复杂、更紧凑的电子设备成为可能。本文将详细介绍多层PCB的制造过程,从基材准备到最终成型的每一个关键步骤。
第 1 步:基材切割
多层PCB制造的第一步是基板的准备。该过程首先将原始覆铜层压板切割成特定尺寸和形状的板材,以便在生产线上进行处理。
注:涉及两个过程:材料切割和磨边。
第2步:内层形成
下一步是构建电路板的内层,这是多层 PCB 制造过程中最重要的部分之一。以下是从内层图像到蚀刻过程的两个过程:
内层图像
做法:作为内层基材的覆铜层压板经过彻底清洁和准备,以确保表面没有任何可能影响光刻胶粘附力的污染物。
光刻胶应用:在覆铜板的表面均匀地涂上一层光刻胶,它是一种光敏材料。这可以通过将干膜光致抗蚀剂层压到表面上或通过用液体光致抗蚀剂涂覆表面来完成。
暴露于紫外线:现在涂有光致抗蚀剂的层压板暴露在紫外线下。将包含 Gerber 文件定义的电路图案的光掩模放置在光刻胶上。暴露在紫外线下的光致抗蚀剂区域会变硬,而未暴露的区域则保持柔软。光掩模确保紫外光仅硬化电路图案中的光致抗蚀剂。
发展:曝光后,电路板在化学溶液中显影,去除未硬化的光刻胶,露出电路图案中的底层铜。硬化的光致抗蚀剂保留在作为电路设计一部分的铜上,在蚀刻过程中保护它。
内层蚀刻
蚀刻
用化学溶液蚀刻掉显影后露出的铜部分,形成所需的电路图案。
取下薄膜
使用碱性溶液去除电路图案上的光聚合墨水(蓝色薄膜),为层压步骤做好准备
步骤3:层压
多层PCB制造过程中的层压程序包括四个步骤:黑色氧化、预堆叠、层压和铣削。层堆叠和层压程序通常旨在利用热和压力来排列和粘合各层。
棕色氧化处理
此步骤对于增强内层铜表面与半固化片(预浸)材料之间的粘附力至关重要。该工艺包括对铜表面进行化学处理,形成微粗糙表面,从而改善铜与半固化片层之间的机械结合。
预堆叠
多个内层经过此过程并层压在一起。在此过程中铆钉的存在对于确保后续阶段进行时内层不会滑动至关重要。
复合
通过施加高温和高压,使预浸料 (PP) 材料流动并固化,从而将预浸料、铜箔和内层永久粘合在一起,从而将堆叠融合成坚固、统一的板。
磨
这就是层压过程中的后处理。然后,层压层或板本身将达到特定的形状。
第 4 步:钻孔和电镀
钻探
高精度钻孔机用于在多层PCB板准确地,根据设计文件。这些孔用于在电路板各层和电路板上的元件之间建立电气连接。
钻孔完成后,对电路板进行清洁,以清除钻孔过程中产生的碎屑和灰尘,以确保孔清洁并为后续电镀过程做好准备。
电镀
钻孔壁经过化学处理,以提高其对铜的附着力。然后,通过化学沉积在孔壁上沉积一层薄铜,作为镀铜的基材。
随后,通过电镀工艺在孔壁和板表面沉积较厚的铜层,以加强电连接并提高导电性。
第5步:外层形成
下一步是外层制造工艺,外层的形成也发生在铜表面,与内层类似。该步骤分为三个过程:
外层图像
使用以下方法将外部电路图案转移到铜箔上光刻,并且使用光刻膜对铜箔进行图案化。
接下来,通过覆盖光敏抗蚀剂并使用光掩模和UV光对其进行曝光以使特定区域中的光敏材料硬化来形成电路图案。
最后,进行显影工艺以去除未硬化的抗蚀剂,露出其上形成电路图案的铜表面。
图案电镀
外层是通过电镀工艺在电路图案上涂上一层薄薄的保护金属(通常是锡或铅锡合金),以防止铜走线的氧化和腐蚀。
外层蚀刻
显影后,未硬化的光敏抗蚀剂及其下方的铜被化学溶液蚀刻掉,仅留下受硬化抗蚀剂保护的铜迹线,从而形成所需的电路图案。
第 6 步:阻焊层
接下来是阻焊层制造,用于另一层覆盖,以保护铜免受短路并覆盖部件而不粘附焊料。
焊接层不仅为多层 PCB 提供额外的保护层,防止非焊接区域发生短路和误焊,而且还增加了电路板的整体耐用性和绝缘性。
注意:绿色是最常见的阻焊颜色,但现代 PCB 生产允许多种颜色选择,包括蓝色、红色、黄色、黑色等。
第7步:丝印应用
丝网印刷材料: 选择合适的丝网印刷油墨,通常是耐用、耐化学腐蚀的油墨,以确保印刷内容在 PCB 的使用寿命内保持可见。
申请流程: 根据客户要求,使用丝网印刷技术将组件参考指示符、极性标记和其他详细信息打印到阻焊层上。根据生产要求和批量大小,该过程可以是手动或自动的。
第 8 步:表面处理
多层PCB制造过程中的表面光洁度被认为是对裸露铜的最终处理。暴露区域需要可焊性,以防止潜在的短路、腐蚀和氧化问题。不同的饰面,如沉金、OSP 和 HASL 常用于多层 PCB 制造。
第三步:成型过程
最后一步,使用数控机床将电路板精确切割成客户指定的最终尺寸和形状。此外,还可以使用激光切割、冲孔或V-CUT等其他设备去除多余材料,并进行边缘处理以去除毛刺和锐边,以确保板材的安全和整洁。
检查和质量控制
从检查层对准到光学检查,进行深入的质量控制管理对于多层 PCB 制造至关重要。还需要其他层的测试和检查,从质量检查到电气测试,以确保达到设计规范。
1.内层制作及蚀刻后的检查
利用光学反射自动光学检测(AOI),内层将经过仔细扫描以检查PCB中的缺陷以及是否存在潜在的错误和缺陷。
验证修复系统(VRS)仍然连接到AOI,但其主要目的是手动测试电路板信息和数据,以确保AOI具有所有缺陷和错误的位置。
2.外层制作工艺后
使用自动光学检测 (AOI) 详细检查外层缺陷。
利用验证修复系统 (VRS) 深入扫描外层中的错误。
进行 O/S 电气测试以找出可能的 O/S 缺陷。
仔细检查铜厚和外层线宽的测量规格。
启动阻抗测试以正确验证故障电路。
3.最终成型 PCB 的测试
- 进行电气测试,例如飞针测试,以确保 PCB 连接并识别任何潜在故障。
总结
多层PCB生产涉及从内层图案化到外层加工再到最终切割和成型的精细处理和精确控制。
每个步骤的设计都是为了确保电路板的性能、可靠性以及符合设计规范,包括图案转移、蚀刻、层压、钻孔、电镀、焊盘阻焊层应用、丝印和最终形状的成型。
单层或双层PCB会跳过几个步骤,而复杂的多层PCB可能有多达二十个或更多步骤。如果您有任何疑问或想讨论,请联络方式与风险电子。