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PCB 制造流程:从设计、设备到组装

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@小白创作中心

PCB 制造流程:从设计、设备到组装

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https://www.viasion.com/zh-CN/%E6%96%B0%E9%97%BB/PCB%E5%88%B6%E9%80%A0%E6%B5%81%E7%A8%8B%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E8%AE%BE%E5%A4%87%E5%88%B0%E7%BB%84%E8%A3%85/

印刷电路板(PCB)是现代电子设备的核心组件,它将各种电子元件集成在一个紧凑的平台上,通过铜导线实现信号传输。从设计到最终组装,PCB的制造过程涉及多个复杂且精密的步骤,需要高度专业化的技术和设备。本文将详细介绍PCB制造的完整流程,从设计阶段到最终的功能测试,帮助读者全面了解这一重要制造工艺。

印刷电路板 (PCB) 将不同的电子元件集中在一个地方,并借助层压在绝缘体基板上的铜片导电迹线将它们全部连接起来。 PCB 不仅为电子设备提供电子支持,还提供机械支持。 PCB 制造过程涉及几个困难的步骤,从PCB 设计、PCB 制造和 PCB 组装。因此,需要非常熟练的工人和经验丰富的专业人员来生产完美的电路板。为了达到一定的准确性和可靠性,在 PCB 设计、PCB 制造和 PCB 组装过程中使用了不同的计算机辅助软件和先进的机器。

在 PCB 设计制造阶段,根据不同设计师的目的和预算,使用许多不同类型的软件,流行的软件有 Altium Designer、KiCad、EasyEDA、PADS 等。

在PCB制造过程中,会用到很多PCB制造设备,例如压合设备、钻孔机、铜蚀刻和电镀线、表面处理线、铜和阻焊工艺中使用的激光直接成像(LDI)设备、印刷机、轮廓仪、电子测试机、AOI等。

在PCB组装工艺使用拾放设备、回流炉、波峰焊机、AOI机、首件测试仪、X射线检测机、大量的装载机和供料器、测试夹具等。

PCB制造流程:

PCB 板制造过程的不同步骤按顺序列出。在介绍详细步骤之前,我们需要明确:

什么是 PCB 制造?

PCB制造可以仅指裸 PCB 制造过程,也可以指从电路板设计到 PCB 制造和 PCB 组装的整个过程。这里我们讨论从设计到成品电路板的整个过程。

1.原理图设计

不同电子元件和电子电路的逻辑表示通常被视为原理图或原理图设计。设计师负责使用不同的符号和符号来设计 PCB 的蓝图,每个电子元件都有不同数量的引脚,这些引脚以某种方式连接以形成允许电流流动的闭环电路。这些蓝图设计是使用 Altium Designer 和 P-CAD 等计算机辅助软件创建的。

2. PCB 图/PCB 布局

使用与 Altium Designer 和 P-CAD 相同的 EDA 软件,PCB 设计师可以设计 PCB 的不同方面,例如 PCB 尺寸、层数和 PCB 封装(PCB 封装),用于通孔或表面贴装的不同电子元件。在 PCB 制造的这一步骤中,设计师建议在电路板上放置元件,并根据原理图将它们连接起来。PCB 设计师可以在 2D 和 3D 中直观地看到最终 PCB 制造后的外观。

PCB 图准备就绪后,PCB 设计师会以 Gerber 格式导出 PCB 图,该格式将用于进一步制作硬件设计。此步骤还会创建 BOM(物料清单),其中组件的采购列在 Microsoft Excel 文件或其他表格格式文件中,包含所有必要数据,即标称工作电压和输出电压、电流、温度等。

3. PCB 设计中的印刷电路

前面的步骤与基于软件的 PCB 设计有关,从这一步开始,将打印和制作 PCB 图以及制造 PCB 印刷电路板。一种称为绘图仪打印机的专用打印机用于打印 PCB 图,该打印机打印由两种不同颜色组成的 PCB 负片,一种用于导电部分,另一种用于非导电部分。制造双面 PCB 和多层 PCB 的方法不同,如下所示:

双面 PCB 设计

印刷电路和双面蚀刻PCB设计非常简单,包括以下两个步骤,

电路印刷:设计好的铜电路被印在铜箔层上,形成 PCB 走线的结构。之后,为了显示设计的蓝图,蚀刻掉铜层。感光膜被涂在 PCB 结构上,当紫外光通过时,感光膜会变硬,从而显示铜走线。在此过程之后,使用碱性溶液清洗电路板,有时用更高的压力清洗电路板,以去除多余的光刻胶膜。

铜蚀刻:此步骤有助于去除电路板上所有多余的和不需要的铜。覆盖所有需要的铜后,在电路板上涂上化学溶液,去除所有不需要的铜。在此步骤中,覆盖所需的铜非常重要。此外,精确蚀刻也非常关键。

多层 PCB 设计

多层 PCB 制造需要额外的步骤,大部分与双面类似,但每层都重复不同的步骤。以下是多层制造中常用的步骤。

内层电路成像:此步骤使用绘图仪打印来打印设计好的铜电路以制作薄膜。

内层铜线蚀刻:这包括从基层板中去除多余的铜。

内层AOI:另一台自动化机器用于执行自动光学检测(AOI),以检查 PCB 内层是否有任何不完整的迹线或任何不需要的阻剂。

内层棕色氧化物:棕色氧化物也称为黑色氧化物;它用于PCB内层之间,以确保铜箔与环氧树脂(半固化片)正确粘合。

蚀刻后冲压:一种称为“光学打孔机”的自动化机器用于通过前面讨论过的定位孔来对齐各层。

对准:使用 X 射线检查 PCB 各层的放置和对齐是否正确。经过 X 射线对齐后,根据设计师提供的 PCB 蓝图对通孔元件和过孔进行钻孔。之后,接下来的步骤对于多层和双面 PCB 都是通用的。

上篮:在此步骤中,使用机器对层进行对准、加热以及将 PCB 内层与铜膜和层压材料粘合。

层压:此步骤负责将 PCB 的所有层紧密固定,同时考虑它们之间的绝缘。为此,使用热量和压力来溶解环氧树脂,从而实现各层的粘合。

层压后,剩下的两个工序,电路印刷和铜蚀刻与双面印刷电路板设计。

4. 阻焊层和丝网印刷的应用

在施加阻焊层之前,PCB 需要彻底清洁,然后放入烤箱。烤箱的紫外线指示 PCB 上没有阻焊层的区域,而其他区域则需要烘烤以形成阻焊层。阻焊层使 PCB 呈现绿色,从而保护 PCB 免受氧化和腐蚀。

在 PCB 上印刷元件的零件编号、警告标签、徽标和其他相关数据是丝网印刷的应用,也称为图例印刷。这种印刷是使用喷墨打印机完成的。

5. PCB 表面处理

PCB 的表面处理包括表面电镀,以保护裸露的铜并提高可焊性。此步骤对于在 PCB 和电子元件之间建立可持续且可靠的连接非常重要。保护裸露的铜涉及防止裸露的铜因空气而氧化,而可焊性增强则意味着增强 PCB 上元件的焊接性。

6. PCB 测试与检查

这是非常关键的一步。当 PCB 完成后,我们需要进行 100% 开路和短路测试,以确保 PCB 100% 功能正常。此外,我们还会进行许多其他测试和检查:

  • 电子测验
  • 显微切片检查
  • 阻抗测试
  • 可焊性测试
  • 热测试
  • AOI检查
  • 外观检验

7. PCB组装

在此步骤中,将焊接所有电子元件,然后完成一个功能齐全的电路板。在此步骤中,我们通常使用 PTH 组装和SMT组装适用于不同类型的组件。

8.PCBA测试

当然,需要进行必要的检查和测试,例如 AOI 测试、在线测试、X 射线检查、功能测试和目视检查。以下是我们为所有 PCB 所做的一些检查和测试。

  • AOI测试
  • 首件检查
  • ICT测试
  • X射线检查
  • 功能测试
  • 老化测试
  • 环境测试
  • 视觉缺陷检测

以上是PCB制造主要工序。但还有很多小步骤。请请访问我们的网站了解详细流程。

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