現代電子設備中,無論是微小的智能手表,還是復雜的超級計算機,PCB都承載著電子元器件的電氣連接,是電子產品實現功能的關鍵所在。其制作流程復雜且精密,涉及眾多工藝環節,每個步驟都對最終產品的性能和質量起著決定性作用。
依據設計要求,挑選適配的覆銅板。覆銅板由銅箔、絕緣基材構成,常見的絕緣基材有玻璃纖維環氧樹脂、聚酰亞胺等。不同基材具備不同電氣、機械與熱性能,FR-4適用于多數普通電子產品,而PI在高溫、高頻等特殊應用場景中表現更為出色。同時,要確定覆銅板的銅箔厚度,常見厚度有18μm、35μm、70μm等,依據線路板的電流承載能力、信號傳輸要求等因素抉擇。
運用切割設備,如數控切割機,將大尺寸覆銅板切割成契合后續生產加工的小塊。切割時,尺寸精度要求嚴苛,誤差通常控制在極小范圍,如±0.1mm,以契合設計要求。同時,注重切割平整度,防止板材邊緣出現毛刺或不平整狀況,以免對后續加工工序造成影響。
開料后的覆銅板,先進行表面清潔與粗化處理。清潔旨在去除板材表面的油污、灰塵等雜質,可采用化學清洗劑與物理刷洗相結合的方式。粗化處理則借助化學蝕刻或機械研磨等手段,讓板材表面粗糙化,增強后續壓膜時干膜與板材表面的附著力。之后,進行微蝕處理,進一步清除表面氧化層,使銅表面活化,微蝕量一般控制在1-2μm左右。
將干膜通過熱壓貼合到處理后的覆銅板表面。壓膜的溫度、壓力和速度等參數,需依據干膜特性與板材狀況進行調整,一般壓膜溫度在100-120°C,壓力在3-5kg/cm2左右,速度在1-2m/min左右。接著,把壓膜后的覆銅板置于曝光機下,按照Gerber文件中的內層線路圖形,經紫外光照射使干膜曝光。曝光能量要精準把控,過高會致使干膜過度曝光、圖形變形,過低則會使干膜曝光不充分、圖形模糊,曝光能量通常依據干膜類型和厚度在80-150mJ/cm2之間調節。隨后,使用顯影液溶解去除未曝光的干膜,留存曝光后的干膜圖形,達成將Gerber文件中的內層線路圖形轉移到覆銅板上的目的。顯影液的濃度、溫度和顯影時間都需嚴格控制,例如顯影液濃度一般在1%-3%左右,溫度在30-35°C,顯影時間在60-90s左右。
把顯影后的覆銅板放入蝕刻液中,蝕刻液會腐蝕掉未被干膜保護的銅箔,進而形成內層線路。蝕刻液多采用酸性蝕刻液,如氯化銅蝕刻液,蝕刻過程中要對蝕刻液的濃度、溫度、蝕刻速度等參數加以控制。蝕刻液濃度一般在1-2mol/L左右,溫度在40-50°C,蝕刻速度依據線路密度和蝕刻設備的不同在1-3μm/min左右。蝕刻結束后,對蝕刻后的覆銅板進行清洗,去除殘留蝕刻液和銅離子。最后,運用自動光學檢測設備對內層線路展開檢測。AOI設備通過光學成像和圖像分析技術,檢查線路是否存在開路、短路、線寬不符等缺陷,一旦發現差異超出設定閾值,便會標記為缺陷點。
對內層線路板進行棕化處理,在銅表面生成一層均勻、具有一定粗糙度和化學活性的棕化膜。棕化過程中,棕化液與銅表面發生化學反應,棕化膜厚度一般在0.5-1.5μm左右。棕化膜能夠提升內層線路與半固化片之間的結合力,有效防止分層現象的發生。
依據設計層數,將經過棕化處理的內層線路板、半固化片按特定順序疊合。疊合時,務必確保各層定位精準,誤差控制在極小范圍,如±0.05mm。半固化片在壓合過程中,會將各層線路板粘結在一起,并填充層間空隙。之后,把疊合好的多層板放入壓合機中進行壓合。壓合機通過高溫和高壓作用,使半固化片熔化并流動,將各層線路板牢固粘結,形成多層板結構。壓合過程中的溫度、壓力和壓合時間等參數,需依據板材類型、層數和半固化片特性等因素精確調節,壓合時間一般在60-120min左右。
壓合后的多層板要進行后處理,去除板邊多余材料,如溢膠等,并對板邊進行打磨和倒角處理,提升多層板的外觀質量與機械性能。
根據Gerber文件中的過孔信息,對鉆孔設備進行編程,確定每個過孔的坐標位置、孔徑大小、鉆孔順序等信息。編程時,要兼顧鉆孔效率與質量,優化鉆孔順序,減少鉆孔設備的空行程時間。
使用數控鉆孔機依照編程設定參數進行鉆孔。鉆孔時,要嚴格控制鉆孔速度、進給量和鉆頭轉速等參數。對于不同直徑的鉆頭和不同板材材料,這些參數需相應調整。例如,直徑較小的鉆頭,如0.2mm,鉆孔速度應適當降低,防止鉆頭折斷;對于較硬的板材材料,鉆頭轉速可能要提高。鉆孔過程中,要保證孔徑精度,誤差通常控制在±0.05mm以內,同時注重鉆孔垂直度,避免出現斜孔,因為斜孔會影響后續孔金屬化和電氣連接質量。鉆孔完成后,對孔壁進行清潔處理,去除鉆孔過程中產生的碎屑、油污等雜質,可采用高壓空氣吹洗、化學清洗等方式,確保孔壁清潔、干燥,為后續孔金屬化做好準備。
先對孔壁進行活化處理,使孔壁銅表面活化,便于后續化學鍍銅順利進行。活化處理一般采用鈀鹽溶液,通過化學反應在孔壁銅表面吸附一層鈀原子,作為化學鍍銅的催化中心。活化過程中,要控制活化液的濃度、溫度和處理時間,活化液濃度一般在0.1-0.3g/L左右,溫度在30-40°C,處理時間在3-5min左右。
在活化后的孔壁上進行化學鍍銅。化學鍍銅溶液含有銅鹽、還原劑等成分,在鈀原子催化作用下,銅離子在孔壁被還原成銅原子,從而在孔壁形成一層薄銅層。化學鍍銅過程中,要嚴格控制鍍液的濃度、溫度、pH值和鍍覆時間等參數,鍍液濃度一般為硫酸銅10-20g/L、甲醛5-10g/L,溫度在25-35°C。化學鍍銅形成的銅層較薄,為滿足電氣性能要求,還需進行電鍍加厚。電鍍時,在線路圖形裸露的銅皮上或孔壁上電鍍一層達到規定厚度的銅層,以及根據需求電鍍金、鎳或錫層等。電鍍過程同樣要精確控制電鍍液的成分、濃度、溫度、電流密度等參數,以確保鍍層厚度均勻、性能優良。
與內層類似,先對外層表面進行清潔處理,去除污染物。接著進行壓膜、曝光、顯影操作,將設計好的外層線路圖案轉移到板上。壓膜、曝光、顯影的工藝參數控制與內層線路制作相近,但由于外層線路制作更為復雜,對精度要求更高,因此各參數的控制精度也更為嚴格。
在曝光顯影后的線路圖案上進行圖形電鍍,加厚線路。電鍍完成后,去除干膜,再用蝕刻液蝕刻掉未被保護的銅層,形成最終的外層線路。之后,根據需要進行剝錫等后續處理,使線路達到設計要求的狀態。
在板子上涂覆一層感光阻焊油墨,通過曝光顯影形成阻焊層,保護線路不被誤焊接。同時,進行表面處理,如化學鎳金處理,提高焊接性能和耐腐蝕性。化學鎳金處理過程中,先鍍鎳再鍍金,鎳層可阻擋銅的擴散,金層具有良好的抗氧化性和導電性,能顯著提升PCB的性能和可靠性。
在板子上印刷文字、標記符號,方便后續組裝和維修,為電子產品的生產、調試和維護提供便利。
檢測合格后,對PCB板進行真空包裝、打包發貨,確保產品在運輸過程中不受損壞,順利交付給客戶。
PCB線路板的制作工藝流程是一個環環相扣、精密復雜的過程,每一個環節都凝聚著技術人員的智慧與心血,只有對每個工藝步驟進行嚴格把控,才能制造出高質量的PCB板,為現代電子設備的穩定運行提供堅實保障。
2025-05-06
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