印制电路板(PCB)在电子产品中,起到支撑电路元件和器件的作用,同时还提供电路元件和器件之间的电气连接。其实,PCB的设计不仅是排列、固定元器件,连通器件的引脚这样简单,它的好坏对产品的抗干扰能力影响很大。甚至对今后的产品的性能起着决定性作用。随着电子技术的飞速发展,元器件和产品的外形尺寸变得越来越小,工作频率越来越高,使得pcb上元器件的密度大幅提高,这也就增加了pcb设计、加工的难度。因此,可以这样说,pcb设计始终是电子产品开发设计中相当重要的内容之一。
1、PCB布局
PCB制作第一步是整理并检查PCB布局。所谓布局就是把电路图中所有元器件都合理地安排在面积有限的pcb上。从信号的角度讲,主要有数字信号电路板、模拟信号电路板以及混合信号电路板3种。在设计混合信号电路板时,一定要仔细考虑,将元器件通过手工方式摆放在电路板的合适位置,以便将数字和模拟器件分开。PCB制作工厂收到PCB设计公司的CAD文件,由于每个CAD软件都有自己独特的文件格式,所以PCB工厂会转化为一个统一的格式——Extended Gerber RS-274X 或者 Gerber X2。然后工厂的工程师会检查PCB布局是否符合制作工艺,有没有什么缺 陷等问题。
2、芯板的制作
清洗覆铜板,如果有灰尘的话可能导致zui后的电路短路或者断路。下面的图是一张8层PCB的图例,实际上是由3张覆铜板(芯板)加2张铜膜,然后用半固化片粘连起来的。制作顺序是从zui中间的芯板(4、5层线路)开始,不断地叠加在一起,然后固定。4层PCB的制作也是类似的,只不过只用了1张芯板加2张铜膜。

3、内层PCB布局转移
所以先要制作相当中间芯板(Core)的两层线路。覆铜板清洗干净后会在表面盖上一层感光膜。这种膜遇到光会固化,在覆铜板的铜箔上形成一层保护膜。将两层PCB布局胶片和双层覆铜板,最后插入上层的PCB布局胶片,保证上下两层PCB布局胶片层叠位置精 准。
感光机用UV灯对铜箔上的感光膜进行照射,透光的胶片下,感光膜被固化,不透光的胶片下还是没有固化的感光膜。固化感光膜底下覆盖的铜箔就是需要的PCB布局线路,相当于手工PCB的激光打印机墨的作用。上期激光打印机的纸质PCB布局中,黑色墨粉底下覆盖是要保留的铜箔。而这期则是被黑色胶片覆盖的铜箔将会被腐蚀掉,而透明的胶片下由于感光膜固化,所以被保留下来。然后用碱液将没有固化的感光膜清洗掉,需要的铜箔线路将会被固化的感光膜所覆盖。
4、内层芯板蚀刻
然后再用强碱,比如NaOH将不需要的铜箔蚀刻掉。将固化的感光膜撕掉,露出需要的PCB布局线路铜箔。
5、芯板打孔与检查
芯板已经制作成功。然后在芯板上打对位孔,方便接下来和其它原料对齐。芯板一旦和其它层的PCB压制在一起就无法进行修改了,所以检查非常重要。会由机器自动和PCB布局图纸进行比对,查看错误。前两层的PCB板就已经制作完成了
6、层压
这里需要一个新的原料叫做半固化片(Prepreg),是芯板与芯板(PCB层数>4),以及芯板与外层铜箔之间的粘合剂,同时也起到绝缘的作用。 下层的铜箔和两层半固化片已经提前通过对位孔和下层的铁板固定好位置,然后将制作好的芯板也放入对位孔中,zui后依次将两层半固化片、一层铜箔和一层承压的铝板覆盖到芯板上。

7、钻孔
那如何将PCB里4层毫不接触的铜箔连接在一起呢?首先要钻出上下贯通的穿孔来打通PCB,然后把孔壁金属化来导电。用X射线钻孔机机器对内层的芯板进行定位,机器会自动找到并且定位芯板上的孔位,然后给PCB打上定位孔,确保接下来钻孔时是从孔位的正中央穿过。将一层铝板放在打孔机机床上,然后将PCB放在上面。由于钻孔是一个比较慢的工序,为了提高效率,根据PCB的层数会将1~3个相同的PCB板叠在一起进行穿孔。zui后在zui上面的PCB上盖上一层铝板,上下两层的铝板是为了当钻头钻进和钻出的时候,不会撕裂PCB上的铜箔。
8、孔壁的铜化学沉淀
由于几乎所有PCB设计都是用穿孔来进行连接的不同层的线路,一个好的连接需要25微米的铜膜在孔壁上。这种厚度的铜膜需要通过电镀来实现,但是孔壁是由不导电的环氧树脂和玻璃纤维板组成。所以第一步就是先在孔壁上堆积一层导电物质,通过化学沉积的方式在整个PCB表面,也包括孔壁上形成1微米的铜膜。整个过程比如化学处理和清洗等都是由机器控制的。
9、外层PCB布局转移
接下来会将外层的PCB布局转移到铜箔上,过程和之前的内层芯板PCB布局转移原理差不多,都是利用影印的胶片和感光膜将PCB布局转移到铜箔上,唯 一的不同是将会采用正片做板。
前面介绍的内层PCB布局转移采用的是减成法,采用的是负片做板。PCB上被固化感光膜覆盖的为线路,清洗掉没固化的感光膜,露出的铜箔被蚀刻后,PCB布局线路被固化的感光膜保护而留下。外层PCB布局转移采用的是正常法,采用正片做板。PCB上被固化的感光膜覆盖的为非线路区。清洗掉没固化的感光膜后进行电镀。有膜处无法电镀,而没有膜处,先镀上铜后镀上锡。退膜后进行碱性蚀刻,zui后再退锡。线路图形因为被锡的保护而留在板上。
10、外层PCB蚀刻
接下来由一条完整的自动化流水线完成蚀刻的工序。首先将PCB板上被固化的感光膜清洗掉。然后用强碱清洗掉被其覆盖的不需要的铜箔。再用退锡液将PCB布局铜箔上的锡镀层退除。清洗干净后4层PCB布局就完成了。