最近的一次PCB打板经历，板厂工程人员告知丝印偏到焊盘上了，内部让我评估是否可以继续贴片。
于是发一期文章，介绍一下PCB制造流程。
PCB制造工艺
PCB设计获得批准且制造商收到最终制造文件后，PCB制造或生产就开始了。此时，虚拟电路板设计将转变为实体印刷电路板。
1. 成像和打印设计
经过多次检查后， PCB 板设计已准备好打印， PCB 板制造商 使用一种称为绘图仪打印机的专用打印机将电路板设计文件转换成胶片。这些胶片就像PCB设计图的底片一样。
印刷时，PCB内层有两种油墨颜色：
● 黑色墨水代表 PCB 的铜线和电路。
● 透明墨水表示 PCB 的非导电区域，如玻璃纤维基座。
外层有：
● 透明墨水指示铜路径
● 黑色墨水表示将被蚀刻掉铜的区域
薄膜上还设有定位孔，用于在后续生产阶段对印刷电路板进行校准。薄膜将被存放在安全的地方，以避免不必要的接触。
2. 在铜上印刷内层
PCB制造工艺中的这一步骤标志着PCB实际制造的开始。该工艺从PCB的基本形状开始，PCB由一块由基板材料制成的层压板组成。基板材料通常为环氧树脂和玻璃纤维。
● 将PCB设计图印制到层压板上
● 层压板两面均预压铜
● 然后蚀刻掉铜，露出薄膜上的 PCB 设计
● 接下来，层压板会被一层称为抗蚀剂的感光膜覆盖
3.紫外线爆破
抗蚀剂由一层光反应性化学物质组成。技术人员将涂有抗蚀剂的层压板暴露在紫外线或紫外光下，使光反应性化学物质层硬化。
●紫外线穿过薄膜的半透明部分，使光刻胶硬化
● 但是，紫外线无法使黑色墨水区域变硬
● 仅保留硬化区域作为铜通路，其余部分则被搁置
● 用碱性溶液清洗电路板，去除光刻胶残留物
● 最后的压力清洗可去除任何残留物
● 板子干燥
● 技术人员在进入下一步之前检查电路板是否有错误
使用光刻胶和紫外线喷砂的目的是确保实际的 PCB 制造与原理图蓝图完美匹配。
4. 蚀刻内层
在PCB制造中，线路的整洁至关重要。因此，此PCB制造工艺会去除电路板上多余的铜。否则，一粒灰尘就可能导致电路短路或断路。完成此步骤后，将只剩下制造PCB所需的铜。
● 通常采用化学蚀刻法去除内层铜
● 光刻胶可保护电路板上必要的铜免受蚀刻
● 蚀刻所需的时间和溶剂可能因电路板尺寸而异
● 更大的电路板通常需要更多的时间和/或溶剂
5. 图层对齐
清洁后，层压板即可进行层对位。通常，板厂会使用光学打孔机，这是一种专用机器，将针头穿过对位孔，使内层和外层对齐。
6. 光学检测
当各层清洁完毕并准备投入使用时，需要进行正确的对齐。因此，技术人员会将各层放入光学打孔机中。
这被称为光学检测。它确保PCB没有任何缺陷，因为一旦各层合在一起，就没有纠错的余地了。
● 设计师将使用自动光学检测（AOI）机器进行检测。
● AOI机器将PCB与原始原理图进行比较。
● AOI机器使用激光传感器扫描各层并进行电子比较
● 在此阶段丢弃有缺陷的电路板。
● 对外层进行成像和蚀刻后，重复该过程。
7. 层压和压制
在印刷电路板制造的这个阶段，PCB开始成型。无缺陷的各层经过熔接和层压，通过以下两个步骤制成PCB。
叠放或叠放
该工艺将PCB外层（由预涂环氧树脂的玻璃纤维制成）和薄铜箔层（带有用于铜线的蚀刻图案）夹在中间。该工艺在专用压合台上使用金属夹具进行。
● 操作员使用专用销将每一层安装到工作台上
● 首先，操作员将一层预涂环氧树脂（称为预浸料）放在工作台的对准盆上
● 接下来，他们将一层基材放在预浸渍环氧树脂上
● 在基板层上放置一层铜箔
● 在铜箔层上放置更多预浸树脂片
● 堆叠采用铜或铝压板完成
● 操作员确保堆垛完美贴合，以防止在对齐过程中发生移位
● 现在，堆栈已准备好进行绑定
层压或粘合
在粘合之前，操作员将堆叠物放在机械压力机上以熔合各层。
● 操作员将堆垛放置在层压机上
● 压合机电脑控制压合机
● 计算机将加热压板并根据校准施加压力，熔合PCB层
● 拆除顶部压板和插针后，技术人员将拉出印刷电路板。
8.钻孔
钻孔被认为是 PCB 制造过程中最关键的一步，它为通孔和不同 PCB 层之间的连接奠定了基础。
所有计划稍后出现的组件，例如铜连接通孔和引线方面，都依赖于精密钻孔的准确性。
PCB 钻孔需要最高的精度，因为即使是最微小的错误也可能造成相当大的经济损失。
正因如此，领先的中国专业PCB制造商倾向于使用电脑控制的PCB钻孔机。这些机器可以钻出直径小至100微米的孔，使用转速高达150,000转/分的气动主轴。钻孔也需要时间，因为一块普通的PCB有超过一百个钻孔点。
● 钻孔前，X射线定位器定位钻孔点
● 在钻孔目标下方放置一块缓冲材料板，以确保钻孔干净
● 首先，钻定位孔或引导孔以固定 PCB 堆叠
● 计算机控制的机器以原始设计为指导，对目标进行钻孔
● 钻孔后，通过轮廓去除边缘周围的额外铜层
9. PCB电镀
钻孔后，下一步是电镀。PCB 电镀是指用铜填充钻孔的过程，以使电流能够从电路板表面流向内层、两层之间或两个表面之间。该过程涉及一系列化学镀液。
● 彻底清洁PCB板
● 将面板放入一系列化学槽中，沉积一层约一微米厚的薄铜
● 使用计算机控制PCB电镀过程
10. 外层成像
与第二步一样，此步骤也涉及在PCB板上涂抹另一层光刻胶。但是，光刻胶仅应用于外层进行成像。该过程在无菌环境中进行。
● 销钉固定黑色墨水透明胶片并防止错位
● PCB板涂上光刻胶后，进入黄化室
● 紫外线照射使光刻胶硬化
● 去除黑色墨水保护的未硬化的光刻胶。
11. 外层蚀刻
外层蚀刻为PCB板的AOI（自动光学检测）和焊接做好准备。在此过程中，外层多余的铜会被去除。
● 采用电镀法镀一层铜。
● 初始铜浴后，使用电镀锡来保护关键区域的铜。
● PCB 板经过自动光学检测 (AOI)，确保铜层符合所需规格。
12. 阻焊层应用
这种应用是必要的，因为它会在印刷电路板的外表面添加一层保护层，为焊接过程做好准备。它本质上是遮盖了不需要焊接的区域。
● 清洁 PCB 板，去除杂质或不必要的铜
● 表面涂有油墨环氧树脂和阻焊膜
● 使用紫外线喷砂来指示不需要焊接的区域
● 从不合理的区域移除
● 电路板放入烤箱固化焊锡丝
13.丝网印刷
丝网印刷是指使用喷墨打印机将所有信息直接打印在电路板上。通常包括：
● 公司 ID
● 警告标签
● 标志或符号
● 组件编号
● 销定位器和其他标记
14.表面处理
接近完成的PCB板通常需要根据客户规格进行导电材料涂层。这会增加PCB的耐焊性。此工艺最终形成表面光洁度。
以下列出了用于表面处理的导电材料及其优点和缺点。
a)浸银：
好处
● 低信号损失
● 不含铅
● 符合RoHS标准
● 为需要将插针压入 PCB 的制造商提供可返工表面
缺点
● 表面容易氧化变色。强力抗表面锈蚀剂可以解决这个问题
● 如果表面没有保护，浸银的保质期会很短
● 不适合多种装配工艺
b)硬金：
好处
● 耐用，因为它具有双层金属涂层，可保护 PCB 表面
● 无铅，环保
● 保质期长
● 符合RoHS标准
缺点
● 与其他表面处理相比，价格昂贵，因为它需要经过复杂的工艺，并且不可重复加工。
c）化学镀镍金（ENIG沉金）：
好处
● 非常常见
● 保质期长
● 符合RoHS标准
缺点
● 比大多数其他饰面相对昂贵
d）热风焊料整平（HASL）：
好处
● 成本效益
● 持久耐用
● 可返工
● 允许较大的处理窗口
缺点
● 含铅
● 不符合RoHS标准
e)无铅喷锡：
好处
● 成本效益
● 无铅
● 符合RoHS标准
● 可返工
缺点
● 不适合多次回流/组装工艺
● 该过程需要使用一种名为硫脲的致癌物质
● 厚度测量困难
f)浸锡（ISn）：
好处
● 适用于压接应用
● 孔的公差严格
● 符合RoHS标准
缺点
● 可能导致焊接问题
g）有机可焊性保护剂（OSP）：
好处
● 符合RoHS标准
● 成本效益
缺点
● 保质期短
h)化学镀镍化学镀钯浸金（ENEPIG）：
好处
● 高焊接强度
● 减少腐蚀
缺点
● 需要仔细处理才能获得最佳性能
● 与不使用金或钯的饰面相比，成本效益较低
对于设计师和制造商来说，选择最佳饰面需要平衡可用的选项，同时考虑材料成本和性能要求
15.测试
PCB 测试也是制造过程中的关键步骤。板厂将使用不同的测试方法来确保 PCB 功能正常并符合原始设计规格。将在本文的后面详细介绍一些成熟的 PCB 测试方法。
16. 分板
分板本质上是 PCB 制造流程的最后一步。在此之前，印刷电路板都是一块结构面板。使用原始设计文件，PCB 会被切割成单独的电路板。
PCB拼板的方式主要有V-CUT、冲槽、邮票孔这三种方式。
- V-CUT
V-CUT指可以将几种板子或相同板子在一起组合拼接，然后PCB做板加工完成后在板子间用V-CUT机割开一条V型槽，可以在使用时掰开。是如今比较流行的方式。
- 冲槽
冲槽指的是在板与板之间或板子内部按需要用铣床铣空，相当于挖掉。
- 邮票孔
这里说的邮票用就是使用很小的孔把板与板之间链接起来，看上去像邮票上面的锯齿形，因此叫邮票孔链接。邮票孔链接是板与板之间的四周都需要高控制毛刺，即只可以使用一点邮票孔来代替V线。
无论使用何种方法，在处理之后都可以轻松地折断 PCB 板。
17. 最终质量检查
完成分析后，每块印刷电路板都会经过最终的目视检查和质量检验。最终检验合格后，制造商将包装并发货无误的PCB。
以下检查有助于识别无错误且功能正常的 PCB：
● 对所有未通过 PCB 检查的电路板进行维修和重新测试
● 使所有 PCB 与其原始设计规格完美匹配
● 检查并维护无菌环境，以防止污染和错误
● 检查所有成品 PCB 是否有毛刺或锋利边缘
● 各层孔径完美匹配
● 根据设计规范确定孔径
18.包装和运输
此阶段涉及将 PCB 包装并运送至预定目的地。标准包装设计可保护 PCB 免受灰尘和其他环境因素的影响。但是，包装可能会根据客户的规格而有所调整。
结论：丝印印刷之后还有表面处理工艺对焊盘进行处理，因为丝印并不会残留在焊盘上。
Reference List
1.https://www.mktpcb.com/pcb-manufacturing-process/
2.https://www.eet-china.com/mp/a183315.html
3.https://jlcpcb.com/blog/step-by-step-guide-to-the-printed-circuit-board-manufacturing-process
