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【基礎知識】電路板生產(chǎn)線制程簡介(PCB Production Process)

關于ENIG表面處理的電路板生產(chǎn)制程如下：

1. Front end tool data preparation（Gerber前置作業(yè)資料處理）

制作印刷電路板（PCB，Printed Circuit Board）裸板的第一個步驟是檢查客戶傳送過來的Gerber檔設計是否符合可以生產(chǎn)的標淮。一般來說PCB的布線走向以及其功能特性都是由客戶所設計，而PCB板廠只負責其制作，所以就跟大部分的設計者與制造者之間經(jīng)常存在鴻溝是一樣的道理，板廠經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)客戶所送過來的Gerber(注1)設計檔在現(xiàn)今的制程能力下是無法達到的，比如說線與線、線與孔、孔與孔之間的間距太小，生產(chǎn)的時候容易造成短路，或是線寬太細容易造成斷路無法生產(chǎn)，這時候板廠就會產(chǎn)生所謂的工程問卷EQ(Engineering Question)或DFM(Design For Manufacture)「工程溝通文章」送給客戶做確認，因為有些地方可能是客戶的特殊需求設計，如果隨便更改可能會造成PCB達不到設計者預期的要求；

另外，這些工程文章中也會包含許多的工程最佳化建議，比如說IC腳間的防焊是否可以取消，有些導通孔是否使用防焊覆蓋或填銅塞孔等，溝通完成才能進入下一個生產(chǎn)的步驟，將PCB生產(chǎn)的每道制程條件從Gerber上拆解出來，例如各層線路、防焊層、絲印層、表面處理、鉆孔資料，再送到各制程的生產(chǎn)線上生產(chǎn)，后續(xù)會對這些工序制程加以說明。

注1：所謂的Gerber就是定義PCB制作圖像的通用標淮格式，內(nèi)容包含有內(nèi)外線路層、防焊層、絲印層、鉆孔層等資料，有點類似機構(gòu)3D設計的IGS檔或是STEP檔。想進一步了解可以參考維基百科對Gerber的解釋。

2. Preparing the phototools（電路板底片輸出）

在溫濕度環(huán)境控制下使用雷射底片繪圖機來繪制電路板的底片(Film)，這些底片在后續(xù)的電路板制程中會拿來當作每一層線路的影像曝光時的光罩使用，防焊綠漆制程也需要用到底片。為了讓每一層線路X-Y相對位置的正確性，會在每一張底片用雷射打孔以作為后續(xù)不同線路層的定位使用。

這種底片其實就是透明的PET材質(zhì)印上黑色的圖像，就類似早期使用類似紙張的投影片放在投影機上的東東，現(xiàn)在已經(jīng)完全被數(shù)位投影機所取代，年輕人大概不清楚這玩意了。

3. Print inner layers（電路板內(nèi)層線路成型）

銅面酸洗清潔》銅面表面粗化》壓干膜》內(nèi)層曝光》顯影

多層電路板(四層以上)的內(nèi)層結(jié)構(gòu)通常以一整張的CCL(Copper Clad Laminate，銅箔基板)注2當材料，大部分的CCL都是以樹脂及補強材當基礎，兩面鋪有整片銅箔(Copper foil)的基材，影片中作業(yè)員拿取的就是CCL，拿取之后第一個步驟會經(jīng)由酸洗來清潔銅箔表面，以確保沒有其他的灰塵或雜質(zhì)在上面，只要有任何一丁點的異物，會對后續(xù)的線路造成影響.

接著會用機械研磨來粗化銅箔表面，以增強干膜與銅箔的附著力，接著會在銅箔標面涂上一層干膜。在CCL的兩面各貼上一張內(nèi)層的線路底片并架設于曝光機臺上，利用定位孔及吸真空將底片與CCL緊密貼合，在黃光區(qū)內(nèi)使用紫外光照射，使底片上未被遮光處之干膜產(chǎn)生化學變化而固化于CCL上，最后再用顯影液將未曝光之干膜去除，這時候影片中看到的黑色就是清洗掉外曝光的干膜殘留處，注意看這里用的是「負片」，其他的顯現(xiàn)出銅面的區(qū)域在后面的制程中將會被蝕刻掉。

顯影的意思是用顯影液將未曝光之干膜去除僅留下需要的部分。

注2：PCB的材料核心為基板材，基板材是由樹脂、補強材和銅箔三者所組成，最常見的基板為CCL。銅箔基板依據(jù)基材材質(zhì)的不同分為三類，分別為紙質(zhì)基板、復合基板及FR-4基板三大類，其特性與用途也不同，其中以FR-4為目前主流。FR-4基板普遍應用在電腦零組件及周邊配備，例如主機板、硬碟機等產(chǎn)品使用的印刷電路板都是由FR-4基板加工制成。

4. Etch inner layers（內(nèi)層線路蝕刻）

蝕刻》剝膜

一般會使用強鹼性的溶液來溶解或蝕刻掉暴露出來的銅面，也就是去除掉沒有被干膜覆蓋住的銅面，蝕刻的時候需注意配方與時間，越厚的銅箔需要越長的時間與越寬的間隙并保留更寬的線路，因為蝕刻時除了會腐蝕掉暴露出來的銅面，在干膜邊緣的銅面也會受到或多或少的腐蝕。接著用去膜液將原本覆蓋在銅箔上的固化干膜去除，最后CCL上只會留下設計中該有的線路銅箔。

5. register punch and Automatic Optical Inspection（影像定位打靶孔）

為了使內(nèi)層CCL（一般稱為[inner core]）與外層銅皮(outer layer)可以淮確對位，所以使用CCD定位找到事先在底片上已經(jīng)預設好的靶位并鉆出需要的定位靶孔。打靶孔的動作也必須作業(yè)在所有的內(nèi)層與外層的線路上，這樣后續(xù)制程中才能將內(nèi)外層的銅箔線路定位在同一個基淮上。

6. Lay up and bond（迭板壓合）

銅表面氧化處理》迭板》壓合》撈邊銑靶

一般會先使用鹼性溶劑將銅表面做氧化處理，使之產(chǎn)生黑色的氧化銅，此氧化銅的結(jié)晶為針狀物，可以用來加強層與層之間的接著力度。

接著將制作完成的內(nèi)層(core)與膠片(PI)及外層的銅皮重迭在一起，這里必須借助前面事先鉆好的定位孔來將內(nèi)層與外層精確定位，接著透過高溫高壓的壓合機將彼此緊密結(jié)合在一起。

7. Drilling the PCB（機械鉆孔）

鉆孔的主要目的在制作導通孔(vias)用以連接各層之間需要連通的線路。

多層板的導通孔會有各種不一樣導通需求，這里僅以最簡單的四層板為例做制程說明，所以尚不涉及盲孔及埋孔。為了節(jié)省時間及提高效率，鉆孔作業(yè)可以同時堆迭三片PCB一起作業(yè)，為了避免毛邊的產(chǎn)生，上方會鋪上鋁板，另外，下方會放置墊板以避免鉆頭直接撞擊檯面。其實也不一定是三片PCB一起作業(yè)，板廠會依照PCB厚度、孔徑大小、孔位精度等因素來決定PCB響堆迭數(shù)量。

依據(jù)經(jīng)驗，鉆頭的轉(zhuǎn)速、鉆孔進刀的速度，鉆頭的壽命都是影響電路板成型后品質(zhì)的重要因素，比如說毛邊產(chǎn)生會影響到后續(xù)的電鍍品質(zhì)，進刀速度太快則會引起玻璃纖維的孔隙并造成日后的CAF現(xiàn)象。

另外也有雷射鉆孔制程給要求更高的的板子使用，雷射可以鉆出更細小的孔洞（Micro via)，但費用也就相對高昂，一般高密度（HDI，High Density Interconnect）板會使用雷射，有盲孔或埋孔的板子也大多採用雷射成孔。

8. Electroless copper deposition（無電鍍銅）

除膠渣》化學銅》電鍍銅

因為鉆頭的高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生高溫，當高溫超過基材的Tg點（玻璃轉(zhuǎn)化溫度）時便會產(chǎn)生膠渣，若不將其去除，則內(nèi)層的銅箔將無法透過電鍍銅形成通道，或形成通道但不穩(wěn)定。除膠渣時會使用蓬鬆劑浸泡經(jīng)1~10分鐘，讓各種膠渣發(fā)生腫脹鬆弛，在利用Mn+7攻入咬蝕。

接著會以無電解方式，在不導電之孔壁先上一層薄銅。

9. Image the outer layers（外層壓膜顯影）

其制作方是及原理銅內(nèi)層壓模顯影，只是此時版面上已經(jīng)有PTH(Plating Through Hole)在。請注意，影片中這次的顯影為「正片」。另外，也可以用「負片」的方式，不過其制程就會類似前面用「負片」的制程，可以想一下，為何這里會選擇用「正片」呢？跟后面的步驟10及步驟11有關喔！

10. Plating（電鍍銅/阻蝕層）

接著以電鍍的方式，將銅電鍍到通孔中直至符合客戶的要求，一般會要求25um以上。請注意這時候有干膜的地方可以防止被鍍上銅，但其他為被干膜覆蓋的地方也會增加大約25um厚度的銅。

因為影片的PCB採用線路電鍍制程，所以在電鍍的制程中除了電鍍銅之外，電鍍的最后還會再鍍上金屬蝕刻阻膜作為下個蝕刻制程時的阻蝕層。影片中鍍上薄錫當阻蝕膜。

11. Etch outer layers（蝕刻外層線路）

電路板蝕刻后外層線路已然成型，而且與設計的線路一樣了，這時候蝕刻阻膜已經(jīng)沒有需要也必須去除，以免影響后續(xù)的表面處理，剝除阻蝕層通常以高壓噴灑藥劑的方式進行。

12. Apply soldermask（防焊層印刷）

制作「防焊層」的主要目的在區(qū)分焊接組裝區(qū)與非焊接區(qū)，另外也可以防止銅面氧化且達到美觀的要求。

原本以為防焊是選擇性印刷上去的，沒想到是將整片板子全部印上防焊漆，接著進烘烤做預烘烤，然后也是使用底片(Film)做接觸式的曝光動作，將底片上的影像轉(zhuǎn)移到防焊漆上面，接著用UV將沒有被光罩遮住的地方烘干讓防焊漆真正附著于電路板上，最后在進化學槽清洗掉光罩的區(qū)域，露出可以焊接的銅面。

如果是比較簡單的防焊層或是尺寸公差比較大的防焊，也可以使用絲網(wǎng)印刷的選擇性印刷防焊喔。

13. Surface finishes electroless gold over nickel（化鎳浸金）

ENIG表面處理工藝一般是先在銅焊盤制作化學鎳沉積，通過控制時間及溫度來控制鎳層的厚度；再利用剛沉積完成的新鮮鎳活性，將鎳的焊盤浸入酸性的金水中，通過化學置換反應將金從溶液中置換到焊盤表面，也就是置換掉鎳，而部分表面的鎳則會溶入金水中。置換上來的「金」會逐漸將鎳層覆蓋，直到鎳層全部覆蓋后該置換反應將自動停止，清洗焊盤表面的污物后工藝即可完成。

14. Plated gold edge connectors （電鍍硬金）

電鍍硬金屬于選擇性電鍍，其目的是為了增加其耐摩擦性，所以影片中可以看到使用膠帶把不需要電鍍硬金的部份貼起來，只有露出來的地方會被電鍍到，影片中只有部份PCB浸泡在電鍍液當中。

15. Silk screen and cure（絲印）

早期的文字(白漆)幾乎都是使用絲印的方式完成，不過絲印的油墨需要填加溶劑且具有揮發(fā)性，對人體不利，現(xiàn)在有些新式的文字印刷已經(jīng)改用噴墨印刷，而且還非常的快速與淮確。不論是絲印或噴墨印刷后都需要經(jīng)過烤箱固化白漆。不過現(xiàn)在大陸量產(chǎn)的PCB還是有大部份用絲印制程。

到此電路板的制程算是完成了，后面就是電測、分板及包裝而已。

16. Electrical test（電測）

電路板的測試通常使用飛針測試，如果數(shù)量多的時候也可以使用針床測試以節(jié)省時間，其測是主要為開/短路測試。

17. Profiling（成型分板）

電路板的外觀成型，通常使用銑床分板機，透過CNC電腦控制來制作出電路板的外型并分板，這里的分板是從基板尺寸分成拼板 (Panel)。

18. V-cut scoring

如果有V-cut需求的板子材需要在定義的地方切出V型槽。

19. Final inspection（外觀檢查包裝）

最后的外觀檢查及包裝。

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文章分類：電子行業(yè)資訊

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