PCB板制造工藝詳解

印刷電路板（Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱PCB）是電子產(chǎn)品中不可或缺的核心組件，被稱為“電子產(chǎn)品之母”。它承載著電子元器件，并提供電氣連接和機(jī)械支撐。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB的制造工藝也日益復(fù)雜和精密，以滿足高密度、高性能、小型化和高可靠性的要求。本篇文章將深入探討PCB板的各種制造工藝，從基礎(chǔ)分類到詳細(xì)的生產(chǎn)流程，旨在提供一個(gè)全面而深入的理解。

一、 印刷電路板（PCB）概述

印刷電路板，顧名思義，是通過(guò)印刷技術(shù)在絕緣基材上形成導(dǎo)電圖形，以實(shí)現(xiàn)電子元器件之間電氣連接的板狀結(jié)構(gòu)。它的主要功能包括：

• 提供電氣連接：通過(guò)導(dǎo)線、焊盤、過(guò)孔等結(jié)構(gòu)，將各種電子元器件連接起來(lái)，形成完整的電路功能。

• 提供機(jī)械支撐：作為元器件的安裝載體，確保元器件在電路板上的穩(wěn)固安裝。

• 散熱功能：通過(guò)銅箔的導(dǎo)熱性，輔助元器件散熱，保持電路板的正常工作溫度。

• 屏蔽功能：某些特定層可以起到電磁屏蔽作用，減少電磁干擾。

PCB的出現(xiàn)極大地簡(jiǎn)化了電子產(chǎn)品的組裝過(guò)程，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品可靠性，是現(xiàn)代電子工業(yè)的基石。

二、 PCB板的分類

PCB板可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)、材料、層數(shù)和應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行多種分類。了解這些分類有助于理解不同工藝的適用性。

2.1 按層數(shù)分類

• 單面板（Single-Sided PCB）單面板是最簡(jiǎn)單、成本最低的PCB類型。它只有一面覆有導(dǎo)電圖形，元器件通常安裝在沒(méi)有導(dǎo)電圖形的一面，通過(guò)孔洞將引腳穿過(guò)板子，在另一面進(jìn)行焊接。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要用于對(duì)性能要求不高、電路相對(duì)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，如計(jì)算器、收音機(jī)、玩具等。其制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括覆銅板切割、印刷圖形、蝕刻、鉆孔、阻焊、字符印刷和沖壓成型等步驟。

• 雙面板（Double-Sided PCB）雙面板在絕緣基材的兩面都覆有導(dǎo)電圖形。為了實(shí)現(xiàn)兩面電路的互連，雙面板通常會(huì)通過(guò)“過(guò)孔”（Via）技術(shù)將兩面的導(dǎo)線連接起來(lái)。過(guò)孔可以是通孔（Through-hole）、盲孔（Blind Via）或埋孔（Buried Via）。雙面板的布線密度比單面板高，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電路功能，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域。其制造工藝比單面板復(fù)雜，增加了孔金屬化（PTH）等關(guān)鍵步驟。

• 多層板（Multi-Layer PCB）多層板是由兩層或兩層以上的導(dǎo)電圖形層通過(guò)絕緣層（介質(zhì)層）粘合在一起的PCB。最常見(jiàn)的多層板有四層、六層、八層，甚至更多層。多層板的層間通過(guò)電鍍通孔、盲孔或埋孔實(shí)現(xiàn)電氣連接。與單面板和雙面板相比，多層板具有更高的布線密度、更小的尺寸、更好的電磁兼容性（EMC）和信號(hào)完整性。它廣泛應(yīng)用于高性能計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、通信基站、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等高端電子產(chǎn)品中。多層板的制造工藝最為復(fù)雜，涉及內(nèi)層制作、層壓、鉆孔、孔金屬化等多個(gè)精密步驟。

2.2 按軟硬度分類

• 剛性板（Rigid PCB）剛性板是最常見(jiàn)的PCB類型，其基材是堅(jiān)硬的，不能彎曲。它具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，能夠?yàn)樵骷峁┓€(wěn)定的支撐。剛性板的材料通常是環(huán)氧樹(shù)脂玻璃布基材（FR-4），也包括CEM系列、高頻板材（如PTFE）等。

• 撓性板（Flexible PCB，F(xiàn)PC）撓性板，簡(jiǎn)稱軟板，是一種具有良好彎曲性能的PCB。其基材通常是聚酰亞胺（Polyimide，PI）或聚酯（Polyester，PET）薄膜。軟板可以根據(jù)需要進(jìn)行彎曲、折疊，以適應(yīng)狹小的空間或?qū)崿F(xiàn)三維連接，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。軟板的制造工藝與剛性板有顯著差異，尤其在材料選擇、圖形轉(zhuǎn)移和覆蓋膜應(yīng)用等方面。

• 剛撓結(jié)合板（Rigid-Flex PCB）剛撓結(jié)合板是剛性板和撓性板的結(jié)合體，在同一塊板上同時(shí)存在剛性區(qū)域和撓性區(qū)域。它結(jié)合了剛性板的穩(wěn)定性和撓性板的彎曲性，可以減少連接器和線束的使用，提高產(chǎn)品可靠性，并實(shí)現(xiàn)更緊湊的設(shè)計(jì)。剛撓結(jié)合板的制造工藝最為復(fù)雜，需要將剛性板和撓性板的工藝流程巧妙地結(jié)合起來(lái)。

2.3 按高密度互連技術(shù)分類

• 高密度互連板（High-Density Interconnect，HDI PCB）HDI板是采用微盲埋孔技術(shù)、積層法制造的具有較高布線密度的新型PCB。它通常采用激光鉆孔、導(dǎo)電膠填充、電鍍填孔等先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更小的孔徑、更細(xì)的線寬/線距和更高的層間互連密度。HDI板可以有效減少PCB的尺寸和重量，提高電氣性能，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等小型化和高性能電子產(chǎn)品。HDI板的制造工藝是目前PCB制造領(lǐng)域最前沿的技術(shù)之一。

三、 PCB板制造工藝流程總覽

PCB的制造是一個(gè)復(fù)雜的多步驟過(guò)程，涉及材料、化學(xué)、機(jī)械、光學(xué)、電子等多個(gè)學(xué)科的交叉應(yīng)用。盡管不同類型的PCB（單面板、雙面板、多層板、軟板、HDI板）在具體工藝細(xì)節(jié)上有所差異，但其核心流程和主要階段是相似的。以下是一個(gè)典型的多層剛性PCB制造流程總覽：

1. 工程設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（CAM）：接收客戶設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行可制造性分析（DFM），生成生產(chǎn)文件。

2. 覆銅板切割：將大尺寸覆銅板切割成適合生產(chǎn)的尺寸。

3. 內(nèi)層圖形制作（僅多層板）：

• 內(nèi)層清潔與預(yù)處理。

• 內(nèi)層干膜貼附。

• 內(nèi)層曝光與顯影。

• 內(nèi)層蝕刻。

• 內(nèi)層去膜。

• 內(nèi)層自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）。

• 內(nèi)層氧化（黑化/棕化）處理。

4. 層壓（僅多層板）：將內(nèi)層板、半固化片（PP）和銅箔按設(shè)計(jì)堆疊，通過(guò)高溫高壓壓合。

5. 鉆孔：在層壓好的板材上鉆出各種孔洞（通孔、盲孔、埋孔）。

6. 去毛刺與孔壁清潔：去除鉆孔產(chǎn)生的毛刺，清潔孔壁。

7. 化學(xué)沉銅（PTH）：在鉆孔的孔壁上沉積一層薄薄的化學(xué)銅，實(shí)現(xiàn)絕緣孔壁的導(dǎo)電化。

8. 全板電鍍（一次銅）：在整個(gè)板面和孔壁上電鍍一層銅，增加銅厚。

9. 外層圖形制作：

• 外層干膜貼附。

• 外層曝光與顯影。

• 外層圖形電鍍（二次銅和鍍錫/鉛錫/鎳金）。

• 外層去膜。

• 外層蝕刻（去銅）。

• 外層去錫/鉛錫。

10. 阻焊（Solder Mask）：

• 板面清潔與粗化。

• 涂布液態(tài)感光阻焊油墨或貼附干膜阻焊。

• 預(yù)烘。

• 曝光。

• 顯影。

• 固化（最終烘烤）。

11. 字符印刷（Legend/Silkscreen）：在阻焊層上印刷元器件標(biāo)識(shí)、型號(hào)等字符。

12. 表面處理：在焊盤上形成可焊性保護(hù)層（如HASL、ENIG、OSP等）。

13. 成型（Profiling）：通過(guò)銑邊（鑼板）或V割（V-scoring）將大板分割成獨(dú)立的PCB單元。

14. 電氣測(cè)試（E-Test）：對(duì)每塊PCB進(jìn)行開(kāi)路/短路測(cè)試，確保電氣連接正確。

15. 最終檢驗(yàn)（FQC）與包裝：外觀檢查、尺寸檢查，并進(jìn)行真空包裝。

接下來(lái)，我們將對(duì)這些關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

四、 PCB板制造關(guān)鍵工藝詳解

4.1 工程設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（CAM）

這是PCB制造的起點(diǎn)，也是至關(guān)重要的一步。客戶提供的設(shè)計(jì)文件（通常是Gerber文件、鉆孔文件、網(wǎng)表文件等）需要經(jīng)過(guò)專業(yè)的CAM（Computer Aided Manufacturing）工程師處理。

• 數(shù)據(jù)導(dǎo)入與轉(zhuǎn)換：將客戶提供的各種格式的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CAM系統(tǒng)中。

• 可制造性設(shè)計(jì)（DFM）分析：這是CAM階段的核心任務(wù)。工程師會(huì)根據(jù)工廠的生產(chǎn)能力、工藝限制和客戶要求，對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢查，包括：

• 線寬/線距檢查：確保導(dǎo)線寬度和導(dǎo)線間距符合最小生產(chǎn)能力。

• 焊盤尺寸與孔徑檢查：核對(duì)焊盤大小和鉆孔直徑是否符合要求。

• 阻焊橋檢查：確保阻焊層在相鄰焊盤之間有足夠的隔離，防止短路。

• 過(guò)孔設(shè)計(jì)檢查：檢查過(guò)孔類型、尺寸和位置是否合理。

• 疊層結(jié)構(gòu)檢查：核對(duì)多層板的層壓結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

• 阻抗匹配分析：對(duì)于有阻抗控制要求的板子，進(jìn)行阻抗計(jì)算和調(diào)整。

• 圖形完整性檢查：檢查圖形是否存在開(kāi)路、短路、斷線、缺口等缺陷。

• 拼版優(yōu)化：根據(jù)生產(chǎn)效率和材料利用率，將多個(gè)PCB單元拼接到一個(gè)大生產(chǎn)板上。

• 生成生產(chǎn)文件：經(jīng)過(guò)DFM分析和優(yōu)化后，CAM工程師會(huì)輸出各種生產(chǎn)所需的指令文件，如鉆孔文件、曝光文件、銑邊文件、測(cè)試文件等，這些文件將直接指導(dǎo)后續(xù)的生產(chǎn)設(shè)備。

4.2 覆銅板切割

覆銅板（CCL）是制造PCB的基礎(chǔ)材料，通常是大尺寸的板材。在生產(chǎn)開(kāi)始前，需要根據(jù)CAM部門提供的拼版尺寸，將大張的覆銅板切割成適合生產(chǎn)線尺寸的小板。切割過(guò)程需要精確控制尺寸，并確保切邊整齊，避免材料浪費(fèi)和后續(xù)加工困難。

4.3 內(nèi)層圖形制作（僅多層板）

多層板的內(nèi)層圖形制作是其復(fù)雜性的主要體現(xiàn)，需要高度的精度和潔凈度。

• 內(nèi)層清潔與預(yù)處理：覆銅板表面可能存在灰塵、油污或氧化層，需要通過(guò)刷磨、化學(xué)清洗等方式徹底清潔，并進(jìn)行微蝕刻，增加銅面粗糙度，以提高后續(xù)干膜的附著力。

• 內(nèi)層干膜貼附：在清潔后的覆銅板銅面上，通過(guò)熱壓方式貼附一層感光干膜。干膜是一種光敏聚合物薄膜，在曝光后會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，形成抗蝕刻的保護(hù)層。

• 內(nèi)層曝光：將貼有干膜的覆銅板與內(nèi)層圖形底片（菲林）對(duì)齊，通過(guò)曝光機(jī)進(jìn)行紫外線照射。紫外線會(huì)透過(guò)底片上的透明區(qū)域（即設(shè)計(jì)圖形區(qū)域），使干膜發(fā)生光聚合反應(yīng)，形成不溶于顯影液的區(qū)域。而底片上的黑色區(qū)域則阻擋紫外線，使干膜保持可溶狀態(tài)。

• 內(nèi)層顯影：曝光后的板子進(jìn)入顯影機(jī)，通過(guò)顯影液（通常是碳酸鈉溶液）將未曝光區(qū)域的干膜溶解并沖洗掉，留下曝光區(qū)域的干膜作為抗蝕刻層，從而在銅面上形成與設(shè)計(jì)圖形一致的干膜圖形。

• 內(nèi)層蝕刻：顯影后的板子進(jìn)入蝕刻機(jī)。蝕刻液（如氯化鐵、氯化銅等）會(huì)腐蝕掉沒(méi)有干膜保護(hù)的裸露銅箔，而有干膜保護(hù)的區(qū)域則保留下來(lái)，形成內(nèi)層導(dǎo)電圖形。蝕刻過(guò)程需要精確控制蝕刻速度和蝕刻量，以確保線寬線距的精度。

• 內(nèi)層去膜：蝕刻完成后，通過(guò)去膜液（如氫氧化鈉溶液）將殘留在導(dǎo)電圖形上的干膜完全去除，露出干凈的銅導(dǎo)線。

• 內(nèi)層自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）：這是內(nèi)層制作的關(guān)鍵質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。AOI設(shè)備通過(guò)高速掃描和圖像處理技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)層圖形是否存在開(kāi)路、短路、缺口、殘銅、線寬線距異常等缺陷。任何檢測(cè)到的缺陷都會(huì)被標(biāo)記出來(lái)，以便人工修復(fù)或報(bào)廢。AOI的精度和效率遠(yuǎn)高于人工目檢，是確保內(nèi)層質(zhì)量的重要保障。

• 內(nèi)層氧化（黑化/棕化）處理：內(nèi)層板在層壓前需要進(jìn)行氧化處理，通常是黑化或棕化。這個(gè)過(guò)程會(huì)在銅表面形成一層均勻的氧化層，增加銅面的粗糙度，提高與半固化片（PP）的結(jié)合力，防止層壓后出現(xiàn)分層或滑移。

4.4 層壓

層壓是將內(nèi)層板、半固化片（Prepreg，簡(jiǎn)稱PP）和銅箔（外層）通過(guò)高溫高壓粘合在一起，形成多層板的過(guò)程。

• 材料準(zhǔn)備：

• 內(nèi)層板：經(jīng)過(guò)AOI檢測(cè)合格并進(jìn)行過(guò)氧化處理的內(nèi)層板。

• 半固化片（PP）：由玻璃纖維布浸漬環(huán)氧樹(shù)脂并經(jīng)過(guò)半固化處理的絕緣材料。它在高溫下會(huì)軟化、流動(dòng)并固化，起到粘合和絕緣的作用。PP的厚度、樹(shù)脂含量和玻璃纖維類型會(huì)影響最終板的厚度、介電性能和阻抗。

• 銅箔：用于形成外層導(dǎo)電圖形的純銅薄片。

• 疊層：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將內(nèi)層板、PP和銅箔按照特定的順序和方向進(jìn)行精確堆疊。疊層過(guò)程需要在潔凈室中進(jìn)行，以避免灰塵和異物進(jìn)入，影響層壓質(zhì)量。

• 壓合：疊層好的板材被放入層壓機(jī)中，在設(shè)定的溫度、壓力和時(shí)間條件下進(jìn)行壓合。

• 溫度：通常在180-200°C左右，使PP中的樹(shù)脂熔化、流動(dòng)并充分填充層間空隙。

• 壓力：通常在20-40 kg/cm2，確保各層緊密結(jié)合，排除氣泡。

• 時(shí)間：根據(jù)板材厚度和層數(shù)，通常需要數(shù)小時(shí)，確保樹(shù)脂完全固化。 壓合完成后，多層板的結(jié)構(gòu)就基本形成了。

4.5 鉆孔

鉆孔是在層壓好的板材上鉆出各種孔洞，包括元器件插裝孔、導(dǎo)通孔（過(guò)孔）以及定位孔等。鉆孔的精度直接影響到后續(xù)的孔金屬化和元器件安裝。

• 機(jī)械鉆孔：這是最常用的鉆孔方式。使用高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭（通常是硬質(zhì)合金鉆頭）對(duì)板材進(jìn)行鉆孔。鉆孔機(jī)是高精度的數(shù)控設(shè)備，能夠根據(jù)CAM數(shù)據(jù)自動(dòng)定位和鉆孔。鉆孔參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）需要根據(jù)孔徑大小和板材厚度進(jìn)行優(yōu)化，以減少鉆孔毛刺和孔壁粗糙度。

• 激光鉆孔：主要用于HDI板的微孔（通?？讖叫∮?.15mm）鉆孔，以及盲孔和埋孔的制作。激光鉆孔具有非接觸、高精度、高效率的特點(diǎn)，能夠鉆出更小的孔徑和更陡峭的孔壁。常用的激光鉆孔技術(shù)包括CO2激光和UV激光。CO2激光主要用于鉆介質(zhì)層，而UV激光可以鉆銅和介質(zhì)。

• 鉆孔質(zhì)量控制：鉆孔后需要檢查孔徑、孔位精度、孔壁質(zhì)量（是否有毛刺、粗糙度）等。

4.6 去毛刺與孔壁清潔

鉆孔過(guò)程中，孔壁會(huì)產(chǎn)生一些樹(shù)脂碎屑和銅粉，形成毛刺。這些毛刺會(huì)影響后續(xù)的化學(xué)沉銅質(zhì)量。

• 去毛刺：通過(guò)刷磨、高壓水沖洗或等離子體處理等方式去除孔口和孔壁上的毛刺。

• 孔壁清潔與粗化（Desmear/Etchback）：這一步至關(guān)重要，目的是去除孔壁上的鉆污（樹(shù)脂碎屑），并對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行微蝕刻，使孔壁的樹(shù)脂部分形成微粗糙結(jié)構(gòu)，增加后續(xù)化學(xué)沉銅的附著力。常用的方法包括：

• 高錳酸鉀法：通過(guò)強(qiáng)氧化劑高錳酸鉀溶液對(duì)孔壁樹(shù)脂進(jìn)行氧化蝕刻。

• 等離子體法：利用等離子體（如氧等離子體）對(duì)孔壁進(jìn)行干法處理，去除鉆污并粗化孔壁。 去毛刺和孔壁清潔是確保孔金屬化質(zhì)量的關(guān)鍵預(yù)處理步驟。

4.7 化學(xué)沉銅（Electroless Copper Deposition，PTH）

化學(xué)沉銅的目的是在經(jīng)過(guò)清潔和粗化處理的絕緣孔壁上沉積一層薄薄的導(dǎo)電銅層，使其具備導(dǎo)電能力，為后續(xù)的電鍍銅做準(zhǔn)備。

• 活化：將板子浸入活化液中，活化液中含有鈀離子等催化劑。鈀離子吸附在孔壁上，形成催化中心。

• 加速：去除多余的鈀離子，使催化中心暴露出來(lái)。

• 化學(xué)沉銅：將活化后的板子浸入化學(xué)沉銅液中?；瘜W(xué)沉銅液含有銅離子、甲醛（還原劑）、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑等。在催化劑的作用下，甲醛還原銅離子，使其在孔壁上均勻沉積成一層薄薄的化學(xué)銅層（通常厚度為0.2-1.0微米）。 化學(xué)沉銅是實(shí)現(xiàn)孔金屬化的第一步，其質(zhì)量直接影響到后續(xù)電鍍銅的均勻性和結(jié)合力。

4.8 全板電鍍（一次銅）

化學(xué)沉銅后的板子，其孔壁和板面都覆蓋了一層薄薄的化學(xué)銅。為了增加銅層厚度以滿足電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度要求，需要進(jìn)行全板電鍍。

• 電鍍?cè)?/strong>：板子作為陰極，通過(guò)直流電將電鍍液中的銅離子還原，使其均勻沉積在整個(gè)板面和孔壁的化學(xué)銅層上。

• 電鍍液：通常是酸性硫酸銅電鍍液，含有硫酸銅、硫酸、氯離子和各種添加劑（如光亮劑、整平劑、潤(rùn)濕劑等），以控制鍍層質(zhì)量。

• 電鍍?cè)O(shè)備：自動(dòng)化電鍍線，包括多個(gè)槽體，板子通過(guò)軌道在槽體間移動(dòng)。

• 鍍層厚度：一次銅的厚度通常在5-10微米，用于增強(qiáng)孔壁的導(dǎo)電性，并為后續(xù)的圖形電鍍提供更厚的基底。

4.9 外層圖形制作

外層圖形制作與內(nèi)層類似，但多了一個(gè)圖形電鍍的步驟，因此被稱為“圖形電鍍法”。

• 外層清潔與預(yù)處理：與內(nèi)層類似，清潔板面，確保干膜附著良好。

• 外層干膜貼附：在一次銅后的板面貼附感光干膜。

• 外層曝光與顯影：與內(nèi)層類似，通過(guò)曝光和顯影在板面形成與設(shè)計(jì)圖形相反的干膜圖形，即需要保留銅的區(qū)域被干膜覆蓋，而不需要保留銅的區(qū)域（即后續(xù)要蝕刻掉的區(qū)域）則裸露出來(lái)。

• 外層圖形電鍍（二次銅和鍍錫/鉛錫/鎳金）：這是外層圖形制作的關(guān)鍵步驟。

• 鍍錫：最常用，錫層作為蝕刻阻劑，在后續(xù)蝕刻銅時(shí)保護(hù)其下的銅層不被腐蝕。

• 鍍鉛錫：早期常用，但由于環(huán)保原因，現(xiàn)在已基本被純錫或鎳金取代。

• 鍍鎳金：對(duì)于需要高可靠性或特殊表面處理的板子，會(huì)在銅層上電鍍一層鎳和一層金，金層作為蝕刻阻劑。

• 二次銅電鍍：在顯影后裸露的銅面上（包括孔內(nèi)和焊盤、線路區(qū)域）電鍍一層較厚的銅，通常厚度為15-25微米，以達(dá)到最終要求的銅厚。

• 鍍錫/鉛錫/鎳金：在電鍍銅層上再電鍍一層抗蝕刻金屬層。

• 外層去膜：圖形電鍍完成后，使用去膜液將干膜完全去除，露出其下未被鍍錫/鉛錫/鎳金覆蓋的裸露銅層。

4.10 外層蝕刻（去銅）

去膜后，板面上存在兩種銅：一種是受鍍錫/鉛錫/鎳金保護(hù)的銅（即最終的線路和焊盤），另一種是裸露的銅（即需要去除的背景銅）。

• 蝕刻：板子進(jìn)入蝕刻機(jī)，蝕刻液（如堿性蝕刻液）會(huì)腐蝕掉沒(méi)有保護(hù)的裸露銅層，而鍍錫/鉛錫/鎳金層則作為抗蝕劑保護(hù)其下的銅層不被腐蝕。

• 去錫/鉛錫：如果之前鍍的是錫或鉛錫，蝕刻完成后需要使用退錫液或退鉛錫液將其去除，露出最終的銅線路和焊盤。如果鍍的是鎳金，則金層會(huì)保留作為最終的表面處理層。 這一步完成后，PCB板的導(dǎo)電圖形就完全形成了。

4.11 阻焊（Solder Mask）

阻焊層，俗稱綠油，是PCB表面的一層非導(dǎo)電保護(hù)層，通常為綠色，但也有藍(lán)色、黑色、白色等。它的作用是：

• 防止短路：覆蓋在導(dǎo)線和非焊盤區(qū)域，防止焊接時(shí)錫橋搭接造成短路。

• 防止氧化：保護(hù)銅導(dǎo)線免受空氣氧化和濕氣侵蝕。

• 絕緣保護(hù)：提高絕緣性能，防止電路板受到物理?yè)p傷。

• 輔助焊接：在焊盤上形成開(kāi)窗，引導(dǎo)錫膏和元器件引腳準(zhǔn)確對(duì)位。

阻焊工藝流程：

• 板面清潔與粗化：在涂布阻焊油墨前，板面必須徹底清潔，并進(jìn)行微蝕刻粗化，以提高阻焊油墨的附著力。

• 涂布阻焊油墨：

• 液態(tài)感光阻焊油墨（Liquid Photoimageable Solder Mask，LPI）：這是最常用的方式。通過(guò)絲網(wǎng)印刷、噴涂或淋涂的方式將液態(tài)阻焊油墨均勻涂布在板子表面。

• 干膜阻焊：類似于干膜，通過(guò)熱壓貼附。

• 預(yù)烘：涂布后的油墨需要進(jìn)行預(yù)烘，蒸發(fā)掉溶劑，使油墨表面干燥但不完全固化。

• 曝光：將預(yù)烘后的板子與阻焊底片（菲林）對(duì)齊，通過(guò)紫外線曝光。底片上需要焊盤開(kāi)窗的區(qū)域是透明的，曝光后油墨會(huì)聚合固化；而其他區(qū)域是黑色的，油墨不固化。

• 顯影：曝光后的板子進(jìn)入顯影機(jī)，用顯影液將未曝光（未固化）的油墨沖洗掉，露出焊盤區(qū)域，形成阻焊開(kāi)窗。

• 固化（最終烘烤）：顯影后的板子需要進(jìn)行高溫烘烤，使阻焊油墨完全固化，形成堅(jiān)硬、耐磨、耐化學(xué)腐蝕的保護(hù)層。

4.12 字符印刷（Legend/Silkscreen）

字符層，俗稱白油或字符，是在阻焊層上印刷的各種標(biāo)識(shí)信息，如元器件位號(hào)（R1、C2）、元器件型號(hào)、生產(chǎn)日期、公司Logo等。通常使用白色油墨，但也可以是黑色、黃色等。

• 絲網(wǎng)印刷：將字符油墨通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式印刷到阻焊層上。

• 噴墨印刷：對(duì)于高精度或小批量生產(chǎn)，也可以使用噴墨打印機(jī)直接在板子上印刷字符。

• 固化：印刷后的字符油墨需要進(jìn)行烘烤固化。

4.13 表面處理

表面處理的目的是在裸露的銅焊盤上形成一層可焊性好、耐氧化的保護(hù)層，以便于元器件的焊接和長(zhǎng)期儲(chǔ)存。常見(jiàn)的表面處理工藝包括：

• 熱風(fēng)整平（Hot Air Solder Leveling，HASL/Lead-Free HASL）HASL是最傳統(tǒng)的表面處理方式。將PCB浸入熔融的焊錫（有鉛或無(wú)鉛）中，然后通過(guò)熱風(fēng)刀將多余的焊錫吹平，使焊盤表面形成一層均勻的錫鉛合金或純錫層。

• 優(yōu)點(diǎn)：成本低，可焊性好，適用于各種焊接方式。

• 缺點(diǎn)：表面平整度相對(duì)較差，不適用于細(xì)間距（Fine Pitch）元器件焊接，高溫過(guò)程可能對(duì)板子造成熱沖擊。

• 化學(xué)鍍鎳金（Electroless Nickel Immersion Gold，ENIG）ENIG是一種非常常見(jiàn)的表面處理方式，尤其適用于細(xì)間距和BGA封裝。首先在銅焊盤上化學(xué)沉積一層鎳（作為阻擋層），然后在鎳層上再化學(xué)沉積一層薄薄的浸金層。金層具有良好的抗氧化性和可焊性，鎳層則提供機(jī)械強(qiáng)度和阻擋銅擴(kuò)散。

• 優(yōu)點(diǎn)：表面平整度極佳，可焊性好，儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)，適用于細(xì)間距和BGA。

• 缺點(diǎn)：成本相對(duì)較高，可能存在“黑盤”問(wèn)題（鎳層氧化導(dǎo)致焊接不良）。

• 有機(jī)可焊性保護(hù)劑（Organic Solderability Preservative，OSP）OSP是一種環(huán)保的表面處理方式。它在銅焊盤表面形成一層有機(jī)化合物薄膜，保護(hù)銅不被氧化。在焊接時(shí)，這層有機(jī)膜會(huì)揮發(fā)，露出新鮮的銅面進(jìn)行焊接。

• 優(yōu)點(diǎn)：成本低，環(huán)保，表面平整度好，適用于細(xì)間距。

• 缺點(diǎn)：儲(chǔ)存壽命相對(duì)較短，多次回流焊后可焊性會(huì)下降，不適用于壓接或綁定。

• 化學(xué)沉錫（Immersion Tin，ImSn）通過(guò)化學(xué)置換反應(yīng)在銅焊盤表面沉積一層薄薄的錫層。

• 優(yōu)點(diǎn)：表面平整度好，可焊性好，適用于細(xì)間距。

• 缺點(diǎn)：錫層較薄，儲(chǔ)存壽命有限，錫須問(wèn)題（Whisker）風(fēng)險(xiǎn)。

• 化學(xué)沉銀（Immersion Silver，ImAg）通過(guò)化學(xué)置換反應(yīng)在銅焊盤表面沉積一層薄薄的銀層。

• 優(yōu)點(diǎn)：表面平整度好，可焊性好，成本適中。

• 缺點(diǎn)：銀層易氧化變色，儲(chǔ)存壽命有限，對(duì)環(huán)境污染敏感。

• 電鍍鎳金（Hard Gold Plating）通常用于金手指（連接器插拔區(qū)域）或需要頻繁插拔、高耐磨性的區(qū)域。通過(guò)電鍍方式在銅層上鍍一層鎳，再鍍一層較厚的硬金（含有少量鈷或其他合金元素）。

• 優(yōu)點(diǎn)：硬度高，耐磨性極佳，接觸電阻低。

• 缺點(diǎn)：成本非常高，不適用于焊接，只能用于特定區(qū)域。

• 化學(xué)鎳鈀金（Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold，ENEPIG）ENEPIG是ENIG的升級(jí)版，在鎳和金之間增加了一層鈀層。鈀層可以有效防止鎳層氧化，從而避免ENIG的“黑盤”問(wèn)題，同時(shí)提供更好的可焊性和可靠性。

• 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)合了ENIG和OSP的優(yōu)點(diǎn)，可焊性極佳，可靠性高，無(wú)黑盤風(fēng)險(xiǎn)，適用于各種焊接方式和綁定。

• 缺點(diǎn)：成本最高。

4.14 成型（Profiling）

成型是將大生產(chǎn)板分割成獨(dú)立的PCB單元的過(guò)程。

• 銑邊（Routing/鑼板）：使用數(shù)控銑床，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的銑刀將PCB板按照設(shè)計(jì)的外形輪廓進(jìn)行切割。銑邊精度高，可以切割出任意形狀的板子，是目前最常用的成型方式。

• V割（V-scoring）：在PCB板的上下兩面預(yù)先切割出V形槽，使板子在V形槽處變薄，然后通過(guò)人工或機(jī)器掰斷。V割適用于規(guī)則形狀（如矩形）的板子，效率高，但邊緣平整度不如銑邊。

• 沖壓（Punching）：對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、產(chǎn)量大的單面板或雙面板，可以使用模具進(jìn)行沖壓成型。效率最高，但模具成本高，不適用于復(fù)雜形狀和多層板。

4.15 電氣測(cè)試（E-Test）

電氣測(cè)試是PCB制造過(guò)程中的關(guān)鍵質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，用于檢測(cè)每塊PCB是否存在開(kāi)路（Open Circuit）和短路（Short Circuit）缺陷。

• 飛針測(cè)試（Flying Probe Test）：

• 原理：通過(guò)兩根或多根可自由移動(dòng)的探針，根據(jù)CAM數(shù)據(jù)自動(dòng)接觸PCB上的測(cè)試點(diǎn)（焊盤、過(guò)孔等），測(cè)量點(diǎn)與點(diǎn)之間的電阻值，從而判斷是否存在開(kāi)路或短路。

• 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需制作專用測(cè)試夾具，編程靈活，適用于小批量、多品種的生產(chǎn)。

• 缺點(diǎn)：測(cè)試速度相對(duì)較慢。

• 專用測(cè)試夾具測(cè)試（Fixture Test/Bed of Nails Test）：

• 原理：根據(jù)PCB的測(cè)試點(diǎn)位置制作一個(gè)帶有大量探針的專用測(cè)試夾具。將PCB放置在夾具上，所有測(cè)試點(diǎn)同時(shí)接觸探針，進(jìn)行快速的開(kāi)路/短路測(cè)試。

• 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)試速度快，適用于大批量生產(chǎn)。

• 缺點(diǎn)：需要制作專用夾具，成本高，不適用于頻繁改版的產(chǎn)品。 電氣測(cè)試是確保PCB電氣性能合格的重要手段，所有不合格的板子都會(huì)被剔除或修復(fù)。

4.16 最終檢驗(yàn)（FQC）與包裝

• 最終外觀檢查（Final Quality Control，F(xiàn)QC）：在所有制造工序完成后，對(duì)PCB進(jìn)行全面的外觀檢查，包括：

• 尺寸檢查：核對(duì)板子外形尺寸、孔徑、板厚等是否符合設(shè)計(jì)要求。

• 外觀缺陷檢查：檢查板面是否有劃傷、臟污、阻焊缺陷、字符模糊、銅箔氧化等。

• 阻焊開(kāi)窗檢查：確保焊盤開(kāi)窗準(zhǔn)確，無(wú)阻焊覆蓋。

• 表面處理質(zhì)量檢查：檢查表面處理層的均勻性、顏色、完整性。

• 層間對(duì)位檢查：對(duì)于多層板，抽檢層間對(duì)位精度。

• 包裝：檢查合格的PCB板會(huì)進(jìn)行防潮、防靜電的真空包裝，并附上標(biāo)簽，以便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。

五、 特殊工藝與先進(jìn)技術(shù)

隨著電子產(chǎn)品對(duì)PCB性能要求的不斷提高，一些特殊工藝和先進(jìn)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。

5.1 高密度互連（HDI）技術(shù)

HDI板是PCB制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，其核心在于采用微盲埋孔技術(shù)和積層法。

• 微盲孔（Microvia）：孔徑通常小于0.15mm（6mil），通過(guò)激光鉆孔形成。微盲孔可以顯著提高布線密度，減少層數(shù)，縮小板子尺寸。

• 積層法（Build-up Process）：通過(guò)多次層壓和鉆孔（通常是激光鉆孔）來(lái)構(gòu)建HDI板。例如，1+N+1結(jié)構(gòu)表示在核心板（N層）的上下各增加一層HDI層。每增加一層HDI層，都需要重復(fù)激光鉆孔、化學(xué)沉銅、圖形電鍍、蝕刻等一系列工藝。

• 導(dǎo)電膠填孔/電鍍填孔：為了確保微盲孔的可靠性，通常會(huì)采用導(dǎo)電膠填充或電鍍填孔技術(shù)，使孔內(nèi)完全充滿導(dǎo)電材料，提高信號(hào)完整性。 HDI技術(shù)使得PCB能夠適應(yīng)更小、更輕、功能更強(qiáng)大的電子產(chǎn)品需求。

5.2 撓性板（FPC）制造工藝特點(diǎn)

FPC的制造與剛性板有顯著差異，主要體現(xiàn)在材料和部分工藝步驟上。

• 基材：主要使用聚酰亞胺（PI）薄膜，具有優(yōu)異的柔韌性、耐熱性和電氣性能。

• 覆蓋膜（Coverlay）：類似于剛性板的阻焊層，但FPC使用柔性覆蓋膜來(lái)保護(hù)線路和絕緣。覆蓋膜通常是PI薄膜與膠粘劑的組合，通過(guò)熱壓貼合。

• 補(bǔ)強(qiáng)板（Stiffener）：在FPC的特定區(qū)域（如連接器區(qū)域）會(huì)增加剛性補(bǔ)強(qiáng)板（如FR-4或PI補(bǔ)強(qiáng)），以增加機(jī)械強(qiáng)度和支撐，方便元器件安裝和插拔。

• 圖形轉(zhuǎn)移：由于FPC基材較薄且柔軟，圖形轉(zhuǎn)移和蝕刻需要更精密的控制，以防止變形和損傷。

• 沖壓成型：FPC通常采用模具沖壓成型，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的外形和批量生產(chǎn)。

5.3 剛撓結(jié)合板（Rigid-Flex PCB）制造工藝特點(diǎn)

剛撓結(jié)合板的制造是剛性板和撓性板工藝的結(jié)合，其復(fù)雜性最高。

• 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：需要同時(shí)考慮剛性區(qū)域的機(jī)械強(qiáng)度和撓性區(qū)域的彎曲需求，以及剛撓結(jié)合處的應(yīng)力集中問(wèn)題。

• 層壓復(fù)雜性：在層壓過(guò)程中，需要將剛性層、撓性層、半固化片和銅箔精確對(duì)位并壓合。撓性區(qū)域通常不含膠，或使用無(wú)膠撓性材料，以保持其彎曲性能。

• 分步加工：部分工藝可能需要分步進(jìn)行，例如，先完成剛性區(qū)域的部分工序，再進(jìn)行撓性區(qū)域的加工，最后再進(jìn)行整體的層壓或后續(xù)處理。

• 可靠性要求：剛撓結(jié)合板通常用于高可靠性應(yīng)用，因此對(duì)材料選擇、工藝控制和最終測(cè)試的要求非常嚴(yán)格。

5.4 埋孔與盲孔技術(shù)

在多層板和HDI板中，為了節(jié)省布線空間和提高布線密度，會(huì)使用埋孔和盲孔。

• 盲孔（Blind Via）：連接外層和內(nèi)層，但不穿透整個(gè)板子的孔。通常通過(guò)激光鉆孔或機(jī)械鉆孔（深度控制）形成。

• 埋孔（Buried Via）：連接兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層，但不與任何外層連接的孔。埋孔是在內(nèi)層制作完成后，在層壓前進(jìn)行鉆孔和孔金屬化，然后與其它層一起壓合形成。 這些孔技術(shù)使得PCB能夠在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的互連。

5.5 阻抗控制

隨著信號(hào)頻率的提高，PCB上的導(dǎo)線不再僅僅是簡(jiǎn)單的連接，而是需要被視為傳輸線。阻抗控制就是確保信號(hào)在傳輸線上的阻抗與源端和負(fù)載端的阻抗匹配，以避免信號(hào)反射、失真和電磁干擾。

• 設(shè)計(jì)階段：通過(guò)調(diào)整線寬、線距、介質(zhì)厚度、介電常數(shù)（Dk）等參數(shù)來(lái)控制阻抗。

• 制造階段：嚴(yán)格控制銅厚、介質(zhì)厚度、蝕刻精度等，以確保最終板的阻抗符合設(shè)計(jì)要求。通常會(huì)使用阻抗測(cè)試儀對(duì)生產(chǎn)出的板子進(jìn)行抽樣測(cè)試。

5.6 材料選擇考量

PCB的基材選擇對(duì)其性能至關(guān)重要。

• 介電常數(shù)（Dielectric Constant，Dk）：影響信號(hào)傳輸速度和阻抗。高頻應(yīng)用需要低Dk材料。

• 介質(zhì)損耗（Dissipation Factor，Df）：影響信號(hào)衰減。高頻應(yīng)用需要低Df材料。

• 玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Glass Transition Temperature，Tg）：表示材料從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)的溫度。Tg值越高，材料的耐熱性越好，在高溫下尺寸穩(wěn)定性越好。

• 熱膨脹系數(shù)（Coefficient of Thermal Expansion，CTE）：材料受熱膨脹的程度。與銅的CTE匹配度越高，越能減少熱應(yīng)力引起的可靠性問(wèn)題。

• 阻燃性：大多數(shù)PCB材料都要求具有阻燃性（如FR-4）。

六、 質(zhì)量控制貫穿始終

PCB的制造是一個(gè)高度精密的工業(yè)過(guò)程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都可能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。因此，嚴(yán)格的質(zhì)量控制貫穿于整個(gè)制造流程。

• 來(lái)料檢驗(yàn)（IQC）：對(duì)覆銅板、干膜、油墨、化學(xué)藥水等原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，確保符合標(biāo)準(zhǔn)。

• 過(guò)程檢驗(yàn)（IPQC）：在每個(gè)關(guān)鍵工序后進(jìn)行檢驗(yàn)，如內(nèi)層AOI、鉆孔檢查、電鍍厚度檢測(cè)、阻焊厚度檢測(cè)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正問(wèn)題。

• 最終檢驗(yàn)（FQC）：在所有工序完成后，對(duì)成品板進(jìn)行全面檢查，包括電氣測(cè)試、尺寸檢查、外觀檢查等。

• 可靠性測(cè)試：對(duì)批量產(chǎn)品進(jìn)行抽樣可靠性測(cè)試，如熱沖擊測(cè)試、耐焊接熱測(cè)試、剝離強(qiáng)度測(cè)試、可焊性測(cè)試等，以評(píng)估產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用環(huán)境下的性能。

• 潔凈度控制：在敏感工序（如曝光、層壓）需要在潔凈室中進(jìn)行，嚴(yán)格控制空氣中的塵埃顆粒。

• 自動(dòng)化與智能化：引入自動(dòng)化設(shè)備和智能制造系統(tǒng)，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

七、 環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展

PCB制造過(guò)程中涉及多種化學(xué)品和能源消耗，因此環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代PCB企業(yè)必須面對(duì)的重要課題。

• 廢水處理：電鍍、蝕刻、顯影等環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬和有機(jī)物的廢水，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的物理、化學(xué)和生物處理才能排放。

• 廢氣處理：生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的酸堿廢氣、有機(jī)廢氣等需要通過(guò)洗滌塔、活性炭吸附等方式進(jìn)行處理。

• 固體廢棄物處理：廢板、廢渣、廢干膜等固體廢棄物需要分類收集、無(wú)害化處理或回收利用。

• 節(jié)能減排：優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高能源利用效率，減少水、電、蒸汽的消耗。

• 綠色材料：推廣使用無(wú)鉛焊料、無(wú)鹵素板材等環(huán)保材料，減少有害物質(zhì)的使用。

• 循環(huán)經(jīng)濟(jì)：探索廢棄物資源化利用，建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

八、 總結(jié)

PCB板的制造工藝是一個(gè)高度復(fù)雜、技術(shù)密集型的過(guò)程，涵蓋了材料科學(xué)、化學(xué)工程、機(jī)械制造、光學(xué)成像、電子技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。從最初的單面板到如今高密度、高性能的多層板、HDI板和剛撓結(jié)合板，PCB制造技術(shù)不斷創(chuàng)新，以滿足電子產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。

理解這些工藝不僅有助于PCB設(shè)計(jì)工程師更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)，也能幫助采購(gòu)和質(zhì)量人員更好地評(píng)估供應(yīng)商能力和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的快速發(fā)展，PCB作為電子硬件的基礎(chǔ)，其制造工藝也將持續(xù)演進(jìn)，向著更高密度、更高頻率、更小尺寸、更低成本、更環(huán)保的方向不斷邁進(jìn)。每一塊小小的PCB板，都凝聚著無(wú)數(shù)工程師的智慧和汗水，是現(xiàn)代電子世界的基石。