PCB印刷電路板制造過程及工藝詳解

    PCB（印刷電路板）的原料是玻璃纖維，這種材料我們在日常生活中出處可見，比如防火布、防火氈的核心就是玻璃纖維，玻璃纖維很容易和樹脂相結(jié)合，我們把結(jié)構(gòu)緊密、強度高的玻纖布浸入樹脂中，硬化就得到了隔熱絕緣、不易彎曲的PCB基板了--如果把PCB板折斷，邊緣是發(fā)白分層，足以證明材質(zhì)為樹脂玻纖。

    光是絕緣板我們不可能傳遞電信號，于是需要在表面覆銅。所以我們把PCB板也稱之為覆銅基板。在工廠里，常見覆銅基板的代號是FR-4，這個在各家板卡廠商里面一般沒有區(qū)別，所以我們可以認為大家都處于同一起跑線上，當然，如果是高頻板卡，好用成本較高的覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。

    覆銅工藝很簡單，一般可以用壓延與電解的辦法制造，所謂壓延就是將高純度（>99.98％）的銅用碾壓法貼在PCB基板上--因為環(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合性，銅箔的附著強度和工作溫度較高，可以在260℃的熔錫中浸焊而無起泡。

    這個過程頗像搟餃子皮，薄可以小于1mil（工業(yè)單位：密耳，即千分之一英寸，相當于0.0254mm）。如果餃子皮這么薄的話，下鍋肯定漏餡！所謂電解銅這個在初中化學已經(jīng)學過，CuSO4電解液能不斷制造一層層的"銅箔"，這樣容易控制厚度，時間越長銅箔越厚！通常廠里對銅箔的厚度有很嚴格的要求，一般在0.3mil和3mil之間，有專用的銅箔厚度測試儀檢驗其品質(zhì)。像古老的收音機和業(yè)余愛好者用的PCB上覆銅特別厚，比起電腦板卡工廠里品質(zhì)差了很遠。

    控制銅箔的薄度主要是基于兩個理由：一個是均勻的銅箔可以有非常均勻的電阻溫度系數(shù)，介電常數(shù)低，這樣能讓信號傳輸損失更小，這和電容要求不同，電容要求介電常數(shù)高，這樣才能在有限體積下容納更高的容量，電阻為什么比電容個頭要小，歸根結(jié)底是介電常數(shù)高??！

    其次，薄銅箔通過大電流情況下溫升較小，這對于散熱和元件壽命都是有很大好處的，數(shù)字集成電路中銅線寬度好小于0.3cm也是這個道理。制作精良的PCB成品板非常均勻，光澤柔和（因為表面刷上阻焊劑），這個用肉眼能看出來，但要光看覆銅基板能看出好壞的人卻不多，除非你是廠里經(jīng)驗豐富的品檢。

    對于一塊全身包裹了銅箔的PCB基板，我們?nèi)绾尾拍茉谏厦姘卜旁?，實現(xiàn)元件--元件間的信號導通而非整塊板的導通呢？板上彎彎繞繞的銅線，就是用來實現(xiàn)電信號的傳遞的，因此，我們只要把銅箔蝕掉不用的部分，留下銅線部分就可以了。

    如何實現(xiàn)這一步，首先，我們需要了解一個概念，那就是"線路底片"或者稱之為"線路菲林"，我們將板卡的線路設計用光刻機印成膠片，然后把一種主要成分對特定光譜敏感而發(fā)生化學反應的感光干膜覆蓋在基板上，干膜分兩種，光聚合型和光分解型，光聚合型干膜在特定光譜的光照射下會硬化，從水溶性物質(zhì)變成水不溶性而光分解型則正好相反。

    這里我們就用光聚合型感光干膜先蓋在基板上，上面再蓋一層線路膠片讓其曝光，曝光的地方呈黑色不透光，反之則是透明的（線路部分）。光線通過膠片照射到感光干膜上--結(jié)果怎么樣了？凡是膠片上透明通光的地方干膜顏色變深開始硬化，緊緊包裹住基板表面的銅箔，就像把線路圖印在基板上一樣，接下來我們經(jīng)過顯影步驟(使用碳酸鈉溶液洗去未硬化干膜)，讓不需要干膜保護的銅箔露出來，這稱作脫膜（Stripping）工序。接下來我們再使用蝕銅液(腐蝕銅的化學藥品)對基板進行蝕刻，沒有干膜保護的銅全軍覆沒，硬化干膜下的線路圖就這么在基板上呈現(xiàn)出來。這整個過程有個叫法叫"影像轉(zhuǎn)移"，它在PCB制造過程中占非常重要的地位。

    接著是制作多層板，按照上述步驟制作只是單面板，即使兩面加工也是雙面板而已，但是我們常?？梢园l(fā)現(xiàn)自己手中的板卡是四層板或者六層板（甚至有8層板）。

    有了上面的基礎，我們明白其實不難，做兩塊雙面板"粘"起來就行啦！比如我們做一塊典型的四層板（按照順序分1~4層，其中1/4是外層，信號層，2/3是內(nèi)層，接地和電源層），先呢分別做好1/2和3/4（同一塊基板），然后把兩塊基板粘一塊不就OK了？不過這個粘結(jié)劑可不是普通的膠水，而是軟化狀態(tài)下的樹脂材料，它首先是絕緣的，其次很薄，與基板粘合性良好。我們稱之為PP材料，它的規(guī)格是厚度與含膠（樹脂）量。當然，一般四層板和六層板我們是看不出來的，因為六層板的基板厚度比較薄，即使要用兩層PP三塊雙面基板，也未見得比一層PP兩塊雙面基板的四層板能增加多少厚度--板卡的厚度都有一定規(guī)范，否則就插不進各種卡槽中了。說到這里，讀者又會產(chǎn)生疑問，那個多層板之間信號不是要導通嗎？現(xiàn)在PP是絕緣材料，如何實現(xiàn)層與層之間的互聯(lián)？別急，我們在粘結(jié)多層板之前還需要鉆孔！鉆了孔可以將電路板上下位置相應銅線對起來，然后讓孔壁帶銅，那么不是相當于導線將電路串聯(lián)起來了嗎？

    這種孔我們稱之為導通孔（Plating hole，簡稱PT孔。這些孔需要鉆孔機鉆出來，現(xiàn)代鉆孔機能鉆出很小很小的孔和很淺的孔，一塊主板上有成百上千個大小迥異深淺不一的孔，我們用高速鉆孔機起碼要鉆一個多小時才能鉆完。鉆完孔后，我們再進行孔電鍍（該技術(shù)稱之為鍍通孔技術(shù)，Plated-Through-Hole technology，PTH），讓孔導通。

    孔也鉆了，里外層都通了，多層板粘好了，是不是完事了呢？我們的回答是No，因為主板生產(chǎn)需要大量進行焊接，如果直接焊接，會產(chǎn)生兩個嚴重后果：一、板卡表面銅線氧化，焊不上；二、搭焊現(xiàn)象嚴重--因為線與線之間的間距實在太小了?。∷晕覀儽仨氃谡麄€PCB基板外面再包上一層裝甲--這就是防焊漆，也就是俗稱阻焊劑的的東東，它對液態(tài)的焊錫不具有親和力，并且在特定光譜的光照射下會發(fā)生變化而硬化，這個特性和干膜類似，我們看到的板卡顏色，其實就是防焊漆的顏色，如果防焊漆是綠色，那么板卡就是綠色。

    后大家不要忘了網(wǎng)印、金手指鍍金（對于顯卡或者PCI等插卡來說）和質(zhì)檢，測試PCB是否有短路或是斷路的狀況，可以使用光學或電子方式測試。光學方式采用掃描以找出各層的缺陷，電子測試則通常用飛針探測儀（Flying-Probe）來檢查所有連接。電子測試在尋找短路或斷路比較準確，不過光學測試可以更容易偵測到導體間不正確空隙的問題。

    總結(jié)一下，一家典型的PCB工廠其生產(chǎn)流程如下所示：下料→內(nèi)層制作→壓合→鉆孔→鍍銅→外層制作→防焊漆印刷→文字印刷→表面處理→外形加工。