嘉立创电路板制作过程全流程详解

发布时间 2023-06-20 15:46:51作者: FBshark

第1道工序:MI

MI的全称是Manufacturing Instruction,百度翻译为“制造说明书”。

我们把PCB文件或者Gerber文件下单给嘉立创以后,嘉立创的MI人员会针对我们的PCB文件出一个制造说明书,以供后续工艺使用。不过...

这份MI文件,并不是针对我们一个客户的一张电路板做的,而是把多个客户的不同PCB文件拼成一个稍微大一点的电路板以后,针对这张大的电路板,统一做的MI文件...

具体这个大的电路板是多大的尺寸,我们稍后会在第2道工序“钻孔”工艺里面介绍。

在之后的所有工艺环节,都是按照这里制作好的MI文件进行生产的,可见,MI文件是非常重要的。MI文件,由嘉立创深圳总部的工程部来制作完成。

第2道工序:钻孔

钻孔这道工序,是电路板正式开始生产的首道工序。钻孔的目的,是把电路板上需要开孔的地方全部开孔,包括电气孔、机械孔、过孔。(不规则的机械槽孔不是在这个工序里面开,它是在第11道工序“锣边”完成)

 钻孔的详细生产步骤,按照顺序分为: 开料、 销钉、 钻孔,接下来我们一一介绍。

还没有开始生产之前,电路板的原材料如图1所示,我们一般把它叫做铜箔板。

把大的铜箔板裁剪成小铜箔板的过程,工厂称为:开料。看到这里,你就知道工厂常说的开料是什么意思了。

如图,是嘉立创使用的钻孔机:

 从图中我们看到,在钻孔机的电脑显示器下方,有一张纸,这张纸就是我们刚才提到的工艺表。在工艺表上,有一个生产编号,大家可以去前面提到的工艺表中查看一下,把这个生产编号输入到钻孔机电脑中,就会调出对应的MI文件中的钻孔参数文件,有了这个钻孔参数文件,钻孔机就知道在铜箔板上的哪些位置钻孔了。

钻孔这道工序,会把电路板上所有需要开孔的地方钻孔。在我们设计的电路板上,会有很多直径不同的孔,所以,钻孔机上,也会准备很多种不同孔径的钻刀。如图12所示,是正在工作的钻孔机,我们可以在工作台的前面看到很多的钻刀整齐的摆放在那里。

 

第3道工序:沉铜

经过了上一道工序:钻孔,现在就已经得到了满身都是孔的板子,不过,这些孔是不导电的,因为孔壁上没有铜。接下来的要走的这道工序,叫做沉铜。

沉铜的主要目的,就是让板子上的孔壁上沉积一层薄薄的导电胶,为后续“图电”工艺中的电铜电锡做准备,让其导电。所以...

沉铜生产线,也叫做“导电胶线”。

板子进入导电胶线,首先会经过一个磨板机,如图3-4所示。经过钻孔后的铜箔板,板子上的孔周围难免会出现许多毛刺,磨板机的作用就是把板子表面打磨平整。

磨板完成后,剩下的环节,就都是化学反应了。这些环节,主要包括微蚀、整孔、氧化、聚合、干板等,其中,还会夹杂多次水洗。

微蚀的目的是清洁板面氧化层,去除油污,同时表面形成一定的粗糙度,加大板面的结合力。

整孔的目的是清洁孔壁,浸润孔壁及改善电性。

氧化,整孔后用氧化剂与孔壁玻璃纤维树脂反应生成化学层。

聚合的目的是使孔壁上生成聚合膜,这样就有了导电性。

干板,先用吸水海棉吸取板面的水份,然后再用热风吹干板上的水份。

经过沉铜以后的铜箔板,外观上来看,和钻孔后的样子差不多,只是孔里面多了导电层。

沉铜完成后,直接经过生产线送入下一道工序:线路。

第4道工序:线路

线路工序主要包括三个环节,按照顺序依次为:压膜、曝光、显影。线路这道工序完成以后,铜箔板上会显示出清晰的线路。

压膜

我们在以前可能听过PCB生产工艺分为干膜和湿膜两种。这里说的干膜和湿膜,指的就是压膜这个环节。

干膜工艺和湿膜工艺相比,稳定性更高、品质更好,嘉立创采用的就是干膜工艺。

压膜,就是在铜箔板的两个面各贴一张蓝色的感光膜。

沉铜后的铜箔板,从生产线上直接被送到了线路房,然后在线路房的生产线上,完成压膜,整个压膜过程时间也不长,只需要1分钟左右即可完成。

压膜后的铜箔板,如图4-1所示。我们可以明显的看到在铜箔板上铺了一层膜,由于线路房中的灯光是黄色的,所以看起来膜是偏黄色的。

感光膜作用是在铜箔板上完成线路的印制,它只在铜箔板上保留一段时间,在后续的“图电”步骤完成后,铜箔板上的膜就消失了,它的使命就完成了。

 

曝光

嘉立创目前有两种机器用于曝光:一种是需要菲林对位的自动曝光机,另一种是LDI全自动曝光机。

经过曝光后,干膜上就有清晰的线路了,如图4-6所示。

 

显影

曝光其实就是为显影做准备。显影设备中的显影液会把没有曝光过的部分去掉,也就是说,它会把有线路的地方去掉,露出黄铜。显影完成以后的电路板,如图4-7所示。

 

到这里,“线路”工序就完成了,下一道工序是:图电!

第5道工序:图电

图电的全称是图形电镀,图电工序总体分为以下几个环节:电铜、电锡、退膜、蚀刻、退锡。这些环节,全部都是通过化学反应实现。

电铜、电锡

“线路”完成以后的电路板,首先会送到图形电镀生产线,完成电铜和电锡。

我们知道,线路完成以后,板子上有线路的地方已经漏出了铜,没有线路的地方还有干膜。电铜完成以后,会把漏出的铜再上一层铜,使铜加厚一点。也就是有线路的地方会再加一层铜,包括过孔和电气孔。被干膜挡住的地方,则不会上铜。

电锡以后,有线路的地方,会再上一层锡,这里的锡,并不是我们最终拿到手电路板上的锡,这里的锡,是一种液态锡,它的作用是在下一个环节“退膜”的时候保护线路,它将会在图电工序的最后一个环节消失,完成它的使命。

退膜、蚀刻、退锡

完成电镀铜锡后,板子会送到全自动退膜、蚀刻、退锡生产线,生产线全貌如图5-2所示。图中,可以看到一张电路板正在进入生产线,它所经历的第一个环节就是退膜。退膜液只对曝光过的干膜起反应,经过两次退膜水洗,退膜就彻底完成了。

如图5-3所示,这是已经完成退膜的电路板,我们已经明显的看到了它的干膜已经不见了,露出了铜,这些铜,都不是我们需要的,我们需要的铜,此时正在锡的下面。接下来板子进入蚀刻环节,目的就是把裸露的铜全部腐蚀掉。

蚀刻环节,会使用一种药水,这种药水只对铜起反应,对锡没有反应,所以,经过蚀刻以后,刚才去掉干膜后露出的铜,就被腐蚀掉了。现在电路板上就只剩下真正需要的线路部分了。如图5-4所示,线路部分依然保持白色,说明锡没有和蚀刻药水发生反应,刚才的裸露铜部分,现在已经露出了基材。

 路板继续随着滑轮往下走,进入“退锡”环节。退锡环节使用的药水,会和锡发生反应,把锡去掉,露出铜。

电路板继续随着滚轮滑动,进入AOI设备,如图5-6所示,四个高清摄像头对电路板进行扫描拍照,为后续AOI检测做准备。

第6道工序:AOI

AOI的英文全称为Automated Optical Inspection,中文翻译过来就是自动光学检测。如图6-1所示,嘉立创的工作人员正在对刚刚完成图电的电路板做AOI光学检测。

 AOI检测的原理是这样的:把待检测的电路板放到AOI仪器检测面板上,AOI仪器开始自动扫描电路板,并与MI文件中的相应文件进行对比,一旦有区别,就会停下来,把图像放大显示到显示器上。

 

工作人员通过肉眼确认是否是缺陷,如果不是缺陷,继续往下观察下一处。如果是缺陷的话,看看是否能够补救,能补救的话就补救一下,不能补救的,就是生产缺陷了,然后标记一下出错地方。

AOI检测,只是针对电路板的外观进行检测,可以很好的检测出来开路、短路、断路的地方。不过,过孔是否全部导通,这里就无法检测了,过孔检测需要在后面的第10道工序“飞针测试”或者“复合模具测试”中完成。

第7道工序:阻焊

经过了前面几道工序,电路板已经成了一个半成品了。接下来的的这道工序,叫做:阻焊!

如图7-1所示,是嘉立创的一条阻焊印刷线。我们可以在图的左边看到正在等待进行阻焊的电路板,电路板的线路部分,现在全部都是裸露的铜。

 

这些裸露的铜,很容易和空气中的氧气发生氧化,发生氧化后影响电路板的性能,甚至缩短电路板的使用寿命,所以需要我们接下来的这道工序:阻焊。

阻焊的目的,就是给电路板表面涂一层油,保护铜。最常见的是绿油,此外,还有蓝、黑、白、红、黄、紫等颜色。目前,嘉立创针对不同颜色的阻焊工艺,全部免费。

阻焊的过程,特别类似前面已经经历过的“线路”。线路工序,分为压膜、曝光和显影3个环节。这里的“阻焊”工序,分为印阻焊油、曝光和显影3个环节。

印阻焊油

经过了一道绿油印刷,电路板的一面就铺了一层绿色。电路板继续往前滑动,进入翻板机,把电路板翻转,然后进入下一个网板下面,再涂一层绿油。这样,电路板的两面,就都有了绿油。然后,电路板会进入多道已经设定好温度的高温烘烤设备,经过一定的时间,绿油就贴合在电路板上了。

曝光

刚才,我们把电路板的正反两面整张都涂了绿油,在不需要绿油覆盖的地方,也有了绿油,比如焊盘等需要开窗的地方。为了去除这些地方的阻焊油,就需要经过曝光和显影。

曝光需要用到阻焊菲林,在菲林上,需要开窗的地方是黑色的,其它地方是透明的。经过曝光以后,透明的地方就进行了充分的曝光,黑色的地方没有被曝光,就是需要开窗的地方,没有被曝光。

显影

显影的过程,也是一个化学反应的过程,显影液只对未曝光的地方起反应,所以,需要开窗的地方,就裸露出了焊盘。如图7-4所示,是经过了显影后的电路板,我们可以看到它的焊盘部分已经裸露,而且是铜色的。

 

第8道工序:字符

字符工序,就是要完成电路板设计时丝印层上的内容,即把那些元器件编号、元器件外形等内容打印到电路板上,一般使用白色。对于白色的电路板,一般使用黑色。

如图8-2所示,丝印机正在给一张电路板刷白油。这里也有一张网板,我们看到它是白色的,说明它在刷白油。这张网板,和“阻焊”工序时的网板原材料是一样的,它们的区别是,阻焊用的网板,是“全通”的,会给整张电路板刷上绿油,而字符这里的网板,只有在需要印刷字符的地方,才是“通”的。

第9道工序:喷锡或沉金

字符工序完成后,就该喷锡或沉金了。这道工序,在专业人士那里也叫做“表面处理”。

我们在嘉立创下单PCB的时候,会在焊盘喷镀那一栏选择“喷锡”还是“沉金”。喷锡后的焊盘,被上了一层锡,是银色的;沉金后的焊盘,被镀了一层金,是金色的。

如图9-1所示,左边是沉金的焊盘,右边是喷锡后的焊盘。

 不管是喷锡还是沉金,主要目的有两个,第一个是防止铜在空气中被氧化,第二个是让元器件更加容易焊接到电路板上。

如图9-3所示,就是电路板进入的前处理部分。前处理包括微蚀、磨板、清水洗、镀松香等。

 

其中,微蚀的目的是清除电路板表面的污垢。微蚀完以后是清水洗,会把微蚀工序的药水洗干净。然后是磨板(一般的工厂在喷锡线这里是没有磨板的),这里用到磨砂带是1000目的,属于非常细的磨砂,用来给电路板进行轻磨,不会损伤电路板表面,会把电路板表面的一些粘连物去掉。磨板之后又是一个水洗,然后再有一个烘干带,烘干以后,会浸入松香里面,也是我们说的助焊剂里面。

(这里插播一个小知识点,刚才提到的磨砂带1000目,这里的“目”,指的是1平方英寸面积里面筛网的孔数,目数越大,磨料就越细,800目以上就属于非常细的磨砂了。)

处理完成后,就可以进行喷锡处理了,喷锡,也叫做“热风整平".

电路板进入锡炉停留几秒钟后出来,锡炉的温度在230~250摄氏度之间。电路板出来以后,会伴随着一股强劲的风,我们把这股风叫做风刀,风刀主要用来在焊锡没有凝固之前吹平液态的焊锡。喷锡完了之后,我们就看到原来是黄色的铜焊盘,现在已经变成了银色的锡焊盘。不过,还没有完,还需要进行后处理。

后处理主要是热水洗、磨板、冷板、干板等处理。喷锡完之后的电路板,是从200多度的锡炉里面出来的,电路板本身的温度还是很高的。它首先会行走在一个气浮床上,气浮床就是一个正常的流水线,从底下一直吹气,电路板半浮在了空中,就好像人拿了一个刚出炉的烤红薯一样,会对着它吹气用来降温,这里的气浮床就起到一个冷却的作用。经过了气浮床后,会进行一次热水洗,为什么是热水洗?因为这时候的电路板温度还没有完全降下来,如果用冷水洗的话,板子就可能会发生变形、表面起水雾等现象。热水洗之后,再经过磨板,把表面的一些锡渣等杂质处理掉。再到清水洗,烘干,出板,后处理就完成了。

处理完成之后,电路板的表面就非常的干净了,如图9-6所示,是经过喷锡工艺之后的电路板。