PCB制造过程中的一天

Zachariah Peterson
|  已创建:June 21, 2022  |  已更新:July 1, 2024
PCB制造过程

在实施制造设计之前,有必要了解生产实体PCB背后的基本过程。无论每个设施中存在何种技术,绝大多数行业领先的制造商都遵循一套特定的步骤,将您的设计从CAD应用程序中的图纸转化为实体电路板。

标准的PCB制造过程遵循一组特定的步骤,设计人员需要知晓并理解PCB制造过程中涉及的所有步骤。了解制造过程中的步骤,就可以更容易地发现PCB设计错误,因为这些错误会造成生产失败的风险,从而不得不废弃电路板。每个设计人员都必须实施可制造性设计(DFM)步骤,以便可以在任何地方制造和装配PCB。

在本文中,我们将介绍设计人员需要了解的基础知识,这是PCB制造速成课程系列的一部分。我们先简单介绍一下用于制作裸板的PCB制作过程。接下来,我们将检查PCB装配过程,在最终测试和检查之前将元件焊接到成品PCB上。装配设计(DFA)侧重于确保元件能够可靠装配的设计实践,就像裸板制造一样,设计人员有责任熟悉PCB装配过程。

标准PCB制造过程

PCB制造侧重于裸板构造、蚀刻、钻孔和表面处理。下表概述了用于制造多层PCB的标准步骤集。此过程从一套完整的设计规范和初始层压板材料开始,到一块完全准备好装配的制造电路板结束。

第1步:

  • 来自客户的数据传输
  • 数据准备
  • 内芯/层压板

第2步:

  • 干膜保护涂层

第3步:

  • 放置作品
  • 将面板暴露在紫外线下
  • 开发面板(去除保护涂层)

第4步:

  • 蚀刻

第5步:

  • 去膜

第6步:

  • 氧化物涂层

第7步:

  • 多层层压
  • 初钻

第8步:

  • 修边和清理
  • 去钻污
  • 铜沉积

第9步:

  • 干膜光刻胶涂层

第10步:

  • 暴露和开发

第11步:

  • 铜模板(电镀)

第12步:

  • 去膜

第13步:

  • 蚀刻

第14步:

  • 应用阻焊层并固化

第15步:

  • 表面处理应用

第16步:

  • 应用丝印层图例和固化

第17步:

  • 分板

随着电路板的最终固化完成,制造商将根据您在PCB布局中指定的测试点开始电气测试过程。制造阶段的电气测试通常会涉及连续性测试,在PCB网表中调用的各个节点之间验证开路和短路。所有通过此验证过程的电路板都被认为是完整的,并被转移到装配中。

在整个PCB制造过程中,生产过程可能会出现多种缺陷。最常见的缺陷发生在蚀刻、钻孔和电镀步骤。下表列出了一些可能发生的制造缺陷及其可能的解决方案。

缺陷

可能原因

重叠钻击

  • 过孔间距太近
  • 将孔镜像到Gerber钻孔数据中

意外短路

  • 电镀孔距离其他导体过近
  • 铜间的细间距
  • “1密耳间隙”缺陷

走线与焊盘分离

移除阻焊层

  • 阻焊层开口过多,留下阻焊层碎片

焊盘分层

  • 使用NSMD焊盘而不是SMD焊盘
  • 薄铜外层的加工温度过高

开放的(未填充)焊盘中过孔

  • 必须指定过孔填充和电镀,以允许焊盘中过孔设计

无法读取的丝印层图例

  • 丝印层图例过小
  • 丝印层距离过近
  • 丝印层线宽过厚

测试期间未捕捉到开路或短路网络

  • 未正确指定测试点
  • 在内层上指定测试点

 

一旦设计通过制造并经过电气测试,电路板就可以进行进一步的测试以确保质量。这通常涉及环境或机械测试,以确保裸板制造过程不会损坏PCB中的任何材料或蚀刻特征。

标准PCB装配过程

PCB装配涉及使用自动化机械(拾放机)的元件布置,然后通过自动化过程进行焊接。在PCB装配过程中,焊接的主要自动化技术是

  • 波峰焊,与通孔元件一起使用
  • 回流焊接,与SMD元件一起使用
  • 选择性焊接,手工焊接的自动化版本

除非绝对必要,否则不会在大批量PCB装配设施中使用手工焊接。原因是手工焊接的速度非常慢,并且工人之间的技能水平不同会导致一致性不同。

已完成的PCB退出焊接过程后,将使用自动化设备对其进行检查,并在封装和运输之前清除所有残留物(尤其是助焊剂残留物)。完成的PCBA也可能会经过独立的检查和测试过程,以识别任何可能会过早失效的PCB。这些加速寿命测试包括让PCBA经受极端的高温、压力、机械应力和电应力,以确定设备的运行极限。确定这些限制后,就可以修改过程参数或设计,以确保设计和最终产品的长期可靠性。

PCB装配过程

确保您的设计符合标准DFM/DFA要求的最简单方法是好好利用您的PCB设计规则。您的设计软件中的DRC引擎可以围绕某些规则集进行定制,这样您就可以放心,布局不会出现常见的PCB制造缺陷。在开始PCB布局布线之前,请确保在设计规则中设置DFM/DFA要求。

如果您准备好采用以DFM为中心的方法来设计PCB,在开始创建PCB叠层时,该过程将从材料选择开始。材料选择会影响某些专业产品的DFM,例如高频设计和高压PCB。确保您了解PCB材料的丰富材料属性以及这些属性如何影响制造。

如果您准备好开始设计并希望确保满足每项DFM要求,请使用Altium Designer®中的设计和布局布线功能。一旦您的设计准备好进行全面的设计审查和制造,您的团队就可以通过Altium 365™平台实时共享和协作。设计团队可以使用Altium 365,通过安全的云平台和Altium Designer共享制造数据、项目文件和设计审查。

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关于作者

关于作者

Zachariah Peterson拥有学术界和工业界广泛的技术背景。在从事PCB行业之前,他曾在波特兰州立大学任教。他的物理学硕士研究课题是化学吸附气体传感器,而应用物理学博士研究课题是随机激光理论和稳定性。他的科研背景涵盖纳米粒子激光器、电子和光电半导体器件、环境系统以及财务分析等领域。他的研究成果已发表在若干经同行评审的期刊和会议论文集上,他还为多家公司撰写过数百篇有关PCB设计的技术博客。Zachariah与PCB行业的其他公司合作提供设计和研究服务。他是IEEE光子学会和美国物理学会的成员。

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