印刷电路板是如何制造的？

材料选择

印刷电路板通常由FR-4、玻璃纤维环氧层压板等材料制成，并覆盖有铜箔。 材料的选择取决于印刷电路板的预期用途和电气特性。

设计和布局

工程师使用专门的软件创建印刷电路板布局并为制造商导出Gerber文件和钻孔文件。 Gerber文件是印刷电路板制造行业使用的标准文件格式。 它以最初开发该格式的Gerber科学仪器公司的名字命名。 这些文件用于将设计规范传达给印刷电路板的制造工厂，令他们能准确地生产实体电路板。

Gerber文件实质上是一组描述印刷电路板各图层设计的2D矢量图像。 每一图层，例如：顶部铜层、底部铜层、阻焊层和丝网层，都以单独的Gerber文件呈现。 这些文件包含定义印刷电路板布局和特征的坐标、形状和属性。

通常，印刷电路板设计软件会在设计导出过程生成Gerber文件。 为了制造印刷电路板，这些文件将被发送给印刷电路板制造商。 制造商使用Gerber文件并根据设计师给出的规格创建光掩模和制造印刷电路板所需的其他工具。

布局包括组件、走线和任何所需内层的排列。 必须遵守这些设计规则，以避免制造过程中出现任何问题或最终产品出现任何可靠性问题。

打印电路

Gerber文件用于创建光掩模，光掩模实质上是曝光步骤中使用的模板。 每个光掩模对应印刷电路板设计的特定层，例如：铜线、阻焊层和丝网印刷层。

印刷电路板布局被印刷在覆铜板上，以形成电路的图案。 在裸露的覆铜板上涂有一层被称为光刻胶的感光材料。 然后电路板被预烘烤，以确保光刻胶正确粘附。

接下来电路板被浸入化学显影溶液中，以洗去未曝光（未硬化）的光刻胶，留下所需的硬化光刻胶图案。

蚀刻

化学过程可去除多余的铜，留下电路痕迹。 将电路板放入蚀刻溶液中，以去除暴露的（未受保护的）铜。 硬化的光刻胶充当掩模，保护曝光期间被规定的铜线和特征。 此工艺仅在电路板上留下所需的铜线和元件焊盘。 剩余的光刻胶被剥离，留下的干净铜线被暴露出来。

添加图层

添加图层的工艺涉及将多个薄铜片和绝缘基板层压在一起，从而形成复合结构。 这使得设计人员能够实现更高的布线密度并容纳更多元件，这是现代印刷电路板发展中的重要一步。

配准挑战： 然而，附加层的好处也带来了配准挑战。 在制造过程中实现每一层的精确配准或对齐对于确保导电通路和组件在各层之间的准确对齐至关重要。 未对准可能导致短路、阻抗变化和信号完整性受损。

解决配准挑战： 自动光学对准系统等先进制造技术在解决配准挑战方面发挥着至关重要的作用。 这些系统使用高分辨率摄像机来精确对齐和配准每一层，从而最大程度地降低错位风险。 此外，制造商采用严格的质量控制措施，包括自动检查流程，以便在最终产品组装之前检测和纠正配准问题。

技术进步： 制造设备和技术的创新不断解决配准挑战。 例如，激光钻孔和成像技术有助于实现更精细的特征尺寸和更高的层间配准精度，从而能制造出可靠的高密度印刷电路板。

最终检验

测试和质量控制在印刷电路板制造过程中起着关键作用，它确保电气连接以及印刷电路板的可靠性和功能性。 以下是对印刷电路板制造中测试和质量控制关键环节的概述：

目测检查： 目测检查是最初的质量检测环节，由训练有素的专业人员检查印刷电路板是否有任何可见的缺陷。 自动光学检测（AOI）系统通常用于精确、有效的视觉评估。

电气测试： 电气测试通过检查电气连接的连续性和正确性来验证印刷电路板的功能。 两种常见的方法是在线测试（ICT）和功能测试，前者评估单个元件和连接，后者评估组装后的印刷电路板的整体功能。

飞针测试： 飞针测试涉及使用带有移动探针的自动化设备来测试印刷电路板，而无需专用的测试夹具。 这一方法对于原型和小批量生产特别有用，它能够实现对印刷电路板的快速、灵活测试。

X射线检测： X射线检测用于检查印刷电路板的内部结构，识别潜在缺陷，例如：隐藏的电路问题、空隙或错位。 这种无损检测方法对于检查复杂且密集的印刷电路板特别有价值。

热应力测试： 热应力测试评估印刷电路板在不同温度条件下的性能。 这确保了印刷电路板能够承受温度波动，而不会损害其结构完整性或电气功能性。

质量检测文件： 强大的质量检测文件对于可追溯性和可问责性非常重要。 这些文件包括保存检查结果、测试结果以及制造过程中采取的任何纠正措施的记录。

通过实施严格的测试和质量监控措施，印刷电路板制造商可以在生产过程早期发现并纠正问题，确保最终产品符合行业标准并满足客户对最终产品可靠性和性能的期待。