PCB制造过程中的层压工艺

PCB的制造通常需要多层材料组合，而层压工艺是确保这些材料牢固结合的关键步骤。层压工艺可以分为单面PCB、双面PCB和多层PCB的不同类型，每种类型的制造过程略有不同。

1. 选择原材料
•    基板材料：PCB的基板通常采用FR4（玻璃纤维增强环氧树脂板），这是一种最常见的电子基材。此外，其他材料如陶瓷、铝基板（用于散热）和PTFE（聚四氟乙烯）也可以作为基板材料，取决于应用需求。
•    铜箔：铜箔用于构建电路图案。铜箔的厚度通常为18μm、35μm、70μm等，厚度越大，电流承载能力越强。
•    预浸料（Prepreg）：这是一种由树脂浸渍的增强纤维材料，通常用于多层PCB中，充当不同电路层之间的粘合层。

2. 层压前的准备
•    铜箔表面处理：铜箔表面需要经过化学处理，去除氧化层，增加铜表面的粘附性，以便后续的图案蚀刻。常用的表面处理方法包括电镀铜、化学镀铜等。
•    预浸料的预处理：预浸料（Prepreg）是一种带有树脂的增强材料，通常在常温下是坚硬的，但在加热后会变得软化并粘合层。

3. 层压工艺
在多层PCB中，层压工艺尤为重要，它确保了各个层之间的良好结合，保证电路的导电性和可靠性。
•    排列层次：将所需的材料按顺序堆叠：首先是基板材料，然后是一层或多层铜箔，再是预浸料，最后是其它层次（如增材层）。这些层次根据需要叠放，形成最终的多层结构。
•    加热和加压：将这些层次放入层压机中，层压机会施加高温（通常在170-200°C之间）和高压（通常在3-10兆帕），使得树脂软化并渗透进所有的纤维中，最终将这些层合为一体。这个过程需要一定的时间，以确保每一层材料都能够完美结合。

4. 冷却与固化
完成加热加压后，层压后的板需要冷却，并通过固化过程将树脂完全固化，以增加PCB的硬度和强度。这个过程需要精确控制时间和温度，以防止材料变形或脱层。

5. 钻孔和孔铣
•    在完成层压后，电路板会根据设计图进行钻孔，用于安装元器件和连接各个电路层之间的电气导通。这些孔必须精确，以确保后续的电气性能。
•    钻孔后，PCB会进行孔 plating（孔内铜镀），确保各层之间的电气连接。这个过程涉及通过电镀将铜材料沉积到孔壁上，形成电导路径。

6. 蚀刻与图案形成
•    曝光与显影：将电路图案转移到PCB表面。首先，在PCB表面涂上一层感光性材料（如光刻胶）。然后，将图案曝光在光源下，使光敏层在特定区域硬化。最后，通过显影过程去除未曝光的部分，暴露出铜面。
•    蚀刻：利用化学蚀刻溶液去除未保护的铜层，形成电路图案。

7. 去毛刺与清洗
•    在完成蚀刻后，PCB可能会有一些边缘毛刺或不规则的铜边，这些需要通过去毛刺工艺处理，以确保不会干扰元件的安装或影响电路性能。
•    PCB也会经过清洗，去除表面残留的化学物质，以确保后续的生产过程不受影响。

8. 表面处理
•    表面保护层：为了避免铜表面氧化和提高焊接性能，PCB通常会加上一层保护层，如HASL（热风整平）、ENIG（化学镀镍金）、OSP（有机抗焊剂）等。
•    测试与检查：在所有制造工艺完成后，PCB会通过一系列的电气测试和视觉检查，确保其功能正常，且没有任何物理缺陷。

总结
层压工艺是多层PCB制造的核心步骤，它确保了各层之间的强度、电气性能和可靠性。不同的PCB设计和应用对层压工艺的要求不同，例如高频、高速、散热等方面会影响材料的选择和层压的方式。了解层压工艺的每个细节，对于设计和制造优质的电路板至关重要。