電路板從圖紙到成品制作需要的三大流程

春節(jié)前期肺炎疫情爆發(fā)后，大多數(shù)企業(yè)都陷入了停工狀態(tài)，PCB工廠也在其中。

現(xiàn)在隨著疫情緩和部分板廠已開(kāi)始復(fù)工，對(duì)于電路設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)已經(jīng)迫不及待的想要把板子丟出去生產(chǎn)了。

那么電路板是如何從設(shè)計(jì)圖紙變成可以實(shí)現(xiàn)電路功能的PCB成品呢？

準(zhǔn)備生產(chǎn)資料

生產(chǎn)資料的準(zhǔn)備一共分為兩個(gè)步驟，這里既包括PCB的設(shè)計(jì)人員，也包括了板廠的工程審核人員。

首先不論P(yáng)CB的設(shè)計(jì)軟件是AD還是Allegro又或者是PADS，在設(shè)計(jì)完成即將交互生產(chǎn)的時(shí)候，出于資料保密以及實(shí)際生產(chǎn)的需要都建議將設(shè)計(jì)文件輸出為Gerber。

Gerber是目前線路板行業(yè)最普遍、最通用的做法。對(duì)于Gerber資料來(lái)說(shuō)其中最普遍的數(shù)據(jù)格式是RS-274-X。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

站在PCB設(shè)計(jì)人員的角度看，到這一步就算是完成任務(wù)了。接下來(lái)的事情就交給工廠處理。

Gerber數(shù)據(jù)打包發(fā)送給板廠后，并不會(huì)直接生產(chǎn)。畢竟板廠也害怕客戶的設(shè)計(jì)上一堆問(wèn)題，超出他們的加工能力。比如線間距過(guò)小，直接生產(chǎn)很可能就短路。萬(wàn)一電源和GND短路，上電后整個(gè)電路板火花帶閃電。

怎么辦，順手把鍋丟給板廠唄。

因此板廠在拿到客戶的GERBER資料后，還需要對(duì)生產(chǎn)資料進(jìn)行審核，這也是生產(chǎn)費(fèi)用里面包含工程費(fèi)的原因。

板廠通常使用Genesis2000來(lái)對(duì)Gerber資料進(jìn)行審核。（Genesis2000這個(gè)軟件主要是板廠在用，如果是工程師想檢查自己的Gerber，學(xué)一個(gè)CAM350就夠了，沒(méi)必要學(xué)Genesis2000。）

資料審核包含可制造性檢查（線寬、線間距、阻焊橋、絲印等等），電氣性能檢查（IPC網(wǎng)表對(duì)比），同時(shí)還會(huì)根據(jù)客戶提出的要求，結(jié)合工廠自身情況去調(diào)整文件（根據(jù)阻抗要求調(diào)整線寬或疊層等）。

CAM審核完成，資料下線，到這里前期的準(zhǔn)備就已完成。

生產(chǎn)制造

生產(chǎn)制造是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，整個(gè)流程大致情況如下：

上圖是多層板的制作流程，如果是雙面板則會(huì)少掉紅色線框圈出的部分。

林林總總二十多個(gè)步驟，為了方便大家理解，我們簡(jiǎn)化流程，只羅列關(guān)鍵步驟。

1. 敷銅板干燥后裁成小塊準(zhǔn)備生產(chǎn)；

2. 腐蝕出內(nèi)層線路；

3. 進(jìn)行壓合，使得基板和銅箔組合在一起；

4. 鉆孔，然后對(duì)孔進(jìn)行沉銅，使得過(guò)孔具有電氣屬性；

5. 制作外層線路；

6. 二次銅，增加導(dǎo)電性；

7. 刷綠油（黑油，白油，紅油，五顏六色油）；

8. 刷絲??；

9. 表面處理；

10. 成型（V-CUT，Routing等）；

11. 測(cè)試（飛針測(cè)試、阻抗測(cè)試、金相切片分析等）；

簡(jiǎn)化后的流程就這么多，但并不是說(shuō)沒(méi)有介紹的步驟就不重要。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，每一步都有其必要性。有些板廠為了趕效率，會(huì)壓縮一些步驟，比如減少高溫烘烤的時(shí)間或者干脆不烘烤，這就導(dǎo)致有些板子在焊接的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)銅皮起泡開(kāi)裂等。

偷懶是不行的。

生產(chǎn)與設(shè)計(jì)

PCB的生產(chǎn)是在工廠中，對(duì)于很多電路的設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)接觸的機(jī)會(huì)并不算多。但是大致了解PCB的生產(chǎn)制造，對(duì)可能在生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題有一個(gè)合理的預(yù)估，能使得設(shè)計(jì)更加可靠。

舉幾個(gè)小例子來(lái)說(shuō)明一下：

1. 線路由于是蝕刻形成的，因此實(shí)際線寬會(huì)和理想值存在誤差。通常在線寬10mil以下是±1mil，線寬10mi以上是±10%。同時(shí)蝕刻因子還會(huì)影響走線的上線寬和下線寬。因此在計(jì)算阻抗的時(shí)候外層上線寬比下線寬小約1mil，在內(nèi)層這個(gè)值則約為0.5mil。

2. 多層板雖然有耙孔來(lái)進(jìn)行對(duì)位，但是壓合時(shí)依然存在誤差，因此會(huì)形成層偏，層偏在某些極端的情況下可以達(dá)到3mil。這就可能造成上下兩個(gè)層的走線重疊，又或是偏離參考面。

3. 絲印的生產(chǎn)方式主流的有兩種，一種是噴墨另外一種則是通過(guò)制作絲網(wǎng)來(lái)印刷。對(duì)于后者來(lái)說(shuō)，絲印印刷的位置會(huì)有較大的誤差。這也是為什么不能通過(guò)絲印來(lái)做精確定位的原因。

生產(chǎn)制造的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都有可能影響電路的性能，這里面的涉及到的內(nèi)容實(shí)在太多。近期將會(huì)新增一個(gè)專門的系列文章來(lái)進(jìn)行分析。

由于還沒(méi)正式復(fù)工，而身邊的手機(jī)和游戲又太香，導(dǎo)致沒(méi)有詳細(xì)寫的動(dòng)力。這次的文章就先到這里，祝大家新年快樂(lè)，萬(wàn)事勝意！

原文標(biāo)題：PCB工程師必看，從圖紙到成品，電路板的制作只需這三大流程

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