探秘 PCB 制造：从基材到成品的精密旅程

在电子设备蓬勃发展的当下，PCB（印制电路板）如同电子世界的 “骨架”，支撑着各类元器件的有序排布与高效连接，无论是智能手机、电脑，还是工业控制设备、医疗仪器，都离不开 PCB 的身影。而 PCB 制造则是一项融合了材料科学、精密加工、化学工艺等多领域技术的复杂过程，每一个环节都关乎最终产品的性能与可靠性。

PCB 制造是一个环环相扣的系统工程，从最初的设计文件解读，到基材的选择与处理，再到线路的制作、孔的加工、阻焊层的涂覆等，每一步都需要严格的工艺控制与质量检测。了解 PCB 制造的关键环节与核心问题，不仅能帮助电子制造领域的从业者更好地把控生产流程，也能让普通读者深入认识这一支撑电子产业发展的重要领域。

一、基材选择：PCB 制造的基础保障

什么样的材料能成为 PCB 的基材？

PCB 基材的核心是基板，它通常由绝缘层和增强材料组成，绝缘层主要起绝缘作用，增强材料则负责提升基材的机械强度。目前市面上常用的 PCB 基材为覆铜板，其结构是在基板的一面或两面覆盖一层导电的铜箔。基板的绝缘材料多为树脂，常见的有环氧树脂，增强材料则多为玻璃布，这种由玻璃布浸渍树脂制成的基板，兼具良好的绝缘性、耐热性和机械稳定性，能满足大多数电子设备的使用需求。此外，根据不同的应用场景，还会有特殊材质的基材，比如用于高频通信设备的聚四氟乙烯基材，它具有优异的高频信号传输性能。

覆铜板的铜箔厚度该如何确定？

覆铜板铜箔厚度的确定主要依据 PCB 的电流承载需求和线路密度。铜箔的厚度通常用盎司（oz）来表示，1 盎司铜箔的厚度约为 35 微米。对于电流较小、线路密度较高的 PCB，如智能手机中的 PCB，常选用 0.5 盎司或 1 盎司的铜箔，这样既能满足电流传输需求，又能保证线路可以制作得更精细，以适应元器件密集排布的需求。而对于电流较大的 PCB，如电源板，为了避免铜箔因电流过大而发热烧毁，通常会选用 2 盎司甚至更厚的铜箔， thicker 的铜箔具有更低的电阻，能更好地承载大电流。

二、线路制作：PCB 导电网络的构建

如何将设计好的线路图案转移到覆铜板上？

将线路图案转移到覆铜板上主要依靠光刻工艺，这一过程类似于照片的冲印。首先，在覆铜板的铜箔表面均匀涂覆一层光刻胶，光刻胶是一种对紫外线敏感的材料，在紫外线照射下会发生化学变化，溶解性也会随之改变。然后，将绘制有线路图案的光刻掩膜板覆盖在涂有光刻胶的覆铜板上，用紫外线对其进行照射。此时，光刻掩膜板上线路图案的透明部分会让紫外线穿过，照射到下方的光刻胶，使这部分光刻胶发生固化；而掩膜板上非线路区域的不透明部分则会阻挡紫外线，下方的光刻胶保持未固化状态。照射完成后，用特定的显影液对覆铜板进行处理，未固化的光刻胶会被显影液溶解去除，而固化的光刻胶则会牢牢附着在铜箔表面，这样线路图案就通过光刻胶转移到了覆铜板上。

显影后多余的铜箔该如何去除？

显影后，覆铜板上未被光刻胶覆盖的铜箔就是需要去除的多余部分，这一步通常通过蚀刻工艺来完成。蚀刻是利用化学溶液与铜发生化学反应，将多余铜箔溶解掉的过程。常用的蚀刻液有氯化铁溶液、氯化铜溶液等，这些溶液能与铜快速反应，生成可溶于水的铜盐。在蚀刻过程中，将显影后的覆铜板放入蚀刻液中，蚀刻液会只与未被光刻胶保护的铜箔发生反应，而被光刻胶覆盖的铜箔则因为光刻胶的阻隔，不会与蚀刻液接触。待多余的铜箔完全溶解去除后，再用脱膜液将覆铜板上固化的光刻胶去除，此时，覆铜板上就只剩下与设计图案一致的铜质线路，PCB 的导电网络初步构建完成。

蚀刻过程中如何保证线路的精度？

蚀刻过程中保证线路精度需要从多个方面进行控制。首先是蚀刻液的浓度和温度，蚀刻液浓度过高或温度过高，都会导致蚀刻速度过快，容易出现线路边缘被过度蚀刻的情况，使线路变细甚至出现断线；而浓度过低或温度过低，则会导致蚀刻速度过慢，影响生产效率，且可能出现蚀刻不彻底的问题。因此，在蚀刻过程中需要实时监测并控制蚀刻液的浓度和温度，使其保持在合适的范围内。其次是蚀刻时间的控制，需要根据蚀刻液的状态和覆铜板的厚度，精确计算并控制蚀刻时间，确保多余铜箔刚好被完全蚀刻掉，又不会对线路造成过度损伤。另外，蚀刻时的搅拌速度也很关键，适当的搅拌能使蚀刻液与铜箔表面充分接触，保证蚀刻均匀，避免出现局部蚀刻不均匀导致的线路精度问题。

三、孔加工：PCB 层间连接的关键

PCB 上为什么需要加工孔？

PCB 上加工孔主要有两个重要作用，一是为了实现不同层之间的电气连接，二是为了固定元器件。在多层 PCB 中，不同层的线路需要通过孔来连接，才能形成一个完整的导电回路，这种用于层间电气连接的孔被称为过孔。过孔的存在使得 PCB 可以在有限的空间内实现复杂的电路连接，大大提高了 PCB 的集成度。此外，还有一部分孔是用于安装和固定元器件的，被称为安装孔，元器件的引脚可以穿过安装孔，再通过焊接等方式将元器件固定在 PCB 上，确保元器件在使用过程中不会松动或移位，保证电子设备的稳定性。

加工 PCB 上的孔常用什么设备？

加工 PCB 上的孔常用的设备是数控钻床。数控钻床具有高精度、高速度和自动化程度高的特点，能够根据 PCB 设计文件中的孔位坐标，精确地在 PCB 上钻出所需的孔。对于一些孔径较小（通常小于 0.2 毫米）的微孔，普通的数控钻床可能难以满足加工要求，此时会使用激光钻孔机。激光钻孔机利用高能量的激光束，瞬间将 PCB 基材上的材料熔化或汽化，从而形成微孔，激光钻孔的精度更高，速度也更快，能满足高密度 PCB 对微孔加工的需求。在钻孔过程中，为了防止 PCB 在钻孔时出现变形或损坏，还会使用专用的夹具将 PCB 固定在工作台上，确保钻孔过程的稳定性。

钻孔后为什么要对孔进行金属化处理？

钻孔后，孔的内壁是 PCB 的基材，属于绝缘材料，无法实现层间的电气连接，因此需要对孔进行金属化处理，即在孔的内壁沉积一层导电的金属层，通常是铜层。孔金属化处理的过程主要包括去钻污、化学沉铜和电镀铜三个步骤。首先，去钻污是去除钻孔过程中残留在孔内壁的基材碎屑和油污，保证孔内壁的清洁，为后续的金属沉积做好准备。然后，进行化学沉铜，将 PCB 放入化学沉铜液中，沉铜液中的铜离子会在孔内壁的催化作用下，逐渐沉积形成一层薄薄的铜层，这层铜层虽然较薄，但能起到导电的作用，为后续的电镀铜奠定基础。最后，通过电镀铜的方式，将孔内壁的铜层加厚到所需的厚度，确保孔具有良好的导电性能和机械强度，从而实现多层 PCB 不同层之间的可靠电气连接。

四、阻焊层与丝印：PCB 的保护与标识

什么是阻焊层？它有什么作用？

阻焊层是覆盖在 PCB 线路表面的一层绝缘涂层，通常为绿色，也有红色、蓝色等其他颜色，它主要由阻焊油墨制成。阻焊层的作用主要有三个方面：一是保护 PCB 上的线路，防止线路在使用过程中受到外界环境的影响，如灰尘、湿气、化学物质等的侵蚀，避免线路出现氧化、腐蚀或短路等问题；二是防止焊接过程中出现桥连现象，在焊接元器件时，焊锡可能会流到相邻的线路上，导致线路之间短路，而阻焊层会覆盖住不需要焊接的线路区域，只露出元器件引脚的焊接点，有效避免了桥连现象的发生；三是提高 PCB 的绝缘性能，阻焊层本身是绝缘材料，覆盖在线路表面能进一步增强 PCB 的整体绝缘性，防止线路之间因绝缘不良而出现漏电等问题。

如何在 PCB 上制作阻焊层？

在 PCB 上制作阻焊层的过程与制作线路图案类似，也采用光刻工艺。首先，在已经制作好线路和完成孔金属化的 PCB 表面，均匀涂覆一层阻焊油墨。然后，将绘制有阻焊层图案的光刻掩膜板覆盖在涂有阻焊油墨的 PCB 上，阻焊层图案会露出需要焊接的元器件引脚焊接点，而其他区域则被掩膜板遮挡。接着，用紫外线对 PCB 进行照射，使被紫外线照射到的阻焊油墨（即需要保留的阻焊层区域）发生固化。之后，用显影液将未固化的阻焊油墨（即需要露出的焊接点区域）溶解去除，最后再对 PCB 进行高温烘烤，使固化的阻焊油墨与 PCB 表面紧密结合，形成稳定、可靠的阻焊层。

丝印在 PCB 上有什么用途？

丝印是在 PCB 表面印制文字、符号和图形的过程，所使用的材料是丝印油墨。丝印的主要用途是为 PCB 提供清晰的标识，方便后续的元器件焊接、调试和维修工作。通过丝印，可以在 PCB 上标注出元器件的型号、规格、极性以及线路的名称和功能等信息，操作人员在焊接元器件时，能够根据丝印标识快速准确地找到元器件的安装位置和极性，避免出现错焊或反焊的情况。在电子设备的调试和维修过程中，维修人员也可以通过丝印标识，快速了解 PCB 上各部分的电路功能，方便查找故障点，提高调试和维修的效率。此外，丝印还可以在 PCB 上印制厂家的 logo、生产日期等信息，便于产品的追溯和管理。

丝印的图案和文字该如何保证清晰可辨？

要保证丝印的图案和文字清晰可辨，需要从丝印油墨、丝印网版、丝印工艺参数等多个方面进行控制。首先，选择合适的丝印油墨，丝印油墨的颜色应与 PCB 的底色形成明显的对比，比如在绿色的阻焊层上，通常选用白色或黑色的丝印油墨，这样印制出的图案和文字更容易被识别。同时，油墨的附着力和耐磨性也要好，确保在 PCB 的使用过程中，丝印图案和文字不会轻易脱落或模糊。其次，丝印网版的质量至关重要，网版上的图案和文字应精确无误，网孔的大小和张力要合适，网孔过大可能导致油墨渗透过多，使图案和文字边缘模糊；网孔过小则可能导致油墨无法顺利渗透，出现断笔或缺字的情况。最后，控制好丝印工艺参数，如丝印时的刮刀压力、刮刀速度和油墨的厚度等。刮刀压力过大或速度过快，可能会导致油墨印制不均匀，图案和文字变形；压力过小或速度过慢，则可能导致油墨覆盖不充分，图案和文字不清晰。此外，丝印完成后，还需要对 PCB 进行适当的烘烤，使丝印油墨充分固化，确保图案和文字的清晰度和稳定性。

五、质量检测：PCB 性能与可靠性的把关

PCB 制造完成后需要检测哪些项目？

PCB 制造完成后需要检测的项目繁多，主要包括外观检测、电气性能检测和机械性能检测等。外观检测是通过目视或借助放大镜、显微镜等设备，检查 PCB 的表面是否有划痕、凹陷、气泡、污染等缺陷，线路是否有断线、短路、变形等问题，阻焊层是否有脱落、露铜等情况，丝印图案和文字是否清晰、完整，孔的位置和孔径是否符合设计要求等。电气性能检测主要包括导通性测试和绝缘电阻测试，导通性测试是检查 PCB 上的线路和过孔是否导通，是否存在开路或接触不良的情况；绝缘电阻测试是检测 PCB 上不同线路之间、线路与基材之间的绝缘电阻是否符合要求，确保 PCB 不会出现漏电现象。机械性能检测则主要检测 PCB 的弯曲强度、冲击强度等，确保 PCB 在安装和使用过程中能够承受一定的机械应力，不会轻易断裂或损坏。此外，对于一些有特殊要求的 PCB，还需要进行耐热性测试、耐湿性测试、耐化学性测试等环境适应性测试，以保证 PCB 在不同的使用环境下都能稳定工作。

进行 PCB 电气性能检测常用什么方法？

进行 PCB 电气性能检测常用的方法是使用飞针测试机和针床测试机。飞针测试机是一种非接触式的测试设备，它通过两根或多根可移动的探针，根据 PCB 设计文件中的测试点坐标，自动移动到相应的测试点进行接触，然后对线路的导通性、绝缘电阻等电气参数进行测试。飞针测试机的优点是不需要制作专用的测试夹具，灵活性高，适合小批量、多品种的 PCB 测试，尤其是对于一些样品或研发阶段的 PCB，使用飞针测试机可以大大降低测试成本和测试周期。针床测试机则是一种接触式的测试设备，它需要根据 PCB 的测试点位置，制作专用的测试针床，测试针床上的探针与 PCB 上的测试点一一对应。在测试时，将 PCB 放在测试针床上，通过气缸或其他压力装置使探针与测试点紧密接触，然后进行电气性能测试。针床测试机的测试速度快，准确性高，适合大批量的 PCB 测试，在大规模生产中应用广泛。