不可不知的线路板制作流程

线路板（Printed Circuit Board，简称 PCB）是电子设备中不可或缺的基础组件，它通过导电路径将不同的电子元件连接起来，实现电气功能。PCB 的制作过程较为复杂，但理解其每个步骤对设计师和工程师来说至关重要。下面是 线路板制作流程 中不可不知的关键步骤：

1. PCB设计

原理图设计：首先，设计师需要根据电路需求绘制电路原理图（Schematic），该图展示了所有元件以及它们之间的电气连接关系。

PCB布局与布线：在原理图完成后，设计师使用专门的软件（如 Altium Designer、Eagle、KiCad 等）进行 PCB 布局（Placement）和布线（Routing）。这一步骤决定了每个元件在电路板上的位置以及信号传输的路径。

2. 生成生产文件

Gerber 文件：PCB 设计完成后，设计文件需要转换为适合生产的格式。常见的是 Gerber 文件，它描述了 PCB 的各层图形信息，包括铜层、钻孔、丝印层、阻焊层等。

钻孔信息：钻孔是 PCB 上用来安装元件引脚的孔，钻孔的大小、位置等信息也需要提供。

BOM（物料清单）：生成物料清单，列出所有使用的元件、型号及数量。

3. 板材选择

选择合适的基材：PCB 通常使用 FR4（玻璃纤维增强环氧树脂）作为基板，但在一些特殊应用中，可能会使用其他材料（如铝基板、陶瓷等）。选择的基材决定了电路板的耐温性、机械强度和绝缘性等特性。

4. 印刷电路板制造

这一阶段包括一系列的化学和机械工艺步骤：

铜箔覆层：将铜箔层覆盖到 PCB 基材的表面。这层铜箔将用于构成电路的导电路径。

图形转印：采用 光刻技术，将 PCB 的设计图（从 Gerber 文件转换而来）转印到覆铜层上。具体步骤如下：

在 PCB 基板上涂覆一层感光胶。

将设计图案的光掩膜（mask）与基板对齐，并通过曝光让感光胶暴露。

曝光后未曝光的部分会被洗去，形成图案。

显影与刻蚀：在显影液中将未曝光的感光胶溶解，形成电路图案。接着，通过化学刻蚀去除不需要的铜箔，只保留所需的电路部分。

去除感光胶：刻蚀完成后，剩余的感光胶被去除，得到完整的铜电路。

5. 钻孔与电镀

钻孔：根据设计要求，用激光或机械钻床在 PCB 上钻出孔洞，用于安装元件引脚、连接不同层次的电路或做电气连接。

电镀：通过电镀过程在孔壁上镀上一层铜，使其具备导电功能，这些孔被称为 通孔（Via），它们用于将电路板的不同层连接起来。

6. 表面处理

焊盘处理：为了保证元件能够可靠焊接，通常在焊盘处进行表面处理。常见的处理方式包括：

金属化焊盘：如 HASL（热风平面涂覆）、ENIG（电镀金）、OSP（有机焊接保护层） 等，目的是防止焊盘氧化并提高焊接可靠性。

阻焊层涂覆：在电路板上涂上一层 阻焊油墨（Solder Mask），通常是绿色的。这层涂层可以保护电路不被污染或发生短路，同时也有助于防止焊接时的误接。

丝印层：通过丝网印刷技术将标识符、文字、符号等标记在 PCB 上，方便后续组装与调试。

7. 测试与检验

电气测试：通过 自动化光学检测（AOI） 和 飞针测试（Flying Probe Test） 检查 PCB 的导电路径是否正常，确认电路板上是否有短路或开路。

功能测试：确保设计的电路功能在 PCB 上能够正确实现。

8. 切割与成品处理

切割：将大尺寸的 PCB 原料板切割成所需尺寸。

修边与打孔：根据设计要求，切割后进行进一步修整，去除毛刺、打孔等。

终检查：包括外观检查（如铜层外观、线路是否清晰）、尺寸测量等，确保每块 PCB 都符合质量标准。

9. 组装

在 PCB 制作完成后，下一步是将电子元件安装到 PCB 上，通常包括以下几个步骤：

元件贴装：通过 SMT（表面贴装技术） 或 DIP（插装技术） 将电子元件焊接到 PCB 上。

焊接：使用焊接工艺将元件固定在电路板上。SMT 一般使用回流焊，而 DIP 元件则通常通过波峰焊或手工焊接完成。

测试：组装后，需要进行电气功能测试，确保元件正常工作，电路没有故障。

小结

制作 PCB 的过程涉及多个步骤，从设计到制造，每一个环节都需要操作，才能确保电路板的质量与可靠性。了解这些基本流程，对于设计者和工程师在开发、调试和生产电子产品时非常重要。