春节前期肺炎疫情爆发后，大多数企业都陷入了停工状态，PCB工厂也在其中。

 

现在随着疫情缓和部分板厂已开始复工，对于电路设计工程师来说已经迫不及待的想要把板子丢出去生产了。

 

那么电路板是如何从设计图纸变成可以实现电路功能的PCB成品呢？

 

 

 

准备生产资料

 

生产资料的准备一共分为两个步骤，这里既包括PCB的设计人员，也包括了板厂的工程审核人员。

 

首先不论PCB的设计软件是AD还是Allegro又或者是PADS，在设计完成即将交互生产的时候，出于资料保密以及实际生产的需要都建议将设计文件输出为Gerber。

 

Gerber是目前线路板行业最普遍、最通用的做法。对于Gerber资料来说其中最普遍的数据格式是RS-274-X。简单点说就是行业标准。

 

 

 

站在PCB设计人员的角度看，到这一步就算是完成任务了。接下来的事情就交给工厂处理。

 

 

 

Gerber数据打包发送给板厂后，并不会直接生产。毕竟板厂也害怕客户的设计上一堆问题，超出他们的加工能力。比如线间距过小，直接生产很可能就短路。万一电源和GND短路，上电后整个电路板火花带闪电。

 

怎么办，顺手把锅丢给板厂呗。

 

因此板厂在拿到客户的GERBER资料后，还需要对生产资料进行审核，这也是生产费用里面包含工程费的原因。

 

板厂通常使用Genesis2000来对Gerber资料进行审核。（Genesis2000这个软件主要是板厂在用，如果是工程师想检查自己的Gerber，学一个CAM350就够了，没必要学Genesis2000。）

 

 

资料审核包含可制造性检查（线宽、线间距、阻焊桥、丝印等等），电气性能检查（IPC网表对比），同时还会根据客户提出的要求，结合工厂自身情况去调整文件（根据阻抗要求调整线宽或叠层等）。

 

CAM审核完成，资料下线，到这里前期的准备就已完成。

 

 

生产制造

 

生产制造是一个复杂的过程，整个流程大致情况如下：

 

 

上图是多层板的制作流程，如果是双面板则会少掉红色线框圈出的部分。

 

林林总总二十多个步骤，为了方便大家理解，我们简化流程，只罗列关键步骤。

 

1. 敷铜板干燥后裁成小块准备生产；

 

2. 腐蚀出内层线路；

 

3. 进行压合，使得基板和铜箔组合在一起；

 

4. 钻孔，然后对孔进行沉铜，使得过孔具有电气属性；

 

5. 制作外层线路；

 

6. 二次铜，增加导电性；

 

7. 刷绿油（黑油，白油，红油，五颜六色油）；

 

8. 刷丝印；

 

9. 表面处理；

 

10. 成型（V-CUT，Routing等）；

 

11. 测试（飞针测试、阻抗测试、金相切片分析等）；

 

 

 

简化后的流程就这么多，但并不是说没有介绍的步骤就不重要。实际生产过程中，每一步都有其必要性。有些板厂为了赶效率，会压缩一些步骤，比如减少高温烘烤的时间或者干脆不烘烤，这就导致有些板子在焊接的时候会出现铜皮起泡开裂等。

 

偷懒是不行的。

 

 

生产与设计

PCB的生产是在工厂中，对于很多电路的设计工程师来说接触的机会并不算多。但是大致了解PCB的生产制造，对可能在生产环节出现的问题有一个合理的预估，能使得设计更加可靠。

 

举几个小例子来说明一下：

 

1. 线路由于是蚀刻形成的，因此实际线宽会和理想值存在误差。通常在线宽10mil以下是±1mil，线宽10mi以上是±10%。同时蚀刻因子还会影响走线的上线宽和下线宽。因此在计算阻抗的时候外层上线宽比下线宽小约1mil，在内层这个值则约为0.5mil。

 

 

 

2. 多层板虽然有耙孔来进行对位，但是压合时依然存在误差，因此会形成层偏，层偏在某些极端的情况下可以达到3mil。这就可能造成上下两个层的走线重叠，又或是偏离参考面。

 

 

3. 丝印的生产方式主流的有两种，一种是喷墨另外一种则是通过制作丝网来印刷。对于后者来说，丝印印刷的位置会有较大的误差。这也是为什么不能通过丝印来做精确定位的原因。

 

 

……

 

生产制造的每一个环节，都有可能影响电路的性能，这里面的涉及到的内容实在太多。近期将会新增一个专门的系列文章来进行分析。