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多层印刷电路板(PCB)设计

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多层 PCB 在现代电路中起着不可或缺的作用。这是由于其稳健的设计、多功能和稳健的能力。但是,要获得最好的多层印刷电路板,您必须了解这些 PCB 的所有复杂细节。这正是本指南所探讨的内容——从基本定义、优点、缺点、分类、设计技巧、组件采购、材料采购和原型设计到组装过程等等。


  • 什么是多层PCB?

  • 单层与多层 PCB

  • 多层 PCB 的好处

  • 多层PCB的缺点

  • 多层印刷电路板的类型

  • 多层 PCB 材料

  • 多层 PCB 设计技巧

  • 采购多层 PCB 组件

  • 多层PCB设计流程

  • 用于多层印刷电路板设计的技术

  • 多层PCB原型制作过程

  • 多层印刷电路板制造

  • 多层PCB组装工艺

  • 多层印刷电路板的用途

  • 结论


什么是多层PCB?


印刷电路板可以根据构成它们的导电材料的层数进行分类。在此基础上,我们一般将PCB分为单层、双层或多层。长期以来,只有单层和双层PCB存在。然而,电子行业发生了变化,需要更复杂的 PCB。可用选项具有设计限制,使其不适合电子领域更复杂的进步。这需要具有多层的新设计。多层PCB是具有两层以上导电铜箔层的印刷电路板。这些板在隔热绝缘材料层之间层压并粘合在一起。因此,任何具有三层或更多层导电材料的 PCB 都属于这一类。因此,多层 PCB 将两个或多个双层 PCB或双层和单层电路板组合在一起。其主要原因通常是增加布线的表面积。多层 PCB 通常大多是刚性的,因为很难以柔性 PCB 格式实现多层。


通孔,例如盲孔和埋孔,用于实现层之间的电连接。这种布置方式是在表面上放置两层,用于将 PCB 与外部环境连接起来。通常,PCB 的层数为偶数。这主要是因为奇数容易出现翘曲等问题。层数通常取决于应用程序,但大多在四到十二层之间。从本质上讲,您会发现大多数应用程序需要四到八层。然而,像智能手机这样的应用程序大多使用十二层。然而,有些独特的应用需要多层 PCB。因此,您会发现多达 100 层的 PCB,但它们非常罕见,因为它们只有几个应用领域。


单层与多层 PCB


多层 PCB 和单层 PCB 有几个明显的区别,从设计到功能。但是,它们也有一些相似之处,尤其是在制造中使用的材料方面。为了帮助您确定满足您特定需求的最佳选择,让我们简要比较两者。我们将根据板的重量、尺寸、成本和组装密度等因素进行比较。


单层与多层 PCB单层与多层 PCB


多层 PCB 原型制作


尺寸


与多层 PCB 相比,单层 PCB 更大。这是因为它们需要更大的表面积来满足对改进电路的任何需求。另一方面,多层 PCB 通过附加层来满足更大表面积的需求。因此,大容量多层 PCB 可以安装在智能手机等小型设备中。高容量单层 PCB 需要非常大的产品来容纳它们。


重量


使用单层 PCB 实现复杂的电气应用将意味着大量体积。这是因为您需要使用如此多的连接器和其他组件来连接各个 PCB。一个非常轻的多层 PCB 解决方案可以达到相同的性能水平。这是因为它们不需要复杂的互连,因为所有东西都在一个紧凑的板上。


装配密度


在单层 PCB 中,组装完全取决于电路板的表面积。然而,多层 PCB 通过分层实现更高的密度。这也确保了更小的 PCB 具有更大的功能。


设计功能


基于上述差异,多层PCB与单层PCB相比具有更优越的功能。这也得益于其他因素的帮助,例如受控阻抗特性和更好的 EMI 屏蔽。


成本


设计和制造多层 PCB 的成本远远超过单层 PCB。这尤其是由于所涉及的复杂技术以及所需的高水平专业知识。然而,在使用中,多层 PCB 在布线和运输方面通常更便宜。它们也更耐用且更易于维护,因此从长远来看可能更便宜。因此,在决定选择单层还是多层 PCB 时,您基本上需要问以下问题:


多层 PCB 的好处


正如我们在多层 PCB 的定义中已经提到的那样,这些 PCB 的设计旨在提供比其前身更好的性能。因此,它们有几个好处,尤其是在性能方面。因此,让我们探索这些好处。


i.轻量化结构


将几块双层 PCB 的性能整合到一个多层 PCB 中。这消除了对多个连接器的需要,从而减轻了重量并提高了移动性。


ii.尺寸


在单个 PCB 中实现许多双层 PCB 性能的能力意味着更小但更强大的电子设备。这导致了小型但非常复杂的小工具,例如平板电脑和智能手机


iii. 耐用性


多层 PCB 因其设计而更耐用——它们在层之间具有多层绝缘。这导致了一个非常牢固的粘合板,而不是几个松散的板。


iv. 提高质量


这些 PCB 比双层 PCB 更可靠,质量更好。这尤其是因为涉及复杂、精心的规划和制造。


多层PCB设计

v.更好的功能和力量


将高密度层合并到一个 PCB 中可以实现 PCB 的高性能。这些电路板的连接性更强,具有先天的电气特性,即使是离子小型 PCB 也能实现更快的速度。


vi.提供单点连接


作为一个单元,多层 PCB 呈现单个连接点,从而更容易设计最终产品。制造商只需要包含一个连接点,这对于大多数电子产品的最终用户来说通常是更可取的,由于这些优点,多层 PCB 正在迅速超越双层 PCB。这尤其是因为高性能但更小更轻的 PCB 有助于节省空间并具有更好的便携性。


多层PCB的缺点


尽管这些 PCB 具有使它们更受欢迎的几个优点,但它们也具有某些缺点。我们现在将看到一些可能使多层 PCB 对某些应用没有吸引力的特性。


多层PCB


他们包括:


 i.有限的可用性


有能力生产多层PCB的制造商很少。这主要是由于多层 PCB 的生产需要昂贵的机器。生产过程的复杂性,多层PCB更复杂,通常涉及复杂而精细的生产过程。过程中的任何小错误都会影响 PCB 的性能,因此需要非常小心。


ii.更长的生产时间


生产多层 PCB 时的周转率非常低。这是因为 PCB 的复杂性。在同时处理多个订单时,这可能是一个很大的挑战。


iii. 设计过程技术性太强


单独设计多层PCB的过程是一个非常复杂的过程,需要相当长的时间。设计层之间的完美互连并同时减轻串扰和阻抗需要极高的技能。


iv.成本昂贵


所需的技能水平、昂贵的机器和漫长而复杂的生产过程使这些 PCB 非常昂贵。这个过程非常复杂,如果在生产过程中出现错误,几乎不可能进行返工。这会导致很多损失,因为这样的板子会被报废。由于成本高昂,尽管多层 PCB 具有所有优势,但它们仍然不太受欢迎,但是,在需要小尺寸和高性能的情况下,您就离不开多层 PCB。很可能会实现更便宜的生产选择,公司将更多地涉足多层 PCB。基于我们之前看到的好处,科学家们对此进行投资确实是一项值得冒险的事情。如果发生这种情况,单层和双层 PCB 将慢慢开始消失,尽管它们可能不会完全消失。


一些最常见的多层印刷电路板类型包括:


刚性多层 PCB


刚性多层PCB是不能折叠或扭曲的PCB。这是因为它具有 FR4 加强筋,使其具有刚性。这些刚性 PCB的基材通常是刚性基板,以确保电路板的刚性和强度。简单来说,刚性多层PCB就是安装后形状不能改变的多层印刷电路板。它通常具有很长的使用寿命,是多层 PCB 类型中最强的选择,由于其强度和使用寿命,这是使用最广泛的多层 PCB。计算机主板是刚性多层 PCB 的一个示例。它用于计算机的 RAM、GPU 和 CPU,刚性多层 PCB 最多可以有 12 层以上。


柔性多层 PCB


这些是具有三层或更多层导体的柔性电路。柔性多层 PCB 是通过组合几个单面或双面电路制成的。工程师通过使用多层设计的复杂连接、屏蔽和表面贴装技术来实现这一目标。在大多数情况下,这些层是使用电镀通孔连接的。它们可以具有连续层压在一起的层,但并非总是如此。如果您需要最大的灵活性,那么连续层压是不合适的。


这是因为连续层压通常会导致每个附加层的刚度增加。为了实现这一点,弯曲或弯曲的区域没有粘合。层数通常决定了制造这些 PCB 的难度。这是因为需要加入越来越多的绝缘层和粘合剂层。在保持灵活性的同时实现适当的绝缘需要只有少数公司拥有的先进机械。柔性多层 PCB 具有进一步减小封装尺寸和重量的优势。这是因为柔性电路使用非常薄的介电基板。这提供了流线型设计;因此,不需要笨重的刚性板。这就是使这些 PCB 越来越受欢迎的原因。


柔性多层 PCB 的其他一般优势包括:


  • 减少装配错误

  • 减少装配时间和成本

  • 设计自由

  • 安装过程中的灵活性

  • 高密度应用

  • 改善气流

  • 增加散热

  • 提高系统可靠性

  • 点对点导线更换

  • 可靠性和耐用性

  • 可重复路由

  • 简化电路几何


由于这些优点,柔性多层 PCB 广泛用于航空航天等需要减轻重量的行业。


刚柔结合多层 PCB


刚性柔性PCB板设计


这是一种结合了刚性和柔性电路板技术的多层PCB 。它由一个或多个连接到柔性电路板上的刚性多层电路板组成。这种类型的PCB的优点是它将刚性多层PCB的强度和柔性PCB的灵活性集中在一个单元中。这意味着通过折叠电路板的柔性部分可以最大限度地减少电路板占用的空间。然而,柔性部分的层数越多,它变得越坚硬。这意味着如果您主要关心的是电路板的灵活性,您可能没有很多层。刚性-柔性多层 PCB 被广泛使用,特别是在空间和重量是一个问题的地方,同时还必须保持较高的性能。一个这样的应用领域是航空航天工业。


多层 PCB 材料


多层PCB层压工艺中使用的材料包括内层芯,预浸料(用环氧树脂编织的玻璃布)和铜箔片。但是,在PCB制造中,每当提到材料一词时,它大多用于指代电路板的基材。PCB的材料选择通常取决于许多因素。但是,材料主要根据板材的可燃性、高温稳定性和吸湿性进行分级。层压材料的分级通常基于材料的阻燃性 (FR)。阻燃等级最低的材料为 FR-1,而最耐燃的材料为 FR-5,如本表中所述。


由于其强大的特性,大多数制造商将FR-4用于PCB。FR-2 也在某些情况下使用,但不适用于多层 PCB。FR-4被广泛使用的另一个原因是许多制造商和供应商已经为此设置了工具。改变它以适应其他选项可能会很昂贵。在为高频应用制造多层 PCB 时,考虑使用 Teflon 或陶瓷板基板可能会更好。但是,您选择的基板材料越奇特,您的成本就越高。在选择板材时,需要注意的一个因素是材料的吸湿性。这是因为它会影响性能特性,例如表面电阻和介质泄漏。它还影响材料稳定性和高压击穿和起拱。


工作温度也应该是一个关键的考虑因素。在大多数情况下,多层 PCB 用于高温应用。温度有时会变得非常高,特别是如果电路板位于另一个会产生大量热量的电路附近。因此,您应该为所需应用选择具有最佳工作温度的材料。


多层 PCB 设计技巧


在设计多层 PCB 时,一些技巧总能派上用场。如果你不遵循这些,你很可能会在压板时遇到诸如负载不平衡之类的问题。不对称设计或涉及不同厚度层的设计通常会导致扭曲/弯曲。为了避免多层 PCB 设计中的此类问题,重点关注的区域通常是叠层。您对层堆叠做出的决定应以功能、制造和部署方面的考虑为指导。


以下提示将帮助您在设计多层印刷电路板时达到最佳状态。


1.优化板子尺寸


始终从设置您的电路板尺寸开始,因为这将指导您选择其他属性。要确定最佳电路板尺寸,您需要考虑以下因素:


板上要容纳的组件数量,组件尺寸,位置 - 您打算安装电路板的位置,以及合同制造商对间距、间隙和钻孔的公差


2.优化你的图层设计


层的设计应取决于信号类型。例如,您可以使用以下等式来确定您需要的层数:如果使用固定或受控阻抗,则还应考虑阻抗要求。


3.优化您的过孔选择


您选择的通孔,无论是盲孔、通孔、埋孔还是焊盘中的通孔都会影响制造复杂性,从而影响 PCB 质量。因此,您应该确保您的选择最适合您的功能需求。


4.材料选择


根据您的功能需求,为 PCB 的每一层选择最佳材料。但是,您应该确保堆栈上的信号层和平面分布是对称的。它们应该支持良好的信号完整性。


5.优化板子制造


完成设计后,您需要选择最佳的合同制造商。这将有助于确保准确性。您还需要选择最佳阻焊选项和走线参数,以及其他 DFM 指南。


采购多层 PCB 组件


当您考虑设计和制造多层 PCB 时,您应该记住您将需要印刷电路板组件。如果不添加组件和其他部件,则该板无法单独运行,每个部件都执行特定的功能。您可能无法生产所需的所有组件。因此,您必须尽早开始准备和采购这些组件。有了您的物料清单 (BOM),请务必按照其中的指示准确订购。您的完整 BOM 主要包含以下信息:


多层印刷电路板设计


所需组件和材料的数量,用于识别单个零件的代码(参考代号),组件和材料的规格,单位为法拉和欧姆,足迹,即原型PCB板上每个组件的位置/位置,制造商零件编号,在选择组件时,以下注意事项应指导您


功能匹配:组件是否能够精确地执行您希望它执行的操作?


可用性:现在是否可以从至少一个大型在线供应商处获得足够数量(以指定形式)

质量:组件是否足够耐用

价格:这不应该是首要考虑因素。但是,考虑到其他几点,您是否获得了合理负担得起的选择

制造商的信誉:如果您要获得最好的组件,这将是一个非常关键的考虑因素。

请记住,多层 PCB 非常昂贵,您不想因为组件问题而丢失单块电路板。因此,供应商的信誉是一个非常关键的考虑因素。


多层PCB设计流程


在设计多层 PCB 时,我们已经了解了一些基本技巧。在本章中,我们现在将逐步了解设计多层 PCB 的过程。在我们开始之前,让我们强调一些需要注意的关键因素。负平面层:这些层用于在多层 PCB 布局上制作电源层和接地层。始终使用正确的负平面间隙设置您的焊盘足迹形状。不这样做通常会导致短路。


内部信号层上的焊盘形状:一些焊盘在外层使用与内层不同的焊盘形状。因此,您需要为多层 PCB 配置库,以确保获得所需的焊盘形状。绘图件:确保修改徽标、表格和 PCB 视图以适合您的多层板。考虑到这些关键考虑因素,我们现在可以继续研究设计多层 PCB 的实际过程。重要的是要认识到有不同的软件可用于设计多层 PCB。根据您的喜好和背景;您可以在众多可用的软件选项中使用 ORCAD、ENGLE CAD 和 KICAD。然而,在本指南中,我们将研究使用 KiCad 的多层 PCB 设计。在此过程中,使用 KiCad 进行 PCB 设计的通常步骤是可行的。对于所有的PCB,这个过程一般涉及两个简单的步骤,总结如下:


然而,在我们到达那里之前,让我们看一下处理多层 PCB 时的一些特殊程序。


Step 1. 选择层数


打开软件后,选择您希望 PCB 具有的层数。为此,请单击“设计规则”选项卡,然后单击“图层设置”。在出现的窗口中,选择您希望 PCB 具有的层数。您还可以在此处分配信号、电源和接地层。如果您需要更多互连以减少空间,您可能会发现有必要拥有更多层


步骤 2. 编辑 PCB 设计


使用位于窗口右侧的“可见性”选项卡选择工作层。要设置过孔类型(盲孔、埋孔或通孔),请右键单击并选择过孔。选择您希望通孔到达的层。请注意连接过孔的位置,因为并非所有轨道都可以连接到过孔。


如果您需要许多接地和电源连接,则需要为接地和电源分配单独的层以避免混淆。考虑到这一点,设计 PCB 的常用程序可以如下形成:


1)制作示意图


称为 Eeschema,您可以在此处创建描述预期电路的电气原理图。要绘制原理图,您将从库中选择符号并将它们添加到原理图表中。使用原理图库编辑器创建库中不存在的任何组件。接下来,您将需要运行定期电气规则检查以检测缺陷。在您从这一点着手进行 Pcb new 之前,有两件事需要注意:首先,将“Eeschema”中的组件与足迹相关联。使用 Pcbnew 将用于设置布局表的信息创建一个网表文件。


2)设计布局


在这里,您使用从 Eeschema 生成的网表来开发布局。它涉及将脚印定位在板材上并对其进行布线。运行设计规则检查以检测电路板中的缺陷。留意任何离焊盘太近的迹线、重叠的足迹和任何其他故障。最后,将布局信息导出到 gerber 文件,制造商将使用该文件来制造 PCB。用于多层印刷电路板设计的技术


设计多层 PCB 时需要的一些最常见的技术包括:


·多层PCB设计软件


正如我们在多层 PCB 设计部分已经提到的,PCB 设计软件是设计过程中必不可少的一部分。它可以帮助您从网表中生成 PCB 的机械和布线连接结构。它可以帮助您将此连接结构放置在多层上并生成计算机辅助设计文件。该 CAD 在制造 PCB 时必不可少。您可以使用多种 PCB 设计软件选项来设计多层 PCB。然而,有一些比其他的使用更广泛,特别是因为它们的界面更简单,以及其他原因。始终选择易于使用且经过尝试和测试并证明可以产生预期结果的设计软件。以下是设计多层PCB时常用的一些软件。


·制造设计(DFM)


DFM旨在设计产品零部件,使生产变得容易。目的是以更低的成本获得好的产品。因此,它涉及简化、优化和改进产品的设计。DFM 应该尽早完成——在您开始加工之前。所有利益相关者都应包括在 DFM 中。设计师、工程师、合同制造商、材料供应商和模具制造商都应参与其中。这将避免设计的潜在障碍。


以下原则应始终指导 DFM


过程

材料

设计

环境

合规/测试

多层印刷电路板的计算机辅助设计

正如我们已经看到的,CAD 在制造 PCB 中非常重要。它涉及使用计算机软件生成、修改和优化部分或部分 PCB


请注意,我们在本指南的其他部分对其中一些阶段进行了更深入的解释。因此,我们将在这一点上简要介绍它们。


A.Design


第 1 步:设计 PCB 原型


这是您的多层 PCB 原型制作过程的基础。本指南的多层 PCB 设计部分概述了设计 PCB 的过程。按照此程序使用您选择的软件为您的 PCB 原型创建设计。如果您正在构建定制的 PCB 原型,您可以购买通常可在线获得的面包板和穿孔板。这些板通常已经完成了一些零件,例如板上的孔。因此,如果您要创建自定义原型,使用它们可以节省时间。


第 2 步:创建物料清单 (BOM)


BOM 是生产原型 PCB 板所需的所有组件和材料的列表。我们已经在本指南的“组件采购”部分看到了 BOM 的内容。使用 BOM,布局工程师和组件工程师将把正确的组件和材料放在一起。


第 3 步:设计 PCB 布线


考虑到功率水平和噪声敏感度等因素,连接板上的走线。您应该根据从设计阶段获得的 gerber 中包含的信息来执行此操作。在每个阶段对您的原型进行定期检查,以便您可以及早纠正任何错误。要检查的问题包括热点和温度不一致。其他检查包括电气检查 (ERC) 和布局与原理图 (LVS) 以及天线检查。只有在您的原型通过这些测试后,您才应该进入下一阶段。


B.制造


完成设计后,为每一层和阻焊层制作原型 PCB 的照片。以下步骤构成了多层 PCB 原型制造过程。我将在下一章详细解释它们。因此,我将列出它们,并在必要时进行一些澄清。


他们包括:


第 4 步:打印内层


在这里,您将开始打印多层印刷电路板的内层。


第 5 步:对齐图层


将内层、铜箔和预浸料准确对齐,然后将它们组合在一起,得到层压板


第6步:钻孔


这里的要点是确保钻孔时的精度。准确性是必须的!


第 7 步:镀铜


这是为了在表面和孔上提供电镀的表面。


C.组装


焊膏模板


首先在板上涂抹焊膏。焊膏与助焊剂混合,使焊料熔化并与电路板表面粘合。在原型表面放置不锈钢模板可确保焊料仅到达元件位置。焊料均匀地分布在开放区域上。当您最终移除模板时,焊膏仅保留在电路板的所需部分上。


拾取和放置


使用拾取和放置机器将 SMD 组件放置在原型 PCB 上。


回流焊


传送带携带 PCB 原型通过回流炉。烤箱有加热器,可将电路板加热到 480 0F 左右。这将熔化焊膏。然后将板冷却,从而固化熔化的焊膏。这会将 SMD 粘在板上。如果您要制作两面都有组件的原型,请先回流一侧,然后再移动到另一侧。


检查 PCB 原型


在这个阶段,您应该检查您的原型是否有任何连接不良或电气短路。这些通常是由于板在传送带上时的运动引起的。此阶段的检查包括人工检查、X 射线检查和 AOI。


插入通孔元件


如果您的原型设计为具有通孔组件,则这是组装它们的阶段。将元件的引线插入指定的通孔中,并使用手工焊接或波峰焊。如果电路板是双面的,那么您将需要使用手动焊接,尤其是第二面。在这种情况下,波峰焊不是一个好的选择。


PCB原型测试


在调试实际制造之前最后一次注意原型上的任何异常情况。寻找极性反转、路由交叉、组件丢失或损坏或任何其他问题的可能性。如果可能,请在最终 PCB 预期供电的产品上测试原型。如果您有多个原型,请在相同条件下测试它们,然后选择最好的。


多层印刷电路板制造


多层 PCB 制造的第一步是选择所需厚度的内层芯(薄层压材料)。请记住,厚度可以在 0.038 英寸到 0.005 英寸之间。内核的数量取决于电路板的设计。


干膜抗蚀涂层内层芯材


通过向芯的金属表面加热来应用光敏薄膜/光成像抗蚀剂。使用黄光有助于防止抗蚀剂意外曝光。这是因为胶片对紫外线很敏感。滤光片将去除会影响抗蚀剂涂层的光波长。


照片工具或艺术品


使用 gerber 数据绘制将描绘预期电路板设计的迹线和焊盘的胶片。艺术品应包括阻焊层和图例,以及铜特征。该薄膜用于在抗蚀剂上放置图像


曝光图像


接下来,将面板暴露在穿过薄膜的高强度紫外线下。清洁区域将让光线通过以聚合薄膜抗蚀剂。这将创建电路图案的图像。


开发图像


通过化学溶液/显影剂处理暴露的核心,以去除未聚合区域的抗蚀剂。


蚀刻内层


在没有被干膜抗蚀剂覆盖的区域中,化学去除芯中的铜。结果是与电影中的模式相匹配的模式。在铜被蚀刻掉的区域,核心层压板表面仍然暴露在外。


剥离抗蚀剂


化学去除面板上的干膜抗蚀剂。这会在面板上留下铜。迹线、焊盘、接地层和其他设计特征仍然暴露在外。


自动光学检测 (AOI)


检查内层是否存在任何设计问题。这是使用 gerber 文件中的数据完成的。如果存在最小的不一致,则可以进行最少的维修。所有相关部门将根据检查结果纠正任何工艺问题。


氧化涂层


电路板材料


接下来,对面板进行化学处理。这是为了帮助提高铜表面的附着力。您可以使用有机化学或其他类型的化学。也可以使用机械方法。获得的颜色通常取决于所使用的方法。


多层结构


对于这个过程,您需要铜箔、预浸料和内层芯。铜箔 - 它通常以 ½ 盎司的形式出现。和每平方英尺 1 盎司或 0.007” 和 000134” 标称厚度,预浸渍粘合片 (Prepreg) - 这就是将芯固定在一起的材料。从前面的章节中,我们了解到使用最广泛的预浸料是 FR4。这是一种预先用环氧树脂浸渍的编织玻璃纤维布。在层压过程中,这种树脂会因压力和热量而熔化,并流过铜特征和芯上裸露的层压板。当它冷却时,它将箔层和芯层粘合在一起。层压板——在层压过程中,内层、铜箔和预浸料在热和压力下粘合在一起。这有时是在真空中完成的。结果是一块内部有许多铜层的面板。它的外面也有箔纸。一旦您获得层压板,该过程基本上类似于双层PCB构造的过程。它采取以下步骤。


初级钻


以适合您预期组件定位的模式在面板堆叠中钻孔。这些孔通常比预期的成品电镀通孔尺寸大 5 密耳,因为它们将镀铜。孔必须尽可能精确。PCB 制造商使用 X 射线定位器来定位正确的孔,并且钻孔是计算机化的。


Deburr


这是去除孔周围的毛刺(金属的凸起边缘)。这些毛刺通常发生在钻孔过程中。此外,此时可能残留在钻孔中的任何碎屑都将被清除。


Desmear


此过程特定于多层 PCB。它是从内层连接处化学去除薄树脂涂层。该层通常是由于钻孔时钻头的热量和运动而发生的。此过程有助于改善电气连接


铜沉积


在这个阶段,薄铜涂层被化学沉积在整个面板的暴露表面。这包括孔壁。这将为将铜电镀到表面和孔中形成金属基底。


外层干膜抗蚀剂涂层


在这里,您使用与内层相同的薄膜来涂覆外层的整个表面。这应该覆盖甚至钻孔。


暴露和开发外层


使用与内层芯相同的程序暴露面板。光将穿过薄膜中的透明区域,从而使抗蚀剂硬化。它创建电路图案的图像。


铜图案电镀


接下来,将铜电镀到暴露的表面上,厚度约为 0.001 英寸。


镀锡

接下来,在暴露的铜表面上进行镀锡。在外层蚀刻期间,锡将充当抗蚀刻剂以保持铜迹线、孔焊盘和壁。


“SES”

这是剥离-蚀刻-剥离的三个相互关联的后续步骤。


抗蚀剂剥离——下一步是从面板上去除干膜抗蚀剂。镀锡层不受影响。所有被抗蚀剂覆盖的孔都变成开放的并且是非电镀的。

蚀刻——这个过程从所有没有镀锡的零件上去除铜。锡保护它下面的铜不被蚀刻。

锡条——锡已经完成了它的作用。因此,它被化学去除,留下铜


阻焊层应用


清洁——这里的第一步是清洁暴露的铜表面焊盘、走线和通孔。在这里,使用浮石擦洗表面。这有助于提高面罩的附着力并去除表面污染

阻焊层应用——应用光敏环氧树脂基油墨完全覆盖面板。接下来是干燥面板,但没有最终固化。然后通过胶片工具将面板暴露在光源下。最后,面板被显影,从而暴露出艺术品所定义的铜焊盘和孔

固化阻焊层——这是通过在烤箱中烘烤来完成的,尽管一些制造商使用红外热源。


Silkscreening


在这个阶段,根据客户的要求,将油墨丝印在板的一侧或两侧。之后,面板经过烘烤以固化墨水


热风焊料整平


这包括在面板上涂上助焊剂,然后将它们完全浸入熔融焊料浴中。焊料将覆盖所有暴露的金属表面。从焊料上取下面板时,将热空气吹向面板的两侧。这将去除孔中多余的焊料,并使焊盘上的表面光滑


Rout


使用 CNC 机器或路由器将电路板切割成合适的尺寸。您还可以对板进行评分,并在组装后轻松将它们分开。接下来是检查板的清洁度、毛刺和其他要求。


电气测试和最终检验


测试电路板在其电路中的开路和击穿。在可能的情况下,修复短路并进行验证测试。之后,目视检查电路板。确认它们符合客户的要求和行业规范。此外,验证物理尺寸和孔尺寸


包装和运输


最后一步是对好板进行计数和收缩包装,准备装运。


多层PCB组装工艺


我们现在处于最后阶段,从那里我们最终得到一个完整的 PCB。在此阶段,您现在将通过将组件安装和焊接到 PCB 上来添加组件。


然而,在我们进入 PCB组装过程之前,您需要进行 DFM 检查。还记得 DFM 吗。我们已经在本指南的前面部分讨论过它。DFM 检查旨在找出 PCB 上是否存在任何有问题的功能。因此,您将查看 PCB 的所有设计规范,以查看是否有任何缺失或错误完成的功能。此类问题的一个例子是在组件之间留下的空间不足,这可能导致短路。因此,DFM 检查对于降低成本非常重要。这是因为它可以帮助您及早意识到问题,从而减少废品的数量。完成此操作后,您现在可以继续进行实际的 PCB 组装过程。


有两种主要的方法可用于组装 PCB。这些是:


多层 PCB 的表面贴装技术

这涉及使用贴片机放置表面贴装元件,然后使用回流焊接将它们粘在板上。


表面贴装技术


表面贴装技术


表面贴装元件是那些没有引线且不使用通孔的元件。它们安装在电路板的一侧,不能穿透到另一侧。表面贴装组件通常是高度机械化的。


多层板通孔技术

此方法用于将通孔组件安装到板上。通孔元件的引线插入板上的孔中。然后使用手动或波峰焊焊接这些引线。大多数 PCB 通常同时具有表面贴装和通孔 PCB。因此,他们需要将这两种方法结合起来进行组装。使用的技术称为混合 PCB 组装。因此,让我们逐步了解多层 PCB 组装过程。


第 1 步:焊膏模板


顾名思义,这是在电路板的指定部分涂抹焊膏的阶段。这些是您打算安装和焊接组件的部件。使用模板有助于阻挡非预期的表面,使其不会接收焊膏。机械夹具确保 PCB 处于正确位置,然后涂敷器涂抹焊膏。接下来,机器将浆料涂抹在模板上,使其均匀地涂抹在模板未覆盖的每个区域上。当您移除模板时,焊膏仅保留在预期的部件上。


 第 2 步:拾取和放置


在板上涂上浆糊后,您将移动以将 SMD 组件放置在其上。有一些机器人设备可以帮助非常精确地拾取和放置这些 SMD 组件。这就是为什么今天,它们在很大程度上取代了以前使用的镊子。


第 3 步:回流焊接


这是有助于确保组件保持在其位置的过程。传送带移动焊膏熔化的回流炉。之后,将其冷却以固化并固定组件。(我已经在“原型设计”部分解释了这个过程,所以我将保留它)。


第 4 步:检验和质量控制


在这里,您可以检查电路板是否存在因回流焊接过程中的移动而导致的任何缺陷。基本上,以下是您将在此阶段运行的主要检查类型


手动检查

自动光学检测 (AOI)

X 射线检测

同样,我已经在原型部分深入研究了这一点。实际组装的过程与原型制作的过程相同。


第 5 步:通孔元件插入


大多数多层 PCB 设计为包括电镀通孔组件。如果是这种情况,那么这是将这些组件添加到板上的阶段。将组件放置在板上后,将引线很好地定位到孔中,现在是时候焊接它们了。回流焊接在这里不起作用。相反,您可以选择手动焊接或波峰焊接,具体取决于组件的类型和尺寸。手动焊接是一种更简单的选择,但与波峰焊相比速度较慢。因此,它仅用于波峰焊不理想的情况,例如 PCB 两侧都有通孔组件的情况。在这种情况下,不使用波峰焊,因为它会干扰电路板第一面上已焊接的组件。


第 6 步:最终检查和功能测试


这是最后一步,您可以测试现在完全组装的 PCB 的功能。为此,您将模拟 PCB 预期运行的实际工作条件。同时,您将监控性能并记录任何异常情况。如果电路板的任何特性存在问题,则该 PCB 无法通过测试。根据故障程度和公司标准,PCB 可以回收或报废。如果进行中的测试成功进行,那么最终测试中严重失败的可能性非常小。但是,为了确定最终产品,测试仍然是必须的。


多层印刷电路板的用途


从优缺点部分,我们看到了多层 PCB 优于单层 PCB 的几个积极特征。正如您所期望的那样,这在很大程度上吸引了许多行业选择多层 PCB。更具体地说,多层 PCB 保证的移动性和功能性吸引了许多人选择它们因此,在本节中,让我们看看其中的一些应用程序。




消费产品


世界各地的人们都在迅速转向智能产品,例如可以轻松实现多任务处理的智能手机。为了达到这种质量并保持便携性,这些设备必须使用多层 PCB。


电信设备


耐用性和功能性是电信设备最重要的两个特征。出于这个原因,多层 PCB 是该行业制造移动设备或户外塔的首选。


工业设备


同样,主要因素是耐用性。工业设备有时会受到无法容忍脆弱性的粗暴处理。出于这个原因,多层 PCB 用于运行工业机械的工业控制。


医疗器材


无论是诊断还是治疗,医疗设备的机动性和功能性都非常重要。因此,多层 PCB 广泛用于该领域,从心脏监视器到 CAT 扫描设备等等。


汽车行业


多层PCB的良好耐热性、小尺寸和高性能非常适合汽车内部环境。这就是为什么它们被广泛用于制造车载计算机和发动机传感器等。


航天工业


在重量、尺寸、耐用性和性能方面,这是最敏感的行业之一。这些属性的结合使多层 PCB 成为驾驶舱计算机等电子设备的最佳选择。


电脑电子


在计算机行业,便携性和性能非常重要,以至于它们大多超过了成本影响。例如,笔记本电脑既需要高性能又需要易于移动。因此,他们的主板和其他部件依赖于多层 PCB。


结论


本指南的目的是让您深入了解多层 PCB。在努力发展这种理解的过程中,我已经尽可能恰当地解释了这些概念和过程。在这方面,该指南使您能够很好地处理所有多层 PCB 问题。


有了这种理解,您现在也可以对涉及此类 PCB 的所有事项做出重要决定。


欢迎您在这里获取更多此类信息指南。





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