1份PCB文件是如何变成1张电路板的?

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这篇文章,我们以一张普通的双层电路板为例,来介绍一下一份PCB文件是如何被制作成一张电路板的。

文中的书写顺序,完全按照嘉立创的生产进度流程来介绍,文中配图来自嘉立创江苏涟水生产基地以及嘉立创惠州大亚湾生产基地。

第1道工序:MI

MI的全称是Manufacturing Instruction,百度翻译为“制造说明书”。

我们把PCB文件或者Gerber文件下单给嘉立创以后,嘉立创的MI人员会针对我们的PCB文件出一个制造说明书,以供后续工艺使用。不过…

这份MI文件,并不是针对我们一个客户的一张电路板做的,而是把多个客户的不同PCB文件拼成一个稍微大一点的电路板以后,针对这张大的电路板,统一做的MI文件…

具体这个大的电路板是多大的尺寸,我们稍后会在第2道工序“钻孔”工艺里面介绍。

在之后的所有工艺环节,都是按照这里制作好的MI文件进行生产的,可见,MI文件是非常重要的。MI文件,由嘉立创深圳总部的工程部来制作完成。

第2道工序:钻孔

钻孔这道工序,是电路板正式开始生产的首道工序。钻孔的目的,是把电路板上需要开孔的地方全部开孔,包括电气孔、机械孔、过孔。(不规则的机械槽孔不是在这个工序里面开,它是在第11道工序“锣边”完成)

钻孔的详细生产步骤,按照顺序分为:开料销钉钻孔,接下来我们一一介绍。

开料

还没有开始生产之前,电路板的原材料如图2-1所示,我们一般把它叫做铜箔板。

图2-1

图2-1中的铜箔板的尺寸为49*82英寸。嘉立创采购的铜箔板,一般有两种尺寸,除了上图所示的49*82英寸,还有另外一种,是这个铜箔板的一半大小,即49*41英寸。

还记得我们在PCB下单的时候,有一个PCB厚度的选项吧?同理,铜箔板原材料,也是有各种厚度之分的,比如0.3mm、0.4mm、0.5mm…一直到2.0mm。

一般比较薄的会采购49*41英寸大小的,比较厚的会采购49*82英寸大小的。这个也不难理解,薄的铜箔板,越大的话,就会越容易弯曲变形,所以薄的就采购小一点的。

为了保证品质,嘉立创目前只从南亚和建滔这两家企业采购铜箔板。

这么大的一张铜箔板,想要对它进行加工处理,我想每一道工序都需要超级大的巨无霸机器才行吧。不过,还有另外一种办法,就是把它裁剪成几个小块。事实上,超级大的机器市场上也买不到,再有,为了适应自动化生产的要求,电路板的大小需要适应每一道工序中每一条生产线上的机器。

嘉立创结合自身工厂生产条件以及多年的生产经验,一般会把49*82英寸的铜箔板裁剪成6小块或者8小块,一般会把49*41英寸的铜箔板裁剪成4小块或者6小块。裁剪后的小板,尺寸分别是690*620mm、620*520mm、620*347mm三种。裁剪后的小板,就会正式的进入生产线上进行加工了。

刚才我们谈到的把大的铜箔板裁剪成小铜箔板的过程,工厂称为:开料。看到这里,你就知道工厂常说的开料是什么意思了。

嘉立创的开料机如图2-2所示,这是一条全自动的开料生产线。

图2-2

我们以49*82英寸的铜箔板被切割成690*620mm的过程来介绍一下开料的整个过程。在图2中履带的右边,大家可以看到一叠待切割的铜箔板。在履带的上边,大家可以看到一张铜箔板正要放到履带上。取板的工具是吸盘,因为铜箔板表面是光滑的。

在履带行进的过程中,会进行横竖两次切割。第一次切割,会把大的铜箔板平均切成3段,如图2-3所示,已经经过了一次切割,铜箔板已经被分成了3段,它还在线上继续行走。图3中的第一张板,已经走到了第二道切割机的下面,它会被一分为二。经过了第二次切割,一张大板就变成六张小板了。

图2-3

切割后的铜箔板,在铜箔板的边缘,是有毛刺的,可能会在后续的生产过程中,对生产人员和机器造成伤害,所以需要打磨一下。

开料线上,已经安装了自动打磨边缘的装置,如图2-4所示,我们可以看到一张铜箔板正在被机器自动旋转90度,旋转完成后,使用U形刀具打磨边缘。在接下来的行进过程中,一共需要3次旋转,最后,铜箔板的四周就都打磨完成了。


图2-4

打磨完成以后,会自动把铜箔板摞成整齐的一叠,如图2-5所示。

图2-5

刚才提到了,我们需要把大板裁剪成690*620mm、620*520mm、620*347mm这3种尺寸的小铜箔板,那到底需要哪种尺寸呢?这个其实是MI文件中的工艺表决定的。

负责开料的小伙伴,会先把工艺表打印出来,看着工艺表上的参数进行开料。如图2-6所示,是一个双层板的工艺表,在表格中,我们找到“工艺流程”序号1,对应的名称是“开料”,它的右边显示了板材类型要求是FR-4,板材厚度要求是1.5mm,开料尺寸要求是690*620mm。

图2-6

在这张表格中,大家找到“客编”,一共有两栏。为了保护大家隐私,我已经把这里的客编加了马赛克处理。这里的客编,就是大家在嘉立创系统中的客户编号,客编也会出现在自己做好的电路板上。

从客编这里可以看出,在这个690*620mm的铜箔板上,将会制作出8名客户的电路板。

这张表格,会跟随电路板一直走到发货环节,每一道工序,都要按照表中的要求来制作。

打销钉

开料完成后,就可以开始钻孔了吗?NO!在对它进行钻孔之前,还需要进行“打销钉”的步骤。

现在我们可以试想一下,我们把这么薄的一张铜箔板放到钻孔机台面上,给它打孔。当钻头穿过了铜箔,是不是就碰到钻孔机的台面了,这势必会造成钻孔机台面千疮百孔吧。那如果垫起来镂空怎么样?也不行,因为铜箔板太薄了,会产生弯曲。所以…

我们需要给铜箔板底下垫一层比较厚的纸板,这个纸板长什么样?大家在嘉立创做过钢网的话就应该见过,在你收到钢网快递的时候,钢网会被两层东西保护着,那两层东西就是纸板。在接下来的图片中也会看到纸板 。

为了提高生产效率,嘉立创会把几张铜箔板叠加在一起生产,具体是几张叠加在一起,需要看铜箔板的厚度,比如,1.5mm后的铜箔板,会把3张叠加在一起,最底下,再加一张刚才提到的纸板,把它们摞在一起。

在钻孔生产的时候,如果不把叠加在一起的3张铜箔板固定好,可能会产生移位、错位的问题,造成生产出来的电路板不能正常使用。为了解决这个问题,所以才会有刚才提到的“打销钉”的步骤。说到这里,大家也就明白打销钉的作用了。

如图2-7所示,嘉立创的一位小伙伴正在使用销钉机给铜箔板和纸板打销钉。

图2-7

如图2-8所示,是已经打好销钉的铜箔板和纸板。

图2-8

再给大家看一下细节,如图2-9所示。这个销钉,除了用来固定铜箔板不让它跑偏以外,还有一个作用,就是用来把铜箔板固定到钻孔机的台面上。


图2-9

钻孔

到这里,已经给大家介绍了“开料”和“打销钉”两个环节,接下来,就正式的进入“钻孔”环节了。

如图2-10所示,是嘉立创使用的大量钻孔机,注意,“大量”是一个品牌。

图2-10

如图2-11所示,是嘉立创使用的维嘉钻孔机。

图2-11

从图2-11中我们看到,在钻孔机的电脑显示器下方,有一张纸,这张纸就是我们刚才提到的工艺表。在工艺表上,有一个生产编号,大家可以去前面提到的工艺表中查看一下,把这个生产编号输入到钻孔机电脑中,就会调出对应的MI文件中的钻孔参数文件,有了这个钻孔参数文件,钻孔机就知道在铜箔板上的哪些位置钻孔了。

钻孔机开始运行之前,需要把打好销钉的铜箔板和纸板固定在台面上,其中,纸板是在最下面。放好之后,还会在最上面放一层铝片。铝片的作用有两个,一个是起到缓冲钻头的作用,让铜箔板的孔更加的平整,另外一个是起到散热的作用,让钻头不至于过热。

前面提到过,钻孔这道工序,会把电路板上所有需要开孔的地方钻孔。在我们设计的电路板上,会有很多直径不同的孔,所以,钻孔机上,也会准备很多种不同孔径的钻刀。如图2-12所示,是正在工作的钻孔机,我们可以在工作台的前面看到很多的钻刀整齐的摆放在那里。

图2-12

这些钻刀的孔径,有0.2mm、0.25mm、0.3mm…,大家可以注意到,钻刀的孔径是以0.05mm的间隔递增的。每一个硬件工程师的设计习惯都不一样,每一种产品的设计需求也不一样,这就造成了一张铜箔板上,需要有多种不同孔径的钻刀参与。

每一个钻刀,在钻了若干个孔以后,就需要重新打磨维护了,否则精度就会差。具体钻多少次就需要维护,不同孔径的钻刀,次数不一样。孔径越大的刀,打孔的次数越少。例如,0.3mm的钻刀,给双面板打3000个孔就需要打磨维护;3mm的钻刀,给双面板打800个孔就需要打磨维护了。

在摆放钻刀的旁边,有一个镭射检测器,大家可以在图12中看到它。在机器取上某个钻刀后,会自动在这里检测刀具是否符合要求,确定没有问题,就会开始给电路板钻孔了。把本张板子上的所有这个孔径的孔钻好,就会更换下一个钻刀了。嘉立创有一个专门的车间负责钻头的打磨维护。

钻孔全部完成之后,机器自动上报给服务器,表示钻孔工序完成,此时,我们如果在嘉立创下单助手中查看自己的电路板生产进度,就会看到“钻孔”后面已打对勾。

完成了钻孔这道工序,板子就会送往下一道工序:沉铜!

第3道工序:沉铜

经过了上一道工序:钻孔,现在就已经得到了满身都是孔的板子,不过,这些孔是不导电的,因为孔壁上没有铜。接下来的要走的这道工序,叫做沉铜。

沉铜的主要目的,就是让板子上的孔壁上沉积一层薄薄的导电胶,为后续“图电”工艺中的电铜电锡做准备,让其导电。所以…

沉铜生产线,也叫做“导电胶线”。

如图3-1所示,就是嘉立创的两条全自动导电胶线,从图中,我们可以一眼看到导电胶线的全部,板子走完这条线,沉铜工序就完成了,时间大概是几分钟。

图3-1

如图3-2所示,是刚刚从钻孔工序送过来的板子,我们可以看到它满身都是孔,它正在等待着进入导电胶线。

​图3-2

如图3-3所示,经过钻孔的铜箔板已经放到了沉铜线的最前端。导电胶线启动后,会自动地依次把每一张铜箔板送进生产线。

图3-3

板子进入导电胶线,首先会经过一个磨板机,如图3-4所示。经过钻孔后的铜箔板,板子上的孔周围难免会出现许多毛刺,磨板机的作用就是把板子表面打磨平整。

图3-4

磨板完成后,剩下的环节,就都是化学反应了。这些环节,主要包括微蚀、整孔、氧化、聚合、干板等,其中,还会夹杂多次水洗。

微蚀的目的是清洁板面氧化层,去除油污,同时表面形成一定的粗糙度,加大板面的结合力。

整孔的目的是清洁孔壁,浸润孔壁及改善电性。

氧化,整孔后用氧化剂与孔壁玻璃纤维树脂反应生成化学层。

聚合的目的是使孔壁上生成聚合膜,这样就有了导电性。

干板,先用吸水海棉吸取板面的水份,然后再用热风吹干板上的水份。

经过沉铜以后的铜箔板,外观上来看,和钻孔后的样子差不多,只是孔里面多了导电层。

沉铜完成后,直接经过生产线送入下一道工序:线路。

第4道工序:线路

线路工序主要包括三个环节,按照顺序依次为:压膜、曝光、显影。线路这道工序完成以后,铜箔板上会显示出清晰的线路。

压膜

我们在以前可能听过PCB生产工艺分为干膜和湿膜两种。这里说的干膜和湿膜,指的就是压膜这个环节。

干膜工艺和湿膜工艺相比,稳定性更高、品质更好,嘉立创采用的就是干膜工艺。

压膜,就是在铜箔板的两个面各贴一张蓝色的感光膜。

沉铜后的铜箔板,从生产线上直接被送到了线路房,然后在线路房的生产线上,完成压膜,整个压膜过程时间也不长,只需要1分钟左右即可完成。

压膜后的铜箔板,如图4-1所示。我们可以明显的看到在铜箔板上铺了一层膜,由于线路房中的灯光是黄色的,所以看起来膜是偏黄色的。

图4-1

感光膜作用是在铜箔板上完成线路的印制,它只在铜箔板上保留一段时间,在后续的“图电”步骤完成后,铜箔板上的膜就消失了,它的使命就完成了。

曝光

嘉立创目前有两种机器用于曝光:一种是需要菲林对位的自动曝光机,另一种是LDI全自动曝光机。

如图4-2所示,是一台需要使用菲林的线路自动曝光机。

图4-2

该自动曝光机需要使用线路菲林与压好干膜的电路板对好位,然后进行曝光。线路菲林有线路的地方是黑色的,没有线路的地方是透明的,在曝光灯管的作用下,透明的地方就会充分曝光,也就是没有线路的地方会充分曝光。

如图4-3所示,是线路曝光机内使用的菲林。

图4-3

如图4-4所示,是一台LDI曝光机,它使用激光技术,特点是不需要使用菲林,直接调取MI资料后使用激光在干膜上成像。它的缺点是在速度上没有使用菲林的自动曝光机曝光快。所以,LDI自动曝光机比较适合样板制作,而使用菲林的线路自动曝光机,更适合批量生产。

图4-4

如图4-5所示,是使用LDI曝光机组成的一个全自动生产线。我们知道,一般情况下,双面板的正反两面都有线路,所以正反两面都需要曝光。图4-4的生产方式,需要人工翻转电路板,而图4-5的生产方式,会有自动翻板机进行翻板操作。

图4-5

经过曝光后,干膜上就有清晰的线路了,如图4-6所示。

图4-6

显影

曝光其实就是为显影做准备。显影设备中的显影液会把没有曝光过的部分去掉,也就是说,它会把有线路的地方去掉,露出黄铜。显影完成以后的电路板,如图4-7所示。

图4-7

到这里,“线路”工序就完成了,下一道工序是:图电!

第5道工序:图电

图电的全称是图形电镀,图电工序总体分为以下几个环节:电铜、电锡、退膜、蚀刻、退锡。这些环节,全部都是通过化学反应实现。

电铜、电锡

“线路”完成以后的电路板,首先会送到图形电镀生产线,完成电铜和电锡。

我们知道,线路完成以后,板子上有线路的地方已经漏出了铜,没有线路的地方还有干膜。电铜完成以后,会把漏出的铜再上一层铜,使铜加厚一点。也就是有线路的地方会再加一层铜,包括过孔和电气孔。被干膜挡住的地方,则不会上铜。

电锡以后,有线路的地方,会再上一层锡,这里的锡,并不是我们最终拿到手电路板上的锡,这里的锡,是一种液态锡,它的作用是在下一个环节“退膜”的时候保护线路,它将会在图电工序的最后一个环节消失,完成它的使命。

如图5-1所示,是正在工作中的图形电镀生产线。图中上面一排,是正在准备进行电镀铜锡的板子,有线路的地方,是铜色的。图中下面一排,是已经完成电镀铜锡的板子,有线路的地方,已经变成了白色,这是锡的颜色,它已经完成了电铜和电锡。有干膜的地方,受灯光的影响,有时候看到是蓝色,有时候看到是黑色,有时候看到是紫色。

图5-1

退膜、蚀刻、退锡

完成电镀铜锡后,板子会送到全自动退膜、蚀刻、退锡生产线,生产线全貌如图5-2所示。图中,可以看到一张电路板正在进入生产线,它所经历的第一个环节就是退膜。退膜液只对曝光过的干膜起反应,经过两次退膜水洗,退膜就彻底完成了。

图5-2

如图5-3所示,这是已经完成退膜的电路板,我们已经明显的看到了它的干膜已经不见了,露出了铜,这些铜,都不是我们需要的,我们需要的铜,此时正在锡的下面。接下来板子进入蚀刻环节,目的就是把裸露的铜全部腐蚀掉。

图5-3

蚀刻环节,会使用一种药水,这种药水只对铜起反应,对锡没有反应,所以,经过蚀刻以后,刚才去掉干膜后露出的铜,就被腐蚀掉了。现在电路板上就只剩下真正需要的线路部分了。如图5-4所示,线路部分依然保持白色,说明锡没有和蚀刻药水发生反应,刚才的裸露铜部分,现在已经露出了基材。

图5-4

电路板继续随着滑轮往下走,进入“退锡”环节。退锡环节使用的药水,会和锡发生反应,把锡去掉,露出铜。如图5-5所示,是已经完成退锡的电路板。

图5-5

退锡完成后的电路板,继续随着滚轮滑动,在这个过程中,会有一台摄像机自动识别电路板的生产编号,并上传到嘉立创服务器,告知客户,图电步骤已经完成。

电路板继续随着滚轮滑动,进入AOI设备,如图5-6所示,四个高清摄像头对电路板进行扫描拍照,为后续AOI检测做准备。

图5-6

第6道工序:AOI

AOI的英文全称为Automated Optical Inspection,中文翻译过来就是自动光学检测。如图6-1所示,嘉立创的工作人员正在对刚刚完成图电的电路板做AOI光学检测。

图6-1

AOI检测的原理是这样的:把待检测的电路板放到AOI仪器检测面板上,AOI仪器开始自动扫描电路板,并与MI文件中的相应文件进行对比,一旦有区别,就会停下来,把图像放大显示到显示器上。

图6-2中有3幅图片,左侧上面那幅,是客户的设计图;左侧下面那幅,就是发现了和设计图不一样的地方;右面那幅比较大的图片,不仅会显示刚才有错误的地方,还会显示它的周围,方便工作人员观察。

图6-2

工作人员通过肉眼确认是否是缺陷,如果不是缺陷,继续往下观察下一处。如果是缺陷的话,看看是否能够补救,能补救的话就补救一下,不能补救的,就是生产缺陷了,然后标记一下出错地方。

AOI检测,只是针对电路板的外观进行检测,可以很好的检测出来开路、短路、断路的地方。不过,过孔是否全部导通,这里就无法检测了,过孔检测需要在后面的第10道工序“飞针测试”或者“复合模具测试”中完成。

到这里,AOI工序就完成了,下一道工序是:阻焊。

第7道工序:阻焊

经过了前面几道工序,电路板已经成了一个半成品了。接下来的的这道工序,叫做:阻焊!

如图7-1所示,是嘉立创的一条阻焊印刷线。我们可以在图的左边看到正在等待进行阻焊的电路板,电路板的线路部分,现在全部都是裸露的铜。

图7-1

这些裸露的铜,很容易和空气中的氧气发生氧化,发生氧化后影响电路板的性能,甚至缩短电路板的使用寿命,所以需要我们接下来的这道工序:阻焊。

阻焊的目的,就是给电路板表面涂一层油,保护铜。最常见的是绿油,此外,还有蓝、黑、白、红、黄、紫等颜色。目前,嘉立创针对不同颜色的阻焊工艺,全部免费。

阻焊的过程,特别类似前面已经经历过的“线路”。线路工序,分为压膜、曝光和显影3个环节。这里的“阻焊”工序,分为印阻焊油、曝光和显影3个环节。

印阻焊油

在印阻焊油之前,需要先对板子进行酸洗、磨板,和多道水洗等前处理,这些都是通过化学反应实现的。电路板上的线路铜,从裸露出来到现在,已经在空气中停留了一段时间,表面一定会有氧化,所以这里通过酸洗这个环节,来去除氧化,另外还会去除油污等杂质。磨板的目的,是为了稍后让感光油墨更好的与板子结合。

如图7-2所示,是印阻焊油设备上的网板,很明显,它给电路板涂的感光油墨,是绿色的。在网板的底下,已经放了一张电路板,这张电路板,已经完成了刚才的一些前处理环节,自动进入了网板的下方。

图7-2

经过了一道绿油印刷,电路板的一面就铺了一层绿色。电路板继续往前滑动,进入翻板机,把电路板翻转,然后进入下一个网板下面,再涂一层绿油。这样,电路板的两面,就都有了绿油。然后,电路板会进入多道已经设定好温度的高温烘烤设备,经过一定的时间,绿油就贴合在电路板上了。

曝光

刚才,我们把电路板的正反两面整张都涂了绿油,在不需要绿油覆盖的地方,也有了绿油,比如焊盘等需要开窗的地方。为了去除这些地方的阻焊油,就需要经过曝光和显影。

如图7-3所示,是嘉立创的一条阻焊自动曝光线,图中左边,是正在等待曝光的电路板。

图7-3

曝光需要用到阻焊菲林,在菲林上,需要开窗的地方是黑色的,其它地方是透明的。经过曝光以后,透明的地方就进行了充分的曝光,黑色的地方没有被曝光,就是需要开窗的地方,没有被曝光。

显影

显影的过程,也是一个化学反应的过程,显影液只对未曝光的地方起反应,所以,需要开窗的地方,就裸露出了焊盘。如图7-4所示,是经过了显影后的电路板,我们可以看到它的焊盘部分已经裸露,而且是铜色的。

图7-4

第8道工序:字符

字符工序,就是要完成电路板设计时丝印层上的内容,即把那些元器件编号、元器件外形等内容打印到电路板上,一般使用白色。对于白色的电路板,一般使用黑色。

嘉立创的字符设备有两种,一种是传统的字符丝印机,另外一种是激光字符丝印机。

如图8-1所示,是嘉立创的一条全自动字符印刷线。在这条生产线上,有两台字符丝印机,分别用来印刷电路板的顶面和底面。

图8-1

如图8-2所示,丝印机正在给一张电路板刷白油。这里也有一张网板,我们看到它是白色的,说明它在刷白油。这张网板,和“阻焊”工序时的网板原材料是一样的,它们的区别是,阻焊用的网板,是“全通”的,会给整张电路板刷上绿油,而字符这里的网板,只有在需要印刷字符的地方,才是“通”的。

图8-2

同样,印刷字符,也需要翻板,也需要印刷两次白油。印刷好以后,会被送到高温烤箱烘烤,以确保字符油墨很好的固定在电路板上。

如图8-3所示,是一台激光字符打印机,它的优点是无需制作网板,制作出的字符丝印也更加清晰,缺点是速度没有传统的字符印刷机快。一般样板制作,会使用激光字符打印机,批量生产,会使用传统的字符印刷机。

图8-3

第9道工序:喷锡或沉金

字符工序完成后,就该喷锡或沉金了。这道工序,在专业人士那里也叫做“表面处理”。

我们在嘉立创下单PCB的时候,会在焊盘喷镀那一栏选择“喷锡”还是“沉金”。喷锡后的焊盘,被上了一层锡,是银色的;沉金后的焊盘,被镀了一层金,是金色的。

如图9-1所示,左边是沉金的焊盘,右边是喷锡后的焊盘。

图9-1

不管是喷锡还是沉金,主要目的有两个,第一个是防止铜在空气中被氧化,第二个是让元器件更加容易焊接到电路板上。

喷锡一共分为3个环节:前处理,热风整平(喷锡),后处理。

如图9-2所示,是嘉立创的喷锡生产车间,从图中可以看到,电路板已经放到了前处理生产线的最前端。

图9-2

如图9-3所示,就是电路板进入的前处理部分。前处理包括微蚀、磨板、清水洗、镀松香等。

图9-3

其中,微蚀的目的是清除电路板表面的污垢。微蚀完以后是清水洗,会把微蚀工序的药水洗干净。然后是磨板(一般的工厂在喷锡线这里是没有磨板的),这里用到磨砂带是1000目的,属于非常细的磨砂,用来给电路板进行轻磨,不会损伤电路板表面,会把电路板表面的一些粘连物去掉。磨板之后又是一个水洗,然后再有一个烘干带,烘干以后,会浸入松香里面,也是我们说的助焊剂里面。

(这里插播一个小知识点,刚才提到的磨砂带1000目,这里的“目”,指的是1平方英寸面积里面筛网的孔数,目数越大,磨料就越细,800目以上就属于非常细的磨砂了。)

前处理完成后,就可以进行喷锡处理了,喷锡,也叫做“热风整平”,如图9-4所示,就是嘉立创的热风整平设备。

图9-4

电路板进入锡炉停留几秒钟后出来,锡炉的温度在230~250摄氏度之间。电路板出来以后,会伴随着一股强劲的风,我们把这股风叫做风刀,风刀主要用来在焊锡没有凝固之前吹平液态的焊锡。喷锡完了之后,我们就看到原来是黄色的铜焊盘,现在已经变成了银色的锡焊盘。不过,还没有完,还需要进行后处理。

如图9-5所示,是嘉立创的喷锡后处理产线。

图9-5

后处理主要是热水洗、磨板、冷板、干板等处理。喷锡完之后的电路板,是从200多度的锡炉里面出来的,电路板本身的温度还是很高的。它首先会行走在一个气浮床上,气浮床就是一个正常的流水线,从底下一直吹气,电路板半浮在了空中,就好像人拿了一个刚出炉的烤红薯一样,会对着它吹气用来降温,这里的气浮床就起到一个冷却的作用。经过了气浮床后,会进行一次热水洗,为什么是热水洗?因为这时候的电路板温度还没有完全降下来,如果用冷水洗的话,板子就可能会发生变形、表面起水雾等现象。热水洗之后,再经过磨板,把表面的一些锡渣等杂质处理掉。再到清水洗,烘干,出板,后处理就完成了。

后处理完成之后,电路板的表面就非常的干净了,如图9-6所示,是经过喷锡工艺之后的电路板。

图9-6

到这里,喷锡工艺就完成了。

第10道工序-测试

我们在第6道工序的时候,对板子进行了AOI光学检测,主要是从外观上,针对开路、短路、断路等情况对电路板的表面进行了检测,无法知道过孔的问题,比如孔内是否有铜、铜的质量如何、是否可以正常导通。接下来的这一道工序,就是用来解决这个问题。

我们会介绍两种测试方法:飞针测试和复合模具测试。

如图10-1所示,是嘉立创的测试车间。

图10-1

飞针测试

针对样板,嘉立创的AOI和飞针都是免费全测。AOI+飞针测试,基本上可以从根本上解决线路品质不良的问题。

我们自己测试PCB线路的时候,会把万用表打到通断档,然后使用红黑表笔放到线路的两端,听声音检测电路板上的某条线是否导通。飞针测试,原理和这个类似,只不过,它不是通过听声音来判断,而是通过检测电容值来判断。在开始测试前,工作人员先把电路板固定到机器上,然后导入电路板的网络文件,机器电脑会计算好每个网络的电容标准值,当测试开始以后,如果容差超过了一定范围,就认为不合格。

测试线路电容值,比起测试线路通断,更容易发现线路的品质问题,比如,一条原本是3mm宽的线,如果在某道工序中被腐蚀成了1mm宽,线路依然导通,但是很明显,已经出现了品质问题,可能导致电路板根本无法使用。

如图10-2所示,是一台正在工作的飞针测试机器。

图10-2

在图10-3中,我们可以看到两个针臂正在工作,事实上,是由四个针臂同时工作,另外的两个针臂,在电路板的背面,图片中看不到。

图10-3

探针的移动速度非常快,它会逐点移动来完成测试,不过,毕竟板子上这么多个点,这么条线。从嘉立创的以往数据来看,测试一张板的时间从20分钟到3个小时都有。

图10-4是飞针测试机上的电脑显示器。图中,绿色焊盘表示已经经过测试的,蓝色的焊盘表示待检。我们还可以看到在图中标有数字,这些数字,是电脑给电路板进行了区域划分,目的是防止飞针在测试的时候相撞。

图10-4

复合模具测试

刚才我们了解到,飞针测试完成一张电路板,需要的时间并不短。为了很好的解决时间的问题,复合模具测试,就诞生了。总的来说,复合模具测试,几秒钟,就可以测试一张电路板。

如图10-5所示,是嘉立创的复合模具测试设备。

图10-5

复合模具测试虽然快,但是需要制作一个复合模具,复合模具是由一层一层的板子组成的,包括插针、打线、排线等。制作模具需要一定的成本,还有时间,所以,复合模具测试,更适合大批量的电路板测试,如果是样板,还是飞针测试比较适合。

在复合模具中,会有很多的探针,一次性压到电路板上,完成测试,很明显,它比飞针测试中的4个探针逐点移动要快很多。

测试完的电路板,就到下一步工序:锣边和V割。

第11道工序:锣边、V-CUT

在前面的所有工序中,我们的电路板,始终是以大板的形式存在,这一道工序,就该把大板分成小板了,每一个小板,就是每一个客户设计的电路板,最终会把这些小板对应的发给不同的客户。

如图11-1所示,是嘉立创的铣板车间一角,图中的机器是锣边机。

图11-1

锣边,就是按照客户的PCB外形设计,把电路板从大板上切割出来。如果板子上有异形槽或者8字孔等特殊的槽,就先给电路板进行锣内槽的工序,然后进行锣边。

如图11-2所示,一台锣边机器正在给电路板进行锣内槽。

图11-2

锣内槽结束之后,或者如果没有特殊的槽,就会直接进入锣边环节。如图11-3所示,锣边机正在进行锣边。

图11-3

我们可以在图中看到,电路板上的上面,加了一层纸板,用来保护电路板。锣边机的顺序为先竖后横,先把大板中需要竖向切割的地方全部完成,然后再进行横向切割。

切割完成后的电路板如图11-4所示。我们可以看到,在电路板上,有很多的碎屑。

图11-4

切割完成后,就可以开始分拣了,在分拣的过程中,需要观察哪些板子需要V-CUT。V-CUT,我们一般也叫做V割。拼板后的电路板,就需要V割。V割和锣边的区别就是,锣边会直接把两张电路板分开,而V割后的电路板,两张电路板之间没有被完全割开,还留有一部分,只需要稍微用力,就可以掰开。

如图11-5所示,是嘉立创的V割机器。

图11-5

刚才我们看到,切割后的板子上面是有很多的碎末,所以,嘉立创还有一道洗板的工序。如图11-6所示,是嘉立创的洗板线最开始的取板机。

图11-6

在图11-7中,摆放有待洗的电路板,最上边有一些线缆的地方,是一个吸板装置,它移动到电路板的上方,一次吸走3张电路板,然后放到滚轮线上,电路板就进入洗板线了。

图11-7

电路板进入生产线后,经过酸洗、超声波洗、压力洗、清水洗、烘干等环节后,洗板就完成了。洗好的板子会被送到QC部门。

第12道工序:QC

QC,即质量检测。在这个环节,主要通过人工进行检测,主要检测板子外观和板子数量是否达标。板子外观方面,主要看是否有明显的缺陷,比如划伤、字符模糊等,还需要检测需要V割的板子是否有V割过。

如图12-1所示,是嘉立创的QC车间一角。我们可以看到,在蓝色的筐上面,贴了一张标签,在这张标签上,包括客户编号、内部编号、数量等信息。

图12-1

经过上一个工序锣边、V割、洗板后的电路板,送来QC部门之后,会先经过一个“锣边点数”的环节,这个环节,主要就是得到一张上面提到的标签。

我们知道,在电路板上的某个地方,会有我们的客户编号,这个是嘉立创的工程人员在制作MI文件的时候,给我们添加到电路板上的。负责锣边点数的工作人员拿到电路板后,找到客户编号,输入到ERP系统中,就可以打印出标签。

打印出条码以后,会粘贴到对应的电路板筐外面,交给检测人员。在打印出条码后,我们就可以在嘉立创小助手中看到我们的电路板进度到了QC环节。

如图12-2所示,嘉立创的一位检测人员正在清点数量。

图12-2

QC完成之后,就该打包发货了。

第13道工序:发货

发货之前,先进行包装。

拿到QC传送过来的电路板,首先会打印一个装箱条码。在装箱条码上,会有一些重要的信息,有些客户在嘉立创下单的时候,选择了一些个性化的参数,比如,包装要求是选择了嘉立创标识盒子还是空白无字盒子。打印出条码以后,在嘉立创下单助手进度跟踪里面就可以看到我们的电路板已经进入发货环节。

嘉立创一般采用的是真空包装,如图13-1所示,是嘉立创的真空包装机器,已经摆放整齐的电路板正在等待着包装,在每一叠电路板旁边,已经放了一小袋干燥剂。

图13-1

如果客户的板子数量比较多,会分成几叠,在每一叠上面贴上对应的标签,标签上有电路板的批次、每包数量、一共数量等信息。真空包装完毕,就该装箱了。

如图13-2所示,是刚刚经过真空包装后,嘉立创的小伙伴正在装箱,这个是一个小批量的单,在装箱之前,在箱子的四个角,已经放置了泡沫固脚,防止电路板在运输过程中或者搬运过程中的磕磕碰碰。

图13-2

在板子数量比较多的情况下,盒子也比较大,这时候会给盒子进行“打带”,对包装进行二次保护。如图13-3所示,是已经打带完成的包装箱。

图13-3

如图13-4所示,是嘉立创的自动打带机。

图13-4

包装完成后,就到发货环节了。根据包装箱上标签中的信息,就可以打印电子运单了。如图13-5所示,是嘉立创的发货部门一角。

图13-5

到这里,一个双层板的制造过程就结束了。不知道你对PCB的制作过程熟悉了吗?