PCB（Printed Circuit Board），即印制电路板，是电子元器件的支撑体，也是电子元器件之间电气连接的提供者。其制作工艺流程复杂且精密，融合了化学、机械、光学等多个领域的先进技术。从最初的设计到最终的成品，每一个环节都至关重要，直接影响着电路板的性能、可靠性和成本。

一、PCB制作工艺概述

PCB的制作是一个高度专业化的过程，通常可分为几个主要阶段：前处理与备料、图形转移、蚀刻、钻孔、电镀、阻焊与字符印刷、表面处理以及测试与检验。每个阶段又包含众多细致的工序，环环相扣，缺一不可。现代PCB制造已经实现了高度自动化，但许多关键环节仍依赖于熟练的技术工人和严格的质量控制。随着电子产品向小型化、高密度、高性能发展，PCB的制造工艺也在不断创新和升级，如HDI（高密度互连）板、柔性板、刚挠结合板等特殊PCB的制造，更是对传统工艺提出了更高的要求。

二、设计数据准备与CAM处理

PCB制作的起点是设计数据。工程师使用专业的EDA（Electronic Design Automation）软件，如Altium Designer、Cadence Allegro、Mentor Graphics Expedition等，完成电路原理图设计、PCB布局布线设计。这些设计数据以 Gerber 文件（或ODB++等更高级的格式）的形式输出，包含了所有导线、焊盘、过孔、字符、阻焊层等信息。

2.1 Gerber数据输出与校验

Gerber文件是PCB制造的标准数据格式，它将PCB的每一层（如线路层、阻焊层、字符层等）以及钻孔数据分别存储为独立的文件。在输出Gerber文件时，需要确保所有层的原点一致，比例正确，且数据完整。输出完成后，通常会使用CAM（Computer Aided Manufacturing）软件进行数据校验，检查是否存在开路、短路、线宽线距不足等设计缺陷，并修正一些制造上的不一致性。

2.2 CAM工程处理

CAM工程师接收到设计数据后，会对其进行一系列的工程处理，以使其符合生产要求。这包括：

• 数据导入与检查： 将Gerber文件导入CAM软件，进行层叠顺序、尺寸、孔位等基本信息的核对。

• 网表提取与比对： 从设计数据中提取网表信息，并与原设计网表进行比对，确保电气连接的正确性。

• 光绘数据生成： 将设计图形转换为光绘机能够识别的图像数据。这一步需要考虑线路补偿、图形优化等因素，以确保光绘精度。

• 钻孔数据生成与优化： 根据设计数据生成钻孔文件，包括孔径、孔位等信息。CAM工程师还会对钻孔顺序进行优化，以提高钻孔效率并延长钻头寿命。

• 可制造性分析（DFM）： 这是CAM处理中的一个重要环节。工程师会根据工厂的生产能力和工艺限制，对设计进行可制造性分析，例如检查线宽线距是否满足工艺要求、阻焊桥是否足够宽、泪滴设计是否合理等。如果发现问题，会与设计工程师沟通协商，进行修改或调整。

• 拼版（Panelization）： 为了提高生产效率，通常会将多个独立的PCB单元板拼接到一个大的生产板上进行制造。拼版时需要考虑板边距、工艺边、定位孔、测试点等因素，以方便后续的自动化生产和测试。拼版方式有V割和邮票孔两种，根据客户需求和产品特点选择。

• 生产资料输出： 最终，CAM工程师会输出各种生产所需的资料，如光绘文件、钻孔文件、测试文件、工艺指导文件等，供后续工序使用。

三、内层线路制作（针对多层板）

多层板的制造是PCB工艺中最为复杂的部分之一，其核心在于内层线路的制作和层压。

3.1 开料

开料是指将覆铜板（CCL）切割成适合生产的尺寸。覆铜板是PCB的基础材料，由基材（如FR-4环氧玻璃布）、铜箔和粘合剂组成。开料时需要精确控制尺寸，以保证后续工序的对位精度。

3.2 刷板

开料后的板材表面可能存在灰尘、氧化物、指纹等污染物，需要进行刷板处理，以清除这些杂质，保证铜箔表面洁净，提高后续图形转移的附着力。刷板通常采用机械刷磨结合化学清洗的方式。

3.3 压膜

压膜是将感光干膜贴附在铜箔表面。感光干膜是一种遇光会发生聚合反应的聚合物，它在曝光后能够抵抗蚀刻液的侵蚀，从而形成线路图形。压膜过程需要控制温度、压力和速度，以确保干膜与铜箔之间无气泡、无褶皱，紧密贴合。

3.4 曝光

曝光是将线路图形从光绘底片转移到感光干膜上的过程。光绘底片上印有线路图形，通过紫外光照射，感光干膜上未被光线照射到的部分会发生聚合反应，变得不溶于显影液。曝光的精度直接影响线路的清晰度和准确性。高精度的曝光设备和严格的环境控制是保证曝光质量的关键。

3.5 显影

显影是利用显影液溶解掉感光干膜上未曝光（未发生聚合反应）的部分，从而暴露出铜箔表面。经过显影后，铜箔上就形成了与线路图形一致的感光干膜保护层。显影液的浓度、温度和显影时间都需要精确控制，以避免过度显影或显影不足。

3.6 蚀刻

蚀刻是去除未被感光干膜保护的铜箔，形成所需线路图形的关键步骤。常用的蚀刻液有氯化铁、碱性蚀刻液等。蚀刻过程中，铜箔在蚀刻液的作用下被化学溶解，而受保护的线路部分则得以保留。蚀刻的均匀性和蚀刻速度的控制至关重要，以避免出现欠蚀、过蚀或侧蚀等问题，影响线路的完整性和线宽线距的精度。

3.7 退膜

蚀刻完成后，需要使用退膜液去除感光干膜保护层，暴露出完整的铜线路。退膜液通常是强碱性溶液，能够溶解掉感光干膜，同时不损伤铜线路。

3.8 AOI（自动光学检测）

AOI是内层线路制作完成后进行的一项重要检测。AOI设备利用光学扫描技术，自动检测线路是否存在开路、短路、线宽线距异常、污渍、划痕等缺陷。它能够大大提高检测效率和准确性，及时发现并纠正问题，避免缺陷板流入后续工序，造成更大的损失。

四、层压（仅限多层板）

层压是将处理好的内层板、半固化片（Prepreg）和铜箔在高温高压下压合在一起，形成具有预设层数和结构的PCB板。

4.1 内层氧化/棕化

在层压之前，内层板的铜表面需要进行粗化处理，通常采用棕化（或黑化）工艺。棕化是在铜表面形成一层均匀的氧化铜层，增加铜表面积，从而提高铜箔与半固化片之间的结合力，防止分层。

4.2 层叠叠配

层叠叠配是根据设计要求，将不同厚度和类型的半固化片、铜箔和内层板按照特定的顺序进行叠放。半固化片是预浸有树脂的玻璃纤维布，在高温下会软化流动并固化，起到粘合和绝缘的作用。不同的层压结构会影响PCB的电气性能和机械强度。

4.3 压合

将叠配好的板材放入压合机中，在设定的温度、压力和时间条件下进行压合。在高温下，半固化片中的树脂熔化并填充各层之间的空隙，然后固化，将各层牢固地粘合在一起。压合过程需要精确控制温度曲线和压力曲线，以确保树脂充分流动、固化，并避免产生气泡、分层等缺陷。

4.4 卸板与去毛边

压合完成后，从压合机中取出板材，并进行去毛边处理，去除板边溢出的树脂和铜屑。

五、机械钻孔

钻孔是在PCB板上形成通孔、盲孔、埋孔等，用于电气连接和元器件安装。

5.1 X-Ray钻靶机钻孔

在进行正式钻孔之前，会使用X-Ray钻靶机对层压后的板材进行定位。X-Ray钻靶机可以穿透板材，检测内层线路中的靶点，并根据靶点位置精确计算出钻孔的补偿量，确保钻孔与内层线路的对位精度。这一步对于多层板的钻孔尤其重要。

5.2 数控钻孔

钻孔主要通过数控钻孔机完成。数控钻孔机具有高精度、高效率的特点，能够根据钻孔文件自动选择合适的钻头，并精确控制钻孔位置、深度和速度。钻孔过程中会产生大量的钻屑和粉尘，需要配备吸尘装置。钻头磨损会影响孔的质量，因此需要定期更换和修磨钻头。

5.3 去钻污与沉铜

钻孔后，孔壁上会残留钻污（如树脂、玻璃纤维粉末），这些钻污会影响后续的电镀质量。因此，需要进行去钻污处理，通常采用等离子体去钻污或化学去钻污。

去钻污后，需要进行沉铜（也称化学铜）处理。沉铜是通过化学反应在非导电的孔壁上沉积一层薄薄的导电铜层，为后续的全板电镀打下基础。沉铜层的质量直接影响孔的导通性和可靠性。

六、外层线路制作

外层线路的制作与内层线路类似，但通常采用“图形电镀法”或“负片法”进行。

6.1 刷板

与内层制作类似，外层板在进行线路制作前也需要进行刷板处理，确保铜表面洁净。

6.2 压膜与曝光

与内层制作相同，将感光干膜压附在外层铜箔上，并通过曝光将外层线路图形转移到干膜上。

6.3 显影

显影去除未曝光的干膜，暴露出需要进行二次电镀的铜箔。

6.4 二次铜电镀与镀锡/镀镍/镀金

在已经沉铜的孔壁和已经形成的铜线路图形上，进行二次铜电镀，使孔壁和线路上的铜层增厚，达到设计所需的铜厚。随后，为了保护线路不被氧化和方便后续蚀刻，会在铜层上镀上一层抗蚀刻金属，如锡、镍或金。镀锡是最常用的方法，镀金则用于高频或高可靠性要求的板子。

6.5 退膜

退膜是去除所有感光干膜，暴露出未被电镀金属保护的铜层。

6.6 蚀刻

蚀刻是去除未被电镀金属（如锡或金）保护的裸露铜层，形成最终的外层线路图形。由于镀锡/镀镍/镀金层具有抗蚀刻性，因此在蚀刻铜层时，这些金属层会保护下方的铜线路。蚀刻后，就形成了完整的外层线路。

6.7 退锡/镍/金

如果之前镀的是锡，则需要进行退锡处理，去除线路上的锡层，暴露出纯铜线路。如果镀的是镍或金，则在后续的表面处理中进行。

6.8 AOI（自动光学检测）

与内层类似，外层线路制作完成后也需要进行AOI检测，确保线路的完整性和准确性，防止短路、开路等缺陷。

七、阻焊层制作

阻焊层（Solder Mask）是PCB表面的一层绿色（或其他颜色）油墨，其主要作用是防止线路氧化、防止焊接时发生短路，以及保护线路不受机械损伤。

7.1 刷板与预烘

在涂布阻焊油墨之前，板面需要进行彻底清洗和刷磨，确保表面无油污、无灰尘。清洗后进行预烘，去除板材表面的水分。

7.2 涂布阻焊油墨

阻焊油墨通常通过丝网印刷、喷涂或淋涂的方式涂布在整个板面上。涂布要求均匀、无气泡、无漏涂。

7.3 预烤

涂布后的阻焊油墨需要进行预烤，使油墨中的溶剂挥发，油墨初步固化，形成一层薄膜，以便于后续的曝光。

7.4 曝光

与线路曝光类似，阻焊层曝光是利用光绘底片将阻焊图形（即不阻焊的区域，如焊盘、过孔等）转移到阻焊油墨层上。在曝光过程中，UV光照射到油墨上，使油墨发生聚合反应，变得不溶于显影液。而光绘底片上没有图形的区域（即焊盘、过孔等需要露出铜的区域），则没有被UV光照射到，油墨未发生聚合。

7.5 显影

显影是去除未曝光（未固化）的阻焊油墨，使焊盘、过孔等需要焊接的区域露出铜面。显影液的配比、温度和时间都会影响显焊环的清晰度和阻焊膜的附着力。

7.6 固化（后固化）

显影后的阻焊层需要进行彻底固化，通常在高温炉中进行。固化后的阻焊层具有良好的绝缘性、耐化学性和耐热性，能够长期稳定地保护线路。

八、字符印刷

字符（Legend或Silkscreen）层是印刷在阻焊层上的文字、符号、元器件位置标识等信息，用于方便元器件的组装和调试。

8.1 刷板与预烘

字符印刷前同样需要对板面进行清洁和预烘。

8.2 丝网印刷

字符通常通过丝网印刷方式进行。将字符油墨（通常为白色）涂布在丝网上，通过刮刀将油墨刮过丝网，油墨透过丝网的开口部分印刷到板面上。

8.3 固化

印刷完成的字符油墨需要进行固化，以使其附着牢固，不易脱落。固化方式可以是热固化或UV固化。

九、表面处理

表面处理是为了保护裸露的铜焊盘不被氧化，并提供良好的可焊性，是PCB制作的最后一道关键工序。

9.1 HASL（热风整平）/OSP（有机可焊性保护剂）

这是两种最常见的表面处理方式。

• HASL（Hot Air Solder Leveling，热风整平）： HASL是在裸露的铜焊盘上喷涂一层熔融的锡铅合金（或无铅锡），然后通过热风将多余的焊料吹平，形成平整的焊盘表面。HASL工艺成熟，成本相对较低，但平整度稍差，且含有铅（如果使用锡铅合金）。

• OSP（Organic Solderability Preservative，有机可焊性保护剂）： OSP是在裸露的铜焊盘上生成一层有机保护膜，该保护膜在焊接时会挥发，暴露出可焊的铜面。OSP工艺环保、平整度好，但保存期相对较短，且不能进行多次焊接。

9.2 ENIG（化学镍金）/ ENEPIG（化学镍钯金）/ 浸银/ 浸锡

这些是更高端的表面处理方式，通常用于对可靠性、可焊性、平整度要求更高的产品。

• ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold，化学镍金）： ENIG是在铜焊盘上先沉镍，再浸金。镍层提供强度和屏障作用，金层则提供优异的可焊性和抗氧化性。ENIG表面非常平整，适用于细间距封装，但成本较高。

• ENEPIG（Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold，化学镍钯金）： ENEPIG是在ENIG的基础上增加了钯层，钯层在镍和金之间，可以进一步提高可靠性和防止黑垫（Black Pad）现象。

• 浸银： 浸银是在铜焊盘上形成一层银膜，具有良好的可焊性，但易氧化变色，保存期有限。

• 浸锡： 浸锡是在铜焊盘上形成一层锡膜，可焊性好，但锡容易扩散到铜中，影响寿命。

表面处理的选择取决于产品的应用、性能要求、成本和环境法规等因素。

十、成型

成型是将大的生产板切割成独立的PCB单元板。

10.1 CNC铣边

CNC铣边是利用数控铣床，根据设计文件切割PCB板的外形。铣边精度高，可以加工各种不规则形状的板子。铣边过程中会产生大量粉尘和毛刺，需要进行清理。

10.2 V-Cut（V型槽切割）

V-Cut是在PCB板上预先切割出V型槽，方便后续手工掰开。V-Cut适用于规则形状的板子，效率高，但不能切割异形板。

十一、测试与检验

PCB制作完成后，需要进行严格的测试和检验，确保其功能和质量符合设计要求。

11.1 电性能测试（开短路测试）

电性能测试是PCB出厂前最重要的一项测试，用于检测线路是否存在开路（Open）和短路（Short）现象。常用的测试方法有：

• 飞针测试（Flying Probe Test）： 飞针测试机通过移动的探针接触PCB上的测试点，检测线路的导通性。适用于小批量、多品种的生产。

• 专用测试架测试（Fixture Test）： 专用测试架是为特定PCB设计的测试夹具，通过与PCB上的测试点接触，进行快速全面的开短路测试。适用于大批量生产。

11.2 外观检验

外观检验是人工或AOI设备对PCB的外观进行检查，包括：

• 板面清洁度： 检查板面是否有污渍、指纹、油墨残留等。

• 阻焊层质量： 检查阻焊层是否有划痕、气泡、漏涂、对位不良等。

• 字符印刷质量： 检查字符是否清晰、完整、无错漏。

• 尺寸检查： 检查PCB的尺寸、孔径、孔位等是否符合设计要求。

• 分层、气泡、起泡： 检查板材内部或表面是否存在这些缺陷。

11.3 尺寸与公差检测

使用二次元测量仪、三坐标测量仪等精密测量设备，对PCB的尺寸、孔径、孔位、线宽线距等进行精确测量，确保其在公差范围内。

11.4 可靠性测试（抽样）

为了验证PCB的长期可靠性，通常会进行抽样可靠性测试，包括：

• 热冲击试验： 模拟PCB在极端温度变化下的性能，检查是否存在分层、开裂等问题。

• 热应力试验： 模拟焊接过程中的热应力，检查连接的可靠性。

• 剥离强度试验： 测量铜箔与基材之间的结合力。

• 阻抗测试： 针对高频板，测试传输线的特性阻抗是否符合要求。

• 金相切片分析： 切片观察孔壁的镀层质量、层间连接情况、有无空洞等。

十二、包装与出货

所有测试和检验合格的PCB板，将进行最后的包装，准备出货。

12.1 真空包装

PCB板通常采用真空包装，以防止受潮和氧化。包装袋中还会放置干燥剂。

12.2 防静电包装

为了防止静电对PCB造成损伤，包装材料通常采用防静电材料。

12.3 贴标签与出货

在包装外部贴上产品标签，包含产品型号、批次、数量、生产日期等信息，然后进行出货。

十三、总结与展望

PCB制作工艺是一个高度复杂且精密的系统工程。从设计数据的生成，到内层线路的精细刻画，多层板的精准层压，孔洞的精确钻取，外层线路的完整呈现，阻焊层的可靠保护，字符信息的清晰印刷，以及最终的表面处理和严格的测试检验，每一个环节都凝聚了先进的技术和严谨的质量控制。

随着电子产品向更小、更快、更智能的方向发展，PCB制造技术也在不断演进。高密度互连（HDI）技术、嵌入式元器件技术、柔性PCB、刚挠结合PCB以及新材料的应用等，正在推动PCB制造向更高精度、更高集成度、更高可靠性、更环保的方向发展。例如，HDI技术通过激光钻孔和积层法，实现了更小的孔径和更高的布线密度，满足了移动设备等小型化产品的需求。埋入式元器件技术则将部分元器件直接集成到PCB内部，进一步缩小了产品体积，提升了性能。同时，对环保和可持续发展的要求也促使PCB制造商采用无铅工艺、绿色材料和更节能的生产方式。

未来的PCB制造将更加注重智能化和自动化，通过引入人工智能、大数据分析等技术，优化生产流程，提高生产效率和产品良率。同时，跨学科的融合将变得更加重要，材料科学、化学工程、机械工程、光学工程以及软件工程等领域的最新进展，都将为PCB制造带来新的突破。PCB作为电子信息产业的基石，其制造工艺的不断创新，将持续支撑着全球电子技术的飞速发展。