智能工厂中的自动化PCB制造流程
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- 来源:
- 发布时间:2024-09-12
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【概要描述】 与此同时,印刷电路板已经广泛使用数十年,制造工艺也因此成熟。年复一年的渐进式改进往往会产生令人难以置信的效果。下次您以低价订购大量高质量 PCB 以便快速交货时,请考虑这一点。
智能工厂中的自动化PCB制造流程
【概要描述】 与此同时,印刷电路板已经广泛使用数十年,制造工艺也因此成熟。年复一年的渐进式改进往往会产生令人难以置信的效果。下次您以低价订购大量高质量 PCB 以便快速交货时,请考虑这一点。
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无论您是专业的电子设计师还是业余爱好者,您都可以在订购后一周内获得高质量的定制印刷电路板 (PCB),在某些情况下甚至更快。这些PCB 的 价格非常低廉,您可能会质疑它们是如何制造出来的。答案在很大程度上归功于生产中使用的高度自动化的智能工厂概念,从订购过程本身开始。
使用电子设计自动化 (EDA) 软件(例如 KiCad、Eagle 或 Altium)设计电路板后,PCB 制造厂(通常简称为“工厂”)将继续进行自动化 PCB 制造流程。您(虚拟地)绘制一组标准指令(通常是 RS-274X 或 RS-274X2 格式的 Gerber 文件)以及钻孔文件。然后将它们上传到您选择的 PCB 制造商。许多供应商(例如 OSHPark 和 PCBWay)都会为您提供即时报价,您可以根据报价订购电路板。
制造商通常会检查上传的电路板,以确保其设计规则没有被违反,以便正确制作 PCB。这涉及大量自动化,但可能需要一些人为干预和/或来回沟通。检查和沟通完成后,多个客户电路板将组合到单个待切割面板上。通常,这些面板被切割成工厂工艺的标准尺寸,外层为铜,内层为 FR4(玻璃纤维)基板,以提供强度和绝缘性。
自动化 PCB 制造流程的要素
虽然不可能在这里描述所有 PCB 制造商如何做事的复杂性,但我们可以将自动化 PCB 制造过程分解为几个主要元素。请注意,为了简单起见,我们将考虑双层电路板制造,但可以根据需要通过堆叠和粘合过程使用更多层。此外,虽然这种智能制造过程涉及大量自动化,但仍然需要人工来完成诸如运输在制品、机器设置和最终检查等任务。
1. 钻通孔和通孔
通常,PCB 制造工艺的一步(在清洁和去毛刺操作之后)是钻通孔元件和通孔。该操作在钻机上完成,钻机可以形成小100微米的孔,比人的头发(直径约为 150 微米)还小。不同直径的钻头更换是自动进行的。
2. 光刻和层刻蚀
为了形成 PCB 走线和铜填充区域,需要根据提供的 Gerber 信息将成品铜的负片印在透明板上。面板两面都涂有一层感光膜,称为光刻胶。将印好的板与面板的顶部和底部对齐,然后使用紫外线灯使膜上没有印图像的区域的光刻胶变硬。进一步的处理会将未硬化的光刻胶连同下面的铜一起洗掉。
此时,电路板仍是整个面板的一部分,面板中可能包含许多设计。在整个PCB 制造操作过程中,会在许多点进行清洁,并逐步进行不同的检查(包括光学过程),以便尽早处理错误。
3. 电镀和化学工艺
将额外的铜电镀到 PCB 上,为过孔和通孔连接创建导电通道,并构建原始箔。可以指定不同厚度的铜镀层,并严格控制整个过程以满足客户要求。
4. 阻焊层、丝网、热风
焊 阻焊层用于保护铜线,以液体形式涂在 PCB 的两侧。涂好后,将电路板烘烤至半硬化状态,然后将透明印刷片涂在两侧。使用 UV 工艺使暴露的阻焊层硬化,然后去除未暴露的阻焊层,类似于之前执行的光刻胶工艺。
然后,喷墨打印机 会印上一层可见的丝网印刷层,用于识别元件和其他标记目的。通常会进行热风焊料整平 (HASL) 等工艺,以保护裸露的焊盘免受氧化。然后可以进行飞线探针检查,以确保 PCB 按照设计传导和抵抗电流。
5. 剖析和布线
面板上的每块 PCB 经过适当处理和检查后,计算机控制的布线操作会切割电路板的轮廓和非通孔内部特征。这些边缘和特征不必是直的。在此过程之前,面板也可以进行 V 形刻划(部分切割成“V”形)。V 形刻划仅限于直线,允许客户在收到模块后将其拆开。
6. 完成、包装、发货
经过最终清洁、进一步处理以去除布线中的工件以及检查后,PCB 便可以包装并运送给客户。这是一个令人惊叹的过程。
PCB:流程和履行优化
虽然令人印象深刻,但请注意,此处概述的流程是一种简化,并且这些操作因制造商甚至产品而异。除了自动化之外,还要考虑地理套利、地缘政治、运输和许多其他因素,以全面了解如何以实惠的价格生产快速周转的 PCB。
与此同时,印刷电路板已经广泛使用数十年,制造工艺也因此成熟。年复一年的渐进式改进往往会产生令人难以置信的效果。下次您以低价订购大量高质量 PCB 以便快速交货时,请考虑这一点。
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