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EDA制作流程

🧩 一、设计阶段（由工程师完成）​

  1. 原理图设计（Schematic） 在 EDA 软件（如 Altium、PADS、KiCad）中绘制电路连接关系。
  2. PCB Layout 布局布线 按原理图放置元件、铺铜、走线、加过孔、定义层数。
  3. 生成 Gerber 文件 + Drill 文件 这是制造厂用来制板的"标准文件格式"，包含线路层、阻焊层、丝印层、钻孔数据等。

📋 Gerber文件与制造工序对应关系表​

工序名称对应Gerber文件类型文件扩展名工艺要求适用材质注意事项
顶层线路Top Copper Layer.GTL线宽≥0.1mm，间距≥0.1mm所有基板确保走线连续性，避免尖角
底层线路Bottom Copper Layer.GBL线宽≥0.1mm，间距≥0.1mm所有基板注意与顶层对齐
内层线路Inner Layer.G1/.G2/.G3...线宽≥0.15mm，间距≥0.15mm多层板专用层间对齐精度要求高
顶层阻焊Top Solder Mask.GTS开窗精度±0.05mmFR4/铝基板/陶瓷确保焊盘完全露出
底层阻焊Bottom Solder Mask.GBS开窗精度±0.05mmFR4/铝基板/陶瓷防止桥接短路
顶层丝印Top Silkscreen.GTO字体高度≥0.8mm所有基板避免覆盖焊盘
底层丝印Bottom Silkscreen.GBO字体高度≥0.8mm所有基板文字清晰可读
机械层Mechanical Layer.GM1/.GM2...精度±0.1mm所有基板定义板外形和工艺孔
钻孔数据Drill File.TXT/.DRL孔径精度±0.05mm所有基板区分通孔和盲埋孔

🧱 PCB基板材质详解​

材料类型主要特性适用场景优点缺点注意事项
📌 FR4``玻璃纤维环氧树脂• 介电常数：4.2-4.8（1MHz）• 玻璃化转变温度：130-140°C• 阻燃等级：UL94-V0``• 吸水率：<0.15%消费电子、工业控制、通信设备成本低、工艺成熟、机械强度好高频损耗较大、热膨胀系数较高选择合适的介电常数等级，注意层压温度控制
🔥 铝基板``MCPCB• 导热系数：1.0-3.0 W/m·K• 常用厚度：0.8-2.0mm• 绝缘层：聚酰亚胺或环氧树脂LED照明、功率器件、汽车电子散热性能优异、尺寸稳定性好成本较高、加工难度大、不能做通孔注意绝缘层厚度选择，避免热应力集中
⚡ 陶瓷基板• 介电常数：6-10（氧化铝）、20-25（氧化锆）• 工作温度：-55°C至+850°C• 导热系数：15-35 W/m·K射频微波、功率模块、航空航天耐高温、低损耗、化学稳定性好成本极高、脆性大、加工复杂避免机械冲击，注意热膨胀匹配
🔄 柔性基板``FPC• 基材：聚酰亚胺（PI）• 厚度：0.1-0.5mm• 弯折寿命：>100,000次手机连接器、可穿戴设备、医疗器械可弯折、重量轻、空间利用率高成本高、设计复杂、焊接难度大控制弯折半径，避免应力集中区域
🔬 Rogers高频板• 低损耗、稳定介电常数``• 频率稳定性优异5G通信、毫米波应用高频性能优异、温度稳定性好成本极高、加工要求严格严格控制加工温度和湿度
🔬 Teflon基板• 超低损耗``• 介电常数极稳定毫米波应用、卫星通信超低损耗、化学惰性成本最高、加工极困难需要特殊加工工艺和设备
🔬 金属基板• 铜基、钢基材质``• 超强导热性能特殊散热需求、大功率应用导热性能极佳、机械强度高加工复杂、设计限制多注意热膨胀系数匹配
🔬 玻璃基板• 超薄、透明``• 表面平整度极高显示技术、光电应用透明、平整度高、化学稳定脆性极大、加工难度高避免机械应力，特殊搬运要求

🏭 二、板厂制造阶段（PCB制造厂完成）​

1️⃣ 开料工序（Material Cutting）​

工艺流程：

  1. 基板材质选择

    • 根据设计要求选择合适的基板材质（FR4、铝基板、陶瓷等）
    • 确认基板厚度、介电常数、导热系数等参数
    • 检查基板表面质量，确保无划痕、气泡、分层

  2. 尺寸裁切

    • 按照拼板尺寸要求进行精确裁切
    • 预留工艺边和定位孔位置
    • 确保裁切边缘平整，无毛刺

  3. 质量检验

    • 检查基板尺寸精度（±0.1mm）
    • 测试基板电气性能（绝缘电阻、介电强度）
    • 记录基板批次信息，建立可追溯性

📋 所需设计文件：

  • 机械层文件（.GM1/.GM2）：定义PCB外形尺寸和拼板方式
  • 钻孔文件（.TXT/.DRL）：确定定位孔和工艺孔位置
  • 制造说明文档：基板材质规格、厚度要求、特殊工艺要求

2️⃣ 内层图形转移工序（Inner Layer Patterning）​

工艺流程：

  1. 表面清洁处理

    • 使用化学清洗剂去除基板表面油污和氧化层
    • 微蚀处理，增强干膜附着力
    • 纯水冲洗，确保表面洁净

  2. 干膜贴附

    • 在洁净环境下贴附感光干膜
    • 控制贴膜温度（100-120°C）和压力
    • 确保干膜与基板完全贴合，无气泡

  3. 曝光工艺

    • 使用内层Gerber文件制作菲林
    • 精确对位，确保图形位置准确
    • 紫外光曝光，曝光能量控制在80-120mJ/cm²

  4. 显影工艺

    • 使用碳酸钠溶液显影
    • 控制显影时间和温度，确保图形清晰
    • 纯水冲洗，去除显影残留

  5. 蚀刻工艺

    • 使用氯化铜或氯化铁溶液蚀刻
    • 控制蚀刻速率，防止侧蚀和过蚀
    • 实时监控蚀刻进度，确保线宽精度

  6. 去膜检验

    • 使用氢氧化钠溶液去除干膜
    • AOI自动光学检测，检查线路完整性
    • 人工目检，确认无短路、断路缺陷

📋 所需设计文件：

  • 内层铜箔文件（.G1/.G2/.G3...）：定义内层线路图形
  • 钻孔文件（.TXT/.DRL）：内层对位孔信息
  • 工艺参数文档：线宽线距要求、阻抗控制参数

3️⃣ 压合工序（Lamination）​

工艺流程：

  1. 叠层设计

    • 按照层叠结构排列各层材料
    • 选择合适的预浸料（PP）厚度和型号
    • 计算压合后的总厚度和阻抗参数

  2. 材料预处理

    • 内层板表面粗化处理，增强层间结合力
    • 预浸料预烘干，去除水分
    • 铜箔表面处理，确保良好附着

  3. 叠层组装

    • 在洁净环境下进行叠层
    • 使用定位销确保各层精确对位
    • 检查叠层顺序和方向

  4. 预压工艺

    • 低压预压，排除空气和挥发物
    • 温度控制在80-100°C
    • 压力逐步增加至0.5-1.0MPa

  5. 主压工艺

    • 高温高压固化，温度170-180°C
    • 压力2.5-3.5MPa，保压时间60-90分钟
    • 控制升温速率，防止分层和气泡

  6. 冷却固化

    • 自然冷却至室温
    • 检查压合质量，测量厚度
    • 超声波检测，确认无分层缺陷

📋 所需设计文件：

  • 层叠结构图：定义各层材料和厚度
  • 阻抗控制文档：目标阻抗值和公差要求
  • 压合参数表：温度、压力、时间等工艺参数

4️⃣ 钻孔工序（Drilling）​

工艺流程：

  1. 钻孔定位

    • 使用X-Ray或光学定位系统
    • 确定内层靶环位置，计算钻孔偏移
    • 建立钻孔坐标系统

  2. 钻头选择

    • 根据孔径选择合适的钻头
    • 检查钻头磨损情况，确保钻孔质量
    • 设置钻孔参数（转速、进给速度）

  3. 钻孔加工

    • 数控钻机精确钻孔
    • 实时监控钻孔质量
    • 定期更换钻头，保证孔壁光滑

  4. 去毛刺处理

    • 机械去毛刺或化学去毛刺
    • 清除孔内残留物
    • 检查孔径精度和孔壁质量

  5. 孔位检验

    • 使用光学测量仪检查孔位精度
    • 抽检孔径尺寸，确保符合要求
    • 记录钻孔质量数据

📋 所需设计文件：

  • 钻孔文件（.TXT/.DRL）：所有孔的坐标、直径信息
  • 孔径对照表：不同孔径的用途说明
  • 钻孔工艺要求：孔径公差、孔壁粗糙度要求

5️⃣ 电镀工序（Plating Through Hole）​

工艺流程：

  1. 除胶渣处理

    • 使用等离子体或化学方法去除孔内胶渣
    • 确保孔壁导电层完整暴露
    • 检查除胶渣效果

  2. 化学铜沉积

    • 敏化、活化处理，在孔壁形成催化层
    • 化学铜沉积，厚度0.3-0.8μm
    • 形成连续的导电层

  3. 电镀铜加厚

    • 电解铜电镀，厚度20-25μm
    • 控制电流密度和镀液温度
    • 确保孔壁铜层厚度均匀

  4. 表面处理

    • 清洗去除镀液残留
    • 表面粗化处理
    • 检查镀层质量和厚度

  5. 电气测试

    • 通孔电阻测试
    • 绝缘电阻测试
    • 确保电气连通性良好

📋 所需设计文件：

  • 钻孔文件（.TXT/.DRL）：确定需要电镀的孔
  • 电镀工艺要求：铜层厚度、电阻值要求
  • 测试点定义：电气测试的测试点位置

6️⃣ 外层图形转移工序（Outer Layer Patterning）​

工艺流程：

  1. 表面预处理

    • 清洁铜表面，去除氧化层
    • 微蚀处理，增强干膜附着力
    • 表面粗糙度控制

  2. 干膜工艺

    • 贴附感光干膜
    • 控制贴膜参数，确保均匀贴合
    • 检查干膜质量

  3. 图形转移

    • 使用外层Gerber文件制作菲林
    • 精确曝光，形成线路图形
    • 显影处理，显现线路图案

  4. 蚀刻工艺

    • 蚀刻去除多余铜箔
    • 控制蚀刻参数，保证线宽精度
    • 实时监控蚀刻进度

  5. 去膜检验

    • 去除保护干膜
    • AOI检测线路质量
    • 测量线宽线距，确保符合设计要求

📋 所需设计文件：

  • 外层铜箔文件（.GTL/.GBL）：顶层和底层线路图形
  • 阻抗控制要求：特征阻抗目标值和公差
  • 线宽线距规范：最小线宽、最小间距要求

7️⃣ 阻焊工序（Solder Mask）​

工艺流程：

  1. 表面清洁

    • 清洁铜表面，去除污染物
    • 微蚀处理，增强阻焊层附着力
    • 表面干燥处理

  2. 阻焊印刷

    • 丝网印刷阻焊油墨
    • 控制印刷厚度和均匀性
    • 预烘干，去除溶剂

  3. 曝光工艺

    • 使用阻焊Gerber文件制作菲林
    • 精确对位曝光
    • 控制曝光能量，确保开窗精度

  4. 显影工艺

    • 显影去除未固化的阻焊层
    • 露出焊盘和测试点
    • 检查开窗尺寸和位置

  5. 最终固化

    • 高温固化阻焊层
    • 温度150-160°C，时间30-60分钟
    • 检查阻焊层附着力和颜色

📋 所需设计文件：

  • 阻焊层文件（.GTS/.GBS）：顶层和底层阻焊开窗
  • 焊盘定义文档：焊盘尺寸和开窗要求
  • 颜色规范：阻焊层颜色要求

8️⃣ 丝印工序（Silkscreen）​

工艺流程：

  1. 丝印制版

    • 根据丝印Gerber文件制作丝网版
    • 检查文字清晰度和位置精度
    • 调配丝印油墨

  2. 丝印印刷

    • 精确对位印刷
    • 控制印刷压力和速度
    • 确保文字清晰、无断线

  3. 固化处理

    • 烘干固化丝印层
    • 检查附着力和耐磨性
    • 确认文字可读性

📋 所需设计文件：

  • 丝印层文件（.GTO/.GBO）：顶层和底层丝印图形
  • 文字规范：字体大小、线宽要求
  • 位置精度要求：丝印相对于焊盘的位置公差

9️⃣ 表面处理工序（Surface Finish）​

工艺流程： 根据设计要求选择合适的表面处理工艺，详细工艺参数请参考上方"表面处理工艺详解"表格。

📋 所需设计文件：

  • 表面处理规范：指定表面处理类型和要求
  • 焊盘定义：需要表面处理的焊盘位置
  • 质量标准：表面处理质量验收标准

🔟 成型工序（Profiling）​

工艺流程：

  1. 外形加工

    • 根据机械层文件确定PCB外形
    • 选择合适的加工方式（锣边、冲压、激光切割）
    • 控制加工精度和表面质量

  2. V-Cut工艺

    • 在拼板连接处切V型槽
    • 控制V-Cut深度，保留0.3-0.4mm连接
    • 确保折断后边缘平整

  3. 质量检验

    • 检查外形尺寸精度
    • 测量V-Cut深度和角度
    • 确认无毛刺和裂纹

📋 所需设计文件：

  • 机械层文件（.GM1/.GM2）：PCB外形和V-Cut位置
  • 拼板设计图：拼板方式和连接方式
  • 加工精度要求：外形公差和表面质量要求

1️⃣1️⃣ 测试工序（Testing）​

工艺流程：

  1. 电气测试

    • 飞针测试或针床测试
    • 检测短路、开路、电阻值
    • 阻抗测试（如有要求）

  2. 外观检验

    • 目视检查表面质量
    • 检查尺寸精度
    • 确认丝印清晰度

  3. 功能测试

    • 根据客户要求进行功能测试
    • 记录测试数据
    • 判定产品合格性

📋 所需设计文件：

  • 测试点定义：电气测试的测试点位置
  • 测试规范：电气参数要求和测试方法
  • 验收标准：产品质量验收标准

🔬 表面处理工艺详解​

表面处理的作用：保护铜面免受氧化、提供良好的可焊性、确保长期存储稳定性。

工艺类型工艺流程适用场景优点缺点保存期注意事项
🥇 ENIG``化学镍金/沉金1. 清洗 → 微蚀 → 预浸 → 活化2. 化学镍沉积（3-6μm）3. 置换金沉积（0.05-0.2μm）高端产品、BGA封装、多次回流焊平整度好、可焊性优异、适合细间距成本高、可能出现黑盘现象12个月控制镍层厚度，避免黑盘缺陷
🔥 HASL``热风整平1. 清洗 → 助焊剂涂覆2. 浸锡（245-260°C）3. 热风刀整平传统插件、成本敏感产品成本低、工艺成熟、可焊性好表面不平整、不适合细间距6个月控制锡炉温度，注意热风压力
🌿 OSP``有机防氧化1. 清洗 → 微蚀 → 酸洗``2. OSP涂覆 → 干燥环保要求高、成本控制严格环保无铅、成本低、表面平整保存期短、不耐多次加热3-6个月避免多次回流焊，注意存储环境
⚡ 沉银``Immersion Silver1. 清洗 → 微蚀 → 预浸``2. 银离子置换沉积（0.1-0.4μm）射频应用、导电性要求高导电性优异、成本适中易氧化变色、需防硫化6个月防止硫化，避免接触含硫物质
🔧 沉铜``Immersion Copper1. 清洗 → 微蚀 → 活化2. 化学铜沉积（0.2-0.8μm）3. 防氧化处理成本敏感、导电要求高成本低、导电性好易氧化、工艺窗口窄1-3个月严格控制工艺参数，快速使用
💎 硬金``Hard Gold1. 清洗 → 微蚀 → 活化2. 化学镍沉积（3-6μm）3. 电镀硬金（0.5-2.5μm）金手指、接触开关、连接器耐磨性极佳、导电稳定成本极高、工艺复杂无限期控制金层厚度，注意镍层质量

📊 表面处理工艺对比表​

工艺类型成本平整度可焊性保存期环保性适用场景
ENIG高优秀优秀12个月良好高端产品、BGA
HASL低一般良好6个月一般传统产品、插件
OSP最低优秀良好3-6个月优秀环保产品、消费电子
沉银中等良好优秀6个月良好射频产品、高频应用
沉铜低良好良好1-3个月优秀成本敏感产品
硬金最高优秀优秀无限期良好连接器、金手指

🧪 三、成品检验与出货​

📋 最终质量控制​

检验项目：

  1. 外观检查

    • 表面无划痕、脏污、变色
    • 丝印清晰、位置准确
    • 阻焊层完整、颜色均匀

  2. 尺寸测量

    • PCB外形尺寸精度
    • 孔位精度检查
    • 厚度测量

  3. 电气性能验证

    • 最终电气测试确认
    • 阻抗测试报告
    • 绝缘电阻测试

  4. 包装出货

    • 防潮包装处理
    • 防静电保护
    • 质量证书和测试报告

📋 所需文档：

  • 验收标准：产品质量验收标准和测试方法
  • 包装规范：包装方式和防护要求
  • 出货清单：产品规格和数量确认

📝 四、工艺流程总结​

✅ 完整制造流程：

设计阶段 → 开料 → 内层图形转移 → 压合 → 钻孔 → 电镀 → 外层图形转移 → 阻焊 → 丝印 → 表面处理 → 成型 → 测试 → 检验出货

关键控制点：

  • 🎯 设计文件完整性：确保所有Gerber文件和工艺要求齐全
  • 🎯 工艺参数控制：严格控制温度、压力、时间等关键参数
  • 🎯 质量检验节点：每个工序完成后进行质量确认
  • 🎯 可追溯性管理：建立完整的生产记录和质量档案
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