电路板（PCB）生产制造是涵盖材料科学、精密加工、化学工艺及检测技术的系统工程，其流程需根据层数（单层/双层/多层/HDI）、结构（刚板/软板）及性能需求（高频/高Tg/高散热）调整。以下从材料准备、内层制作、钻孔与电镀、外层制作、表面处理、成型与检测六大核心阶段，结合专业术语展开详解：
一、材料准备：基础载体的“精准选型”
PCB的材料选择直接影响电气性能（阻抗、信号完整性）、机械性能（板翘、强度）及环境适应性（耐温、防潮），核心材料包括：
1. 基材（Substrate）
类型：
刚性基材：环氧玻璃布基（FR4，Tg≥130℃）、高频高速基材（罗杰斯RO4350B，Df≤0.0037；松下Megtron 6，Df≤0.002）、聚酰亚胺（PI，软板用）；
柔性基材（FPC）：聚酰亚胺（PI）或聚酯（PET），需具备高挠性（弯曲半径≤5mm）。
关键参数：
厚度偏差：≤±5μm（常规板≤±10μm）；
热膨胀系数（CTE）：≤17ppm/℃（X-Y方向），≤27ppm/℃（Z方向）；
介电常数（Dk）：FR4约4.5，高频材料≤3.66（如RO4350B）。
2. 半固化片（Prepreg, PP）
作用：层间粘合介质，由未完全固化的环氧树脂+玻纤布组成；
选型标准：
型号匹配：7628（厚树脂，适合大间距层）、2116（薄树脂，适合精细线路）、1080（超薄树脂，HDI用）；
树脂含量（RC）：45%-55%（与芯板厚度匹配，避免流胶）；
预固化度（Flow）：低流动PP（Flow≤25%），防止压合时树脂溢出。
二、内层制作：多层结构的“基石成型”
内层是多层PCB的核心层（通常为偶数层），需通过图形转移、氧化处理、内层蚀刻形成精细线路（线宽/线距≤100μm），关键工序如下：
1. 内层图形转移
将设计文件（Gerber）转化为内层线路图案，采用负片工艺（常规）或正片工艺（精细线路）：
涂覆感光胶：
干膜（Dry Film, DF）：厚度25μm（精细线路用17μm），贴膜温度110-130℃，压力0.3-0.5MPa（避免气泡）；
湿膜（Wet Film）：厚度15μm（成本低，适合常规板），需控制涂覆均匀性（厚度偏差≤±2μm）。
曝光显影：
曝光设备：LDI激光直接成像（分辨率≤20μm，替代传统菲林），曝光能量80-100mJ/cm²（匹配干膜厚度）；
显影液：碳酸钠（Na₂CO₃）溶液（浓度1-1.5%），显影速度需与曝光能量匹配（避免线宽偏差）。
2. 内层氧化处理
增强芯板铜面与PP片的结合力，常用黑化或棕化：
黑化：NaOH（50-80g/L）+KMnO₄（5-10g/L）溶液氧化，生成CuO/Cu₂O混合层（厚度0.5-1μm），表面粗糙度Ra=0.8-1.2μm；
棕化：H₂SO₄（100-150g/L）+K₄[Fe(CN)₆]（1-3g/L）溶液生成Cu₂O纳米线（厚度0.3-0.5μm），Ra=0.5-0.8μm（更环保）。
3. 内层蚀刻
去除未曝光的铜层，形成内层线路，需控制：
蚀刻因子（Etch Factor）：线宽/侧蚀量≥3:1（常规板2:1），侧蚀率≤15%（避免线路变细）；
微蚀控制：蚀刻后使用过硫酸钠（Na₂S₂O₈）+硫酸（H₂SO₄）微蚀（Ra=0.3-0.5μm），为外层图形转移提供粗糙界面。
4. 内层检测
AOI检测：自动光学检测（分辨率≤20μm），识别短路、断路、线宽偏差（公差±10%）；
X-Ray检测：测量内层孔位偏移（≤±25μm），确保层间对准基础。
三、钻孔与电镀：三维互连的“通道构建”
钻孔与电镀是实现层间电气连接（导通孔）的核心工序，需突破高厚径比（AR=孔深/孔径）与微孔加工的技术瓶颈。
1. 钻孔工艺
机械钻孔（通孔/埋孔）：
孔径范围：≥0.2mm（≤0.1mm需激光钻孔）；
钻孔参数：转速S=100,000-200,000rpm（小孔径），进刀量F=0.01-0.03mm/r（避免断刀）；
孔壁质量：粗糙度Ra≤3μm（避免电镀空洞），孔位精度≤±0.05mm（激光对位要求）。
激光钻孔（盲孔/微孔）：
设备选择：UV激光（波长355nm，光斑直径≤15μm）用于0.05-0.2mm微孔；CO₂激光（波长10.6μm）用于0.1-0.5mm孔；
热影响区（HAZ）：≤50μm（避免烧蚀内层线路），需调整脉冲频率（50-100kHz）与功率（5-15W）；
孔型控制：锥度≥10°（确保电镀填孔效果），孔壁粗糙度Ra≤2μm（减少电镀缺陷）。
2. 孔金属化（PTH/图形电镀）
在孔壁沉积薄铜（约0.5-1μm），使绝缘孔壁导电化，关键工序：
全板电镀（PTH）：
电镀液：硫酸铜（CuSO₄·5H₂O，浓度180-220g/L）+硫酸（H₂SO₄，浓度10-15%）+氯离子（Cl⁻，50-100ppm）；
电流密度：1.5-3A/dm²（常规板），高厚径比（AR≥10:1）需提升至3-5A/dm²；
厚度控制：孔铜厚度≥0.8mil（1mil=25.4μm），面铜厚度≥1mil（高多层需≥1.5mil）。
图形电镀（外层加厚）：
阳极选择：钛篮装磷铜球（纯度≥99.9%，整平效果好）或可溶性铜板（低电流密度）；
添加剂：整平剂（聚乙二醇PEG，0.1-0.3mL/L）、加速剂（氯离子Cl⁻，50-100ppm）、抑制剂（硫脲，0.5-1mL/L）（抑制“狗骨”效应，即孔口铜厚＞孔中心）；
厚度均匀性：整板铜厚偏差≤±5%（X-Ray测厚仪监控）。
四、层压工艺：多层级联的“精密粘合”
层压是将内层芯板与PP片交替堆叠，通过高温高压固化形成整体结构的过程，核心目标是层间对准精度与介质厚度均匀性。
1. 叠层设计（Stack-Up）
对称性：芯板与PP片需对称分布（如第1层与第8层材料相同），避免压合后板翘（Warpage≤0.3%）；
介质厚度匹配：总介质厚度=ΣPP厚度+芯板厚度，需根据阻抗要求计算（如50Ω差分线介质厚度偏差≤±3%）；
工艺边与定位孔：边缘预留5-8mm工艺边（含Mark点、定位孔），孔径公差±0.03mm（激光对位精度要求）。
2. 真空层压参数
温度：环氧树脂固化温度170-180℃（酚醛树脂150-160℃），升温速率≤3℃/min（避免PP提前流动）；
压力：初始压力0.5-1MPa（排出空气），峰值压力3-4MPa（确保粘合），保压时间60-90分钟（树脂完全固化）；
真空度：真空≤-0.095MPa（防止气泡残留，HDI真空度比常规板高1倍）。
3. 层间对准（Registration）
设备：激光对位系统（如Orbotech Laser Alignment），测量各层Mark点（4-8个/层）的偏移量；
公差：内层对准≤±15μm（常规板≤±25μm），外层对准≤±10μm（HDI高精密板≤±8μm）。
五、外层制作与表面处理：功能化的“最终修饰”
外层需完成线路图形转移、表面处理，满足可焊性与防护性需求，关键工序如下：
1. 外层图形转移
涂覆感光胶：干膜厚度17μm（精细线路用12μm），贴膜温度100-120℃（避免起皱）；
曝光显影：LDI激光成像（分辨率≤15μm），曝光能量90-110mJ/cm²（匹配超薄干膜）；
蚀刻：使用酸性蚀刻（CuCl₂体系，速度快，成本低）或碱性蚀刻（NaOH体系，侧蚀率低，适合精细线路），蚀刻后微蚀（Ra=0.3-0.5μm）。
2. 表面处理工艺
根据应用场景选择，核心目标是提升可焊性与防护性：
喷锡（HASL）：有铅喷锡（Sn-Pb，熔点183℃，成本低）与无铅喷锡（Sn-Ag-Cu，熔点217℃，成本高），表面粗糙度Ra≤1μm（适合普通元件）；
化学沉镍金（ENIG）：镍层（3-5μm，防止铜扩散）+金层（0.05-0.1μm，仅覆盖镍层表面），表面平整（Ra≤0.05μm），适用于BGA、QFP等密脚元件；
化银（Immersion Ag）：厚度0.1-0.3μm，成本低（3-8元/㎡），但易氧化（存储期≤3个月）；
OSP（有机可焊性保护剂）：厚度0.2-0.5μm，成本低（1-3元/㎡），但防护期短（≤1个月），需控制存储环境（湿度≤40%，温度≤25℃）。
六、成型与检测：从毛坯到成品的“最终验证”
1. 成型工艺
V-cut分板：通过V型槽（深度≤板厚的1/3）实现软分割，分板精度≤±0.1mm（适用于批量生产）；
锣板（数控铣削）：使用锣刀（直径0.8-2.0mm）按Gerber轮廓铣削，表面粗糙度Ra≤3μm（适用于异形板）；
冲板：通过模具冲切（精度≤±0.05mm），适用于大批量、高精度板（如手机主板）。
2. 检测与验证
外观检测：人工或AOI检查线路缺口、孔壁残胶、表面脏污（缺陷≤0.1mm²）；
尺寸检测：CMM（三坐标测量仪）测量孔位偏移（≤±0.05mm）、板厚偏差（≤±0.05mm）；
电气检测：
飞针测试（Flying Probe）：逐点测试导通/绝缘（单板测试费20-100元）；
ICT（在线测试仪）：针床测试（适用于批量生产，测试覆盖率≥95%）；
可靠性检测：
热冲击测试：-40℃~125℃循环500次（无分层/开裂）；
湿热老化：85℃/85%RH 1000小时（绝缘电阻≥100MΩ）；
高频测试：28GHz毫米波（插入损耗≤3dB）。
总结：PCB制造的核心逻辑
PCB生产是材料-工艺-设备-检测的精密协同工程，其关键在于通过内层图形转移与氧化处理构建精密线路、钻孔与电镀突破微孔极限、层压工艺保障层间互连，最终通过表面处理与成型实现功能化与可靠性目标。随着5G/6G、AI芯片的发展，PCB制造正朝更细线路（≤10μm）、更高层数（≥20层）、更低Df（≤0.002）方向演进，推动生产工艺持续创新。
