延續我的前一篇博文，印刷電路板小學堂-材料篇。

希望藉由本文讓設計者理解 PCB 製作與材料堆疊的過程，PCB 的設計與製造是密不可分的，倘若在設計階段能進一步考量到 PCB 生產製程，將有助於提高產品的穩定性並降低成本，這些成本包括材料費用和加工所需的時間。

我會以六層 PCB 為例，說明印刷電路板的相關製程，圖 5 展示了由相關材料堆疊而成的範例：

左側圖示選用 Core 製作四層線路（L2 和 L3；L4 和 L5），在一次壓合所有層後，再製作最外層線路（L1 和 L6）。

右側圖示同樣選用 Core，僅製作最中心兩層線路（L3 和 L4），第一次壓合後，製作出兩層內層線路（L2 和 L5），然後第二次壓合才能製作外層線路（L1 和 L6）。

圖 5 不同材料的壓合次數差異

接下來，我會說明如何將銅箔去除不需要的部分形成線路，以及不同層面之間的線路如何連接，在板面加上 PCB 的應用資訊，最後經過成型、測試與品質檢查，拿到最後的成果。

內層顯影（Image the inner layers）

研發工程師使用 ECAD 設計電路圖後，將相關元素匯入 PCB Layout 工具後，即可開始設計印刷電路板，接著將檔案分層轉換成 Gerber ，就可以製作成印刷電路板的底片（如圖 6），而顯影就是將 Gerber 的圖案轉移到銅箔上遮蔽薄膜的步驟。

圖 6 印刷電路板底片（切面圖）

在銅箔上覆蓋一層感光材料，即遮蔽薄膜（如圖 7）。通過光線照射的曝光程序，未被 Gerber image 遮蔽的感光材料會發生質變（如圖 8）。接著將其浸泡在顯影劑中，以去除不需要的部分（如圖 9），從而實現圖形與線路的轉移。

圖 7 Core 兩面覆蓋感光材料（切面圖）

圖 8 曝光程序

圖 9 顯影程序

內層線路蝕刻（Etch inner layers）

在顯影完成後，PCB 會進行化學蝕刻，去除未被遮蔽薄膜保護的銅層，最終形成所需的內層線路圖案（如圖 10）。接著還要進行一道程序，將遮蔽薄膜剝離（如圖 11），以避免影響後續製程。

圖 10 蝕刻程序

圖 11 剝離遮蔽薄膜

壓合（Lamination or Lay-up）

依序放入銅箔、PP 和上一步驟完成的 Inner layers，藉由定位孔對齊各層的位置，使用設備加壓並調整溫度，使各層與環氧樹脂能夠緊密結合（如圖 12）。

圖 12 各層材料堆疊壓合

鑽孔（Drilling）

板材的選擇與堆疊方式，加上導通孔的規劃需要一併考慮，Layout 空間（產品尺寸）與 PCB 製程（加工費用）需要取得平衡。

需要鑽孔的原因有兩種，主要是連接不同層的線路，還有一類是滿足機構需求的定位孔或螺絲孔，後者通常不進行導通處理。

導通孔分為機械孔跟雷射孔，孔徑小到無法使用鑽針的才使用雷射鑽孔。目前一般 PCB 廠的穩定製程最多只能做到二階雷射（穿透兩層 PP），一邊外層能看到沒有貫穿的稱為盲孔，鑽孔後再壓合到內層的稱為埋孔，如圖 13 所示：

圖 13 常見鑽孔形式

無電鍍銅 或稱 化學鍍銅（Electroless copper deposition）

鍍銅的作用，是將孔壁金屬化，連通內層與外層的電路 ( 如圖 14 )。

圖 14 鑽孔鍍銅示意

外層顯影（Image the outer layers）

作業步驟與內層顯影相同，在此不再覆述。

電鍍銅／阻蝕層（Plating）

最外層銅箔通常會進行加厚處理，經過前一個步驟顯影後，將裸露的部份進行電鍍，完成電鍍後將遮蔽薄膜剝離，後續才會進行蝕刻。

電鍍銅：電鍍加厚表面銅箔層，沒有加厚的部分蝕刻較快。

阻蝕層：鍍一層其它材料，蝕刻時可以保護銅箔層。

外層線路蝕刻（Etch outer layers）

作業步驟與內層蝕刻相同，在此不再覆述。

防焊層印刷（Apply soldermask）

目的是防止銅箔氧化並限縮焊錫範圍，只露出元件需要焊接的部分（如圖 15 與圖 16）。

圖 15 加上防焊層（切面圖）

圖 16 加上防焊層（俯視圖）

文字油墨印刷（Silkscreen and cure）

PCB 上通常會標示一些使用資訊，在不影響焊接面的部份，以網版印刷的形式，將另一種顏色的油墨轉印到板子上作為標示（如圖 17）。

圖 17 加上文字油墨層（俯視圖）

塞孔處理（Plugging）

通常會特別要求塞孔的是 SMD 焊墊上有鑽孔，焊錫融化可能會受到鑽孔影響，導致焊錫量不均勻，所以會請 PCB 廠增加塞孔製程。

裸銅表面處理（Surface treatment）

不同的表面處理方式與板子的焊接融合金屬有關，板子如果有金手指需要進行插拔操作，則需要鍍金以增加抗磨損能力。

表面處理方式與成本以及 PCBA** 的加工使用情境以及儲存期限相關，常見的表面處理有以下四種：

1. 噴錫：價格、保存、錫膏融合都有優勢，但是小焊點的平整性較差，BGA 或小於 0201 封裝元件大多不採用噴錫。

2. 電鍍金：大部分指的是硬金，電鍍的材料通常是金鎳合金，應用於板卡金手指的部分。

3. 化學沉金（ENIG, Electroless Nickel Immersion Gold）：平整度較高，常用於小型焊墊，另外 COB（Chip On Board） 也會選擇此製程。

4. 有機保焊膜（OSP, Organic Solderability Preservative）：價格是最大的優勢，但是保存條件較為嚴苛，而且保質期較短。

** PCBA, Printed Circuit Board Assembly 是指 PCB 空板與各種晶片、電阻、電容等電子元件，經由焊接加工組裝後的半成品。

電測（Electrical test）

PCB 完成後通常會進行 Open & Short 測試，以確保 PCB 線路連接正常。另外，對於有特性阻抗要求的 PCB，板廠通常會在板邊製作相應層面的阻抗條，用於驗證特性阻抗是否符合設計要求。

成型分板（Profiling）

由於 PCB 的材料有固定尺寸，為了提高材料的利用率，板廠會將相同疊構與製程的 PCB 合併一起製作，到這個階段就把板子分開，準備包裝出貨。

成型（V-cut scoring）

零件焊接加工後需要將連板的 PCBA 分拆下來，如果廠商沒有分板機就需要請 PCB 廠加上 V-cut，預先在兩面的板邊加上切痕，焊接加工完成後可以用人力折斷。

外觀檢查包裝（Final inspection）

最後是檢查有沒有明顯的外觀瑕疵，如果板子不平整有曲翹，就不能給 SMT 加工廠使用。

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