10.2 PCB线路形成 PCB线路形成在中小规模PCB制造企业中主要涵盖了PCB生产的前10个工艺流程，即：制片；裁板；抛
光；钻孔；金属过孔；线路感光层制作；图形曝光；图形显影；图形电镀；图形蚀刻。10.2.1 激光光绘 制片主要有两个
步骤：光绘和冲片。光绘是直接将在计算机中用CAD软件设计的PCB图形数据文件送入激光光绘机的计算机系统，控制光绘机利用光线直接在底
片上绘制图形；然后经过显影、定影得到胶片底版。激光光绘机采用He—Ne激光器作为光源，声光调制器作为扫描激光的控制开关，由计算机发
送的图像信息经RIP处理后进入驱动电路控制声光调制器工作，被调制的衍射激光，经物镜聚焦在滚筒吸附的胶片（菲林）上，滚筒高速旋转作纵
向主扫描，光学记录系统横移作副扫描，两个扫描运动合成，实现将计算机内部图形信息以点阵形式还原在胶片上。其原理与电视机显像管中电子枪
扫描屏幕上的荧光物质相似。 内圆筒式激光光绘机? 外滚筒式激光光绘机? 1.激光光绘机 简称光绘机，
是集激光光学技术、微电子技术和超精密机械于一体的照排设备，用于在感光照相胶片上绘制各种图形，图像，文字或符号。首先，将印制电路板的
图面映像到一个大存储阵列中，然后使激光束按照存储阵列中相应单元的值被打开或关闭（调制），从而得到所需要的工艺照片。激光光绘机采用激
光做光源，有容易聚焦、能量集中等优点，对瞬间快速的底片曝光非常有利，绘制的底片边缘整齐、反差大、不虚光。曝光采用扫描式，无论密度多
大，均能在最短时间内完成曝光，绘制一张底片只需几分钟。因此成为当今光绘行业的主流。激光光绘机的光源多采用气体激光器，如氩、氦和氖等
。气体激光器的光源强度大，但寿命却有限，约6000～10000h，因此使用一年多就需要更换光源，现在一些光绘机生产厂家采用了半导体
激光器作为光源。 图10-9 光绘机的实物照片10.2.2 冲片 1.冲片机 胶片（菲林）冲片机又称
显影机，与光绘机连接，属印前处理设备。冲片机用药水显影，定影，经水洗、烘干，把胶片冲洗出来。设备部件及功能： 1）入
板口：激光照排（光绘）后的胶片进入口。 2）液晶显示面板：各工艺参数设置及工艺流程显示。 3）显影槽：
完成感光胶片图像显影（配显影泵）。 4）定影槽：完成感光胶片图像定影（配定影泵）。 5）烘干槽：采用热
风循环吹干胶片（配热风烘干机）。 6）出板口：成像后的干胶片输出口。 工业生产均采用自动工艺，全自动高温
水平传动冲洗，胶片底片从前端输入，从后端输出，中间过程不需要任何人工操作。图10-10 冲片机的实物照片10.2.3 裁板
裁板又称下料，在PCB制作前，应根据设计好的PCB图的大小来确定所需PCB覆铜板的尺寸规格。 1.裁
板机 一般裁板机可分为：脚踏式（人力）、机械式、液压摆式、液压闸式。一般的中小企业常用的裁板设备有两种，一种是手动裁
板机，另一种是脚踏裁板机。 裁板的基本原理是借助于运动的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的板材
施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离。剪切工艺应能保证被剪覆铜板剪切表面的直线性和平行度要求，并尽量减少板材扭曲，以获得高质量
的工件。图3-13所示为手动裁板机外形图。图10-13手动裁板机 2.手动裁板机操作方法 1）板材固定
。根据用户所需裁剪尺寸大小，首先移动定位尺来确定裁剪尺寸，并提起压杆，再将待裁剪的板材置于裁板机底板上，并且将板材移至刀头部分，（
靠近压杆根部位置）对齐对位标尺和定位尺，使其裁剪尺寸更加精确。 2）裁板。板材固定完毕后，在裁板过程中，为避免板材的
移动导致裁剪倾斜，应先左手压住板材，右手再将压杆压下，压下压杆即完成一条边的裁板；重复上述步骤就可以完成多边或多块板的裁剪。由于弯
刀型裁板机弯刀受力支点靠首端，在确定好覆铜板尺寸并固定好定位尺后，将覆铜板往前端移动再裁剪可更省力。刀片在使用中，可以使用刀距调节
旋钮使其距离编紧，使得裁板更加精确。 3）在使用时，严禁将手或身体的任何一个部位放入刀片下，手握压杆时，尽量靠后，以免
造成不必要的伤害。10.2.4 抛光 抛光是除去PCB铜面的油污和氧化层，增加铜面的粗糙度，以利于后续的压膜制程。
1.抛光机 线路板抛光磨刷清洗处理机（抛光机），是PCB生产工艺中不可缺少的专业设备，可对PCB板进
行刷磨、清洗、吸干等表面处理，集进料、磨刷、水洗、吸干、出料诸多功能于一体。图3-14是Create-BFM3200抛光机的实物照
片，该机可进行PCB表面全自动抛光处理；刷板方式：独立单面抛光、双面同时抛光；配有双丝杆调节轮；具有电气自动控制进水功能和排水功能
以及传动导轨拆卸、双面吸水辊吸干、自动传送自动烘干、不锈钢链式传送等功能；控制系统：高性能嵌入式处理器+嵌入式操作系统，人机界面：
大屏幕彩色液晶显示屏+触摸屏；能在触摸显示屏内阅读电子版抛光制作工艺说明书；能在触摸显示屏内播放抛光工艺制作后的线路板效果图；刷板
尺寸：宽≤400mm，长≥100mm；刷板厚度：0.5mm～6mm可通过手轮调节；各部件的作用见表3-1。图3-14 Create
-BFM3200抛光机的实物照片表10-1 抛光机各部件的作用10.2.5钻孔 1.工艺描述 钻孔是
在镀铜板上钻通孔或盲孔，建立PCB层与层之间以及元件与线路之间的连通。图3-15所示为钻孔示意图。主要原物料:钻头-碳化钨,钴及有
机粘着剂组合而成；盖板-主要为铝片,在制程中起钻头定位、散热、减少毛头、防压力脚压伤PCB作用；垫板-主要为复合板,在制程中起保护
钻机台面，降低钻头温度及清洁钻头沟槽胶渣作用。图10-15 钻孔的示意图 工厂用于PCB生产的大型自动钻孔设备，钻孔
速度快，精度高，使用可靠，适用于PCB高精度双面板、多层板的钻孔加工。具有超大幅面，配备先进精确的接触式断刀检测系统和刀具直径检测
系统，还可根据板厚智能、合理设定下钻参数，提高工作效率，并精确的制作盲孔。 机床选用气浮轴承主轴，配备变频电源，最高
转速可达每分钟16万转，特别适合于小孔径加工。闭路恒温冷却水循环系统及空气干燥冷却系统为电主轴使用提供了可靠保障。主轴由独特电机套
带动垂直移动，并配以新型压力脚及抽尘吸尘装置。 X、Y、Z 轴运动采用交流伺服系统驱动、高精密滚珠丝杆和精密直线导
轨，并辅以X、Y轴光栅尺全闭环反馈，因而机床运行平稳而且精度高。钻机具有完备的软、硬限位，采取了过热，过载等多种保护措施。图10-
16 Create-DCD3200自动小型数控钻床10.2.6金属过孔 金属过孔是双面板和多层板的孔与孔间、孔与导线
间通过孔壁金属化建立可靠的电路连接，采用将铜沉积在贯通两面、多面导线或焊盘的孔壁上，使原来非金属的孔壁金属化。
1.工艺描述 金属过孔工艺包括孔内沉铜（PTH）及板面电镀两道工艺过程。孔内沉铜被广泛应用于有通孔的双面板或多层板的
生产加工中，其主要目的是通过一系列化学处理方法在非导电基材上沉积一层导电体。金属化孔要求金属层均匀、完整，与铜箔连接可靠，电性能和
机械性能符合标准。图3-20 沉铜及板面电镀剖面示意图 2.智能金属过孔机 图10-21所示的Creat
e—MHM4500智能金属过孔机具有物理沉铜和镀铜双工艺，采用国外流行的黑孔工艺，先进的开关式恒流技术，电镀电流稳定，不受其他外部
因素的影响；智能金属过孔机使用高精度高稳定的数字控制芯片来调节输出电流，配合液晶触摸屏显示使输出电流的分辨率高于50mA。表10-
2 过孔机部件功能说明10.2.7 线路感光层制作 线路感光层制作是将光绘制片底片上的电路图像转移到电路板上，在线
路板制作工艺上，具体方法有干膜工艺、湿膜工艺两种。不管干膜和湿膜，都是感紫外光的材质。 1.干膜工艺 干
膜工艺就是将经过处理的基板铜面通过热压方式贴上抗蚀干膜，压膜采用自动覆膜机，自动覆膜机可以在覆铜板的双面上均匀压贴感光干膜，其压辊
的温度、压力、速度可调，压辊选用特种合金铝辊芯，加热快且均匀，压辊表面使用特殊硅胶，压膜均匀平实无气泡。图10-23 干膜工艺示意
图图10-24 干膜覆膜机 2.湿膜工艺 湿膜本身是由感光性树脂合成，添加了感光剂、色料、填料及溶剂的
一种蓝色粘稠状液体。湿膜与基材上的凹坑、划伤部分的接触良好，且湿膜主要是通过化学键的作用与基材来粘合的，从而湿膜与基材铜箔间有优良
的附着力，使用丝网印刷能得到很好的覆盖性，这为高密度的精细线条PCB的加工提供条件。由于湿膜与基材的接触性、覆盖性好，又采用底片接
触式曝光，缩短了光程，减少了光能的损失及光散射引起的误差。 湿膜的分辨率的一般在25μm以下，提高了图形制作的精密度
，而实际生产中干膜的分辨率很难达到50μm。 1）刷板。对前工序提供的材料（即生产板）要求板面无严重的氧化、油污、折皱。
一般采用酸洗（5%硫酸）喷淋，除去有机杂质和无机污物，然后使用500目的尼龙刷辊磨刷。刷板后要达到：铜表面无氧化、无水迹，铜表面被
均匀粗化并具有严格的平整性，以增强湿膜与铜箔表面的结合力，满足后续工序工艺的要求。 2）丝网印刷。为达到需要厚度的湿
膜，丝印前要选丝网，要注意丝网的厚度、目数（即单位长度上的线数）。膜厚同丝网的透墨量有关，实际透墨量还与湿膜粘度、刮胶压力、刮胶移
动速度有关，为达到均匀覆盖，刮刀口要轫磨好。印后板面湿膜厚度要控制在15～25μm之间，膜过厚容易产生曝光不足、显影不好，预烘难以
控制；膜过薄易产生曝光过度，电镀时的绝缘性差，去膜也困难。 PCB刷板机 3）预烘（油墨固化）。预烘参数
使用第一面在80～100℃烘7～10min，第二面也在80～100℃烘10～20min。预烘主要是蒸发油墨中的溶剂，预烘关系到湿膜
应用的成败。预烘不足，在贮存、搬运过程中易粘板，曝光时易粘底片，最终造成断线或短路；预烘过度，易显影不净，线条边缘有锯齿状。烘干后
的板子要尽快曝光，最好不要超过12h。PCB烘干机10.2.8 图形曝光 图形曝光是通过光化学反应，将线路感光层制
作底片上的图像精确地印制到感光板上，从而实现图像的再次转移。 1.工艺描述 图形曝光的目的是经光线照射作用
将原始底片上的图像转移到感光底板上，其工艺原理是：底片上白色透光部分发生光聚合反应，黑色部分则因不透光，不发生反应，显影时发生反应
的部分不能被溶解掉而保留在板面上。曝光工艺是通过带UV光源的曝光机来实现图像转移的，有闪光和平行光两种，后者较好。曝光机有很多不同
的型号与规格，但其结构与工作原理基本相同。工作时高压真空泵将玻璃平面与橡胶皮之间抽成真空，使感光材料紧贴玻璃平面，保证曝光精度，广
泛应用于线路制作、阻焊制作及丝网制作等的曝光工艺。图10-25 曝光机的实物照片和曝光示意图10.2.9图形显影 显
影是将PCB上没有曝光的感光层部分除去得到所需电路图形的过程。进行图形转移后的感光层中，未曝光部分的活性基团与显影液（稀碱溶液）反
应生成亲水性的基团（可溶性物质）而溶解下来，而曝光部分经由光聚合反应不被溶解，成为抗蚀层保护线路。 显影操作一般在显影
机中进行，控制好显影液的温度，传送速度，喷淋压力等显影参数，能够得到好的显影效果。 1.工艺描述 显影的目
的是利用碱液的作用，将未发生化学反应的干膜部分冲掉，主要生产物料是弱碱性显影液（K2CO3）。其工作原理是：将未发生聚合反应的干膜
冲掉，而发生聚合反应的干膜则保留在板面上作为蚀刻时的抗蚀保护层。 显影机是对PCB进行图形转移的设备，适用于水溶性干膜
为光致抗蚀剂的印制板显影，也适用于液态感光胶的显影。以Create—DPM6200全自动喷淋显影机为例，该机可通过高压喷淋与自动传
送，实现PCB制程中的自动显影工艺过程；具有自动显影、液体隔离、自动水洗、板件表面液体吸干等功能；工作方式：PCB自动进出板，上、
下双面自动高压喷淋；具备上、下喷淋压力检测及调节功能，能根据工艺要求对上、下喷淋压力进行相应调整；工作时间：10～240秒之间调节
。使用显影机由于溶液不断地喷淋搅动，会出现大量泡沫，因此必须加入适量的消泡剂。如正丁醇、食品及医药用的消泡剂、印制板专用消泡剂AF
-3等。显影后要确保板面上无余胶，以保证基体金属与电镀金属之间有良好的结合力。全自动喷淋显影机表10-3 显影机部件名称及功能10
.2.10 图形电镀 图形电镀（镀锡）是在PCB线路部分（包括器件孔和过孔）镀上一层锡，用来保护线路部分不被蚀刻液腐
蚀，防止在后续蚀刻流程时将线路部分蚀刻掉。 在工业生产中，尤其是双面板制作中，一般要进行沉铜和加厚电镀，其工艺过程为
：首先在干膜上网印负性电路图形，经曝光、显影后，PCB上有蓝色和红棕色部分，蓝色部分是干膜，红棕色部分是铜，当然干膜底下也是铜箔，
只是被覆盖了而已，干膜底下的铜是不需要的，将来要蚀刻掉。而红棕色的铜由于厚度有时达不到客户的要求，所以需要进行图形电镀，就是在这部
分图形上电镀一层铜，使铜箔厚度达到客户要求，然后再镀上一层保护锡，这时的板子是白色与蓝色的，白色是锡，蓝色的还是干膜，它们底下都是
铜，但是锡下的铜肯定比干膜下的要厚一些，因为干膜底下的铜有干膜的保护，所以是镀不上铜的。最后再进行外蚀，也就是先把干膜取掉，再蚀刻
掉干膜下的铜箔，锡下的铜箔因为有锡的保护不会被蚀刻掉，最后再经褪锡，剩下来的图形就是外层图形了。 1.工艺描述
镀锡前，将电路板进行微蚀，进一步去除残留的显影液，再用清水冲洗干净。镀锡的好坏直接影响制板的成功率和线路精度。
图形电镀工艺一般由自动镀锡机完成。将显影完毕PCB的一个边缘用刀片或其他锐器刮除掉表面的线路油墨，漏出导电的铜面。然后用电镀夹具将
PCB夹好，挂在电镀摇摆框上(阴极)并拧紧。打开电源，调整好电镀电流开始电镀，此时在线路表面会有少量气泡产生，属于正常情况。如果气
泡量非常大，则表示电镀电流过大，应及时调整电流大小。调整应遵循从小到大的原则；刚开始电镀，应将电流调节到较小值，待电镀到总时间的三
分之一后，再将电流调节到标准电流大小。电镀完毕后，及时用水冲洗干净。电镀完成后在线路表面和孔内壁应有一层雪亮的锡层。
智能镀锡机通过高频双向脉冲电镀电源，实现线路板制程中的镀锡工艺过程。 以Create—CPT4200智能镀锡机为例：
加工尺寸：400mm×300mm双面板；控制系统：高性能嵌入式处理器+嵌入式操作系统；功能特点：带预镀功能，电镀短路
、无镀件断路检测功能；电镀电源：全数控正、反向脉冲电镀电源，电流范围：0～50A，0.1A步进值可调，电压：最高DC6V；摇摆机构
摆动方式：飞轮盘结构；摆动频率：6次/min， 摆动距离：10Cm。图10-29 镀锡机的实物照片10.2.11图形蚀刻
图形蚀刻是以化学的方法将线路板上不需要的那部分铜箔除去，使之形成所需要的电路图。其工艺流程是：进板→蚀刻→循环压力喷淋市水
洗→市水洗→出板。 1.工艺描述 将经过显影后的PCB放在蚀刻液(CuCl2)里蚀刻，由于干膜具有抗蚀
刻性，盖膜的地方保护了底下的铜，而露在外表的铜被蚀刻掉，这样就形成了带干膜铜箔形成的图形。 如果制作过程中经过图形电镀
工序，则有锡覆盖的部分不会被蚀刻，后续处理后成为线路图形。 2.蚀刻设备 蚀刻设备是腐蚀机，以Creat
e—AEM6200全自动喷淋腐蚀机为例，全自动喷淋腐蚀机适用于镀覆以金、镍、铅锡合金、锡镍合金及纯锡等为电镀抗蚀层的印制电路板的蚀
刻。图10-30 Create—AEM6200全自动喷淋腐蚀机表10-4 全自动喷淋腐蚀机部件说明10.3.1 阻焊、字符
感光层制作 阻焊、字符感光层制作是将底片上的阻焊字符图像转移到腐蚀好的电路板上。 阻焊膜是一种保护层，涂
敷在PCB不需焊接的线路和基材上。目的是防止焊接时线路桥连，提供长时间的电气环境和抗化学保护，形成印制板漂亮的“外衣”，包括热固性
环氧绿油（含紫外线UV绿油）和液态感光阻焊油墨二大系统。通常为绿色，亦有黑色，黄色，白色，蓝色阻焊膜。 元件字符提供黄
、白或黑色标记，给元件安装和今后维修PCB提供信息。 1.工艺描述 阻焊膜是PCB的“外衣”，用户看PCB
最直观的质量就是阻焊膜；另外，丝印阻焊和字符属PCB制造工序中的后工序，价值不低的即将完工的PCB在后工序出了差错而报废，损失太大
，太不值得；再有，阻焊和字符是报废量最多的工序之一，因此，稳定丝印阻焊和字符的工艺，理顺这个工序的管理和文件控制及设备维护，就显得
很重要。 丝印工艺的整个过程，包括：安全生产，使用设备，所需物料，工艺流程和控制参数，制造过程（工作条件，丝网准备，
网版制作，油墨搅拌，刮板使用，丝印定位方式，来板检查，刷板，丝网印刷，预烘，曝光，显影，固化），文件和工艺审查，检查和测试项目。
进入二十世纪九十年代以后，各PCB生产厂使用传统的丝印热固性环氧绿油已越来越少。这是因为：双面PCB和印制板的密度在
增加，小孔、细线SMT与高密度是PCB发展的不可逆转的潮流，线宽间距0.12～0.20mm窄引线已属大多数，丝印热固性绿油已不适应
，所以，目前大多数双面和多层板厂都已淘汰热固性环氧绿油而改用液态感光阻焊油墨工艺。 目前在PCB制作中，线路板阻焊与字
符感光层主要采用湿膜工艺。湿膜工艺使用丝印机完成阻焊、字符感光层制作，其后的固化、烘干工艺与线路感光层制作是一样的。图10-33
Create—MSM3200线路板丝印机10.3.2 焊盘处理（OSP工艺） 焊盘处理目前较为普遍使用的一种是OSP
工艺，另一种最常用的焊盘处理方式为沉锡，该方式和OSP工艺类似，具有环保、焊盘平整、助焊效果好等优点。 1.OSP工
艺特点 OSP工艺（助焊防氧化处理）就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法形成一层均匀、透明的有机膜，这层膜具有防氧化
，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化）；在后续的焊接高温中，此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速
清除，使露出的干净铜箔表面得以在极短时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。OSP技术可作为热风整平和其他金属化表面处理的替代工艺
，OSP的特点如下： 1）平整面好，和焊盘的铜箔之间没有IMC（介面合金共化物）形成； 2）不影响焊接时焊料和铜箔形成良好焊点（润湿性好）； 3）低温的加工工艺，成本低（可低于HASL），加工时的能源使用少等； 4）OSP工艺在焊盘上形成的涂覆层具有优良的耐热性，在高温条件下，可以耐受多次SMT回流焊接。 5）OSP工艺与多种最常见的波峰焊助焊剂均能相容，它不污染电镀金面，是一种环保制程。它不含任何有机溶剂或铜络合剂，十分稳定，不会分解副产物。 2. OSP工艺流程 OSP的工艺流程：除油→水洗1→微蚀→水洗2→DI水洗（去离子水）→成膜风干→DI水洗→干燥。 Create-OSP6200自动OSP防氧化机外形如图3-34所示，该机具有全自动自动除油、微蚀、成膜、液体隔离、自动水洗、板件表面液体吸干等功能，能实现PCB清洁、环保生产；具备水平自动进板检测与上、下喷淋压力检测及调节功能，以及水平水床液体流量调节功能，能根据工艺要求对压力及流量进行相应调整。工作方式：PCB自动进出板，上、下双面自动高压喷淋及平面水床对流；有效工作面积：400mm宽度（长度无限制）双面板。图10-34 Create-OSP6200自动OSP防氧化机 |
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