铁路PCB制造的4个关键工序

轨交铁路行业的从业人员，在提及该行业的PCB时，马上会联想到许多行业标准，比如EN45545-2。然而，光是满足这些标准，并不足以确保PCB的可靠性，在制造过程中，还必须使用合适的参数、设备和工艺，尤其是在与安全相关的应用中。

在NCAB，我们制造PCB时，不仅遵循IPC要求，其中一些标准还比IPC 3级更严苛。在本文中，我们将深入探讨用于铁路设备的PCB制造过程中涉及的4个关键工序，重点介绍每个工序如何影响PCB的性能和整体可靠性。

层压对许多参数的影响

层压，是制造PCB的重要工序。通过层压，将不同层的材料压合到一起，形成多层PCB，并成为所有元器件的载体。层压通过以下方式影响PCB的性能：

a)PCB的机械性能

PCB的厚度、材料、铜箔和抗分层能力、完全强度等，都是重要的机械性能；

树脂流动受层压过程中使用的参数控制，不同的压力、温度和持续时间都会导致不同的介质厚度，这也会影响阻抗；

X/Y轴膨胀也会影响图形的位置精度。

b)消除内应力

消除内应力是层压工艺中的一个关键步骤，内应力会导致形变，如弯曲和扭曲。层压后，层间对准度至关重要，各层之间的对位偏差会导致图形位置不一致，从而影响后续元件的贴装。

c)热可靠性

层压后检查Tg值，一些Tg值较低的材料会有分层的风险。在层压过程的前段，控制棕化、除湿和层压过程中的参数，对避免分层非常重要。

d)电气性能

层压工艺还会影响阻抗、介电强度、LCR、微短路等。

总之，层压是PCB品质、可靠性和整体性能的关键因素，管控这一工艺对生产高品质PCB至关重要。

钻孔是PCB正常工作的关键

钻孔工序的重要性不言而喻，通过钻孔才能实现各种功能，包括元件贴装、导通以及在PCB层间建立电气连接。

首先，通过钻孔工序，可以在PCB上建立连接，使电信号实现层间流动，这一功能对PCB不可或缺。

其次，钻孔位置必须精确，才能确保PCB的正确运行，这取决于所使用的钻机及参数，不正确的定位会影响装配、导通和后续操作。

钻孔工艺的另一个关键是孔径公差。在某些情况下，如压接孔，公差必须控制得非常严格，来确保后续正确装配的同时不损伤PCB。对于其它用途的孔，较大的公差或许也是可以接受的。

孔的品质也非常重要，因为孔内的粗糙度会影响后续的沉积，进而影响导电性、材料附着力甚至最终产品的耐用性。存在可靠性问题和/或质量差的孔会导致断路问题。

最后，钻孔工艺的能力决定了可加工孔的特性。例如，机械钻孔在孔径和精度方面会受限，而激光钻孔在小孔径方面则更具优势。

选择正确的电镀方法

PCB使用导线、焊盘实现电子元件的电气和机械连接，这些导线、焊盘由铜箔制成，压合在非导电基板上。

什么是电镀？

电镀是在PCB的孔壁和导体上沉积上一层薄铜的过程，这层铜在PCB各层之间实现电气连接，电镀的方式有多种，比如电镀或化学镀。

电镀的关键

沉铜+电镀（电镀通孔）：沉铜+电镀（PTH）对于在Z轴上建立不同层的电气连接至关重要，这可确保信号在各层之间流动。

孔壁质量：孔壁质量（包括粗糙度和灯芯效应）对电镀工艺有影响。良好的金属化孔壁（符合IPC-6012孔壁质量）对于确保良好的导电性以及提高元件焊接后和使用过程中的通孔可靠性至关重要。

孔壁铜厚：孔壁铜厚对连接可靠性至关重要。例如，在热应力或热冲击测试中，铜厚不足会导致开裂，造成连续性中断和/或间接性故障。

铜厚均匀性：铜厚均匀性会影响线宽间距的公差，以及创造最小线宽间距的能力。

表面平整度对可焊性的影响

PCB的表面处理，是保护铜导体免受氧化的关键步骤，它还能确保元件在PCB上定位和焊接时的完美可焊性（符合IPC-610标准）。

表面处理的要点：

可装配性：表面处理的品质对于后续PCB的元件装配非常关键，经过良好处理（符合IPC标准）的表面有利于焊接，并确保焊点可靠性。

工艺管控：为了达到合适的金属沉积厚度或化学电镀厚度，需要对加工过程进行精确控制，才可确保焊盘和通孔的表面处理达到所需的厚度，从而实现最佳的可焊性。

表面清洁：在表面处理之前，必须对表面进行彻底脱氧和清洁，去除污染，正确的前处理工艺，可确保金属或金属沉积物良好附着在表面。

常见的表面处理方式：

OSP：一种浸渍或喷涂工艺，使用的有机化合物可选择性地与铜结合，形成有机金属保护层。OSP操作简单，成本低廉，但在储存时间和焊接方面有其局限性。

HASL：这种方式是将锡/铅或锡/银/铜（用于HAL LF）浸入熔融合金溶液中进行选择性沉积，然后热风整平。HASL非常坚固，但不能用于具有细间距元件（＜0.5mm）的电路或HDI电路板。

ENIG：ENIG在镍层上镀一层薄薄的金，具有良好的可焊性，适用于各种应用和几乎所有的焊接工艺。

总之，表面处理是影响PCB品质、可靠性和性能的关键因素，表面处理方式的选择取决于您的应用规格和性能要求。

超越IPC标准

对于有阻抗要求的PCB，工厂将记录线宽间距、每层的阻抗要求，然后测量成品的阻抗。

我们的标准检查项，还包括PCB的外形尺寸和孔径。在报告中，我们会将预期规格与实际结果进行对比，电路越复杂，需要的测量也就越多。

对于每批次产品，我们的工厂都会根据IPC-TM-650 2.3.25标准进行测试，确保HASL（含铅和无铅）产品的离子污染水平不超过氯化钠当量100ug/cm²，非HASL产品不超过0.80ug/cm²。这超出了IPC的要求，最终测试结果会记录在我们的出货报告中（目前仅适合亚洲工厂）。

最后，我们知道有些客户希望获得额外的PCB样品，来帮助评估和参考。客户将收到一份“试锡板”和相应的微切片（如果客户需要，还将收到阻抗条）。

本文件封装在NCAB包装箱内，在其箱顶缠绕蓝色胶带以示区分。

在轨道交通行业，故障是不容许发生的，尤其是在安全有关的模块。PCB的制造是一系列机械操作和化学工艺的组合。如前所述，某些工艺会直接影响PCB的品质，尤其是长期使用的可靠性和恶劣环境下的可靠性。

正是出于这些原因，我们的工厂管理团队会定期对工厂进行审核，来确保这些关键工序得到管控，并确保高水平的可靠性表现。

审核编辑 黄宇