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基于CircuitWorks的研究与PCB板的制造 作者：丁晓军 学号：12010130384 指导教师：段建中 2011年7月2日目 录第一章CircuitWorks简介21.1 CircuitWorks来源21.2 CircuitWorks优点21.3 CircuitWorks操作界面21.4 CircuitWorks快速入门3第二章 电路板的基本知识32.1 PCB板的组成32.2 PCB板的主要分类42.3 PCB板的工作层面52.4 PCB板的设计过程62.5 PCB板的测试方法72.6 PCB板的维修知识82.7 PCB板的维修费用标准9第三章 Protel DXP2004软件教程103.1 教程一103.2 教程二10第四章 工业上制造PCB板104.1 PCB制作的准备104.2 PCB流程制作124.2.1 PCB的层别124.2.2 内层板生产步骤124.3内层线路板成型段154.3.1 压合164.3.2 钻孔174.3.3 镀铜184.4外层线路板成型段194.5多层板后续流程204.5.1 防焊204.5.2 文字204.5.3 加工(Surface Treatment Process )214.5.4 成型21第五章 PCB板从设计到制造（光电鼠标电路板）235.1 鼠标电路板的设计（Protel DXP2004）235.2 筛选，再设计（Protel DXP2004-CircuitWorks）475.3 建造模型（CircuitWorks-Solidworks）495.4 加工（Solidworks-CAXA工程师）53第六章 实验室制造PCB板546.1 热转印法546.2 感光板法54第一章CircuitWorks简介1.1 CircuitWorks来源CircuitWorks 应用程序是由 Dassault Systmes SolidWorks Corporation 开发的 SolidWorks Premium 软件的一个插件。通过 CircuitWorks，您可以使用由大多数电气计算机辅助设计 (ECAD) 系统写入的文件格式来创建 3D 模型。电子和机械工程师可以合作设计适合并用于 SolidWorks 装配体中的印刷电路板 (PCB)。CircuitWorks 同时拥有专门的用户界面和 SolidWorks 界面。有些操作可以通过任一界面执行，例如打开 ECAD 文件。而其它操作则特定于某一个界面。CircuitWorks 支持行业标准的中间数据格式 (IDF)，这种数据格式广泛用在 ECAD 系统中，用于 PCB 设计。CircuitWorks 也支持来自 Mentor Graphics PowerPCB 的 PADS ASCII 文件格式。Solidworks公司2008-03-29宣布已收购其“黄金合作伙伴”、CircuitWorks(TM)软件开放商英国Priware有限公司，从而填补了电子计算机辅助设计（CAD）与机械计算机辅助设计（CAD）软件之间的空白。此次收购为全球工程师整合电子与机械设计，用于每年不断开发出来的数百万电子产品提供了平台。 1.2 CircuitWorks优点1. CircuitWorks 可以让工程师们确保印刷电路板 (PCB) 等电子组件可以在他们设计的产品中正确安装和正常运行， 一切都在 SolidWorks软件设计窗口内完成。2. SolidWorks和CircuitWorks的结合使机电工程师可以使用数字模型提高产品质量，减少原型制作并简化开发流程。 3. SolidWorks和CircuitWorks的集成是高性能工具的强强联姻，这使我们可以进行创新和协作，而不单是重新再造新产品。 1.3 CircuitWorks操作界面图1-1 CircuitWorks操作界面1.4 CircuitWorks快速入门鼠标点击，打开SolidWorks2010，点击，然后点击，找见，然后。第二章 电路板的基本知识电路板的名称有：线路板，PCB板，铝基板,高频板,PCB，超薄线路板,超薄电路板，印刷（铜刻蚀技术）电路板等。电路板使电路迷你化、直观化，对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用。下面所提到的电路板默认都为PCB板。2.1 PCB板的组成电路板主要由焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、电气边界 图2-1电路板等组成，各组成部分的主要功能如下： 焊盘：用于焊接元器件引脚的金属孔。 过孔：用于连接各层之间元器件引脚的金属孔。 安装孔：用于固定电路板。 导线：用于连接元器件引脚的电气网络铜膜。 接插件：用于电路板之间连接的元器件。 填充：用于地线网络的敷铜，可以有效的减小阻抗。 电气边界：用于确定电路板的尺寸，所有电路板上的元器件都不能超过该边界。 2.2 PCB板的主要分类电路板系统分类为以下三种： 图2-2电路板单面板 Single-Sided Boards 我们刚刚提到过，在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以我们就称这种PCB叫作单面板（Single-sided）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交*而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。 双面板Double-Sided Boards 这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的桥梁叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。多层板 Multi-Layer Boards 多层板在较复杂的应用需求时，电路可以被布置成多层的结构并压合在一起，并在层间布建通孔电路连通各层电路。 内层线路 铜箔基板先裁切成适合加工生产的尺寸大小。基板压膜前通常需先用刷磨、微蚀等方法将板面铜箔做适当的粗化处理，再以适当的温度及压力将干膜光阻密合贴附其上。将贴好干膜光阻的基板送入紫外线曝光机中曝光，光阻在底片透光区域受紫外线照射后会产生聚合反应（该区域的干膜在稍后的显影、蚀铜步骤中将被保留下来当作蚀刻阻剂），而将底片上的线路影像移转到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保护胶膜后，先以碳酸钠水溶液将膜面上未受光照的区域显影去除，再用盐酸及双氧水混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除，形成线路。最后再以氢氧化钠水溶液将功成身退的干膜光阻洗除。对于六层（含）以上的内层线路板以自动定位冲孔机冲出层间线路对位的铆合基准孔。 图2-3四层电路板为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。 板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果您仔细观察主机板，也许可以看出来。 电路板的自动检测技术随着表面贴装技术的引入而得到应用，并使得电路板的封装密度飞速增加。因此，即使对于密度不高、一般数量的电路板，电路板的自动检测不但是基本的，而且也是经济的。在复杂的电路板检测中，两种常见的方法是针床测试法和双探针或飞针测试法。 2.3 PCB板的工作层面电路板包括许多类型的工作层面，如信号层、防护层、丝印层、内部层等，各种层面 图2-4电路板的作用简要介绍如下： （1）信号层：主要用来放置元器件或布线。Protel DXP2004通常包含30个中间层，即Mid Layer1Mid Layer30，中间层用来布置信号线，顶层和底层用来放置元器件或敷铜。 （2）防护层：主要用来确保电路板上不需要镀锡的地方不被镀锡，从而保证电路板运行的可靠性。其中Top Paste和Bottom Paste分别为顶层阻焊层和底层阻焊层；Top Solder和Bottom Solder分别为锡膏防护层和底层锡膏防护层。 （3）丝印层：主要用来在电路板上印上元器件的流水号、生产编号、公司名称等。 （4）内部层：主要用来作为信号布线层，Protel DXP2004中共包含16个内部层。 （5）其他层：主要包括4种类型的层。 Drill Guide（钻孔方位层）：主要用于印刷电路板上钻孔的位置。 Keep-Out Layer（禁止布线层）：主要用于绘制电路板的电气边框。 Drill Drawing（钻孔绘图层）：主要用于设定钻孔形状。 Multi-Layer（多层）：主要用于设置多面层。 2.4 PCB板的设计过程1、电路板的基本设计过程可分为以下四个步骤： （1）电路原理图的设计 电路原理图的设计主要是利用Protel DXP2004的原理图编辑器来绘制原理图。 （2）生成网络报表 网络报表就是显示电路原理与中各个元器件的链接关系的报表，它是连接电路原理图设计与电路板设计（PCB设计）的桥梁与纽带，通过电路原理图的网络报表，可以迅速地找到元器件之间的联系，从而为后面的PCB设计提供方便。 （3）印刷电路板的设计 印刷电路板的设计即我们通常所说的PCB设计，它是电路原理图转化成的最终形式，这部分的相关设计较电路原理图的设计有较大的难度，我们可以借助Protel DXP2004的强大设计功能完成这一部分的设计。 （4）生成印刷电路板报表 印刷电路板设计完成后，还需生成各种报表，如生成引脚报表、电路板信息报表、网络状态报表等，最后打印出印刷电路图。 2、电路原理图的设计是整个电路设计的基础，它的设计的好坏直接决定后面PCB设计的效果。一般来说，电路原理图的设计过程可分为以下七个步骤： （1）启动Protel DXP2004原理图编辑器。 （2）设置电路原理图的大小与版面。 （3）从元件库取出所需元件放置在工作平面。 （4）根据设计需要连接元器件。 （5）对布线后的元器件进行调整。 （6）保存已绘好的原理图文档。 （7）打印输出图纸。 3、图纸大小、方向和颜色主要在“Documents Options”对话框中实现，执行DesignOptions命令，即可打开“Documents Options”对话框，在Standard styles区域可以设置图纸尺寸，单击 按钮，在下拉列表框中可以选择A4 OrCADE的纸型。图纸方向的设置通过“Documents Options”对话框中Options部分的Orientation选项设置，单击 按钮，选中Landscape，设置水平图纸；选中Portrait，设置竖直图纸。图纸颜色的设置在图纸设置对话框中的Options部分实现，单击Border Color色块，可以设置图纸边框颜色，单击Sheet Color色块，可以设置图纸底色。 4、执行DesignOptionsChange System Font命令，弹出“Font”对话框，通过该对话框用户可以设置系统字体，可以设置系统字体的颜色、大小和所用的字体。 5、设置网格与光标主要在“Preferences”对话框中实现，执行ToolsPreferences命令即可打开“Preferences”对话框。 设置网格：在打开的“Preferences”对话框选择Graphical Editing选项卡，在其中的Cursor Grid Options部分的Visible Grids（显示网格）栏，选Line Grid选项为设定线状网格，选Dot Grid选项则为点状网格（无网格）。 设置光标：选择Graphical Editing选项卡中的Cursor Grid Options的Cursor Type(光标类型)选项，该选项下有三种光标类型：Large Cursor90、Small Cursor90和Small Cursor45，用户可以选择任意一种光标类型。 2.5 PCB板的测试方法针床测试法这种方法由带有弹簧的探针连接到电路板上的每一个检测点。弹簧使每个探针具有100 - 200g 的压力，以保证每个检测点接触良好，这样的探针排列在一起被称为针床。在检测软件的控制下，可以对检测点和检测信号进行编程，图14-3 是一种典型的针床测试仪结构，检测者可以获知所有测试点的信息。实际上只有那些需要测试的测试点的探针是安装了的。尽管使用针床测试法可能同时在电路板的两面进行检测，当设计电路板时，还是应该使所有的检测点在电路板的焊接面。针床测试仪设备昂贵，且很难维修。针头依据其具体应用选不同排列的探针。 一种基本的通用栅格处理器由一个钻孔的板子构成，其上插针的中心间距为100 、75 或50mil。插针起探针的作用，并利用电路板上的电连接器或节点进行直接的机械连接。如果电路板上的焊盘与测试栅格相配，那么按照规范打孔的聚醋薄膜就会被放置在栅格和电路板之间，以便于设计特定的探测。连续性检测是通过访问网格的末端点(已被定义为焊盘的x-y 坐标)实现的。既然电路板上的每一个网络都进行连续性检测。这样，一个独立的检测就完成了。然而，探针的接近程度限制了针床测试法的效能。 电路板的观测图2-5便携式视频显微镜A200电路板对比观测 电路板体积小，结构复杂，因此对电路板的观察也必须用到专业的观测仪器。一般的，我们采用便携式视频显微镜来观察电路板的结构，通过视频显微摄像头，可以清晰从显微镜看到非常直观的电路板的显微结构。通过这种方式，我们就比较容易进行电路板的设计和检测了。现工厂现场采用的便携式视频显微镜，采用的便携式视频显微镜MSA200、VT101，因它可实现“随时观测、随时检测、多人讨论”比传统的显微镜更加方便！ 图2-6 手持式无线显微镜WM401TVPC观察电路板双探针飞针测试法飞针测试仪不依赖于安装在夹具或支架上的插脚图案。基于这种系统，两个或更多的探针安装在x-y 平面上可自由移动的微小磁头上，测试点由CADI Gerber 数据直接控制。双探针能在彼此相距4mil 的范围内移动。探针能够独立地移动，并且没有真正的限定它们彼此靠近的程度。带有两个可来回移动的臂状物的测试仪是以电容的测量为基础的。将电路板紧压着放在一块金属板上的绝缘层上，作为电容器的另一个金属板。假如在线路之间有一条短路，电容将比在一个确定的点上大。如果有-条断路，电容将变小。 测试速度是选择测试仪的一个重要标准。针床测试仪能够一次精确地测试数千个测试点，而飞针测试仪一次仅仅能测试两个或四个测试点。另外，针床测试仪进行单面测试时，可能仅仅花费20-305 ，这要根据板子的复杂性而定，而飞针测试仪则需要Ih 或更多的时间完成同样的评估。Shipley (1991) 解释说，即使高产量印制电路板的生产商认为移动的飞针测试技术慢，但是这种方法对于较低产量的复杂电路板的生产商来说还是不错的选择。 对于裸板测试来说，有专用的测试仪器( Lea , 1990) 。一种成本更为优化的方法是使用一个通用的仪器，尽管这类仪器最初比专用的仪器更昂贵，但它最初的高费用将被个别配置成本的减少抵消。对于通用的栅格，带引脚元器件的板子和表面贴装设备的标准栅格是2.5mm 。此时测试焊盘应该大于或等于1.3mm 。对于Imm 的栅格，测试焊盘设计得要大于0.7mm 。假如栅格较小，则测试针小而脆，并且容易损坏。因此，最好选用大于2.5mm 的栅格。Crum (1994b) 阐明，将通用测试仪(标准的栅格测试仪)和飞针测试仪联合使用，可使高密度电路板的检测即精确又经济。他建议的另外一种方法是使用导电橡胶测试仪，这种技术可以用来检测偏离栅格的点。然而，采用热风整平处理的焊盘高度不同，将有碍测试点的连接。 通常进行以下三个层次的检测: (1)裸板检测;(2)在线检测;(3)功能检测。 采用通用类型的测试仪，可以对一类风格和类型的电路板进行检测，也可以用于特殊应用的检测。 2.6 PCB板的维修知识电路板维修是一门新兴的修理行业。近年来工业设备的自动化程度越来越高，所以各个行业的工控板的数量也越来越多，工控板损坏后，更换电路板所需的高额费用（少则几千元，多则上万或几十万元）也成为各企业非常头痛的一件事。其实，这些损坏的电路板绝大多数在国内是可以维修的，而且费用只是购买一块新板的20%30%，所用时间也比国外定板的时间短的多。下面介绍下电路板维修基础知识。 几乎所有的电路板维修都没有图纸材料，因此很多人对电路板维修持怀疑态度，虽然各种电路板千差万别，但是不变的是每种电路板都是由各种集成块、电阻、电容及其它器件构成的，所以电路板损坏一定是其中某个或某些个器件损坏造成的，电路板维修的思想就是基于上述因素建立起来的。电路板维修分为检测跟维修两个部分，其中检测占据了很重要的位置。对电路板上的每一个器件进行修基础知识的验测，直到将坏件找到更换掉，那么一块电路板就修好了。 电路板检测就是对电路板上的每一个电子元件故障的查找、确定和纠正的过程。其实整个检测过程是思维过程和提供逻辑推理线索的测试过程，所以，检测工程师必需要在电路板的维护、测试、检修过程中，逐渐地积累经验，不断地提高水平。一般的电子设备都是由成千上万的元器件组成的，在维护、检修时，若靠直接一一测试检查电路板中的每一个元器件来发现问题的话将十分费时，实施起来也非常困难。那么从故障现象到故障原因的对号入座式的检修方式，是一种重要的检修方法。电路板只要检测出了问题的所在，那么维修就很容易了。以上即为电路板维修基础知识介绍。2.7 PCB板的维修费用标准1、电路板维修收费标准： 维修费用的收取最高不超过电子板原值的30%,其次按照电路板破环程度、难易程度、数量的多少、零件费用高低四方面收取费用。特殊情况，酌情增减。 2、电路板维修说明： （1）.工控产品免费检测。 （2）.客户确认维修后，运输费用由我方承担。 （3）.维修方应根据检测后的故障情况给出的收费标准要合理。 （4）.维修方维修的产品应该给予三个月保修。 3、验收： 修复设备，基板以现场试机通过为准，基板交用户后，用户必须在一周内通知承修方，如没有通过则交回承修方返修，否则视为通过。特殊情况不能试机（板），则客户方必须事先通知承修方。 4、线路板改制、仿制： 对客户现成的基板提供改进、定制基板或替换进口基板，则该项费用视易难程度及基板数量等由双方协商决定，且需方先预付总价格的 50% 。 5、工程报价： 根据客户的要求免费设计电路、油路、气路、线路图。根据工程量的大小、材料的选用、设备的选用，应一周内向客户报价。第三章 Protel DXP2004软件教程3.1 教程一 3.2 教程二第四章 工业上制造PCB板PCB几乎会出现在每一种电子设备当中。它是所有电子设备的载体，计算机内部到处都有PCB的身影，从主板、显卡、声卡到内存载板、CPU 载板再到硬盘控制电路板、光驱控制电路板等。小到日常生活中的家用电器、手机、PDA、数码相机，大到车载电子设备，飞机上使用的航空电子产品、卫星火箭上高可X性电子设备。PCB的制作总体来说有三个过程：第一，生产工具(Tooling)的准备；第二，具体生产过程；第三，品质检验(VI、电测)。但无论是生产加工，还是品质控制都是围绕生产过程进行的。具体生产流程如下：下料（裁板）内层制作压合钻孔镀铜外层制作防焊漆印刷文字印刷表面处理外形加工。4.1 PCB制作的准备首先介绍一下生产过程中所涉及到的几种重要的原始物料。基板 PCB板的原始物料是覆铜基板，简称基板。基板是两面有铜的树脂板。现在最常用的板材代号是FR-4。FR-4主要用于计算机、通讯设备等档次的电子产品。对板材的要求：一是耐燃性，二是Tg点，三是介电常数。电路板必须耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg点)，这个值关系到PCB板的尺寸安定性。在高阶应用中，客户有时会对板材的Tg点进行规定。介电常数是一个描述物质电特性的量，在高频线路中，信号的介质损失(PL)与基板材料有关，具体而言与介质的介电常数的平方根成正比。介质损失大，则吸收高频信号、转变为热的作用就越大，导致不能有效地传送信号。除FR-4树脂基板外，在诸如电视、收音机等较为简单的应用中酚醛纸质基板用得也很多。PCB基板组成:基板由基材和铜箔组成，FR-4基材是树脂加玻纤布，玻纤布就是玻璃纤维的织物，将玻纤布在液态的树脂中浸沾，再压合硬化得到 基材。在高分子化学中，将树脂的状态分为a-stage、b-stage、c-stage三种状态，处于a-stage的树脂分子间没有紧密的化学键，呈 流动态；b-stage时分子与分子之间化学键不多，在高温高压下还会软化，进而变成c-stage；c-stage是树脂化学结构最为稳定的状态，呈固态，分子间的化学键增多，物理化学性质就非常稳定。我们使用的电路板基材就是由处于b-stage的树脂构成。而基板是将处于b-stage的基材与铜箔热压在一起。这时的树脂就处于稳定的c-stage了。PCB基板材质的选择1.镀金板(ElectrolyticNi/Au)镀金板制程成本是所有板材中最高的，但是目前现有的所有板材中最稳定，也最适合使用于无铅制程的板材，尤其在一些高单价或者需要高可靠度的电子产品都建议使用此板材作为基材。2.OSP板(OrganicSolderabilityPreservatives)OSP制程成本最低，操作简便，但此制程因须装配厂修改设备及制程条件且重工性较差因此普及度仍不佳，使用此一类板材，在经过高温的加热之后，预覆于PAD上的保护膜势必受到破坏，而导致焊锡性降低，尤其当基板经过二次回焊后的情况更加严重，因此若制程上还需要再经过一次DIP制程，此时DIP端将会面临焊接上的挑战。3.化银板(ImmersionAg)虽然”银”本身具有很强的迁移性，因而导致漏电的情形发生，但是现今的“浸镀银”并非以往单纯的金属银，而是跟有机物共镀的”有机银”因此已经能够符合未来无铅制程上的需求，其可焊性的的寿命也比OSP板更久。4.化金板(ElectrolessNi/Au，ENIG)此类基板最大的问题点便是”黑垫”(BlackPad)的问题，因此在无铅制程上有许多的大厂是不同意使用的，但国内厂商大多使用此制程。5.化锡板(ImmersionTin)此类基板易污染、刮伤，加上制程(FLUX)会氧化变色情况发生，国内厂商大多都不使用此制程，成本相对较高。6.喷锡板(ImmersionTin)因为cost低，焊锡性好，可靠度佳，兼容性最强，但这种焊接特性良好的喷锡板因含有铅，所以无铅制程不能使用。2. 铜箔 铜箔是在基板上形成导线的导体，铜箔的制造过程有两种方法：压延与电解。 压延就是将高纯度铜材像擀饺子皮那样压制成厚度仅为1密耳(相当于0.0254mm)的铜箔。电解铜箔的制作方法是利用电解原理，使用一个巨大的滚动 金属轮作为阴极，CuSo4作为电解液，使纯铜在滚动的金属轮上不断析出，形成铜箔。铜箔的规格是厚度，PCB厂常用的铜箔厚度在0.33.0密耳之间。3. PP PP是多层板制作中不可缺少的原料，它的作用就是层间的粘接剂。简单地说，处于b-stage的基材薄片就叫做PP。PP的规格是厚度与含胶(树脂)量。 4. 干膜 感光干膜简称干膜，主要成分是一种对特定光谱敏感而发生光化学反应的树脂类物质。实用的干膜有三层，感光层被夹在上下两层起保护作用的塑料薄膜中。按 感光物质的化学特性分类，干膜有两种，光聚合型与光分解型。光聚合型干膜在特定光谱的光照射下会硬化，从水溶性物质变成水不溶性，而光分解性恰好相反。 5. 防焊漆 防焊漆实际上是一种阻焊剂，是对液态的焊锡不具有亲和力的一种液态感光材料，它和感光干膜一样，在特定光谱的光照射下会发生变化而硬化。使用时，防焊漆中还要和硬化剂搅拌在一起使用。防焊漆也叫油墨。我们通常见到的PCB板的颜色实际上就是防焊漆的颜色。 6. 底片 这里涉及到的底片类似于摄影的底片，都是利用感光材料记录图像的材料。客户将设计好的线路图传到PCB工厂，由CAM中心的工作站将线路图输出，但不是通 过常见的打印机，而是光绘机(Plotter，图1)，它的输出介质就是底片也叫菲林(film)。胶片曝光的地方呈黑色不透光，反之是透明的。底片在 PCB工厂中的作用是举足轻重的，所有利用影像转移原理，要做到基板上的东西，都要先变成底片。4.2 PCB流程制作4.2.1 PCB的层别PCB板是分层的，夹在内部的是内层，露在外面可以焊接各种配件的叫做外层。无论内层外层都是由导线、 孔和PAD组成。导线就是起导通作用的铜线；孔分为导通孔(Plating hole)与不导通孔(None Plating hole)，分别简称为PT和NP。我们日常生活所使用的计算机，它的板卡既有双面板，又有多层板，例如大多数主板是四、六层板(现在以四层居多，主要是为了降低成本)。双面板的做法比较好想象，基板自然拥有两面，而多层板则是将多片双面板“粘”结在一起。以四层板为例，先用一块基板，制造一、二层，再使用一块基板制造三、四层，然后再将这两块合成一块四层板。如何粘接呢？粘结剂是前面提到的原始物料PP，在压合机高温高压环境的帮助下，PP先软化后硬 化，从b-stage变成c-stage使两块双面板合二为一。也可以先制造位于内部的二、三层，在压合前，二、三层板外面覆盖PP，再覆盖铜箔，然后压合，也同样得到四层板。这种不同叫做迭板结构的选择。这种多层板的制造方法就叫做加层法。要告诉大家的是，从外表上是可以分辨一块板子是双面板还是多层板的，但不可能分辨出来一片多层板到底有多少层，对于多层板你会透过一些没有涂布防焊漆的基板区域看到板子内部是黑乎乎的，那就是内层的颜色。PT孔包括插IC引脚的零件孔(Component hole)与连接不同层间的过孔(Via hole)，PT孔的孔壁上有铜作为导通介质；NP孔包括固定板卡的机械孔等，孔壁无铜。PAD是对PT孔周围的铜环和IC引脚在板面上的焊垫的统称。另外，电路板的两面习惯叫做Comp面和Sold面。这是因为电路板的一面总是会作为各种电子组件的安装面。PCB的制造过程由玻璃环氧树脂（Glass Epoxy）或类似材质制成的基板开始的。4.2.2 内层板生产步骤裁板无尘室蚀刻线AOI检验 由于内层被“夹”在板子中间，所以多层板必须先做内层线路。所以首先介绍线路的制作流程：底片上的线路变成电路板铜的过程，是通过影像转移即利用感光材料来把图形从一种介质转移到另一种介质上。以内层线路制作为例：基板上先要压上一层感光干膜，干膜上再覆盖上底片，接着曝光，揭开底片看干膜，被光照的地方与未被光照的地方迥然不 同。对光聚合型干膜，受光照的地方颜色变深，意味着已经硬化(光聚合反应的结果)，再经过显影(使用碳酸钠溶液洗去未硬化干膜)，原本底片上透明的地方，干膜就得以保留，而原来底片上是黑黑的地方，干膜由于未被硬化，所以被显影掉了。再使用蚀铜液(腐蚀铜的化学药品)对基板进行蚀刻，没有干膜保护的铜就全军覆没，而干膜下的铜面则被保留。如果我们的底片上使用无色透明来代表线路与有铜区，使用黑色来代表无铜区，经过曝光、显影、蚀刻，底片上的影像就转移到 基板上来了。总的结果就是，CAM工作站中的线路图经Plotter输出转移到底片上，再经过上述过程转移到基板上。影像转移的方法在PCB厂中应用广泛，不仅在制作线路时，而且在制作防焊、网版等需要精确控制图形的场合都有其用武之地。1、下料（裁板）下料就是针对某个料号的板子为其准备生产资料。包括裁板、裁PP、铜箔木垫板等物料。裁板就是将大张的标准规格基板裁切成料号制作资料中制定的wpnl尺寸。裁板使用裁板机（这东西本来是木工机械，现在也被应用到电子产业中来了）裁板(BOARD CUT)目的:依制前设计所规划要求,将基板材料裁切成工作所需尺寸主要原物料:基板;锯片基板由铜皮和绝缘层压合而成,依要求有不同板厚规格,依铜厚可分为H/H;1oz/1oz;2oz/2oz或混合H/1等种类铜箔绝缘层2、前处理线前处理后铜面状况示意图这是以后各个站别都要经过的处理步骤，总体来讲其作用是清洁板子表面，避免因为手指油脂或灰尘给以后的压膜带来不良影响。内层前处理线有一个重要的作 用就是将原本相对光滑的铜面微蚀成相对粗糙以利于与干膜的结合。前处理使用的清洁液与微蚀液是硫酸加双氧水(H2SO4H2O2)压膜前压膜后3、无尘室 （包括压膜、曝光）压膜 经过前处理的wpnl一块块由传送带进入无尘室进行压膜、曝光。先介绍一下无尘室，在电路图形转移过程中，对工作室的洁净程度要求非常高，至少要在万级无尘室中进行压膜曝光工作。为确保图形转移的高质量，还要保证室内工作条件，控制室内温度在211、相对湿度55%60%，这是为 了保证板子和底片的尺寸稳定。因为板子和底片的组成材料都是有机高分子材料，对温湿度十分敏感。只有整个生产过程中都在相同的温湿度下，才能保证板子和底 片不会发生涨缩现象，所以现在的PCB工厂中生产区都装有中央空调控制温湿度。要生产的基板上必须贴上一层干膜，这由压膜机完成。压膜机是一台很灵敏的机器，只需要调整压膜辊轮的压力，它就会自动根据wpnl的大小与厚度自己裁切干膜。干膜是三层结构，压膜机压膜时会自动将与板面结合的一侧mylay(就是塑料薄膜)膜撕下来。压好膜的板子去对片曝光，对片就是将底片覆在板子上，之所以叫做对片，是因为一块板子有两面，其间有孔连接，孔周围有PAD。对片的目的就是保证Comp和Sold 面的同一个孔的PAD保持圆心基本重合。UV光基板和底片的涨缩也会影响对准度。曝光压膜后的wpnl应尽快曝光，因为感光干膜有一定保质期。曝光使用曝光机，曝光机内部会发射高强度UV光(紫外光)，照射覆盖着底片与干膜的基板，通过影像转移，曝光后底片上的影像就会反转转移到干膜上。曝光机曝光前要抽真空，这是为了避免气泡引起折射。同时灰尘颗粒也会引起折射， 折射的光就是偏离了直线传播的光，这必然会导致转移到干膜上的线路图失真。更为严重的是灰尘颗粒会粘在板面上阻挡光照造成杂质断路或短路。万级无尘室是标准配置，如果生产高精密度的电路板，更高级别的无尘室也是必须的，虽然造价高昂(例如IC工厂的无 尘室)。因为感光干膜对黄光不敏感，不会曝光，所以无尘室的灯光是黄色的。曝光前曝光后显影前蚀刻线显影后 曝光完成后的板子经过静置，就进入蚀刻线。蚀刻线分为三个部分：显影段、蚀刻段和剥膜段。长长的生产线有数十个槽体。槽内有上下两排管道喷头给从传送 带上经过的wpnl“冲淋浴”。在各个槽内的“淋浴液”不同，分别完成各自的任务。让我们一步步地看看到底蚀刻线是怎幺工作的。 首先，在显影段中使用碳酸钠溶液作为浴液进行显影。碳酸钠溶液将没有受到紫外光照射而发生变化的干膜溶解并冲洗掉。其次，显影后的板子在进入蚀刻段前要经过纯水冲洗以防止将显影液带进蚀刻槽。这也是后面所有多功能的生产线各个功能部分之间连接的方式。蚀刻段是这条生产线的核心。蚀刻槽的浴液是蚀刻后蚀刻前CuCl2+HCl+H2O2。业余爱 好者常用的蚀刻液FeCl3由于环保和效率的原因早已不用了。由于药品在生产过程中有消耗，必须随时添加，保持一定浓度。这个艰巨的工作由一套全自动药液 浓度控制装置完成(AQUA)。蚀刻液将没有被干膜覆盖而裸露的铜腐蚀掉。板子过了蚀刻段，就算影像转移的大局已定。底片上的透明区现在对应有铜。一般的 PCB工厂的蚀刻线制作极限是4/4，即线宽/线间距分别是4密耳。超过这个限制则报废率大增，成本太高。现在我们的笔记本电脑主板上就有大量的4/4线路。出了蚀刻槽，覆盖在板子上的干膜已经无用了，所以最后用热NaOH溶液喷淋板子剥膜。将硬化的干膜溶掉。 显微镜下的蚀刻线路边缘绝非平直，其纵向切面也不是矩形，而是梯形。边缘不平直是由于干膜和板面的结合不会绝对严密，而蚀刻液蚀铜是全方位的，不仅在 纵深上蚀铜，而且也腐蚀线路的侧面，这样造成切面不是矩形而是有一定的梯度。同时使线路的宽度较底片上的宽度细了。AOI检验(全称为Automatic Optical Inspection，自动光学检测) 目的：通过光学反射原理将图像回馈至设备处理，与设定的逻辑判断原则或资料图形相比较，找出缺点位置注意事项： 由于AOI所用的测试方式为逻辑比较，一定会存在一些误判的缺点，故需通过人工加以确认。由于材料厚度日趋薄化,线路密集,细化需注意人员handling问题。出了内层蚀刻线的板子必须经过严格的检验以将问题消灭在早期。PCB的生产过程也是一个价值不断增长的过程，越到后面报废一块板子的代价越大，所以多 层板的内层线路制作品质必须尽量完美。但人是不可能做到的，这里我们使用一种机器叫做AOI(Automatic Optical Inspection，自动光学检验)来进行裸板外观品质测试。AOI是集光学、计算机图形识别、自动控制多学科于一身的高技术产品。它的内部存有上百种板面缺陷的图样特征。工作时操作人员先将待检板固定在机台上，AOI会用激光定位器精确定位CCD镜头来扫描全板面。将得到的图样抽象出来与缺欠 图样比对，以此来判断PCB的线路制作是否有问题。像常见的线路缺口、短断路、蚀刻不全等都可以凭借AOI找出来。AOI可以指出问题类型以及在板子上的 位置。核心是它的分析软件。 AOI设备在整个微电子产业中都大有用武之地，在IC生产中也同样需要类似设备(因为IC就是微缩的线路板嘛)。AOI技术的世界领跑者是以色列人，之所以这样据说是因为以色列处于阿拉伯各国环视之中，戒备心理极强，所以其雷达图像识别技术首屈一指(怕人家偷袭嘛)，在20世纪 7080年代微电子技术大发展时，电子工业越来越需要一种高精度的外观检验装置，以色列抓住机遇军品转民品大大地赚了一票。这种单价在30万美元以上的 设备早期被认为是PCB工厂品管严格的象征，由于采用AOI后可有效地提高成品率，防止产品报废，对于多层板生产还是十分合算的，所以现在AOI设备也是 PCB厂的必备装置了。4.3内层线路板成型段4.3.1 压合 压合是将单张的内层基板以PP作中介再加上铜箔结合成多层板。这套工作由压合机完成的。压合机是一个密闭的金属桶，里面有由下而上由多个托盘组成的夹层，板子就放在这些夹层里。这些托盘都是热板，里面装着滚烫的油，油温受计算机控制。最下方的托盘下有一个液压机械臂向上举重似的给上面的所有板子以压力，压力的大小也是可控的。现代的压合机内部会被抽成真空，以防止熔融的PP中出现气泡而影响层间结合力，同时有助于熔融树脂的均匀分布。具体生产流程：棕化 铆合 迭板 压合 后处理棕化（黑化） 目的：(1)粗化铜面,增加与树脂接触表面积(2)增加铜面对流动树脂之湿润性(3)使铜面钝化,避免发生不良反应 主要愿物料：棕化药液 将基板与PP紧密结合在一起，与内层前处理相同，我们有必要将两者的表面刷磨粗糙一点以增加接触面积，而PP为树脂，化学性质稳定，我们只有打内层基板的主意。使用与内层前处理段使用过的办法，即用强氧化剂将内层板面上的铜氧化使其表面 粗糙，由于氧化铜的颜色是黑色的，所以这道工序又叫做黑化。这就是多层板的内层从表面看上去是黑色的缘故。黑化后的铜，微观上是一根根尖尖的晶针。这可以 刺入PP中加强基板和PP间的结合力。铆钉铆合 (预迭)1)目的:(四层板不需铆钉) 利用铆钉将多张内层板钉在一起,以避免后续加工时产生层间滑移。 2)主要原物料:铆钉;P/P A.P/P(PREPREG):玻璃纤维布用在线路板中主要是作为一绝缘层，因为它有很好的电绝缘 性，耐高温性以及尺寸安定等特性。其生产方法为首先将玻璃高温熔融，然后让其经一筛形装置流出成丝，再将单丝按一定规格捻成束，最后就可以织成布。B.玻璃布的种类有很多，但在线路板业，常用的玻璃布却只有少数几种由树 脂和玻璃纤维布组成,据玻璃布种类可分为 1060;1080;2116;156;7628等几种。C.树脂据胶流状况可分为:a. A阶(完全未固化); 在制造该物料溶化时的状态。b. B阶(半固化); 生产中使用的全为B阶状态的P/P。c. C阶(完全固化)三类, 基板中的胶片为已完全硬化的全聚合状态的胶片。迭板目的： 将预迭合好之板迭成待压多层板形式Layer 1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer 6铜皮是做内层线路的基础，因为铜具有良好的导电性，延展性等特性。电路板行业中所用铜皮一般都为电镀铜皮。其制造方法为先将一些回收的废铜对象如废铜线，铜皮，铜块等溶于一大槽中，经过滤后溶液流入一电镀槽中，然后以一惰性电极为阳极，以一金属滚轮为阴极电镀而成。如图标电镀铜皮 电镀铜皮;按厚度可分为: 1/3OZ(代号T) 0.35mil。 1/2OZ(代号H) 0.7 mil。 1OZ(代号1) 1.4 mil。 2OZ(代号2)铜皮其厚度为2.8 mi。 RCC(覆树脂铜皮)等。压合目的：通过热压方式将迭合板压成多层板主要原物料:牛皮纸;钢板热板 迭好的板子会被自动运输车运送上压合机，压合机会按照设定好的参数压合，然后板子会被自动送下来，整个过程基本都是自动化过程。压力承载盘牛皮纸钢板可叠很多层 后处理 目的:经割剖；打靶；捞边；磨边等工序对压合之多层板进行初步外形处理以便后工序 生产品质控制要求及提供后工序加工之工具孔。主要原物料:钻头;铣刀4.3.2 钻孔 PCB不能没有孔，孔要钻孔机钻出来。钻孔机是一种精密数控机床。钻床上有多组钻头(术语叫做Spindle)，像日本日立精工的钻 机有六个Spindle。钻头在计算机的控制下可以在平面内精确定位，精度(真位度)在3密耳。钻孔机工作依X钻孔程序(注6)，钻孔程序告诉钻孔机的 Spindle使用直径多大的钻头，应该在板子的哪个坐标位置上钻。操作手只要将板子固定在钻孔机内的平台上，调入正确的钻孔程序，按动开始键就OK了。 钻孔需要的时间由孔数与孔径决定，孔数越多，孔径越小，耗时就越长。孔径越小，则钻针越细，所以进刀速与退刀速不能过快，否则容易断针，即钻头断在板子 里。现在的电子产品向小型化方向发展，孔径也越来越小，10密耳(相当于0.25mm)的Via hole已十分平常。仔细观察PC主板，那些细小的小点就是被防焊漆封住的Via hole，多数直径就是10密耳左右。钻孔流程：上PIN 钻孔 下PIN目的: 对于非单片钻之板,预先按STACK之要求钉在一起,便于钻孔,依板厚和工艺要求每个STACK可两片钻,三片钻或多片钻主要原物料:PIN注意事项: 上PIN时需开防呆检查,避免因前制程混料造成钻孔报废铝盖板钻孔 目的:钻头 在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔垫板主要原物料:钻头;盖板;垫板钻头:碳化钨,钴及有机黏着剂组合而成盖板:主要为铝片,在制程中起钻头定位;散热;减少毛头;防压力脚压伤作用垫板:主要为复合板,在制程中起保护钻机台面;防出口性毛头;降低钻针温度及清洁钻针沟槽胶渣作用下PIN 目的: 将钻好孔之板上的PIN针下掉,将板子分开后出货.4.3.3 镀铜PTH整条镀铜生产线分为两段：化学沉铜(PTH)和电镀。化学沉铜(PTH)化学沉铜在生产中，利用化学反应在整个wpnl表面上沉积上一层薄的铜，经过这一步，原本无铜的孔壁内也有了铜，所以也叫PTH(Plating Through Hole)流程。化学铜的沉积质量直接影响后面电镀铜质量以及内层之间导体连接的可续性。作用:在孔内沉铜湿润槽 整孔槽 水洗槽 微蚀槽 水洗槽 预浸槽 活化槽 水洗槽 速化槽 化学铜 水洗槽 烘干槽镀铜电镀 电镀段将设定好电流强度的直流强电流接到板子上，浸在装满电镀液的槽内。经过一段时间孔壁上就有了足够厚的铜了。电镀的原理很简单，待镀板作 为阴极，电镀液中的铜离子向阴极电泳沉积。由于所有有铜区都会被镀上一层铜，所以