印制电路研究毕业论文.doc

印制电路研究毕业论文目 录1 引言2 印制电路概述2.1 印制电路板定义2.2 印制电路板种类2.3 印制电路板的发展趋势3 genesis2000软体 3.1 genesis2002基础工具 3.2 genesis2000分析工具3.2.1 钻孔分析3.2.2 线路分析3.2.3 防焊分析3.2.4 文字分析3.3 genesis2000输出工具 3.4 genesis2000操作流程3.4.1 客户资料转档3.4.2 前置作业检查3.4.3 钻孔编辑3.4.4 线路编辑3.4.5 防焊编辑3.4.6 文字编辑3.4.7 排版编辑3.4.8 资料输出结论致谢参考文献1 引言21世纪信息化产业在迅速发展，而PCB行业的发展是信息化产业发展的重要基础，PCB从简单的单面板发展到现在的多层板，高密度互联板（High density board，简称HDI），软板，经历了60多年，其可通过在一个很小的覆铜箔板上做出线路，再贴装一些电路元器件即可做成拥有强大电路导通，连接性能及其他电子性能的电子产品。计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，简称CAM）就是为印制电路板的前制程提供辅助制造的，它通过一些软件方便分析出制造电路板的一些技术参数，以及分析出电路板的电器性能是否正确，因此CAM部门在每个PCB公司都具有非常重要的地位。在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配 、检测和包装等制造过程，简称CAM。目前,在一些PCB公司应用的软件有：GERNESIS、GC-CAM、CAM350、PRCAM、 INCAM等。CAM 系统可以进行焊盘与走线之间间距、焊盘的环宽、内层隔离盘的大小、非孔化孔、无终点线和整个PCB图形到外形间距的检查，以判断该PCB的设计是否符合相关的标准。CAM主要应用在印制电路板的前制程，它通过，客户设计的电路图形及布局，在CAM软件上进行修改技术参数，测量走线，焊盘等的间距，ring边等，一达到本公司设备的制程能力，为现场工作人员提供光绘底片，钻孔程式以及一些检验程式等。2 印制电路概述2.1 印制电路板的定义 PCB(Printed Circuie Board) 印制电路板的简称，通常把在绝缘材料上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形成为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制线路或印制电路的成品称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。 印制电路板的设计是以电路原理图为根据，设计人员通过借助计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）来设计电路在电路板上的布局设计。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。2.2 印制电路板的种类2.2.1 单面板在最基本的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。这种板子现在普遍运用银作为桥梁来实现两条线路的导通。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，布线间不能交叉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。2.2.2 双面板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通孔（via hole），导通孔是在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。2.2.3 多层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。普遍为4、6或8层板。2.2.4 高密度板刚刚提到的导孔（via），如果应用在双面板上，那么一定都是打穿整个板子。不过在多层板当中，如果您只想连接其中一些线路，那么导孔可能会浪费一些其它层的线路空间。埋孔（Buried vias）和盲孔（Blind vias）技术可以避免这个问题，因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与表面PCB连接，不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的PCB，所以，从表面是看不出来板子的层数。2.3 印制电路板的发展趋势 近60年来，PCB行业发展非常迅速，在这些年中，中国已经在不知不觉中成为了全球最大的PCB生产国，目前PCB还会沿着短、小、轻、薄的基础上，继续发展高密度互连板达到电子设备更加高密度化，高性能化。另外要在制造工艺上更新，探索更好的工艺流程，研发更加先进的工艺设备，从而响应国家的环保号召及生产出更加精密的电路板。3 Genesis2000软体3.1 genesis2000基础工具 Genesis2000是由Orbotech与Valor的合资公司Frontline公司开发、支持的一套软件系统，该系统提供了完整的制前自动化，为PCB厂商提供了最佳CAM解决方案。Genesis2000软体中最基础的工具就是图形编辑器（见图1）。图1 Genesis2000软体基础工具示意图这个图形编辑器对于制作料号非常重要：简捷而方便的交互式面板，让人机沟通更直接，将常用的工具和安全指令设在窗口右边，随手可及，面板上的层次分明，坐标随时监控，状态栏可以清晰显示当前的操作状态和图形数据的参数值；主菜单的编辑栏包括一般的移动、复制、旋转、镜像而且我们可以以坐标的形式找到线路图形的每一点；将图形放大到显示屏的最大比例，使我们更好的判断怎样修改客户传来的gerber；还可以对线路进行平行移动、复制、改变线的走向等。其中上图标示的两个编辑工具对我们编辑线路有很大帮助：一个是过滤选择器，通过它，我们可以限制性的选择某一属性的线路图形进行编辑，如光学点，pad、smd等（通常pde对这些特殊属性线路会另外做补偿）。另一个是同网络选择器，它可以帮助我们判断线路是否是同一网络，使我们避免了将电路板制作出短路的现象，也使我们避免了将客户原稿是断开的线路制作相连。因此，图形编辑器是genesis2000系统中比较重要的工作系统。3.2 genesis2000分析工具一般客户传来的PCB板资料都会包括钻孔、成型、线路、防焊、文字等层别。开始时，我们首先把资料实体化，其次就是对资料进行编辑，使其的一些技术参数符合我们公司的制程能力，所以，我们需要一些分析工具，去分析我们的编辑是否符合规范。Genesis 2000包含了钻孔分析、线路分析几乎所有制程上的分析功能，并且规定的参数并不固定，可以根据不同的需求去调整ERF的设定，达到符合自己的规范。3.2.1钻孔分析Map 图与孔点图可以相互转换，且一气呵成，强大的钻孔管理器，可以对VIA孔、PTH孔、NPTH孔进行补偿、调节、高亮、刀具合并及每个孔的位置轨迹指示。根据内外层的分布属性，可以检查出孔与孔的电器性能是否导通，还可以报告近孔、重孔、八字孔及每种孔的个数和位置，并判断孔到成型或板边距离是否太近，具体工作界面见图2。图2 钻孔分析示意图3.2.2 线路分析对照绿油开窗PAD的属性定义SMD，按照自身要求调节参数，可以做PAD加大、PAD缩小、绕线、更改形状，对不满足间距的地方进行削切，然后报告所作动作的结果（可根据尺寸分屏显示）。运行线路自动检查功能，可侦测线路的线宽线距、孔环大小、NPTH孔距铜的距离PAD到PAD的间距、PAD到线的间距、铜到板边的距离、端点、PAD、线、弧的个数及位置，同网络的间隙等。为现场设置时刻速度，药水含量提供一个参考值，其工作界面如图3所示：图3 工作界面示意图3.2.3防焊分析根据绿油覆盖定义PAD的RING环最优值及防止渗油露铜所需的间距参数、桥位大小，自动运行绿油修改程序，进行自动加大及自动削PAD，其结果会报告出来，以供线上使用，强大的绿油检查功能，可检测出孔的开窗、PAD的开窗及绿油到锡的距离、开窗PAD到PAD的距离、细小缝隙、塞孔情况等等。（在我们公司线上一般需要CAM人员提供关于防焊的三个参数：防焊的ring边、防焊pad与防焊pad之间的距离，防焊与下路的最小间距）。（见图4）图4 防焊分析示意图3.2.4 文字分析根据绿油覆盖定义PAD的RING在加大一定的距离使文字漆不会伤到焊盘。并且可以自动刮开防焊到文字的安全距离。可检测文字到防焊、成型、孔、线路及文字宽度的距离等等。（见图5）图5 文字分析意图3.3 genesis2000输出工具类似与输入工具一样，只是将编辑好的客户资料按照不同的流程需求输送至不同的地方。一般料号都会输出治具、成型程式、钻孔程式、验孔程式、AOI（光学扫描）资料等到相应的制造部门。通常我们部门的工作站和产线上都有联系的，直接通过自动程式直接输出到产线的电脑或机器上，例如输AOI资料:F6 就会出现下图6所示界面，点击治具/AOI/QA资料输出即可。 图6 输出工具示意图总体归纳而言：Genesis 2000是适应印制线路板发展而产生的软体。清晰的管理界面，各个料号的存入方式直观，简单。资料保密性强，每次启动需输入用户名和密码。独立而系统的输入输出。资料结构为二维表格的方式存在，精确的描述压合方式，板字构造及层别的属性定义。Wheel模块及Symbol集中存放，方便任何环境随时调用。人性化的图形编辑窗口和控制面板，有针对性的对成形区域内的部分进行修改。对图形元素的属性极其敏感，有条不紊的按照各种需要进行自动修改和检查。可调试参数任意修改，根据不同需要手动更改其运行的最佳方案。自动而快速的封边程式，省去了整理板边的烦琐。安全而高效的钻孔和锣边程式，根据定义的锣刀尺寸、补偿方向可以简单的自动添加锣程式。根据不同的菲林尺寸，自动排列，节约菲林成本，增加其利用率。无论正负叠加多少层，均可放在同一逻辑层。3.4 genesis2000操作流程对于双面板来说操作比较简单，下面我用一个四层板来介绍我们操作的一般流程。04cwc0540001是我们公司的一个日系客户的料号，它的要求比较严格，一般在制作过程中不能削ring边，而且板子比较大，基本每制作这样一个料号需要耗时16个小时左右。利用genesis2000软体进行操作的具体流程如下：3.4.1 客户资料转档 客户通过mail的形式将PCB原稿资料发送，转原稿组将资料登记并存档，运用对应的命名法（附录一：资料命名含义）则将资料区分，然后利用FTP软体将客户数据传入工作站做层别命名（附录一：层别命名法则）、初步优化网络铜面、物件属性定义及量测机构尺寸，最终将资料送给设计人员。3.4.2 前置作业检查 这个部分主要的目的是确认原稿组资料的完整性、正确性。首先通过cwc客户传送的PCL上面提供附件的档名和文件Byte数核对原稿资料，然后用Genesis的量测中心的功能检查导通孔对应在各层的PAD是否中心重叠，重叠即是为各层以对齐，而且可以看到原稿Step（ORI）中会有层别命名客户提示（Readme档），检查是否有层别命名错误，最后就是COPY Ori Step图形去核对 Pcb Step中的图形，并且看线路上锡处是否转成锡点或焊盘（FLASH PAD），这样就算完成了前置作业。3.4.3 钻孔编辑 根据pde（设计人员）设计的钻孔工程资料表来更改钻孔孔径大小及定义孔的属性，即把成品孔径改成现场使用的钻孔孔径，钻孔孔径具有一定的公差补偿值，原因就是钻孔时机台会有误差值，然后孔位就会有一定的偏差。孔属性的定义就是为了区分贯穿孔（Via hole）、镀通孔（Plated hole）与非镀通孔（Non plated hole）。（见图7）孔编辑好之后就要做我前面讲过的钻孔分析了。这个料号的钻孔一般在几千个左右，而且其中会涉及到很多塞孔（塞孔就是镀铜后完成线路图象转移后再用油墨塞起来的特殊孔。）和槽孔较，所以编辑的时候必须要非常仔细，编辑好以后要检查一两遍左右，因为一个新料号如果钻孔编错，那么下面的步骤可能会全部白做，因此钻孔编辑是料号制作的最基本步骤。 孔编辑完一般我们很紧接着将转档人员测量的机构复量一下，与客户资料不符的地方重新修正，再将net分析建好，以便做完线路编辑后检测短、断路（Netlist Analyzer）。图7 钻孔编辑示意图3.4.4 线路编辑进行线路编辑，一般pde会对客户传来的gerber加一个线路补偿值（根据我司现场制程的误差设定的补偿值），以保证线上做出的板子和客户gerber吻合，然后将非导通孔放大（数值依pde设定）去削铜面，使之与铜面有一定的安全距离（防止孔内镀铜与其他线路短路），接着对线路进行削包线，削隔离（用削非导通孔的方法一样制作）等动作，最后一步就是进行singal layer check 分析根据分析结果编辑间距不够的地方移线、缩pad等卡间距(一般pad与pad间距卡76.2,线与铜面的间距卡101.6）。线路编辑完成后要和客户的原稿资料，即ori step中的资料进行核对，不能有OPEN、Short。这个料号的费时就在制作线路这个地方，因为一层电路编辑一般要在3个小时左右。3.4.5 防焊编辑防焊就是指线路需要露铜的部分，最后将用于组装零件或贴片。制作防焊的目的就是为了将线路层的焊盘保护起来，在印刷油墨的过程中不让焊盘被油墨覆盖，从而将焊盘的铜露出。对于防焊的种类在我们公司分为6种即：上锡、onpad、铜面上的防焊、光学点的防焊、基材上的防焊、形状不一的防焊。其中最重要的是上锡和onpad，所谓上锡，就是线路PAD全部露铜，而On PAD就是部分露铜，不是全开。用Genesis来理解上锡就是防焊的锡垫大于线路的焊盘，On PAD反之。它们的做法分别是：上锡按工作片线路PAD放大Clearance（线路PAD到防焊PAD的距离）；On PAD则是按比原稿孔大、小来以孔为基准放大Clearance（防焊PAD到线路PAD的距离）。此料号的防焊相对来说简单一点一般只是要卡防焊pad之间的间距76.2，防焊与线路间距38.1就好了。3.4.6 文字编辑 文字主要的就是按照PDE指示是移字后套除、依原稿卡孔距离还是直接套除。套除的过程中不能将标示正负极性的，第一个插装零件的，箭头表示方向，文字隔线的等重要物件套除。因为文字在防焊后制作，所以一般要卡防焊到文字的安全距离。另外厂内一般会要求在文字层添加一些特殊物件（如周期8888，厂内标示）。以作现场识别。3.4.7 排版编辑 前面几步都是单片编辑，但出货时一般都是以连片的形式，所以我们会按照客户给的机构或PDE指示的排版样式去将单片组合起来，在组合这些单片的同时，我们要在板边加一些板框Tooling（厂内机器识别和检测用的），这是用genesis的自动程式做出来的（见图8），但是自动程式跑出来的Tooling可能会叠加再一起，所以需要人工检查修改。 图8 排版自动程式示意图 3.4.8 资料输出在制作完成后，我们需要输出的资料有：“GBR彩图”、“成型资料”、“QA资料”、“治具资料”、“验孔程式”、“AOI资料”、“钻孔程序”：（1）GBR彩图资料用于给PDE设计下现场的工作指示，它包括了一个shipping的外型，孔。（2）成型资料用于给成型组制作成型程式的，最后用于将板子从Working中捞出一个shipping，包括了Working的外型框及孔位。（3）QA资料用于给品保处检查内容物是否与PDE下现场的数据一致。治具资料是用于设置开防焊的测点用的，用来检测用无漏PAD类似的。（4）验孔程式是给现