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PCB加工基础 主要内容 PCB的分类 PCB加工常用材料 PCB加工过程 特殊工艺 PCB成本影响因素 PCB常见缺陷 何为PCB及其作用 一 何为PCB及其作用 印制电路板 PCB PrintedCircuitBoard 亦称印制线路板 简称印制板 所谓印制电路板是指 在绝缘基板上 有选择地加工安装孔 连接导线和装配焊接电子元器件的焊盘 以实现元器件间的电气连接的组装板 印制电路板的主要功能为支撑电路元件和互连电路元件 即支撑和互连两大作用 主要内容 PCB加工常用材料 PCB加工过程 特殊工艺 PCB成本影响因素 PCB常见缺陷 PCB的分类 何为PCB及其作用 二 PCB的分类 印制板目前分类还没有统一的方式 目前以传统习惯一般有四种方式 1 以用途分类电视机用印制板民用印制板电子玩具用印制板 消费类 VCD用印制板通讯用印制板工业印制板仪器用印制板 装备类 控制台印制板军用印制板 二 PCB的分类 2 以基材分类 环氧合成纤维印制板 聚脂合成纤维印制板 玻纤非织布 玻纤布聚脂树脂板 CRM 7 纸玻纤布环氧印制板 CEM 1 玻纤非织布 玻纤布环氧树脂板 CEM 3 合成纤维印制板 二 PCB的分类 3 以结构分类 二 PCB的分类 4 以表面处理分类 HASL 热风整平 ENIG 化学镍金 OSP 有机可焊性保护膜 ENIG OSPImmersionTin 化学锡 ImmersionSilver 化学银 ENEPIG 化学镍钯金 全板镀金 ENIG HASL OSP 主要内容 PCB的分类 PCB加工过程 特殊工艺 PCB成本影响因素 PCB常见缺陷 何为PCB及其作用 何为PCB及其作用 PCB加工常用材料 三 PCB加工常用材料 双面PCB用基材 双面覆铜板单面PCB用基材 单面覆铜板多层PCB用基材 铜箔 半固化片 芯板 覆铜板 半固化片 三 PCB加工常用材料 3 1PCB用基材的分类 1 按增强材料不同 最常用的分类方法 纸基板 FR 1 FR 2 FR 3 环氧玻纤布基板 FR 4 FR 5 复合基板 CEM 1 CEM 3 HDI板材 RCC 特殊基材 金属类基材 陶瓷类基材等 2 按树脂不同来分酚酫树脂板环氧树脂板聚脂树脂板BT树脂板PI树脂板3 按阻燃性能来分阻燃型 UL94 VO UL94 V1 非阻燃型 UL94 HB级 基板 三 PCB加工常用材料 3 2环氧玻纤布基板主要组成 玻纤布型号 7628 2116 1080等环氧树脂 Resin 铜箔 Copper 电解铜箔压延铜箔 主要应用在挠性覆铜板上 玻纤布 PCB切片 三 PCB加工常用材料 3 3半固化片 Prepreg 半固化片主要有两种用途 一是直接用于压制覆铜板 另一种用于多层板的压合 它其实是覆铜板在制作过程中的半成品 在覆铜板生产过程中 玻纤布经上胶机上胶并有A态烘干至B态 B态是指高分子化合物已经相当部分关联 但此时物料仍然处于可熔状态 通常称为半固化片 多层板压合时 在高温高压条件下B态转变为C态 常见的半固化片规格 三 PCB加工常用材料 3 4基材常见性能 1 介质常数Dk DielectricConstant Vp 信号传播速率 C 光速 r 周围介质相对电容率 r也就是介电常数Dk 当 r越高时信号传播速率越慢 2 介质损耗Df DisspationFactor PL k f DfPL 信号传播损失 k 常数 f 信号频率 Df 介质损耗Df对高频信号影响更加明显 尤其是射频信号 如天线的阵子一般选用PTFE这种低损耗的材料 三 PCB加工常用材料 3 4基材常见性能 3 热膨胀系数CTE CoefficientofThermalExpansion PCB在X Y方向的CTE约为12 15ppm 左右 但板厚Z方向由于没有约束 一般CTE在55 60ppm 左右 CTE对产品的可靠性有重要的影响 CTE不匹配常常会造成器件引脚焊点断裂 从而导致功能失效 BGA蠕变疲劳裂纹 三 PCB加工常用材料 3 4基材常见性能 4 玻璃化转变温度Tg树脂的特性随温度发生改变 常温时为一种玻璃状固体 但超过一定温度时会变成弹性固体 称为玻璃态转化 此时的热膨胀系数 CTE 高出平时数倍 可能会造成PTH孔壁的断裂 使PCB发生失效 NormalTg 130 170 主要内容 PCB的分类 PCB加工常用材料 PCB加工过程 特殊工艺 PCB成本影响因素 PCB常见缺陷 何为PCB及其作用 何为PCB及其作用 PCB加工过程 主要内容 一 何为PCB及其作用二 PCB的分类三 PCB加工常用材料四 PCB加工过程五 特殊工艺六 PCB成本影响因素七 PCB常见缺陷 四 PCB加工过程 裁板 内层干膜 叠板 通孔电镀 液态阻焊 FQC 成型 工程制作 蚀刻 机械钻孔 压合 外层干膜 二次铜及电镀锡 蚀刻 检查 HASL 电测 FQA 包装出货 曝光 贴模 前处理 显影 蚀刻 黑化或棕化处理 烘烤 叠板 压合 后处理 曝光 压膜 二次电镀铜 电镀锡 去膜 蚀刻 剥锡 丝网印刷 预烘 曝光 显影 后烘 多层板内层流程 多层板 全板电镀 外层流程 金手指 ENIG 选择性镀镍金 印文字 内层AOI 除胶渣 通孔电镀 单面或双面板 前处理 前处理 前处理 全板镀金 激光钻孔 BlindedVia 去膜 OSP 4 1常规PCB加工流程 TENTING流程 四 PCB加工过程 4 2典型四层板叠层以四层板为例 介绍多层板的加工过程 四层以上的PCB无非就是增加相应数量的芯板 典型四层板叠层主要为foil叠法与core叠法 如下图所示 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作 裁板 内层干膜 叠板 蚀刻 机械钻孔 压合 曝光 贴模 前处理 显影 蚀刻 黑化或棕化 烘烤 叠板 压合 后处理 内层AOI 激光钻孔 BlindedVia 去膜 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作1 裁板将基板材料裁切成工作所需尺寸 以便于进行加工 提高加工效率 考虑涨缩影响 裁切板送下制程前需进行烘烤处理 PCB从原板到单元板的过程为 sheet panel set board board sheet panel set 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作1 裁板常用sheet及panel尺寸 板材利用率 板材利用率为开料面积中的成品出货面积与开料面积的百分比 双面板一般要求达到85 以上 多层板要求达到75 以上 对PCB的成本有重要的影响 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作1 裁板详细流程 裁板 磨板边 圆角 洗板 烘烤 裁板机 待磨边的板 磨边机 磨边机及圆角机 洗板机 清洗后的板 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形利用影像转移原理制作内层线路 制作流程为 前处理 贴膜 曝光 显影 蚀刻1 前处理用3 5 的酸性溶液去除铜面氧化层及原铜基材上为防止铜被氧化的保护层 然后再进行微蚀处理 以得到充分粗化的铜表面 增加干膜和铜面的粘附性能 2 贴膜在加热加压的条件下将光致抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上 有湿膜与干膜两种 前处理后铜面状况示意图 贴膜前的芯板 贴膜后的芯板 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形3 曝光经光源 常用UV光 作用将底片 菲林 上的图像转移到感光底板上 曝光时透光部分发生光聚合反应 不透光的部分不发生反应 内层所用底片为负片 即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 白线黑底 外层所用底片刚好与内层相反 底片为正片 曝光前 UV光 干膜 曝光后 已聚合部分 未聚合部分 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形4 显影用弱碱溶液 常用1 的Na2CO3溶液 将未发生化学反应的干膜部分冲掉 而发生化学反应的干膜则保留在板面上作为蚀刻时的抗蚀保护层 5 蚀刻采用蚀刻液 最典型的是碱性氯化铜 将没有干膜保护的铜面蚀刻掉 形成内层图形 显影前 显影后 蚀刻后 蚀刻前 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形蚀刻时存在侧蚀现象 判断蚀刻能力的重要参数是蚀刻因子 业界经验一般为2 4左右 6 去膜利用强碱 常用NaOH溶液 将保护铜面的抗蚀剂剥掉 露出线路图形 去膜前 去膜后 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形7 内层检查内层检查一般用AOI检验 原理为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 找出缺陷位置 一般的缺陷为短路 断线 凹痕 残铜等 通过VRS系统对测试缺点进行确认 并对一些可以直接修补的确认缺点进行修补 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形 前处理 贴膜 曝光 显影 蚀刻 前处理线 贴膜线 曝光机组 显影前的板 显影缸 显影后的板 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形 前处理 贴膜 曝光 显影 蚀刻 蚀刻缸 蚀刻后的板 去膜缸 完成内层线路的板 AOI测试 AOI测试 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形8 黑化或棕化处理增大铜箔的表面粗糙度 有利于树脂的充分扩散 增强铜箔表面与树脂之间的结合力 工艺流程为 除油 水洗 微蚀 水洗 预浸 黑化或棕化 水洗 后浸 水洗 烘干 9 叠板把邦定 铆合后的内层配上外层半固化片和铜箔 定位于工具板上 然后把各层固定在一起 定位方式有 MASSLAM PINLAM MASSLAM 没有销钉 层间对准度低 生产效率高 主要用于生产四层板 4层 L 12层时须先邦定或铆钉铆合 PINLAM 有销钉定位 层间对准度高 但生产效率较低 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形 MASSLAM方式 上热盘 下热盘 牛皮纸 牛皮纸 分隔钢板 分隔钢板 分隔钢板 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形 PINLAM方式 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形 黑化或棕化 叠板 压合 CCD打孔 棕化处理 棕化后的内层板 叠板 叠板 邦定后的板 四 PCB加工过程 4 3内层图形制作2 内层图形 黑化或棕化 叠板 压合 盖铜箔 压钢板 放牛皮纸 压大钢板 进热压机 进冷压机 四 PCB加工过程 通孔电镀 机械钻孔 二次铜及电镀锡 蚀刻 检查 曝光 压膜 二次电镀铜 电镀锡 去膜 蚀刻 剥锡 外层干膜 除胶渣 通孔电镀 前处理 前处理 4 4外层图形制作 全板电镀 TENTING流程 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作外层图形制作工艺外层图形制作主要有两种方式 掩孔电镀法与图形电镀法 可根据产品的特点选择使用何种工艺 掩孔电镀法 TENTING 图形电镀法 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作1 钻孔钻孔的目的是在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔 常规的PCB一般只用机械钻孔 HDI工艺需要用到激光钻孔 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作1 钻孔 打定位孔 锣边 钻机平台 钻前准备完毕 对钻后的板检测 钻孔完毕的板 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作2 电镀电镀的目的是在原本不导通的孔壁上覆盖一层金属铜 使得孔具有导通性 从而实现PCB各层的导通 电镀的主要流程 钻孔来料 刷板 溶胀 去钻污 中和 除油 微蚀 活化 解胶 化学沉铜 电镀1 化学铜 PTH 沉铜的目的是金属化孔壁 使孔壁沉积一层薄铜 是后续电镀的基础 化学铜的实质是钯催化的氧化还原反应 厚度一般为0 3 0 5um 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作2 电镀2 电镀 一次铜 电镀的基本原理是板上接负电 使槽液中的铜离子沉积到PCB板上 根本目的是加厚孔壁上化学沉积的薄铜 铜厚一般为5 12um 以保护前面的化学铜不被后面的制程破坏 一次铜 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作2 电镀 沉铜线 除胶渣 沉铜 一次铜 一次铜后的板子 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作3 外层图形经过钻孔及通孔电镀后 内外层已经连通 利用影像转移原理得到设计的外层线路 制作流程为 前处理 贴膜 曝光 显影 外层蚀刻 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作3 外层图形 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作3 外层图形4 外层检查使用AOI对外层线路进行检查 找出缺陷 同内层相同 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作3 外层图形 前处理线 贴膜线 曝光机组 显影前的板 显影缸 显影后的板 四 PCB加工过程 4 4外层图形制作3 外层图形 图形电镀 镀锡 蚀刻后的板 蚀刻线 剥锡后的板 去膜 四 PCB加工过程 阻焊 FQC 成型 检查 HASL 电测 FQA 包装出货 丝网印刷 预烘 曝光 显影 后烘 金手指 ENIG 选择性镀镍金 印字符 前处理 全板镀金 OSP 4 5外观及成型制作流程 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程1 阻焊 绿油 阻焊的目的 防焊 防止焊接时造成短路 并节省焊锡的用量 护板 防止线路被湿气 各种电解质及外来的机械力所伤害 绝缘 线路间距愈来愈窄 需要对板面加印绿油达到绝缘的效果 加工流程 前处理 印油墨 预烘 曝光 显影 后固化1 前处理去除表面氧化物 增加板面粗糙度 加强板面油墨附着力 主要用火山灰磨板机 2 印油墨利用丝网上图案 将油墨准确的印刷在板子上 常用油墨类型为感光固化型 一般油墨厚度为1 2mil 3 预烘赶走油墨内的溶剂 使油墨部分硬化 不致在曝光时粘底片 4 5外观及成型制作流程1 阻焊 绿油 4 曝光影像转移 对需要保留的部分进行UV固化 5 显影将未聚合之感光油墨利用浓度为1 的碳酸钠溶液去除掉 露出需要的焊盘等位置 6 后固化利用烘烤使油墨中环氧树脂彻底硬化 防止脱落 四 PCB加工过程 印油墨后 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程2 字符字符工序主要是在板面上印上各种元器件和导线等位置的标记 便于识别和维修 另外还有厂家 批次 静电要求 无铅等标识 字符油墨为热固型油墨 当其热固后就算是用强酸强碱都很难将其清洗干净 绿油房 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程阻焊与字符 前处理 丝印绿油后的板 烘烤 曝光 显影 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程阻焊与字符 水洗后的板 水洗 待丝印文字板 丝印文字 丝印文字后的板 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程3 表面处理表面处理主要是产生供电气连接及电气互连的可焊性的涂覆层和保护层 常用的表面处理有 HASL 喷锡 ENIG 化学镍金 GOLDFINGER 金手指 ImmersionTin 化学锡 ImmersionSilver 化学银 OSP 有机可焊性保护膜 ENIG OSP我司目前用到的有ENIG与HASL 其中ENIG最多 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程3 表面处理1 化学镍金流程阻焊丝印 刷板 酸性除油 水洗 微蚀 水洗 酸洗 水洗 预浸 活化 水洗 后浸 化Ni 水洗 化Au 金回收 水洗 清洗烘干镀层厚度要求 镍层厚度 100u 金层厚度 1u 沉金后的板 沉金线 磨板 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程3 表面处理2 喷锡流程阻焊丝印 微蚀 水洗 酸洗 水洗 吹干 涂覆助焊剂 热风整平 软毛磨刷 水洗 热水洗 水洗 风干 烘干锡层厚度 1 25um 喷锡后的板 喷锡 磨板 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程4 成型成型的目的是让板子裁切成客户所需规格尺寸 set board 成型主要有两种方式 铣外形 应用较多 适用于样板 小批量加工 主要用数控铣床机械切割 边缘整齐冲外形 使用与大批量加工 主要用冲床与模具 边缘有毛刺 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程5 电测对PCB板某一待测网络的施加电压 测试网络的通断 导通电阻 绝缘电阻等 电测分类 专用测试机通用测试机飞针测试机 飞针测试机 夹具测试 四 PCB加工过程 4 5外观及成型制作流程6 包装出货将PCB板利用真空包装膜在加热及抽真空的条件下完成包装 防止成品PCB板返潮及便于存放运输 一般在包装前要对PCB进行烘烤处理 以进行长时间存放 烘烤 包装 主要内容 PCB的分类 PCB加工常用材料 PCB加工过程 特殊工艺 PCB成本影响因素 PCB常见缺陷 何为PCB及其作用 何为PCB及其作用 特殊工艺 五 特殊工艺 PCB加工常用特殊工艺 HDI HighDensityInterconnect 高密走线互连 POFV PlatingOverFilledVia 背钻 BackDrill 五 特殊工艺 1 HDI工艺HDI工艺 全称HighDensityInterconnect 高密互连 采用激光钻孔工艺 解决高密布局单板的走线问题 手机 路由器 无线基站产品常用此工艺 1 HDI与普通机械钻孔对比机械钻孔孔径 常规0 2mm 最小0 15mm 成本较高 激光钻孔孔径 3 5mil 0 076 0 127mm HDI很容易实现盲孔加工 实现非对称层的互连 机械钻孔需要控深钻才能实现 且精度不高 2 HDI工艺常见结构 1 N 1 2 N 2 叠孔 不填铜 2 N 2 叠孔 填铜 2 N 2 不叠孔 五 特殊工艺 1 HDI工艺3 HDI加工流程以最简单的1 2 1结构HDI为例 简要看一下HDI单板的加工流程 裁板 内层压膜 内层曝光 显影 蚀刻 去膜 AOI检查及VRS 黑化 外层压合 MASK制作 压膜 曝光及显影 蚀刻 去膜 AOI 镭射钻孔 机械钻孔 电镀 外层曝光 显影 蚀刻 去膜 AOI检查及VRS 阻焊 字符 表面处理 成型 测试 目检 包装及出货 1 2 1结构HDI示意图 五 特