PCB设计制造论文演讲稿PPT课件.ppt

PCB设计制造 设计人 指导教师 1 选题的依据和意义 自20世纪50年代中期起 印刷电路版技术才开始被广泛采用 印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位 显然 随着技术层次的提高 其应用范围越来越广泛 更为重要的是 技术的发展使得应用层面的增长拉动PCB的增长越来越有力 2 国内外有关本选题研究的动态 在网络经济来临的今天 近几年印刷技术在世界贸易发展的情况表明 印刷工业在国际范围内是一个增长活跃的行业 在最近5年内 全球印刷行业销售额由93亿美元上升到117亿美元 这种增长与倾向比值及价格的变化无关 在这些数字的背后 隐藏着用于印刷工业的生产资料的实际贸易额的大量增长 所有迹象表明 在未来的几年内 这种积极的发展还将持续下去 3 论文的基本内容 本文概述了PCB板从设计到生产出厂的全过程 用引用阐述的方法讲解及说明板的制作过程 以及PCB板的应用与将来的发展 而本文主要想阐述与表达的是PCB的制作过程 从板子设计出来后 就会遇到各种各样的问题 本文就是从制作组CAM起到线路板出厂的制作中出现的问题进行分析及其处理方法 目的就是达到让一块板子由制造到成品 4 研究方法 通过对一块板子的设计制作过程进行分析 运用AUTOCAD2004进行设计 GENESES2000进行制作及到后面的板子在生产车间的生产过程 对整个流程进行全面跟踪和分析 来完成对PCB板的制作过程 5 选题特色 因为这个行业发展迅速 在整个设计制作过程中又比较复杂且需要相当长时间的捉摸才能有一个全面的了解 因此对这个行业了解的人不是过于多 而且新颖又有大的发展空间 对此行业有一定了解及工作的人 可以直接运用所学知识创造价值 6 论文主要分为以下几部分 1PCB简介2PBC板的设计3PCB板的辅助制作4PCB板的车间制造5不同制作工艺的比较 7 PCB简介 1PCB即印刷电路板 PrintedCircuitBoard 它几乎会出现在每一种电子设备当中 2按设计样板分可分为公版设计 非公版设计 3按制板层数分可分为单面板 双面板和多层板 4按制板材料分可以分为挠性板和刚性线路板 5按封装技术分插入式和表面黏贴式封装技术 8 PCB设计流程 在PCB的设计中 在正式布线前 还要经过很漫长的步骤 印制电路板的设计是以电路原理图为根据 实现电路设计者所需要的功能 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 简单的版图设计可以用手工实现 复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计 CAD 实现 现如今国内设计PCB多用Proter软件 如Prlter99 Prltel99SE 及ProtelDXP 发展到现在的PrlterDXP2004 功能和布线能力是越来越强 效果及精确度是越来越高 需要手动修改的地方也越来越少 这样给工程设计人员带来了很大的方便 省心省时省事又省力 9 PCB的模似电路设计概图 10 模拟电路图制作完毕后 就需要用不同的设计软件生成网络表和报表 进行连接和编译由软件自动生成线路图 接着就是对线路图的布局进行调整 线宽 线距 位置 字符等做出必要的修正 做完准备工作后 就是对线路进行多次的访真测试运作 直到没有任何差错 由于我对这一方面知之不多 只作此简要介绍 11 PCB的CAM制作工艺 CAM即 ComputerAidedMake 的缩写 意思为计算机辅助制造 CAM的辅助制造软件形式多样 比较通用的为Genesis2000与CAM350等 下面的CAM工艺流程主要以通用的Genesis2000作为例子讲解 12 GENESIS2000操作界面 13 CAM制作过程 1文件的导入2要看顾客代码 板材 板厚 外形尺寸 内外层基铜厚度 镀层工艺 热风整平 全板镀金 金手指 化学沉金等 过孔工艺 是否塞孔 开窗 盖孔 是否加标记以及位置要求 外形要求 阻焊颜色 字符颜色 叠层要求 是否印蓝胶 计算交货面积 是否做挡油菲林 客户提供的说明文档要全看 并且要清楚客户意愿 有不明白的地方或有矛盾的地方 要及时询问 3定义各层资料属性及命名4复制CAD为NET 在net中的操作 并新建rout层5用rout层边框修剪所有线路层6利用宏命令对复合层进行处理7执行线转盘对mask top bottom层进行转换 执行线转盘是做好工程文件的第一步 此步骤如果做好 在以后的操作中将省去很多麻烦 14 totopoverlayer顶层字符层tstopsoldermask顶层阻焊层cscomponentside顶层线路层pln n tt代表顶层n代表第几层负片菲林sIg n bb代表底层n代表第几层正片菲林sssolderside底层线路层bsbottomsoldermask底层阻焊层bobottomoverlayer底层字符层drldrill钻孔层rout外形层铣外形用GML机械加工层可以用来进行机械加工的区域GKO禁止布线层在该区域不允许有线路dddrilldrow孔辅图层一个图对应一个孔tptoppaste顶层贴片层bpbottompaste底层贴片层pthrou金属化槽孔层npthnon platedthroughhole非金属化孔bgaballgridarray球状栅格阵列用来塞孔pgapluggridarray插件栅格陈列用来插元器件 15 16 17 18 8复制net cam在cam中操作9执行盘转线 只针对顶底层线路层 cs ss 10钻孔的处理 PTH孔 钻孔孔径 成品孔径 6mil NPTH孔 钻孔孔径 成品孔径 2mil11设置SMD属性 保护贴装盘不被削盘缩盘 防止在盘孔对位时贴片移动 若有贴片层应与其比较有无差异 针对顶底层线路层 cs ss 12对正钻孔焊盘 先钻孔向顶层线路对位 后其它层向钻孔层对位 13钻孔检查 检查是否有连孔 近孔 重孔 多 少孔14删除焊盘 删除NPTH焊盘 重盘和内层正片的孤立盘 外单不去IsolatedPads 15金属字的探测 防止误报断线头 蚀刻字的最小线宽18um 8mil 35um 10mil 70um 12mil 蚀刻标记与焊盘的距离大于0 2mm 查看金属字的线宽是否符合要求 底层字符是否为反字 16线路补偿 必须根据基铜厚度按参数进行蚀刻补偿 利用整体加大的方法手工补偿 19 线路补偿表 20 17线路优化 先内层后外层分开做 如果进行线路层优化只是一步进行的话 这样做会带来一个问题 就是对同一种型号的焊盘 优化时很容易造成有的盘加大 有的盘不加大 结果是本来整齐的盘变得大小不一18线路分析 1 最小导线间距内层18 m基铜 3mil 35 m基铜 3 5mil 70 m基铜 4mil 外层18 m基铜 3mil 35 m基铜 3 5mil 70 m基铜 6mil 2 最小线到盘 盘到盘间距3 5mil 18 M 35 M 5mil 70 M 3 钻孔距导体的间距8mil 10层 9mil 12层 10mil 14层 11mil 16层 12mil 18层 13mil 20层 奇数层的板按奇数加1计算层数19进行网络比较 net 参考层 tocam 当前层 看是否存在开 短路现象及时发现及时解决20负片优化 这一命令运行之前 应首先将非标准的花焊盘与方焊盘转化为系统可以识别的格式 可根据钻孔大小 花焊盘内径 钻孔孔径 12mil 外径 钻孔孔径 32mil 开口 mil 一般为15mil 但要注意客户设计的花焊盘大小符合以上要求时 修改后的花焊盘大小要与客户原设计相符 此文件中花焊盘为标准格式 但内径外径的大小不符合要求 所以也要转换 隔离盘 钻孔孔径 20mil 4 6层 隔离盘 钻孔孔径 28mil 8层 21 22 花焊盘与隔离盘 23 21人工检查负片 花焊盘是否上隔离带 花焊盘是否被隔离盘堵死 花焊盘与隔离盘相隔间距不够时 适当将花焊盘删除 隔离带宽度 8mil 防止花焊盘被隔离盘堵死造成开路 这种情况在负片分析时不会报警 若发现后应架桥 桥宽应大于5mil 或适当将隔离盘缩小 注意对负片层不要依赖系统 一定要自己查看 特别是隔离带拐角和BGA处 花焊盘和隔离盘密集处 热焊盘作用 聚热 防止过分散热而产生虚焊点 22阻焊检查 一般会存在以下问题 阻焊开窗不足 漏开窗 参照字符层检查 开窗之间的距离太小 同一网络可以不管 然后对阻焊进行修改 圆盘净空度 2mil 方盘净空度 1mil 作用 防止焊接元器件时焊接不牢 开小窗 开的窗口比线路层的焊盘小 要求单边比钻孔大3mil 作用是用来做测试用的 23字符人工分析 目视字符层是否存在字符和元件边框部分上阻焊 用阻焊的负向量去切削时使字符不能辩认其原形 此时应适当将字符和边框移动 另要看字符的高度 字宽是否符合标准 若不是将其达到要求 还要看底层是否有正字 若有少量将其变反 若多则需与客户商确 查看是否要求加公司标记 24 25 26 如果出现以下情况 即补偿后的孔径比线路层的焊盘大 对其处理遵循以下原则 1 如果客户已定义为金属化孔 则按负焊盘处理 线路层焊盘 钻孔孔径 即补偿后的孔径 2 如果客户没有定义钻孔属性 且该孔没有电性能的连接 则按非金属化孔制作 此板客户有文件说明 钻孔和焊盘一样大的可以做成非金属化孔 27 DATECODE方框里面的一个小方块决定周期的方向 28 24图形比较 将cad文件拷入cam进行图形比较看是否有重大改动 是否有根据 尤其检查阻焊层 注意有些地方线路与钻孔是否补偿 特别注意特殊的盘 二钻钻孔和铣孔补偿 正片层边上的铜皮是否被切断 25金手指 金手指间距 10mil 小于此标准须确认 对于金手指倒角区域与非金手指区域间距 7mm时 非金手指区域的导体应保证距边框距离 金手指倒角深度 0 5mm 对于金手指区域的内层也需作此处理 每个金手指需要加15mil的镀金引线至外形框外80mil以内 在金手指两侧各加一个假金手指分散电流 保证假金手指离外形框60mil以内 29 30 我们在CAM制作时外层需要削铜 倒角深度 0 10MM 然后再加引线 效果如下 31 PCB制造工艺 单面板流程 以热风整平板为例 开料钻孔外层图像转移 负片线路菲林 磨板 贴膜 菲林对位 曝光 显影 蚀刻 褪膜丝印阻焊油墨阻焊图像转移丝印字符热风整平铣外形电测终检真空包装 32 双面板流程 以热风整平板为例 开料钻孔沉铜板镀外层图像转移 正片线路菲林 磨板 贴膜 菲林对位 曝光 显影 图镀 蚀刻 褪锡丝印阻焊油墨阻焊图像转移 菲林对位 曝光 显影丝印字符热风整平铣外形电测终检真空包装 33 多层板工艺流程 以热风整平板 金手指板为例 开料 内层图像转移 负片线路菲林 内层磨板 内层贴膜 菲林对位 曝光 显影 蚀刻 褪膜 AOI 棕化 层压 钻孔 沉铜 板镀 外层图像转移 正片线路菲林 外层磨板 外层贴膜 菲林对位 曝光 显影 图镀 褪膜 蚀刻 褪锡 丝印阻焊油墨 阻焊图像转移 菲林对位 曝光 显影 镀金手指 丝印字符 热风整平 铣外形 金手指倒角 电测 终检 真空包装 34 对覆铜板开料 覆铜板 就是两面覆盖铜皮的芯板 1 覆铜板构成 基材 基铜 基材构成 环氧树脂 玻璃纤维基材厚度 0 05mm 基铜厚度 18 m35 m70 m 2 覆铜板的表示方法 小数点后一位 表示基材 基铜厚度 小数点后两位 只表示基材的厚度 特殊的有0 6mm与0 8mm两个 3 覆铜板的规格 18 1835 3570 7018 3535 70单位 m其中 35 7018 35的称为阴阳板 4 覆铜板盎司OZ的表示方法 用盎司表示规格比较方便 盎司 每平方英寸的面积上铺35 m厚的铜的重量为1OZ 盎司为重量单位 覆铜板盎司的表示方法18 18 0 5 0 535 35 1 170 70 2 218 35 0 5 135 70 1 2 35 内层图像转移 1 内层磨板 分两步 用酸洗作用 1清除板面氧化物 2防止夹入汽泡 3防止干膜起皱 用火山灰洗 使板面变的微观粗糙 增加与半固化片的结合力 2 内层贴膜 膜 即指干膜 干膜分三层 顶层 聚脂薄膜 中层 光致抗蚀剂 底层 聚已烯膜 贴膜时把底层膜去掉 3 菲林对位 通过板边马氏兰孔对位 对位时 要用夹板条 夹板条要与放入两片菲林之间的内层芯板等厚 菲林一般为负片 4 曝光 用紫外线对菲林垂直照射 5 显影 把没有被曝光的干膜熔解掉 注 在曝光后 显影前去掉顶层膜 若提前去掉顶膜 则氧气会向光致抗蚀剂扩散 破坏游离基 引起感光度下降 36 磨板机 37 UCL宇宙显影机 38 6 蚀刻把没有用的铜熔解掉 蚀刻分为蚀刻补偿与补偿蚀刻 蚀刻补偿 在正片或负片线路菲林上补偿 即加宽线宽 补偿标准见下表阴阳板补偿时注意 板薄的一面多补偿 因为蚀刻时的参数时间T是以厚的基铜为准 则有 18 35补偿 1 2 0 435 70补偿 2 4 1 0 39 补偿蚀刻 是由于同板厚的板的两面蚀刻药水浓度不一样 要在时间上进行补偿 需要多进行一个 T的时间补偿 即要进行过蚀操作 单位换算 1英尺 12英寸英尺 foot英寸 inch1foot 12inch1inch 1000mil1mm 39 37mil 40mil1inch 25 4mm 25mm1mil 0 025mm 25 m褪膜 把被曝光的干膜熔解掉 40 AOI检测 1 AOI AutomaticOpticalInstrument 自动光学检测 机 2 检测 又称半检 只能检查出制造问题 而不能检查出工程问题 3 基本过程 客户 CAD CAM 用光绘机绘出的 菲林 产品 用电脑 扫描 在电脑中形成 CAM2图形 与CAM进行 比较 41 棕化 使线路上生成一层棕色的氧化亚铜 Cu2O 目的 增强与半固化片的结合力层压 1 对铜箔开料 铜箔厚度 12 m18 m35 m70 m 2 对半固化片开料 开料参考标准如表 层压 分热压和冷压 先热压后冷压 层压厚度理论值公式 所有半固化片的厚度 内层芯板 不含基铜 的厚度 各层基铜的厚度 对应层的残铜率 残铜率 有用的铜 基铜 42 例1 18 m100 108076280 5135 3550 7628108018 m100 计算 77 3x195 1 x2 510 35x2x50 18x2x100 1 1258mm例2 18 m100 21161 018 3520 211618 m100 计算 118 5x2 1 0 18 35 18 35 x20 18x2x100 1 2306mm 43 例3 18 m100 1080 x20 5135 3550 1080 x20 5135 3550 1080 x218 m100 计算 77 3x6 510 1200 35x2 35x4x50 18x2x100 2 2098mm层压时的叠层原则 a 优先选用厚的板材b 结构对称c 当两面基铜厚度都为18 m时 可以单独使用一张1080d 层间半固化片的厚度应 2倍基铜 当为阴阳板时 则应 2倍厚的基铜的厚度e 半固化片应外薄内厚f 层间半固化片的张数应 3张g 内层芯板应与半固化片的材料保持一致h 当板厚达不到客户要求时 可以加入光板 44 钻孔按性质分 金属化孔PTH和非金属化孔NPTH 金属化孔分为 过孔 via 元件孔 componenthole 压接孔 pressfit 过孔孔径范围 0 1mm 0 65mm过孔特点 1没有字符标识2有电性能连接3排列比较零乱4孔径相对比较小5可以缩孔6不插元器件过孔有四种工艺 过孔喷锡 过孔盖油 过孔塞孔 过孔开小窗 45 金属化孔 金属化槽孔 都要进行补偿 补偿的原因 钻刀的磨损 沉铜 板镀 图镀的影响非金属化孔 非金属化槽孔 也进行补偿 原因 钻刀的磨损 板材的涨缩金属化铣槽补偿6mil 非金属化铣槽不用补偿 补偿值如下表二钻孔的条件 孔径 4 5mm的NPTH要放二钻 孔壁到线的距离 10mil的NPTH要放二钻 槽孔尺寸 3mm 5mm的非金属化槽孔要放二钻 槽孔到线的距离 15mil的要放二钻 板厚 2 5mm的喷锡工艺板 当孔径 0 7mm时的NPTH要放二钻 所有的邮票孔要放二钻 沉金板所有的NPTH要放二钻 46 沉铜 即在金属化孔 金属化槽孔上沉上一层薄薄的铜 一般为3 m 同时整个板面上的铜也加厚了 沉铜前要去毛刺 用药水去孔壁上的胶膜 达到凹蚀的效果 作用 使顶面 侧面 底面达到三面结合的效果 使各层之间的电性能连接更完美 板镀 即在孔壁上板镀5 m的铜 这一步不能去掉 作用 防止铜被氧化 特殊情况下调整为10 m 沉铜 板镀主要是为了加厚孔壁上的铜 但同时整个板面上的铜都被加厚了外层图像转移 1 在外层一般用正片菲林 这样可以节省工序 所以要图镀 图镀时镀铜20 m先镀铜 后镀锡 镀锡的作用 保护在蚀刻时有用的线路不被蚀刻掉 2 当内层线路用正片菲林时 图镀只镀锡不镀铜 因为内层线路不用加厚 3 当为全板镀金板时 外层线路只镀锡不镀铜 因为全板镀金板外层不用加厚 图镀时镀的锡为纯锡 纯锡的焊接性能不好 所以要在后面褪锡时褪掉丝印阻焊油墨 即在丝网上印刷油墨 1 丝印阻焊油墨厚度为10 m 2 字加在阻焊层的字叫丝印字 也可称为绿油字 线宽一般为8mil 47 阻焊图像转移 1 阻焊开窗 即阻焊菲林上的图形叫做阻焊开窗 2 净空度 焊盘边到油膜过的距离 圆盘净空度 2mil 方盘净空度 1mil 3 过孔开小窗 单边比钻孔大3mil 开小窗的作用 电测 4 与阻焊桥有关的因素 1油墨的颜色2SMT管脚的间距 如表6 2 4 5 Coverage 阻焊盖线 即阻焊开窗到线的最小距离 2mil 油黑的颜色与SMT管脚间距的关系 48 镀金手指 1 镀金手指时注意要用蓝胶带保护焊盘 2 镀金手指时的注意事项 金手指倒角角度 20度 30度 45度 默认值45 5度 余厚 默认为0 5mm 深度 板厚 余厚 2 倒角正切值 金手指要加金手指引线 假金手指也要加引线 金手指部分开整窗 假金手指开单窗 有金手指的地方内外层线路要削铜 内存板条一般不倒角 金手指的最小间距为6mil 长短金手指拔插时不用断电tab 7mm 当 7mil时 要导通边 49 阻焊优化 50 丝印字符 1 字符菲林为正片菲林 显影的是感光胶 2 丝印字符层的字符由字高 线宽 字宽三部分组成 丝印字的要求如表 3 绿油字最小线宽为8mil基铜厚度与字高线宽的匹配关系 51 字符打印机 52 基铜厚度与蚀刻字线宽的匹配关系 53 热风整平 作用 将多余的焊料吹掉使表面均匀 光滑 平整 铣外形 即最后成品板的外行切割 1 交货方式 1单拼交货2V CUT交货3桥连交货4桥连加油票孔交货5铣开交货 2 选用铣刀的原则 方方正正的板优先选用大铣刀 板内有内铣槽的地方 根据内铣槽的大小选择铣刀 一块板可以选择两把铣刀 当拼板数比较多 尺