《CB基础知识培训》PPT课件.ppt

PCB基础知识简介 撰写 日期 目的 对PCB的工艺流程有一个基本了解 了解工艺流程的基本原理与操作 目录 第一部分 前言 内层工序第二部分 外层前工序第三部分 外层后工序 第一部分 前言 内层工序 一 什么是PCB PCB就是印制线路板 printedcircuitboard 也叫印刷电路板 狭义上 未有安装元器件 只有布线电路图形的半成品板 被称为印制线路板 广义上讲是 在印制线路板上搭载LSI IC 晶体管 电阻 电容等电子部件 并通过焊接达到电气连通的成品 所采用安装技术 有插入安装方式和表面安装方式 二 PCB的分类 一般从层数来分为 单面板双面板多层板 什么是单面板 双面板 多层板 多层印刷线路板是指由三层及以上的导电图形层与绝缘材料交替层压粘结在一起制成的印刷电路板 单面板就是只有一层导电图形层 双面板是有两层导电图形层 PCB的其他分类 按表面处理来分类较为常见 也有按照材料 性能 用途等方法来分类 按表面处理方式来划分 电金板沉金板喷锡板防氧化板 OSP 沉锡板沉银板松香板 三 PCB的工艺流程介绍 1 内层制作2 外层制作 一 内层工艺流程图解 切板 内层图形转移 内层AOI 钻铆钉孔 热熔孔 棕化 黑化 内层排版 压合 铣靶 钻靶 修边 打字唛 二 流程简介 一 切板工序 来料 开料 磨边 打字唛 焗 烤 板 開料機 磨邊機 開料洗板機 板料 来料 laminate 由半固化片与铜箔压合而成用于PCB制作的原材料 又称覆铜板 来料规格 尺寸规格 常用有 37 49 41 49 43 49 等等厚度规格 常用有 2mil 4 5mil 6mil 7 5mil8mil 10mil 12mil 14mil 20mil 24mil 28mil 30mil 32mil 40mil 47mil 59mil 63mil等等 焗板 焗板目的 1 消除板料在制作时产生的内应力 提高材料的尺寸稳定性 2 去除板料在储存时吸收的水份 增加材料的可靠性 开料 开料就是将一张大料根据不同拼板要求用机器切成小料的过程 开料后的板边尖锐 容易划伤手 同时使板与板之间擦花 所以开料后再用磨边机磨边 焗板条件 1 温度 现用的材料 Tg低于135OC 焗板温度 150 5OC2 时间 要求中间层达到Tg温度点以上至少保持4小時炉内缓慢冷却 3 高度 通常2英寸一叠板 打字唛 打字唛 就是在板边处打上印记 便于生产中识别与追溯 二 內層图形转移工序 1 什么是濕菲林 濕膜 濕膜也稱感光線路油 它是一种感光材料 该材料遇到紫外光后发生聚合反应 形成较为稳定的影像 不会在弱碱下溶解 而未感光部分遇弱碱溶解 PCB的制作就是利用该材料的这一特性 将客户的图形资料 通过濕菲林 濕膜 转移到板料上 2 濕菲林 濕膜 的工艺流程 內層前處理內層絲印烤板曝光顯影蝕刻褪膜 显影 曝光 蚀刻 褪膜 3 工艺流程详细介绍 內層前處理 前處理的作用 粗化铜面 便于感光線路油附着在铜面上 前處理的种类 化学磨板 化学磨板工艺 以上关键步骤为微蚀段 原理是铜表面发生氧化还原反应 形成粗化的铜面 內層前處理機 內層蝕刻線 內層絲印 絲印的作用 是絲印機通過絲網印刷將濕膜感光線路油貼在粗化的銅面上 曝光 曝光的作用是曝光机的紫外线通过底片使菲林上部分图形感光 从而使图形转移到铜板上 曝光操作环境的条件 1 温湿度要求 22 2 C 50 20 濕膜储存的要求 曝光机精度的要求 底片储存减少变形的要求等等 2 洁净度要求 达到万级以下 主要是图形转移过程中完全正确的将图形转移到板面上 而不允许出现偏差 3 抽真空要求 图形转移的要求 使图形转移过程中不失真 显影 显影的作用 是将未曝光部分的干菲林去掉 留下感光的部分 显影的原理 未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应 遇弱碱Na2CO3 0 8 1 2 溶解 而聚合的感光材料则留在板面上 保护下面的铜面不被蚀刻药水溶解 蚀刻 蚀刻的作用 是将未曝光部分的铜面蚀刻掉 蚀刻的原理 Cu CuCl22CuCl2CuCl HCl H2O22CuCl2 2H2O2CuCl HCl 1 2O22CuCl2 H2O 褪膜 褪膜的原理 是通过较高浓度的NaOH 3 5 将保护线路铜面的菲林去掉 NaOH溶液的浓度不能太高 否则容易氧化板面 三 AOI工序 AOI AutomaticOpticalInspection中文为自动光学检查仪 该机器原理是利用铜面的反射作用使板上的图形可以被AOI机扫描后记录在软件中 并通过与客户提供的数据图形资料进行比较来检查缺陷点的一种机器 如开路 短路 曝光不良等缺陷都可以通过AOI机检查到 AOI機 AOI修理機 四 黑氧化 棕化工序 黑氧化 棕化的作用 黑氧化或棕化工序的作用就是粗化铜表面 增大结合面积 增加表面结合力 黑氧化 棕化前 黑氧化 棕化后 黑氧化原理 为什么会是黑色的 铜的氧化形式有两种 CuO 黑色 Cu2O 紫红色 而黑氧化的产物是两种形式以一定比例共存 黑氧化流程简介 黑氧化流程缺陷 黑化工艺 使得树脂与铜面的接触面积增大 结合力加强 但同时也带来了一种缺陷 粉红圈 粉红圈产生的原因 黑氧化层的Cu2O CuOCu 解决方法 提高黑化膜的抗酸能力 引入新的工艺流程 如本公司采用的水平棕化工藝 棕化工艺介绍 棕化工艺原理 在铜表面通过反应产生一种均匀 有良好粘合特性及粗化的有机金属层结构 通常形成铜的络合物 本公司目前采用棕化工藝 优点 工艺简单 容易控制 棕化膜抗酸性好 不会出现粉红圈缺陷 缺点 结合力不及黑化处理的表面 两种工艺的线拉力有较大差异 五 排压板工艺 工艺简介 压板就是用半固化片将外层铜箔与内层 以及各内层与内层之间连结成为一个整体 成为多层板 水平棕化線 工艺原理 利用半固化片的特性 在一定温度下融化 成为液态填充图形空间处 形成绝缘层 然后进一步加热后逐步固化 形成稳定的绝缘材料 同时将各线路各层连接成一个整体的多层板 什么是半固化片 Prepreg是Pre pregnant的英文缩写 是树脂与玻璃纤维载体合成的一种片状粘结材料 树脂 通常是高分子聚合物 一种热固型材料 目前常用的为环氧树脂FR 4 它具有三个生命周期满足压板的要求 A Stage 液态的环氧树脂 又称为凡立水 Varnish B Stage 部分聚合反应 成为固体胶片 是半固化片 C Stage 压板过程中 半固化片经过高温熔化成为液体 然后发生高分子聚合反应 成为固体聚合物 将铜箔与基材粘结在一起 成为固体的树脂叫做C Stage 開半固化片機 排板条件 无尘要求 粉尘数量小于万級粉尘粒度 小于0 5 m空调系统 保证温度在18 22 C 相对湿度在50 20 进出无尘室有吹风清洁系统 防止空气中的污染防止胶粉 落干铜箔或钢板上 引起板凹 SEPARATEPLATE 鋼板 排板流程 压板流程 工艺条件 1 提供半固化片从固态变为液态 然后发生聚合反应所需的温度 2 提供液态树脂流动填充线路空间所需要的压力 3 提供使挥发成分流出板外所需要的真空度 壓板機 鋼板清洗機 六 銑靶 鑽靶及修邊 1 銑靶 用銑靶機將標靶位的銅皮銑開以顯露出鑽靶時所利用的標靶 2 鑽靶 用鑽靶機通過標靶自動定位鑽出標靶孔為鑽孔時提供定位孔 銑靶機 鑽靶機 修边 打字唛 修边 根据MI要求 将压板后的半成品板的板边修整到需要的尺寸 打字唛 在制板边 而不能在单元内 用字唛机 将制板的编号 版本 打印在板面上以示以后的工序区别 P020001 HA0A00 第二部分 外层前工序 一 外层工艺流程图解 前工序 蚀板 沉銅 板面电镀 二 流程简介 一 钻孔 在板料上钻出客户要求的孔 孔的位置及大小均需满足客户的要求 实现层与层间的导通 以及将来的元件插焊 为后工序的加工做出定位或对位孔 目的 流程 铝片 基本物料 销钉 底板 皱纹胶纸 钻咀 鑽孔機 鑽孔機 鑽孔機參數 钻机由CNC电脑系统控制机台移动 按所输入电脑的资料制作出客户所需孔的位置 控制方面分别有X Y辆坐标及Z轴坐标 电脑控制机台适当的钻孔参数 F S R D等 机器会自动按照资料 把所需的孔位置钻出来 钻机的工作原理 镭射钻孔冲压成孔锣机铣孔 成孔的其他方法 用化学的方法使钻孔后的板材孔内沉积上一层导电的金属 并用全板电镀的方法使金属层加厚 以此达到孔内金属化的目的 并使线路借此导通 二 沉銅 全板电镀 目的 磨板 除胶渣 沉銅 全板电镀 下工序 流程 入板 机械磨板 超声波清洗 高压水洗 烘干 出板 1 磨板 在机械磨刷的状态下 去除板材表面的氧化层及钻孔毛刺 作用 高壓去毛刺機 膨胀剂 水洗 除胶渣 水洗 中和 水洗 2 除胶渣 除胶渣属于孔壁凹蚀处理 Etchback 印制板在钻孔时产生瞬时高温 而环氧玻璃基材 主要是FR 4 为不良导体 在钻孔时热量高度积累 孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度 结果造成环氧树脂沿孔壁表面流动 产生一层薄的胶渣 EpoxySmear 如果不除去该胶渣 将会使多层板内层信号线联接不通 或联接不可靠 作用 化学沉铜 ElectrolessCopperDeposition 俗称沉铜 它是一种自催化的化学氧化及还原反应 在化学镀铜过程中Cu2 离子得到电子还原为金属铜 还原剂放出电子 本身被氧化 化学镀铜在印刷板制造中被用作孔金属化 来完成双面板与多面板层间导线的联通 3 孔金属化 膨脹 水洗 微蚀 水洗 预浸 水洗 活化 水洗 还原 水洗 沉铜 水洗 流程 化学镀铜的反应机理 直接电镀 由于化学镀铜液中的甲醛对生态环境有害 络合剂不易生物降解 废水处理困难 同时目前化学镀铜层的机械性能不及电镀铜层 而且化学镀铜工艺流程长 操作维护极不方便 故此直接电镀技术应运而生 直接电镀工艺不十分成熟 尽管种类较多 大都用于双面板制程 流程 一 敏化剂5110 Sensitizer5110 二 微蚀 Microetch 三 整孔剂 Conditioner 四 预浸剂 Predip 五 活化剂 Activotor 六 加速剂 Accelerator 沉銅線 4 全板电镀 全板电镀是作为化学铜层的加厚层 一般化学镀铜层为0 02 0 1mil而全板电镀则是0 3 0 6mil在直接电镀中全板用作增加导电层的导电性 对镀铜液的要求 1 镀液应具有良好的分散能力和深镀能力 以保证在印刷板比较厚和孔径比较小时 仍能达到表面铜厚与孔内铜厚接近1 1 2 镀液在很宽的电流密度范围内 都能得到均匀 细致 平整的镀层 3 镀液稳定 便于维护 对杂质的容忍度高 全板电镀的溶液成分1 硫酸铜CuSO42 硫酸3 氯离子4 添加剂 原理镀铜液的主要成分是CuSO4和H2SO4 直接电压作用下 在阴阳极发生如下反应 全板電鍍 板電洗板機 三 干菲林 目的 即在经过清洁粗化的铜面上覆上一层感光材料 通过黑片或棕片曝光 显影后形成客户所要求的线路板图样 此感光材料曝光后能抗后工序的电镀过程 流程 上工序 前處理 貼膜 曝光 显影 下工序 1 前處理作用1 清洁 清理油脂氧化物清除污染因素2 增加铜表面粗糙程度增加菲林的粘附能力 流程 上工序 酸洗 水洗 磨板 水洗 烘干 干膜前處理機 2 貼膜功用 利用貼膜机 使干膜在热压作用下 粘附于经过粗化处理过的板面上 工艺流程 板面清洁 预热 貼膜 冷却 自動貼膜機 3 曝光功用 通过紫外光照射 利用黃菲林或黑菲林 将客户要求的图形转移到制板上 曝光流程 对位 曝光 下工序 干膜曝光機 4 显影功用 通过Na2CO3水溶液的作用 使未曝光的干膜溶解 而曝光部分则保留下来 从而得到后工序所需的图形 顯影流程 撕保护膜 显影 水洗 烘干 干膜顯影機 5 其他图型转移印刷抗电镀油墨光刻图型转移 四 图型电镀 目的 将合格的 已完成干菲林图形转移工序的板料 用酸铜电镀的方法使线路铜和孔壁铜加厚到可以满足客户要求的厚度 并且以镀锡层来作为下工序蚀刻的保护层 流程 上板 酸性除油 微蚀 预浸 电镀铜 预浸 电镀锡 烘干 下板 1 除油 微蚀 作用 除去铜面异物 保持新鲜铜面进入下道工序 2 预浸 镀铜 作用 增加孔壁铜厚 使铜厚达到客户要求 全板鍍金 作用 在鍍銅之後加鍍鎳金 既做為圖形電鍍的抗蝕層 又可具備良好表面涂敷之特性 流程 上板 酸性除油 微蚀 预浸 电镀铜 预浸 电镀鎳 电镀金 下板 圖形電鍍 五 蚀板 目的 通过去除干膜后蚀刻液与干膜下覆铜面反应蚀去铜面 电路图形因有抗蚀阻层得以保留 褪去电路图形上覆锡层而最终得到电路图形的过程称为蚀刻 碱性 流程 入板 褪膜 蚀刻 褪锡 下工序 1 褪膜 曝光后干膜属于聚酯类高分子化合物 具有羧基 COOH 的长链立体网状结构 与NaOH或专用退膜水发生皂化反应 长链网状结构断裂 产生皂化反应 在高压作用下 断裂后的碎片被剥离铜面 2 蚀刻 Cu2 4NH3 2Cl Cu NH3 4Cl2 Cu NH3 4Cl2 Cu 2Cu NH3 2Cl 2Cu NH3 2Cl 2NH4Cl 1 2O2 Cu NH3 4Cl2 H2O蚀刻反应实质就是铜离子的氧化还原反应 Cu2 Cu 2Cu1 3 褪锡 锡与褪锡水中HNO3反应 生成Sn NO3 2 反应式如下 Sn 2HNO3 Sn NO3 2 NO2 金板蝕刻機 錫板蝕刻線 第三部分 外层后工序 一 外层工艺流程图解 后工序 褪膜 蚀刻 褪锡 绿油 白字 熔锡 沉金 沉锡 喷锡 外形加工 二 流程简介 一 绿油 白字 目的 绿油也叫防焊或阻焊 其作用在于保护PCB表面的线路 白字也叫字符 其作用在于标识PCB表面粘贴或插装的元件 丝网印刷 ScreenPrint 在已有负性图案的网布上 用刮刀刮挤出适量的绿油油墨 透过网布形成正形图案 印在基面或铜面上 涂布印刷 CurtainCoating 即将已调稀的非水溶性绿油油墨 以水帘方式连续流下 在水平输送前进的板面上均匀涂满一层绿油 待其溶剂挥发半硬化之后 再翻转做另一面涂布的施工方式 喷涂印刷 SprayCoating 利用压缩空气将调稀绿油以雾化粒子的方式喷射在板面的绿油印制方式 绿油印制技术已由早期手工丝网印刷或半自动丝印发展为连线型 In Line 涂布或喷涂等施工方式 但丝网印刷技术以其成本低 操作简便 适用性强特点 尤其能满足其他印刷工艺所无法完成的诸如塞孔 字符印刷 导电油印刷 碳油制作 等制作要求 故而仍为业界广泛采用 流程 前处理 绿油印制 低温焗板 曝光 冲板显影 UV固化 字符印刷 高温终焗 火山灰磨板機 金板綠油前處理機 自動絲印機 1 板面前处理 Sufacepreparation 去除板面氧化物及杂质 粗化铜面以增强绿油的附着力 2 绿油的印制 Screenprint 通过丝印方式按客户要求 绿油均匀涂覆于板面 3 低温焗板 Predrying 将湿绿油内的溶剂蒸发掉 板面绿油初步硬化准备曝光 4 曝光 Exposure 根据客户要求制作特定的曝光底片贴在板面上 在紫外光下进行曝光 沒有遮光区域的绿油最终将被冲掉裸露出铜面 受紫外光照射的部分将硬化 并最终附着于板面 5 冲板显影 Developing 将曝光时沒有遮光区域的绿油冲洗掉 显影后板面将完全符合客户的要求 盖绿油的部位盖绿油 要求铜面裸露的部位铜面裸露 6 UV固化 UVBumping 将板面绿油初步硬化 避免在后续的字符印刷等操作中擦花绿油面 7 字符印刷 Componentmark 按客户要求 印刷指定的零件符号 8 高温终焗 Thermalcuring 将绿油硬化 烘干 铅笔测试应在5H以上为正常 塞孔1 0 65MM通孔 采用丝印兼塞 即丝印时 塞孔位不设挡油垫 一般要求连续拖印2 3次 以保证孔内绿油塞至整个孔深度的2 3以上 2 0 65MM通孔 一般采用二次塞孔方式 即丝印表面绿油时 孔位设置挡油垫 在曝光显影后或喷锡加工之后 再进行塞孔 二次塞孔油墨一般采用SR1000热固型油墨 字符按照客户要求在指定区域印制元件符号和说明油墨 S 411W WHITEHYSOL202BC YELLOW网版 90T 字符网 120T BAR CODE 网丝印前应仔细检查网 以避免定位漏油或漏印 二 沉金 目的 沉镍金也叫无电镍金或沉镍浸金ElectrolessNickelImmersionGold是指在PCB裸铜表面涂覆可焊性涂层方法的一种工艺 其目的是 在裸铜面进行化学镀镍 然后化学浸金 以保护铜面及良好的焊接性能 流程 除油 微蚀 预浸 活化 化学镀镍 沉金 1 除油剂 一般情况下 PCB沉镍金工序的除油剂是一种酸性液体物料 用于除去铜面之轻度油脂及氧化物 使铜面清洁及增加润湿性 酸性过硫酸钠微蚀液用于使铜面微粗糙化 增加铜与化学镍层的密着性 2 微蚀剂 3 预浸剂 维持活化缸的酸度及使铜面在新鲜状态 无氧化物 的情况下 进入活化缸 4 活化剂其作用是在铜面析出一层钯 作为化学镍起始反应之催化晶核 5 化学镀镍化学镀镍层的镍磷层能起到有效的阻挡作用 防止铜的迁移 以免渗出金面 氧化后导致导电性不良 原理 在钯的催化作用下 Ni2 在NaH2PO2的还原条件下沉积在裸铜表面 当镍沉积覆盖钯催化晶体时 自催化反应将继续进行 直至达到所需之镍层厚度 化学反应 Ni2 2H2PO2 2H2ONi 2HPO32 4H H2副反应 4H2PO2 2HPO32 2P 2H2O H2 反应机理 H2PO2 H2OHPO32 H 2HNi2 2HNi 2H H2PO2 HOH P H2OH2PO2 H2OHPO32 H H2 6 沉金作用 是指在活性镍表面通过化学换反应沉积薄金 化学反应 2Au Ni2Au Ni2 特性 由于金和镍的标准电极电位相差较大 所以在合适的溶液中会发生置换反应 镍将金从溶液中置换出来 但随着置换出的金层厚度的增加 镍被完全覆盖后 浸金反应就终止了 一般浸金层的厚度较薄 通常为0 1 m左右 这既可达到降低成本的要求 也可提高后续钎焊的合格率 三 喷锡 目的 热风整平又称喷锡 是将印制板浸入熔融的焊料中 再通过热风将印制板的表面及金属化孔内的多余焊料吹掉 从而得一个平滑 均匀光亮的焊料涂覆层 1 热风整平可分为两种 a 垂直式b 水平式 2 热风整平工艺包括 助焊剂涂覆浸入熔融焊料喷涂熔融焊料热风整平 3 工艺流程 贴胶带前处理热风整平后处理 清洗 贴胶纸 在100 C左右辘板机上热压 速度在1m min以下 如有需要可多次热压以避免在热风整平时 胶纸被撕开 导致金手指上锡 前处理 主要起清洁 微蚀的作用 除去表面的有机物和氧化层 粗化表面通常微蝕速率要求在1 2um左右 热风整平 1 预涂助焊剂手动 溶入槽中手动刮去多余部分 机动 采用辘压方式 即第一对毛辘涂抹松香 第二 三 对硅胶辘除去多余的助