PCB流程简介分析.ppt

1 2012 5 16 PCB制作流程简介 2 内容概要 第一部分 前言第二部分 多层线路板基本结构第三部分 制作流程简介第四部分 内层制作原理阐述第五部分 外层制作原理阐述第六部分 成本影响因素 3 第一部分 前言 PCB的定义 PCB就是印制线路板英文的缩写 PrintedCircuitBoard 4 第一部分 前言 PCB的分类 按层数 单面板 就是只有一层导电图形层 双面板 就是有两层导电图形层 多层板 就是指由三层或以上的导电图形层与绝缘材料交替层压粘结在一起制成 5 第二部分 多层线路板基本结构 以四层板为例 分隔层 玻璃纤维 环氧树脂 6 第三部分 制作流程简介 多层线路板制作 分为两大部分 内层制作工序外层制作工序 7 第三部分 制作流程简介 开料 BoardCutting 前处理 Pre treatment 影像转移 Imagetransfer 线路蚀刻 Etching 光学检查 AOI 铜面粗化 B ForB O 排板 Layup 压合 Pressing 钻管位孔 X Ray 修边 Edgetrimming PCB内层制作流程 8 第三部分 制作流程简介 钻孔 Drilling 除胶渣 孔内沉铜 PTH 全板电镀 Panelplating 图像转移 Imagetransfer 图形电镀 Patternplating 线路蚀刻 Etching 防焊油丝印 Soldermask 表面处理 沉金 喷锡 Surfacetreatment 外形加工 Punching Routing 最后品质控制 ET FQC FQA PCB外层制作流程 9 第四部分 内层制作原理阐述 开料工序 BoardCutting 定义 将覆铜板裁剪为所需的尺寸 烘板 Baking 切料 LaminateCutting 锣圆角 CornerRouting 打字唛 Markstamping 烘板 为了消除板料在制作时产生的内应力及在储存时吸收的水份 确保板料可靠性和尺寸 涨缩 稳定性 切料 将一张大料根据不同板号尺寸要求切成所需的生产尺寸 锣圆角 为避免在下工序造成擦花等品质问题 将板料锣成圆角 打字唛 将生产板的编号资料附印在板边 使各工序能识别与追溯不同的板号 10 第四部分 内层制作原理阐述 前处理工序 SurfacePre Treatment 定义 将铜面粗化 便于之后工序的干膜有效地附着在铜面上 除油 微蚀 酸洗 热风吹干 除油 通过酸性化学物质将铜面的油性物质 氧化膜除去 微蚀 原理是铜表面发生氧化还原反应 形成粗化的铜面 酸洗 将铜离子除去及减少铜面的氧化 热风吹干 将板面吹干 磨板的方式 化学磨板 物理磨板 机械 水洗 水洗 水洗 11 第四部分 内层制作原理阐述 前处理工序 SurfacePre Treatment 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 基本反应 Cu Cu2 反应机理 12 第四部分 内层制作原理阐述 影像转移 Imagetransfer 辘膜 贴干膜 菲林制作 菲林检查 曝光 辘膜 以热贴的方式将干膜贴附在板铜面上 菲林制作 根据客户要求 将线路图形plot在菲林 底片 上 并进行检查后投入生产 菲林检查 检查菲林上的杂质或漏洞 避免影像转移出误 曝光 利用紫外光的能量 使干膜中的光敏物质进行光化学反应 以达到选择性局部桥架硬化的效果 而完成影像转移的目的 定义 利用感光材料 将设计的线路图形通过曝光 显影 蚀刻的工艺步骤 达至所需铜面线路图形 13 第四部分 内层制作原理阐述 线路蚀刻 Etching 显影 蚀刻 褪膜 显影 通过药水碳酸钠的作用下 将未曝光部分的干膜溶解并冲洗后 留下感光的部分 蚀刻 是将未曝光的露铜部份铜面蚀刻掉 褪膜 是通过较高浓度的NaOH 1 4 将保护线路铜面的菲林去掉 定义 利用感光材料 将设计的线路图形通过曝光 显影 蚀刻的工艺步骤 达至所需铜面线路图形 冲孔 冲孔 通过设定的标靶 冲出每层统一位置的管位孔 为下工序的排板管位使用 14 第四部分 内层制作原理阐述 线路蚀刻 Etching 显影的作用 是将未曝光部分的干膜去掉 留下已感光的部分 显影的原理 未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应 遇Na2CO3 1 0 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 显影的反应式 15 第四部分 内层制作原理阐述 线路蚀刻 Etching 蚀刻的作用 是将露出铜面蚀刻掉 蚀刻的原理 Cu CuCl22CuCl2CuCl HCl H2O22CuCl2 2H2O2CuCl HCl 1 2O22CuCl2 H2O 16 第四部分 内层制作原理阐述 示意图 贴膜 曝光 显影 蚀刻 褪膜 17 第四部分 内层制作原理阐述 自动光学检查 AutomaticOpticalInspection 自动光学检查的定义 自动光学检查通常简称为AOI 是利用普通光线或镭射光配合电脑程式 对电路板面进行平面性外观的视觉检查 以代替人工目检的光学设备 自动光学检查的原理及应用 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 18 第四部分 内层制作原理阐述 自动光学检查 AutomaticOpticalInspection 光学检查 AOI 目视检查确认 目视检修及分板 光学检查 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 目视检查确认 对一些真 假缺陷进行确认或排除 目视检修及分板 对确认的缺陷进行修补或报废 以及对不同层数进行配层归类 自动光学检查工序的工作流程 19 棕化的作用 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 第四部分 内层制作原理阐述 铜面棕化 BrownOxide 20 第四部分 内层制作原理阐述 铜面棕化 BrownOxide 棕化流程 微蚀 除油 预浸 棕化 除油 通过碱性化学物质将铜面的油性物质 氧化膜除去 微蚀 增加铜面附着力 达至粗化铜面的效果 预浸 为棕化前提供缓和及加强药物的适应性前处理 热风吹干 将板面吹干 水洗 水洗 水洗 干板 水洗 棕化 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 21 第四部分 内层制作原理阐述 铜面棕化或黑化 BrownOxideorBlackOxide 棕化工艺的比较 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 22 第四部分 内层制作原理阐述 排板 Layup 排板的定义 多层板或基板在压合前 需将内层板 半固化片与铜皮等各种散材与钢板 牛皮纸垫料等 完成上下对准 落齐 或套准之工作 待送入压合机进行热压 这种事前的准备工作称之为排板 23 第四部分 内层制作原理阐述 排板 Layup 排板使用的基材 基材又称覆铜板 它是通过半固化片在高温高压下将铜箔粘结在一起制成的不同规格厚度的印刷电路板的原材料 24 第四部分 内层制作原理阐述 排板 Layup 排板使用的铜箔 PCB行业中使用的铜箔主要有两类 电镀铜箔及压延铜箔 通常使用的为电镀铜箔 一面光滑 称为光面 DrumSide 另一面是粗糙的结晶面 称为毛面 MatteSide 25 第四部分 内层制作原理阐述 排板 Layup 排板使用的半固化片 半固化片 Prepreg 是树脂与载体合成的一种片状粘结材料 B 玻璃纤维布 Glassfabric 是一种无机物经过高温融合后冷却成为一种非结晶态的坚硬的 然后由经纱 纬纱纵横交织形成的补强材料 A 树脂 是一种热固型材料 为高分子聚合物 目前常用的为环氧树脂 26 排板压合的种类 大型排压法 MassLam 将各内层以及夹心的半固化片 先用铆钉予以管位铆合 外加铜皮后再去进行高温压合 这种简化快速又加大面积之排压法 还可按基板式的做法增多 开口数 Opening 既可减少人工并使产量增加的方法 称之为大型排压法 销钉压板法 PinLam 将各内层板 半固化片以及铜皮 先用梢钉予以管位 预叠后再去进行高温压合 这种小面积之排压方法 称之为销钉压板法 第四部分 内层制作原理阐述 排板 Layup 27 第四部分 内层制作原理阐述 排板 Layup 排板流程 MassLam 板材打鸡眼钉 钢板清洁处理 预叠 压板 半固化片冲定位孔 切半固化片 剪裁铜皮 牛皮纸剪裁 剪裁铜皮 将铜皮剪为所需的尺寸 切半固化片 将半固化片剪为所需的尺寸 半固化片冲定位孔 根据预叠使用的管位孔的距离 数量 位置及大小冲孔 板材打鸡眼钉 在预叠使用的管位孔位置进行层间管位 钢板清洁处理 通过机械研磨方法 清除预叠前使用的钢板表面胶渍 轻微花痕 牛皮纸剪裁 通过剪床剪为所需的尺寸 预叠 将内层板 半固化片 铜皮 钢板 牛皮纸按顺序的要求管位 逐层叠合 28 第四部分 内层制作原理阐述 压合流程 Pressing 压合流程定义 将已管位预叠的排板料 通过高温高压条件的作用下 将各内层板 半固化片以及铜箔粘结在一起 制成多层线路板的制作工序 将称之为热压合法 工艺条件 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 提供液态树脂流动填充线路空间所需要的压力 提供使挥发成分流出板外所需要的真空度 29 第四部分 内层制作原理阐述 压合流程 Pressing 压合流程 压板 拆板 X Ray钻孔 修边 打字唛 压板 通过设定的温度 压力的作用下 将已预叠对位的线路板进行压合 拆板 将压合散热后的线路板与钢板 梢钉进行分离 X Ray钻孔 利用X光的透视作用与标位确认 钻出下工序钻孔使用的管位孔 修板打字唛 将压板的不整齐的流胶边修整 并为下一工序的识别标志打字唛 以免混板 30 第四部分 内层制作原理阐述 压合流程 Pressing X Ray钻孔 通过机器的X光透射 通过表面铜皮投影到内层的标靶 然后用钻咀钻出该标靶对应位置处的定位孔 定位孔的作用 多层板中各内层板的对位 同时也是外层制作的定位孔 作为内外层对位一致的基准 判别制板的方向 31 第四部分 内层制作原理阐述 压合流程 Pressing X Ray钻孔图示 钻孔管位孔一般为3 175mm 认方向孔 示意图 实物图 32 第四部分 内层制作原理阐述 压合流程 Pressing 修边 打字唛 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 虚线外为切除部分 33 第四部分 内层制作原理阐述 压合流程 Pressing 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 打字唛位置 34 第五部分 外层制作原理阐述 钻孔工序 Drilling 1 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 2 实现层与层间的导通 以及将来的元件插焊 3 为后工序的加工做出定位或对位孔 钻孔目的 35 第五部分 外层制作原理阐述 钻孔 钻带发放 翻磨钻咀 钻带发放 按照客户的要求 编写钻孔的程序 为钻孔的操作提供依据 钻孔 通过钻带的资料 选取要求的钻咀 按叠数的规定进行 翻磨钻咀 通过分度导磨或超声波洗涤的磨削作用 将已钝的钻咀重新研磨至符合要求的规格 再应用于生产 钻孔基本流程 Drilling 36 第五部分 外层制作原理阐述 钻孔工序 Drilling 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轴坐标及Z轴坐标 电脑控制机台适当的钻孔参数 机器会自动按照资料 把所需的孔位置钻出来 机械钻机的工作原理 37 第五部分 外层制作原理阐述 钻孔工序 Drilling 镭射钻孔 UV钻孔 CO2钻孔 主要针对盲孔工艺的制作流程 成孔的其他常用方法 38 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 磨板 除胶渣 孔沉铜 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 孔沉铜 通过钯媒体的作用下 在孔壁上将铜离子还原为铜 起到导通各铜层的作用 全板电镀 全板电镀是作为化学铜层的加厚层 增加导电层的导电性 全板电镀 除胶渣 在自动系统及药液作用下 将钻孔过程产生的孔壁胶质体清除 使之粗化及洁净 39 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 机械磨板 超声波清洗 高压水洗 机械磨板 在机械磨刷的状态下 去除板材表面的氧化层及钻孔毛刺 高压水洗 利用高压水往复运动冲洗板面及孔 使粘附较牢固的颗粒粉尘在水压的作用下被有效地清洗 水洗压力在60 100bar之间 烘干 将磨刷后的层压板用冷风与热风吹干后 在下流程开始前存放时 不会被氧化 同时可为检孔流程作准备 烘干 超声波清洗 使用超声波孔内得到充分清洗 孔内铜粉及粘附性颗粒得以清除 磨板流程 40 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 除胶渣流程 41 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 除胶渣作用 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 42 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 孔沉铜流程 43 垂直化学沉铜工艺水平化学沉铜工艺 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 PTH的两种工艺 44 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 孔沉铜作用 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 45 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 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 全板电镀 46 第五部分 外层制作原理阐述 孔内沉铜 全板电镀工序 全板电镀流程 水洗 镀铜 酸洗 后处理 其中后处理为微蚀或火山灰磨板 其主要作用是对板的表面进行清洁及粗化处理 以适合下工序对板面的要求 47 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 显影 曝光 菲林制作 退膜 蚀刻 板面处理 贴干膜 图形电镀 褪锡 整体流程 48 第五部分 外层制作原理阐述 前处理工序 SurfacePre Treatment 定义 将镀后铜面机械粗化及超声波孔内清洁 便于之后工序的干膜有效地附着在铜面上 超声波水洗 水洗 火山灰 酸洗 热风吹干 超声波水洗 提升孔内清洁能力及效果 水洗 火山灰 粗化板面及孔内清洁 酸洗 除油脂及减少铜面的氧化 热风吹干 将板面吹干 水洗 水洗 49 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 辘膜 贴干膜 菲林制作 菲林检查 曝光 辘膜 以热贴的方式将干膜贴附在板铜面上 菲林制作 根据客户的要求 将线路图形plot在菲林 底片 上 并进行检查后投入生产 菲林检查 检查菲林上的杂质或漏洞 避免影像转移出误 曝光 利用紫外光的能量 使干膜中的光敏物质进行光化学反应 以达到选择性局部桥架硬化的效果 而完成影像转移的目的 定义 利用感光材料 将设计的线路图形通过曝光 显影 蚀刻的工艺步骤 达至所需铜面线路图形 50 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 显影 蚀刻 褪锡 显影 通过药水碳酸钠的作用下 将未曝光部分的干膜溶解并冲洗后 留下感光的部分 蚀刻 是将未曝光的露铜部份面蚀刻掉 褪锡 是通过较高浓度的褪锡水将保护线路铜面的锡层去掉 图形电镀 图形电镀 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 51 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 图形电镀的作用 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 52 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 图形电镀的流程 53 褪膜的原理 是通过较高浓度的NaOH 1 4 将保护线路铜面的菲林溶解并清洗掉 Mn Li Na k Ca Ki 扩散速度常数 Ka Kb 干膜碎片小 Ka Kb 干膜碎片大 扩散速度 K Na 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 54 外层蚀刻的作用 是将露铜的铜面蚀刻掉 被锡覆盖的铜面被保留 外层蚀刻的原理 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 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 55 蚀刻因子的表述 蚀铜除了要做正面向下的溶蚀 Downcut 之外 蚀液也会攻击线路两侧无保护的腰面 称之为侧蚀 经常造成如蘑菇般的蚀刻缺陷 即为蚀刻品质的一种指标 EtchFactor EtchFactor r 2H D A 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster A D H 覆锡 铜层 全电层 基材 图电层 56 褪锡的原理 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移 Imagetranster 锡与褪锡水中HNO3反应 生成Sn NO3 2 反应式 Sn 2HNO3 Sn NO3 2 NO2 57 第五部分 外层制作原理阐述 影像转移过程图例 贴膜 曝光 显影 蚀刻 褪锡 图电 褪膜 58 丝印也叫防焊或阻焊 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 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 丝印的表述 59 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 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 60 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 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 61 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 丝印流程 Processflow 62 第五部分 外层制作原理阐述 显影 曝光 丝印 UV紫外 UV紫外 使印由进一步的表面固化 显影 通过药水碳酸钠的作用下 将未曝光部分的干膜溶解并冲洗后 留下感光的部分 板面处理 通过酸洗 除油 清除铜面的氧化 字符 按客户要求 印刷指定的零件符号 丝印 SolderMask 板面处理 低温锔 字符 高温锔 丝印 通过印机的作用 涂刮上印油于板面保护PCB表面的线路 低温锔 通过锔炉的处理 将印油进行半固化的状态 曝光 利用紫外光的作用 使干膜中的光敏物质进行光化学反应 以达到选择性局部硬化的效果 而完成影像转移目的 高温锔 将绿油硬化 烘干 63 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 网纱工具的制作 丝印网版制网流程 64 将湿绿油内的溶剂蒸发掉 板面绿油初步硬化 为准备曝光提供条件 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 低温锔板 低温锔板方法 采用隧道锔炉的方式 温度一般设定在70 75度 65 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 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 设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 并最终着附于板面 曝光 Exposure 曝光的要求 每种绿油有不同的曝光能量及时间要求 一般由21格曝光尺进行检验 66 通过Na2CO3 1 0 溶解的作用下 未曝光部分的感光材料发生聚合反应 将曝光时设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 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 冲板显影 Developing 冲板显影的主要测试项目 显影露铜点的测试 一般范围 50 60 67 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 字符印刷 Componentmark 按照客户要求在指定区域印制元件符号和说明 字符印刷控制要素 对位准确度 丝印前应仔细检查网 以避免定位漏油或漏印 68 将绿油硬化 烘干 第五部分 外层制作原理阐述 丝印 SolderMask 高温终锔 Thermalcuring 69 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 第五部分 外层制作原理阐述 沉镍金工艺 沉镍金定义 70 第五部分 外层制作原理阐述 沉镍金工艺 沉镍金基本流程 71 活化 预浸 除油 化学镀镍 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 活化 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 沉金 是指在活性镍表面通过化学置换反应沉积薄金 微蚀 沉金 除油 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 微蚀 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 预浸 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 第五部分 外层制作原理阐述