线路板的基础培训

1 印制电路板流程培训教材 PCB制程简介 制作 袁永林日期 2011 06 07 2 PCB的功能提供完成第一层级构装的组件与其它必须的电子电路零件接合的基地 以组成一个具特定功能的模块或成品 PCB的角色在整个电子产品中 扮演了整合连结总其成所有功能的角色 因此当电子产品功能故障时 最先被质疑往往就是PCB PCB扮演的角色 3 PCB扮演的角色 电子构装层级区分示意 4 1903年Mr AlbertHanson首创利用 线路 Circuit 观念应用于电话交换机系统 它是用金属箔予以切割成线路导体 将之粘着于石蜡纸上 上面同样贴上一层石蜡纸 成了现今PCB的机构雏型 见右图 PCB的发展史 5 PCB的发展史1936年 DrPaulEisner真正发明了PCB的制作技术 也发表多项专利 今日之print etch photoimagetransfer 的技术 就是沿袭其发明而来的 PCB的发展史 6 金手指板 PCB种类及制作方法 7 PCB种类A 以材质分a 有机材质酚醛树脂玻璃纤维 环氧树脂Polyimide 聚酰亚胺 BT Epoxy等 PCB种类及制作方法 b 无机材质铝Copper Invar 钢 CopperCeramic 陶瓷 等 主要取其散热功能 8 B 以成品软硬区分硬板RigidPCB软板FlexiblePCB见左下图软硬板Rigid FlexPCB见右下图 PCB种类及制作方法 9 C 以结构分a 单面板见左下图b 双面板见右下图 PCB种类及制作方法 10 c 多层板见下图 PCB种类及制作方法 11 D 依用途分 通信 耗用性电子 军用 计算机 半导体 电测板 下图为BGA 另有一种射出成型的立体PCB 使用少 PCB种类及制作方法 12 E 依表面制作分HotAirLevelling喷锡Goldfingerboard金手指板Carbonoilboard碳油板Auplatingboard镀金板Entek 防氧化 板ImmersionAuboard沉金板ImmersionTin沉锡板ImmersionSilver沉银板 PCB种类及制作方法 13 制造方法介绍A 减除法通过选择性地去除无用导电箔而形成导电图形的工艺 其流程见图1 9 PCB种类及制作方法 14 B 半加成法和全加成法的定义半加成法在未覆铜箔基材或薄箔基材上 用化学沉积金属 结合电镀或蚀刻 或者三者并用形成导电图形的一种加成法工艺 全加成法相对半加成法而言 完全采用化学沉积在绝缘基板上形成导电图形的工艺 PCB种类及制作方法 15 加成法 又可分半加成与全加成法 见下图 PCB制作方法 16 半加成 PCB制作方法 17 BlackOxide OxideReplacement 黑氧化 棕化 Laying up Pressing排板 压板 InnerDryFilm内层干菲林 InnerEtching DES 内层蚀刻 InnerBoardCutting内层开料 AOI自动光学检测 内层制作 18 外层制作 19 外层制作 续 20 Prepreg 铜箔类型 1 4OZ 1 3OZ 1 2OZ 1OZ 2OZ 3OZP片类型 106 2116 1080 7628 2113等 内层 CopperFoil 21 OxideReplacement棕化 内层 22 化学清洗用碱溶液去除铜表面的油污 指印及其它有机污物 然后用酸性溶液去除氧化层和原铜基材上为防止铜被氧化的保护涂层 最后再进行微蚀处理以得到与干膜具有优良粘附性能的充分粗化的表面 优点 除去的铜箔较少 1 1 5um 基材本身不受机械应力的影响 较适宜薄板 内层 23 辘干膜 贴膜 先从干膜上剥下聚乙烯保护膜 然后在加热加压的条件下将干膜抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上 干膜中的抗蚀剂层受热后变软 流动性增加 借助于热压辊的压力和抗蚀剂中粘结剂的作用完成贴膜 辘干膜三要素 压力 温度 传送速度 内层 24 聚乙烯保护膜 25 干膜曝光原理在紫外光照射下 光引发剂吸收了光能分解成游离基 游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应 反应后形成不溶于稀碱溶液的立体型大分子结构 内层 26 干膜的性质 曝光前干膜的分子结构为链状结构 可溶于1 的Na2CO3溶液 DryFilm干菲林 27 干膜的性质 曝光后干膜的分子结构为立体网状结构 不溶于1 Na2CO3溶液 DryFilm干菲林 28 显影的原理感光膜中未曝光部分的活性基团与稀碱溶液反应生成可溶性物质而溶解下来 从而把未曝光的部分溶解下来 而曝光部分的干膜不被溶解 DryFilm干菲林 未曝光的感光膜 可溶解 已曝光的感光膜 不可溶解 29 辘干膜 曝光 显影 停放15分钟 停放15分钟 DryFilm干菲林 30 正片菲林 31 负片菲林 32 定位系统PINLAM有销钉定位MASSLAM无销钉定位X射线打靶定位法熔合定位法 PressProcess 33 黑化 棕化原理对铜表面进行化学氧化或黑化 使其表面生成一层氧化物 黑色的氧化铜或棕色的氧化亚铜或两者的混合物 以进一步增加表面积 提高粘结力 PressProcess 34 Take4layerforExample CopperFoil Laminate Layer1 Layer2 Layer3 Layer4 Pre preg PressProcess 35 上热压模板 上定位模板 叠层 定位销钉 下定位模板 下热压模板 牛皮纸缓冲层 多层板压合的全过程包括预压 全压和保压冷却三个阶段 PINLAM PressProcess 36 啤圆角 除去生产板上四角上的尖角 以免擦花 插穿菲林及伤人 磨板边 除去生产板周围的纤维丝 防止擦花 打字唛 在生产板边线用字模啤出生产型号 距板边4 5mm 钉板 将生产板与底板用管位钉固定在一起 以避免钻孔时板间滑动 造成钻咀断 Drilling 钻孔 37 GuideHole管位孔 BackUpBoard垫板 PCB Entry盖板 Drilling 钻孔 38 目的在镀铜板上钻通孔 盲孔 建立线路层与层之间以及元件与线路之间的连通 钻孔板的剖面图 孔 铝 Drilling 钻孔 39 1 盖板的作用定位散热减少毛头 披锋 钻头的清扫防止压力脚直接压伤铜面 Drilling 钻孔 40 2 垫板的作用保护钻机之台面防止出口性毛头降低钻咀温度清洁钻咀沟槽中之胶渣 Drilling 钻孔 41 钻孔质量缺陷 Drilling 钻孔 42 沉铜原理为了使孔壁的树脂以及玻璃纤维表面产生导电性 所以进行化学镀铜即沉铜 它是一种自催化还原反应 在化学镀铜过程中Cu2 得到电子还原为金属铜 还原剂放出电子 本身被氧化 目的用化学方法使线路板孔壁 板面镀上一层薄铜 使板面与孔内成导通状态 PlatingThroughHole 沉铜 43 PTH 孔内沉铜 沉铜 板面电镀剖面图 PlatingThroughHole 沉铜 44 PlatingThroughHole 沉铜 45 PlatingThroughHole 沉铜 46 Basecopper底铜 PTH沉铜 PlatingThroughHole 沉铜 47 整孔Conditioner 1 Desmear后孔内呈现Bipolar 两级 现象 正电 Cu负电 Glassfiber Epoxy2 为使孔内呈现适当状态 Conditioner 调节装置 具有两种基本功能 1 Cleaner 清洁表面 2 Conditioner 使孔壁呈正电性 以利Pd SnColloid负电离子团吸附 PlatingThroughHole 沉铜 48 b 微蚀Microetching为了提高铜箔表面和化学铜之间的结合力 去除铜箔表面的氧化层 利用微蚀刻溶液从铜基体表面上蚀去2 3微米的铜层 使铜箔表面粗糙 Microetching旨在清除表面之Conditioner所形成的Film 此同时亦可清洗铜面残留的氧化物 PlatingThroughHole 沉铜 49 C 预浸处理为防止将水带到随后的活化液中 使活化液的浓度和PH值发生变化 影响活化效果 通常在活化前先将印制板浸入预浸液处理 然后直接进入活化液中 D 预活化Catalpretreatment1 为避免Microetch形成的铜离子带入Pd Sn槽 预浸以减少带入水的带入 2 降低孔壁的SurfaceTension 张力 PlatingThroughHole 沉铜 50 E 速化AcceleratorPd胶体吸附后必须去除Sn 使Pd2 曝露 如此才能在未来无电解铜中产生催化作用形成化学铜 PlatingThroughHole 沉铜 51 52 干菲林 图像转移 的目的经钻孔及通孔电镀后 内外层已连通 本制程再制作外层线路 以达到导电性的完整 形成导通的回路 OuterDryFilm 外层干菲林 53 OuterDryFilm 外层干菲林 54 光致抗蚀剂 即干膜 的特性负性光致抗蚀剂 光照射部分聚合 或交联 曝光显影之后 能把生产用照相底版上透明的部分保留在板面上 OuterDryFilm 外层干菲林 55 AfterDeveloping显影后 OuterDryFilm 外层干菲林 56 图形电镀的目的铜线路是用电镀光阻定义出线路区 以电镀方式填入铜来形成线路 图形电镀在图象转移后进行的 该铜镀层可作为锡铅合金 或锡 的底层 也可作为低应力镍的底层 PanelPlating 图形电镀 57 LoadPanel上板 AcidDip酸浸 Rinsing水洗 Micro etch微蚀 SprinkleRinsing喷水洗 CopperElectroplate电镀铜 Rinsing水洗 Aciddegreaging酸性除油 PanelPlating 图形电镀 58 PanelPlating 图形电镀 59 AfterPatternPlating图电后 PanelPlating 图形电镀 60 蚀刻的原理将覆铜箔基板上不需要的铜 以化学反应方式将不要的部分铜予以除去 使其形成所需要的电路图形 Etching 蚀刻 61 制作过程 常采用金 铅锡 锡 等金属及油墨 干膜作抗蚀层 Etching 蚀刻 62 AfterEtching蚀刻后 Etching 蚀刻 63 阻焊膜 湿绿油 定义一种保护层 涂覆在印制板不需焊接的线路和基材上 目的防止焊接时线路间产生桥接 同时提供永久性的电气环境和抗化学保护层 SolderMask 绿油 64 工作原理液态光成像阻焊油墨简称感光胶或湿膜 感光胶经网印并预烘后 进行光成像曝光 紫外光照射使具有自由基的环氧树脂系统产生光聚合反应 未感光部分 焊盘被底片挡住 在稀碱液中显影喷洗而清除 印制板上已感光部分进行热固化 使树脂进一步交联成为永久性硬化层 SolderMask 绿油 65 SolderMask 绿油 66 前处理目的是为了除去铜箔表面的氧化物 油脂和其它杂质 另一方面是为了粗化铜表面 增加表面积 使之能与阻焊油墨有良好的结合力 前处理是丝印阻焊前的十分重要的工序 如成品检查发现阻焊膜掉 胶带试验不合格 波峰焊后板面阻焊起泡 阻焊下的大铜面有污物等都同表面处理有关 SolderMask 绿油 67 预烘目的是蒸发油墨中所含的约25 的溶剂 使皮膜成为不粘底片的状态 温度和时间应有限制 曝光将需要留在板子上的油墨经紫外光照射后发生交联反应 在显影时不被褪去 而未感光部分则被曝光后的油墨Na2CO3溶液溶解洗掉露出焊盘 焊垫等需焊的区域 曝光后的油墨不溶于弱碱 1 Na2CO3 但可溶于强碱 5 10 NaOH 从而达到既可显影又可及时使有问题的板返工处理的目的 SolderMask 绿油 68 W F曝光菲林 69 显影目的使油墨中未感光部分溶解于显影液而被洗去 留下之感光部分 起绝缘 保护的作用 终固化目的使阻焊油墨彻底固化 形成稳固的网状构架 达到其电气和物化性能 SolderMask 绿油 70 71 元件字符提供黄 白或黑色标记 给元件安装和今后维修印制板提供信息 ComponentMark 白字 72 ComponentMark 白字 73 热风整平 即喷锡 喷锡 HotAirSolderLevelling喷锡 74 工作原理将印制板浸入熔融的焊料 通常为63Sn37Pb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 从而得到一个平滑 均匀又光亮的焊料涂覆层 HotAirSolderLevelling喷锡 75 工艺流程 前处理 预涂助焊剂 热风整平 清洗 HotAirSolderLevelling喷锡 76 设备 电测仪 飞针测试仪 用于检查样板 有多少short open 例如 O 1 275 382表示第275点与第382点之间开路 S 1 386 1257表示第386点与第1257点之间短路 E Test电测试 77 ComponentMarks白字 GoldFingerPlating镀金手指 78 PCBProcessFlowChart 79 新技术 新工艺 80 高密度化高功能化轻薄短小细线化高传输速率 电子产品发展趋势 81 二 新项目HDISuperBackplaneHighLayerCount 36L BuriedCapacitanceEmbededResistorsDeepTankGoldBuildupProcess ALIVH 新技术 82 封装载板的应用A BGA基板B CSP ChipScalePackage 基板C 增层式电路板 BuildUpProcess 高密度互连板 HighDensityInterconnect D 覆晶基板 FlipChipSubstrate 电子产品发展趋势 83 LowLossMaterial主要应用于高频数字移动通讯 高频数字信息处理器 卫星信号传输设备 LowLossMaterial 84 LowLossMaterial类型GetekNelcoRoger特性高Tg低介电常数低介质损失角正切 LowLossMaterial 85 定义 Dk 介电常数 电极间充以某种物质时的电容与同样构造的真空电容器的电容之比 通常表示某种材料储存电能能力的大小 储存电能能力传输速度 LowLossMaterial 86 定义tan 介质损耗 电介质材料在交变电场作用下 由于发热而消耗的能量 Tan 与 成正比 LowLossMaterial 87 LowLossMaterial与FR 4板料比较 88 SpecificApplicationsHighPowerAmplifier 高功率放大器DBSSystems 直播卫星系统PCSBaseStationsAMPSandGSMBaseStations 高级移动电话基站GPSSystems 全球定位系统PagingSystems 内存分页 页面调度系统LNAs 信号损耗低 Teflon PTFE 板料 89 SpecificApplicationsVehicularCollisionAvoidance 防撞系统Antennas 天线Filters 滤波 光 器Couplers 连结器Resonators 共鸣器Mixers 混频器Oscillators 震荡器CombinersPowerDividers Teflon PTFE 板料 90 Halogen free定义氯 Cl 溴 Br 含量分别小于0 09wt MainFlameproofMaterialsHalogen 卤素 Phosphorus 磷 Nitrogen 氮 Halogen freeMaterial 91 HDI 高密度内部互连板定义凡非机械钻孔 孔径在0 15mm 6mil 以下 大部分为盲孔 孔环 AnnularRingorPadorLand 之环径在0 25mm 10mil 以下者 特称为Microvia微导孔或微孔 PCB具有微孔 且接点 Connection 密度在130点 寸2 HDI 92 HDI之市场产品HDI微盲孔增层板之用途大致分为行动电话手机 以及笔记型电脑等 高阶电脑与网路通讯以及周边之大型高层板 14层以上之HighLayerCount 类 精密封装载板类 Packagingsubstrate 涵盖打线 WireBoard 及复晶 FlipChip 之各种极精密载板 又称为Interposer或ModuleBoard HDI 93 埋电阻 EmbededResist