PCB工艺流程及AOI检测Word格式.docx

1、（三）影制程1. 内层，外层，防焊的流程介绍-112. 制程的目的-11 四、AOI的检测-12五. 结论-16六、致谢- 17附录一（图1）附录二（图2）附录三（图3）附录三（图4）毕业论文（设计）任务书院（系）：电子工程系论文（设计）题目：PCB工艺流程与AOI检测张筱云 职称：类别：毕业设计学生：张叶清专业：应用电子班级： E05201学号：200500277 论文（设计）类型：应用型1论文（设计）的主要任务及目标 了解PCB的分类，各个制程的流程及制程的目的，在整个流程中起到的作用。 什么是AOI，AOI检测的项目，Discovery检测流程。 AOI对与目测的优点 检测机理-孔层分析

2、2论文（设计）的主要内容 PCB工艺流程 AOI的检测3论文（设计）的基本要求 内容充实、明确，语言用词准确、条理清楚； 体现设计的用途及实用性； 必要的方案论证（安全性、技术性、可靠性等）； 反映出设计思路，阐明设计的工作原理及工作特性。4主要参考文献5进度安排论文（设计）各阶段任务起止日期1资料收集、课题选择3.15以前2方案设计、模块规划3.154.103流程图设计、软件设计4.105.054论文书写、修改5.055.255思路总结、答辩准备5.256.10PCB PCB工艺流程与AOI检测摘要它作为元器件的支撑，并且提供系统电路工作所需要的电气连接，是实现电子产品小型化、轻量化、装配机

3、械化和自动化的重要基础部件，在电子工业中有广泛应用。本讲义主要介绍PCB的特点。关键字PCB PCB工艺流程 AOI检测 一、绪论PCB 印刷电路板（Printed circuit board，PCB）几乎会出现在每一种电子设备当中如果在某样设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB上除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了 标准的PCB上头没有零件，也常被称为“印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）” 板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作

4、成在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接 为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的因为如此，PCB的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Side） 如果PCB上头有某些零件，需要在制作

5、完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装 如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边接头（edge connector）金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上（一般叫做扩充槽Slot）在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的 PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的颜色这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方在阻焊层上另外

6、会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置丝网印刷面也被称作图标面（legend） 印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线，经过细致整齐的规划后，蚀刻在一块板子上，提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体，是所有电子产品不可或缺的基础零件。印刷电路板以不导电材料所制成的平板，在此平板上通常都有设计预钻孔以安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来，将电子组件的接脚穿过PCB后，再以导电性的金属焊条黏附在PCB上而形成电路。依其应用领域PCB可分为单面板、双面板、四层板

7、以上多层板及软板。一般而言，电子产品功能越复杂、回路距离越长、接点脚数越多，PCB所需层数亦越多，如高阶消费性电子、信息及通讯产品等；而软板主要应用于需要弯绕的产品中：如笔记型计算机、照相机、汽车仪表等二、PCB技术的介绍PCB（printed circuit board），即印制电路板是在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路，印制元件或由两者组合而成的导电图形后制成的板。PCB诞生于上世纪四、五十年代,发展于上世纪八、九十年代。伴随半导体技术和计算机技术的进步，印刷电路板向着高密度,细导线,更多层数的方向发展，其设计技术也从最初的手工绘制发展到计算机辅助设计（CAD）和电子设计自动化（EDA

8、）.三、PCB工艺流程的介绍及AOI的检测1压合流程及工作原理（1）製程目的:將銅箔（Copper Foil）,膠片（Prepreg）與氧化處理（Oxidation）後的內層線路板,壓合成多層基板.本章仍介紹氧化處理,但未來因成本及縮短流程考量,取代製程會逐漸普遍. （2）內層氧化處理（Black/Brown Oxide Treatment） （3） 氧化反應 A. 增加與樹脂接觸的表面積,加強二者之間的附著力（Adhesion）.B. 增加銅面對流動樹脂之潤濕性,使樹脂能流入各死角而在硬化後有更強的抓地力。C. 在裸銅表面產生一層緻密的鈍化層（Passivation）以阻絕高溫下液態樹脂中胺

9、類（Amine）對銅面的影響。. 還原反應 目的在增加氣化層之抗酸性，並剪短絨毛高度至恰當水準以使樹脂易於填充並能減少粉紅圈（ pink ring ） 的發生。 黑化及棕化標準配方:上表中之亞氯酸鈉為主要氧化劑,其餘二者為安定劑。此三式是金屬銅與亞氯酸鈉所釋放出的初生態氧先生成中間體氧化亞銅,2Cu+O Cu2O,再繼續反應成為氧化銅CuO,若反應能徹底到達二價銅的境界,則呈現黑巧克力色之棕氧化層,若層膜中尚含有部份一價亞銅時則呈現無光澤的墨黑色的黑氧化層。2钻孔製程目的 單面或雙面板的製作都是在下料之後直接進行非導通孔或導通孔的鑽孔, 多層板則是在完成壓板之後才去鑽孔。傳統孔的種類除以導通與

10、否簡單的區分外,以功能的不同尚可分:零件孔,工具孔,通孔（Via）,盲孔（Blind hole）,埋孔（Buried hole）（後二者亦為via hole的一種）.近年電子產品輕.薄.短.小.快.的發展趨勢,使得鑽孔技術一日千里,機鑽,雷射燒孔,感光成孔等,不同設備技術應用於不同層次板子.本章僅就機鑽部分加以介紹,其他新技術會在20章中有所討論. 流程 上PIN鑽孔檢查3成型（1）外型成型外型成型的方式從PCB演變大致有以下幾個方式：（2） Template模板 最早期以手焊零件，板子的尺寸只要在客戶組裝之產品可容納得下的範圍即可，對尺寸的容差要求較不嚴苛，甚至板內孔至成型邊尺寸亦不在意，因

11、此很多用裁剪的方式，單片出貨。再往後演變，尺寸要求較嚴苛，則打樣時，將板子套在事先按客戶要求尺寸做好的模板（Template）上，再以手動銑床，沿Template外型旋切而得。若是大量，則須委外製作模具（Die）以沖床沖型之。這些都是早期單面或簡單雙面板通常使用的成型方式。（3） 沖型 沖型的方式對於大量生產，較不CARE板邊粗糙度以及板屑造成的影響時，可考慮使 用沖型，生產成本較routing為低，流桯如下: 模具設計模具發包製作試沖First Article量測尺寸量產。1鍍通孔 製程目的 雙面板以上完成鑽孔後即進行鍍通孔（Plated Through Hole , PTH）步驟，其目的使

12、孔壁上之非導體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化（ metalization ）, 以進行後來之電鍍銅製程,完成足夠導電及焊接之金屬孔壁。1986年，美國有一家化學公司Hunt 宣佈PTH不再需要傳統的貴金屬及無電銅的金屬化製程,可用碳粉的塗佈成為通電的媒介，商名為Black hole。之後陸續有其他不同base產品上市, 國內使用者非常多. 除傳統PTH外, 直接電鍍（direct plating）本章節也會述及. 製造流程 去毛頭除膠渣PTHa一次銅 2. 二次銅 製程目的此製程或稱線路電鍍 （Pattern Plating）,有別於全板電鍍（Panel Plating） 製作流程目前二次銅作業

13、幾乎都是以龍門式自動電鍍線為主,是垂直浸鍍方式,上下料則採手動或自動.設備的基本介紹後面會提及.另外值得一提的是為迎合build up新式製程,傳統垂直電鍍線無法達到一些規格如buried hole, throwing power等,因而有水平二次銅電鍍線的研發,屆時又將是一大革命.本章仍就傳統負片二次銅流程加以介紹:銅面前處理鍍銅鍍錫（鉛）3.金手指A.金手指（Gold Finger,或稱 Edge Connector）設計的目的,在於藉由connector連接器的插接作為板對外連絡的出口,因此須要金手指製程.之所以選擇金是因為 它優越的導電度及抗氧化性.但因為金的成本極高所以只應用於金手指

14、,局部鍍或化學金,如bonding pad等是金手指差入連接器中的示意圖. B. 噴錫的目的,在保護銅表面並提供後續裝配製程的良好焊接基地. 金手指噴錫 4.OSP OSP是Organic Solderability Preservatives 的簡稱,中譯為有機保焊膜,又稱護銅劑,英文亦稱之Preflux,本章就以護銅劑稱之. 種類及流程介紹 A. BTA（苯駢三氯唑）：BENZOTRIAZOLEBTA是白色帶淡黃無嗅之晶狀細粉，在酸鹼中都很安定，且不易發生氧化還原反應，能 與金屬形成安定化合物。ENTHON將之溶於甲醇與水溶液中出售，作銅面抗氧化劑（TARNISH AND OXIDE RE

15、SIST），商品名為CU-55及CU-56，經CU-56處理之銅面可產生保護膜，防止裸銅迅速氧化。1.内层 製程目的 三層板以上產品即稱多層板,傳統之雙面板為配合零件之密集裝配，在有限的板面上無法安置這麼多的零組件以及其所衍生出來的大量線路，因而有多層板之發展。加上美國聯邦通訊委員會（FCC）宣佈自1984年10月以後，所有上市的電器產品若有涉及電傳通訊者，或有參與網路連線者，皆必須要做接地以消除干擾的影響。但因板面面積不夠,因此pcb lay-out就將與電壓二功能之大銅面移入內層，造成四層板的瞬間大量興起,也延伸了阻抗控制的要求。而原有四層板則多升級為六層板，當然高層次多層板也因高密度裝配

16、而日見增多.本章將探討多層板之內層製作及注意事宜. 製作流程 依產品的不同現有三種流程 A. Print and Etch 發料對位孔銅面處理影像轉移蝕刻剝膜 B. Post-etch Punch 發料銅面處理影像轉移蝕刻剝膜工具孔 C. Drill and Panel-plate 發料鑽孔通孔電鍍影像轉移蝕刻剝膜 上述三種製程中,第三種是有埋孔（buried hole）設計時的流程,將在20章介紹.本章則探討第二種（ Post-etch Punch）製程高層次板子較普遍使用的流程. 2.外層 經鑽孔及通孔電鍍後, 內外層已連通, 本製程在製作外層線路, 以達電性的完整. 銅面處理壓膜曝光顯像

17、3.防焊 A. 防焊：留出板上待焊的通孔及其pad，將所有線路及銅面都覆蓋住，防 止波焊時造成的短路,並節省焊錫之用量 。B. 護板：防止濕氣及各種電解質的侵害使線路氧化而危害電氣性質，並防 止外來的機械傷害以維持板面良好的絕緣。C. 絕緣：由於板子愈來愈薄,線寬距愈來愈細,故導體間的絕緣問題日形突 顯,也增加防焊漆絕緣性質的重要性。12.2製作流程防焊漆,俗稱綠漆,（Solder mask or Solder Resist），為便於肉眼檢查，故於主漆中多加入對眼睛有幫助的綠色顏料，其實防焊漆了綠色之外尚有黃色、白色、黑色等顏色. 防焊的種類有傳統環氧樹脂IR烘烤型,UV硬化型, 液態感光型（

18、LPISM-Liquid Photo Imagable Solder Mask）等型油墨, 以及乾膜防焊型（Dry Film, Solder Mask）,其中液態感光型為目前製程大宗.所以本單元只介紹液態感光作業 . 其步驟如下所敘:銅面處理印墨預烤曝光顯影後烤 上述為網印式作業,其它coating方式如Curtain coating ,Spray coating等有其不錯的發展潛力,後面也有介紹. 四、AOI的检测什么是AOI？ Automated Optical Inspection 自动光学检测 通过光学扫描出PCB（线路板）图像 与标准板（ Cam资料）比较 找出PCB（线路板）上的图

19、形缺点检测缺点机理突铜 突铜检测缺点机理缺口（图1） 缺口检测缺点机理开路（图2） 开路检测缺点机理短路（图3） 短路检测缺点机理SDD（图4） SDD Small Defect Detection 微小缺点的侦测（图5）AOI相对与电测的优势！电测 耗时 （可能需要数天） 夹具昂贵 新料号或样品的反应时间很慢 凹陷，大缺口，近乎短路等缺点会在压合成板时变成致命缺点AOI 快捷 准确 （CAM 资料作基礎） 没有额外费用 自动程序 缺点之间的时间为一秒 清晰，高倍数，彩色影像 高度可靠AOI相对于目检的优势目检 影像质量差 检测程序不一致 依赖人员警觉性和判断 产能不稳定 生产流程分析与控制很

20、困难 标准及可控的检测标准 最佳影像质量 最小人为错误 产能一致 为生产控制提供数据检测机理孔层分析 孔的reference 包括以下信息 孔的位置和大小 孔的信息: mechanical holes （ 大孔或者没有孔环的孔） 盲埋孔 （ 小孔） 现存的孔和将来要钻孔的位置 钻通过导体或基材的孔 6. 在孔破模式,测量 孔破角度（ break angle）. 当角度大于设定的孔破角度时报告孔破.孔偏差: 侦测模式 Missing Hole 少孔 只报告少孔 Breakage 孔破 只报告少孔和孔破 孔环（the most sensitive detection mode）报告少孔, 所有的孔

21、破, 孔环偏少 不报告 不报告孔的缺点 当孔破模式打开，以下哪一个缺点会被报告? 缺点 A, B, C and D 缺点 A and D 缺点 A, B and D 缺点 A, C and D 缺点 D检测机理Clearance 在physical 或 logical clearance的任何轮廓和SDD的变化 都会被报告为clean area异常. 空旷区（clean area）是如何确定的? 对于logical clearances, clean area = ref clearance size 对于 physical clearances, clean area 是由inner Cle

22、ar Ring = ref clearance size Min Clearance setup value四、结论该毕业设计在一定的程度上具有相当的使用价值，而该项设计也是对本人这几年来在校学习情况的一个总结，是我今后走向社会的一个衡量标准。通过论文设计，对PCB的知识有了深入的理解。不过，令人遗憾的是，该毕业设计还不是很完善，并没有达到我自定的预期目标，在此希望以后能够有机会对其进行扩充，将它作为一个具有一定市场价值的产品回敬给我的母校，而不是一个单纯的毕业设计。这也算是以一己之力，给母校培养我三年的回报吧！由于时间仓促以及学识和经验的局限，本设计难免存在不妥或不完善之处，敬请老师和同学们不吝赐教！六、致谢我希望能够借此机会，借这个成功的毕业设计对二年来的授业恩师以及关心我、帮助我的老师同学们置以最深的谢意。对于在论文写作过程中给予极大鼓励和帮助的各位朋友，本人在此表示由衷的敬意。最后，非常感谢我的指导老师张筱云、实习公总工程师卿小东，他们不仅在紧迫的时间内一遍遍地人真审阅该设计，更难能可贵的是仔细复核了每节内容，纠正了多处错误和疏漏。我为此设计能由他们负责指导而深感庆幸，更为他们的敬业和高度的责任心而由衷钦佩！图1图2图3