深南PCB加工基础知识.docx
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深南PCB加工基础知识
PCB加工基础知识
第一章PCB基础知识
1、印制电路板的名称
印制电路板的英文名称为:
ThePrintedCricuitBoard,通常缩写为:
PCB。
在电子产品
中,印制电路板的主要功能为支撑电路元件和互连电路元件,即支撑和互连两大作
用。
2、印制电路板的发展
1、印制电路概念于1936年由英国Eisler博士提出;
2、1953年出现了双面板,并采用电镀工艺使两面导线互连;
3、1960年出现了多层板;
4、1990年出现了积层多层板;
5、一直发展到今天,印制板老的种类提高,新的种类开拓,随着整个科技水平,工业
水平的提高,印制板行业得到了蓬勃发展。
3、印制电路板常用基材
印制电路板常用基材可以分为:
1、单、双面PCB用基板材料(覆铜薄层压板,简称为覆铜板,英文缩写为CCL);
2、多层PCB用基板材料(内芯薄型覆铜板、半固化片等);
常用的FR-4覆铜板包括以下几部分:
a、玻璃纤维布,b、环氧树脂,c、铜箔。
印制电路板上,PCB用基板材料主要担负着导电、绝缘和支撑三个方面的功能;
铜箔
玻璃布+树脂
铜箔
4、印制电路板的加工流程
多层板常规的加工流程为:
1、内层覆铜板下料;2、内层图形;3、内层蚀刻;4、冲定
位孔;5、内层检验;6、棕化;7、层压叠板;8、层压;9、铣边;10、钻孔;11、沉
铜;12、电镀加厚;13、外层图形;14、图形电镀;15、外层蚀刻;16、外层检验;
17、阻焊印刷、字符;18、表面涂覆;19、铣外形;20、电测试;21、成品检验;22、
终审;23、包装出货;
按照加工原理,分为:
机械加工、图形处理和湿法处理三大类;
第二章PCB加工流程
2.1、下料
目的
依制工程设计要求,选用指定芯板(半固化片、铜箔)按照MI(生产制作指示)指定
的长宽尺寸进行切割,将基板材料裁切成工作所需尺寸供下工序加工。
2.2、内层图形
目的
利用影像转移原理制作内层线路,制作流程为:
前处理
贴膜
曝光
显影
内层蚀刻
前处理
利用刷轮去除铜面上的污染物,增加铜面粗糙度,以利于后续的贴膜操作,如下图所示:
铜箔
绝缘层
前处理后铜面状况示意
贴膜
将经处理之基板铜面透过热压方式贴上抗蚀干膜,主要原物料为干膜。
曝光
经光源作用将原始底片上的图像转移到感光底板上,主要原物料为底片。
曝光时透光部
分发生光聚合反应,不透光的部分不发生反应;
UV光
干膜
曝光前
曝光后
显影
用化学药水作用将未发生化学反应的干膜部分冲掉,而发生化学反应的干膜则保留在板
面上作为蚀刻时的抗蚀保护层。
显影前
显影后
2.3、内层蚀刻
目的
利用药液将显影后露出的铜蚀掉,然后
蚀刻前
蚀刻后
利用化学药水将保护铜面之抗蚀干膜层
剥掉,露出铜层,形成内层线路图形。
主要原物料为蚀刻药液。
去膜后
2.4、内层检验
目的
通过内层检验,对内层生产板进行检查,挑出异常板并进行处理;收集品质信息并及时反馈
处理,避免重大异常发生。
AOI检验,全称为AutomaticOpticalInspection,自动光学检测;
原理为通过光学反射原理将图像回馈至设备处理,与设定的逻辑判断原则或资料图形相比
较,找出缺陷位置。
注意事项
由于AOI所用的测试方式为逻辑比较,一定会存在一些误判的缺点,故需通过人工加以确
认。
2.5、棕化
目的
粗化铜面,增加与树脂接触表面积,增强内层铜与半固化片的结合力;主要原物料为棕
化药液。
工艺流程
内层检验来料→(超声波水洗→)酸洗→水洗→除油→水洗→棕化预浸→棕化→水洗→
烘干→配板
工艺原理
黑化:
CU+H2O2+黑化液→CUO+H2O
棕化:
CU+H++H2O2+棕化液→铜氮硫有机金属物+H2O
控制重点
过程控制:
通过控制反应时间、温度、药水浓度来控制黑化、棕化的厚度。
品质控制:
抗拉强度(IPC标准要求抗拉强度大于4.5磅/平方英寸)
注意事项
棕化层很薄,极易发生划伤问题,操作时需注意拿板、放板等动作;
棕化前
棕化后
2.6、层压配板
1、配板
把邦定/铆合后的内层(常规四层板只有一个芯板)按照MI要求配上外层半固化片;
控制要点
防止划伤(棕化层);
2、定位方式
邦定、铆钉、有销、无销和邦钉+铆钉
概述
把内层芯板和半固化片按照MI要求定位于工具板上,然后把各层固定在一起;
目的
对需要进行层压的内层板进行预定位。
2.7、层压
叠板概述
把配好的板按要求铺上外层铜箔后放入垫有牛
皮纸的托盘中并用打磨干净的隔离钢板层层隔离
。
压合概述
在适当的升温速率与压力作用下使半固化树脂充
分流动填充芯板图形的同时把芯板粘接在一起。
2.8、钻孔
目的
利用数控钻床选择不同规格的钻头对表面平整
的PCB进行加工以得到MI要求的孔径,在板面
上钻出层与层之间线路连接的导通孔。
控制要点
①叠板层数;②钻头规格(钻径、刃磨次数);
盖板
③主轴转速、进给速度、退刀速度。
钻头
垫板
2.9、沉铜
目的
通过化学反应,在已经钻完孔的孔壁上沉积上一
层铜,实现孔金属化。
工艺流程
钻孔来料→刷板→(超声波水洗→)溶胀→水洗
→去钻污→水洗→中和→水洗→除油→水洗→
微蚀→水洗→活化预浸→活化→解胶→化学沉铜
→水洗→(烘干→)电镀
主要反应原理
去钻污:
4Mno-4+C+4OH-→4MnO2-4+CO2↑+H2O
再生:
MnO2-4-e→Mno-4
活化中心形成:
Pd(SnCl3)-+H2O→Pd+Sn(OH)2↓+Cl-
沉铜:
Cu+2HCHO+4OH-→Cu+2HCOO-+2H2O+H2↑
过程控制
去钻污厚度、微蚀厚度、沉铜厚度、背光级数;
品质控制
灯芯效应、树脂收缩、层间结合力;
主要缺陷
孔内空洞、层间分离、孔内铜瘤;
2.10、电镀
目的
在化学沉铜的基础上进行电镀铜,实现层与层之间的导通。
工艺流程
掩孔全板电镀(加厚电镀):
沉铜来板→除油→水洗→镀铜预浸→电镀铜→水洗→烘干
→外层图形;图形电镀:
加厚完毕后进行下面的流程,外层图形→除油→水洗→微蚀→
水洗→镀铜预浸→电镀铜→水洗→镀锡预浸→电镀锡→水洗→烘干→碱性蚀刻;
电镀铜层
主要反应原理
铜阳极的电解Cu-e→Cu+(快速),Cu+-e→Cu2+(慢速);
零件板的电镀Cu2++2e→Cu;
过程控制
通过药水作用控制电镀时间、电流密度、电镀面积来获取具有一定延展性能的电镀铜。
品质控制
孔壁铜厚、表面铜厚、铜层延展性
主要缺陷
镀层不均、板面铜粒(孔内铜渣)、电镀凹坑、
孔壁断裂、渗镀
掩孔电镀与图形电镀加工工艺优缺点比较:
2.11、外层图形
内层图形的目的:
经过钻孔及通孔电镀后,內外层已经连通,利用影像转移原理制作外
层线路,以达电性的完整,制作流程为:
前处理
贴膜
曝光
显影
外层蚀刻
前处理
利用刷轮去除铜面上的污染物,增加铜面粗糙度,以利于后续的贴膜操作;
贴膜
将经处理之基板铜面透过热压方式贴上抗蚀干膜,主要原物料为干膜。
曝光
经光源作用将原始底片上的图像转移到感光底板上,最终形成客户需要的导电图形。
显影
把尚未发生聚合反应的区域用显像液沖洗掉
,已感光部分因已发生聚合反应洗不掉而留
在铜面上成为蚀刻或电镀的保护层。
外层显影示意图
UV光
底片
干膜
外层曝光示意图
2.12、外层蚀刻
目的
通过腐蚀反应获取客户所需的板面图形。
工艺流程
酸性蚀刻:
外图来板→蚀刻→水洗→退膜→水洗→烘干→外层检验;
碱性蚀刻:
图电来板→退膜→水洗→蚀刻→水洗→退锡→水洗→烘干→外层检验;
主要反应原理
酸性蚀刻:
Cu+Cu2+→2Cu+;
再生:
6H++6Cu++ClO-3→6Cu2++Cl-+3H2O
HCl提供酸性条件,通过氯酸钠做再生剂。
碱性蚀刻:
Cu+Cu2+→2Cu+;
再生:
氧化剂+Cu+→Cu2++H2O;
氨水提供碱性条件,通过特定氧化剂做再生剂。
褪锡:
4HNO3+Sn/Pb+OX→Pb(NO3)2+Sn(NO3)2+R;
再生:
R+O2→OX;
氧化剂作用在于加速褪锡速率,稳定剂可抑制硝酸与铜的反应。
过程控制
铜离子含量、PH值、溶液的比重(溶液的添加均采用自动添加系统)、蚀刻速率;
品质控制
线宽、线距、蚀刻因子;
2.13、外层检验
通过外层检验,对外层生产板进行检查,挑出异常板并进行处理;收集品质信息并及时
反馈处理,避免重大异常发生。
AOI检验:
全称为AutomaticOpticalInspection,自动光学检测;
通过光学反射原理将图像回馈至设备处理,与设定的逻辑判断原则或资料图形相比较,
找出缺陷位置。
2.14、印绿油(油墨)
目的
A.防焊:
防止波焊时造成的短路,并节省焊锡的用量;
B.护板:
防止线路被湿气、各种电解质及外来的机械力所伤害;
C.绝缘:
由于板子愈来愈小,线路间距愈来愈窄,需要对板面加印绿油达到绝缘的
效果;
加工流程
前处理
印油墨
预烘
曝光
显影
后固化
前处理
去除表面氧化物,增加板面粗糙度,加强板面油墨附着力;主要原物料:
磨板机。
印油墨
利用丝网上图案,将油墨准确的印刷在板子上;主要原物料:
油墨。
主要控制点:
油墨厚度。
预烘
赶走油墨内的溶剂,使油墨部分硬化。
曝光
影像转移;主要设备:
曝光机。
显影
将未聚合的感光油墨利用化学反应去除掉。
固化
印油墨后,通过固化主要让油墨彻底硬化。
印油墨后
显影后
油墨
2.15、丝印字符
目的
在板面上,印上各种元器件和导线等位置的标记,便于识别和维修。
加工流程
印一面字符
固化
印另一面字符
2.16、表面涂覆
目的
产生供电气连接及电气互连的可焊性的涂覆层和保护层。
表面涂覆类型
喷锡、化学镍金、镀金手指、化学锡、OSP。
工艺流程
喷锡
阻焊丝印→微蚀→水洗→酸洗→水洗→吹干→涂覆助焊剂→热风整平→软毛磨刷→水
洗→热水洗→水洗→风干→烘干→外形;
化学镍金
阻焊丝印→刷板→酸性除油→水洗→微蚀→水洗→酸洗→水洗→预浸→活化→水洗→
后浸→化Ni→水洗→化Au→水洗→抗氧化→水洗→清洗烘干;
OSP
成检→除油→水洗→微蚀→水洗→OSP处理→风干→干燥→成检;
镀金手指
阻焊丝印→剪板→贴抗镀胶带→磨刷→水洗→浸酸→活化→镀镍→镀金→热水洗→水
洗→烘干→喷锡;
主要反应机理
化学镍金
H2P2O2+H2O→H++[HPO3]—+2H
Ni2++2H→Ni↓+2H+
[H2P2O2]—+H→H2O+OH-+P
[H2P2O2]—+H2O→H++[HPO3]—+H2↑
过程中使用离子钯做活化剂;
OSP
生成金属有机膜
表面涂覆层
表面涂覆示意图
过程控制
喷锡
Sn/Pb比例、喷锡温度、喷锡停留时间;
化学镍金
过程反应浓度、温度、时间(活化槽、镍槽、金槽);
OSP
微蚀厚度、OSP槽反应温度、时间、PH值、酸度;
镀金手指
与电镀控制参数同;
品质控制
各涂覆层的厚度
Sn/Pb:
1~25微米;化学镍金:
镍层厚度>2.5微米,
金层厚度>0.05微米;
OSP:
0.2~0.7微米;
2.17、外形
目的
利用数控铣床机械切割,让板子裁切
成客户所需规格尺寸。
边框
板件
外形前
外形后
2.18、测试和成品检检、包装
测试
目的
用电测的方法判定加工的PCB板能否满足客户电性
能要求,防止不合格的零件流入客户手中;
主要设备
①、专用测试机;②、通用测试机(双面、双密)
;
③、飞针测试机;
测试工作内容
①、绝缘阻值;②、导通阻值、测试电压;③、
针床制作;④、测试资料读取;
成品检验
目的
防止不符合客户外观要求的零件流入客户手中。
依据标准
①、客户要求和协议;②、IPC相关标准;
对于轻微的外观缺陷可以修补。
包装