印刷电路板的设计及其小型工业湿膜法.docx

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印刷电路板的设计及其小型工业湿膜法

第5章一般规模单面插针印刷电路板

的设计及其小型工业湿膜法制作

1、项目文档整理与输出

HX108-2型收音机板的PCB采用小型工业湿膜法制作，在此为制作任务生成所需的底片（Gerber）文件及数控（NCdrill）钻文件。

同时，介绍输出任务配置文件的生成方法。

打开“jianhuaban”文件夹，在该文件夹中新建“生产制造文件”文件夹，用于存放底片（Gerber）文件及数控（NCdrill）钻孔文件。

在“HX108-2型收音机”文件夹中，将设计完成的单片机学习仪简化板PCB文件“HX108-2型收音机.PcbDoc”拷贝到新建的“HX108-2型收音机”文件夹中，打开该文件。

2.输出制造加工文件【Gerberfiles】

第1步：

进入GBRBER设置对话框

Altiumdesignersummer09执行主菜单命令【File】/【FabricationOutputs】/【Gerberfiles】，打开GBRBER设置对话框。

第2步：

设置GBRBER输出参数

在打开的对话框的第一个卡片Gerneral内可以设置输出的文件的单位，一般建议用英制

是，格式选2：

3即可；然后切换到对话框第二个卡片，单击左下角的PlotLayers按钮，从

中选择UsedOn软件将会把使用到的层全部勾选上，在界面的右边列出了当前PCB文件所包含的机械层，勾选上一个机械层则在GERBER文件的每个层里都会包含机械层形状，一

般可以不勾上，在下面有一个Includeunconnectedmid-layerpads用于选择是否将中间层的焊盘加载到GERBER文件中，对于普通2层板以下的PCB板可以不用勾选此项，2层板以上的PCB板请勾选上此项；再打切换到第3个卡片，勾选上DrillDrawingPlots区域和DrillGuidePlots区域的Plotallusedlayerpairs项，单击OK即可输出GERBER文件，并且软件会在界面中生成一个CAM文件，该文件是提供给工程师看的，它不是真正的加工文件，可以保存该文件也可不保存。

如下图所示：

第3步：

输出钻孔数据文件：

前两步己经完成了GERBER层文件的输出，这时还没有完成全部文件的输出，此时还

差一个钻孔数据文件即NCDrill文件，没有该文件PCB板加工厂将无法对PCB板进行钻孔。

单击菜单FileFabricationOutputsNCDrillFiles弹出NCDrillSetup对话框，从中选择单

位和格式，注意要和前面第二步设置成一样的参数，其余参数用默认即可，点击OK进入下

一步，在后面弹出的一个对话框内直接点击OK，即可完成NCDrillFiles的输出，并且在界

面中生成一个CAM文件，该文件是提供给工程师看的，它不是真正的加工文件，可以保存

该文件也可不保存。

如下图所示

第4步：

输出的GERBER文件：

软件按上述生第1、2、3步生成的GERBER文件在系统内打开的是一个后缀.CAM的

文件，该文件交付给PCB加工厂时有些加工软件不支持，因此我们需要交付各分层的

GERBER文件，该文件位于项目文件夹的ProjectOutputsfor***文件夹中，用户只需将整个

文件夹拷贝给加工厂即可让其加工出PCB板或者导入CAM350软件。

在输出任务配置文件内，按照输出数据类别将输出文件分为以下几类：

AssemblyDrawings（PCB汇编数据输出）、DocumentationOutputs（原理图文档及PCB文档打印输出）、FabricationOutputs（PCB加工数据输出）、NetlistOutputs（各种格式的网络表输出）及ReportOutputs（各种报表输出）。

二、HX108-2型收音机印刷电路板制作（小型工业湿膜法）

HX108-2型收音机电路PCB板，采用小型工业湿膜法制作。

湿膜法是指PCB板的线路感光膜成膜过程，将线路感光油墨采用丝网印刷在敷铜板上，再经烘干而成。

小型工业湿膜法的工艺步骤如下：

底片输出→裁板→钻孔→抛光→（整孔）→预浸→水洗→烘干→活化→通孔→热固化→微蚀→水洗→抛光→加速→镀铜→水洗→抛光→烘干→刷感光线路油墨→烘干→线路底片对齐→曝光→显影→水洗→微蚀→水洗→镀锡→水洗→脱膜→水洗→蚀刻→水洗→褪锡→水洗→烘干→刷感光阻焊油墨→烘干→曝光→显影→水洗→烘干→刷感光文字油墨→烘干→曝光→显影→水洗→热固化→OSP除油→水洗→微蚀→纯水洗→成膜→切边。

将上述工艺步骤进行归类，大致可分为六个工艺过程：

底片输出→金属化过孔→图形转移→阻焊制作→字符制作→成膜与切边。

1.底片输出

如图所示:

使用激光打印机输出底片的过程

底片输出是图形转移的基础，是将设计好的PCB图形输出到底片上，可分为底片打印输出和光绘输出，在此介绍使用激光打印机打印制作底片。

使用激光打印机进行底片输出的过程如图（使用激光打印机输出底片的过程）所示，PCB图设计完成之后，利用PCB设计软件生成用于PCB制造和生产的底片（Gerber）文件及数控（NCdrill）钻文件。

将生成的底片（Gerber）文件和数控（NCdrill）钻文件导入CAM350软件，通过激光打印机在菲林胶片上输出双面板制作所需的五种底片：

顶部信号层与禁止布线框的合成正片图形、底部信号层与禁止布线框的合成正片图形、顶部阻焊层与禁止布线框的合成正片图形、底部阻焊层与禁止布线框的合成正片图形及顶部丝印层与禁止布线框的合成负片图形。

1）生成用于PCB制造和生产的底片（Gerber）文件及数控（NCdrill）钻文件

生成的底片（Gerber）文件及数控（NCdrill）钻文件保存在“HX108-2型收音机”文件夹下中。

2）通过CAM350软件输出五种底片图形

制做双面板，需要在菲林胶片上通过CAM350软件输出上述五种底片。

（1）将底片（Gerber）文件及数控（NCdrill）钻文件导入CAM350软件

打开CAM350软件，执行主菜单命令【File】/【Import】/【GerberData…】，如图（CAM350软件的Gerber文件导入命令）所示，弹出的ImportGerber对话框如图（InportGerber对话框）所示。

如图所示:

CAM350软件的Gerber文件导入命令

单击ImportGerber对话框中Layer#Filename栏的

按钮，在弹出的打开文件对话框中，选择单片机学习仪简化板的Gerber文件存储路径（HX108-2型收音机），在文件名栏的右边选择打开“AllFiles（*.*）”，导入除“History”文件夹、文件夹及“HX108-2型收音机.PcbDoc”文件之外的所有文件，如图（选择导入的文件）所示。

单击

按钮，此时的ImportGerber对话框如图（InportGerber对话框）所示，单击

按钮，CAM350软件自动完成Gerber文件的导入，导入之后如图（导入的Gerber文件）所示。

图为：

InportGerber对话框图为：

选择导入的文件

图为：

InportGerber对话框图为：

导入的Gerber文件

（2）合成五种底片图形

①执行主菜单命令【Tables】/【Composites…】，弹出Composites对话框，单击Composites栏的

按钮，在Composites栏中添加名称为“C1：

Composites_1”合成图，如图（Composites对话框）所示。

图为：

Composites对话框图5-3-135LayerList对话框

②单击Name栏下的

按钮，在弹出的LayerList对话框如图（LayerList对话框）所示，中选中HX108-2型收音机顶部信号层的Gerber文件“hx108-2.gtl”。

在Composites对话框的Name栏中单击

按钮，在弹出的LayerList对话框中选中HX108-2型收音机禁止布线层的Gerber文件“hx108-2.gko”。

此时，“C1：

Composites_1”合成图包含HX108-2型收音机顶部信号层图及禁止布线层图，如图（“C1：

Composites_1”合成图）所示。

Bkg栏右边

按钮，用于切换正片及负片状态，

为正片，

为负片。

图为：

“C1：

Composites_1”合成图图为：

Composites对话框

③重复步骤①，添加“C2：

Composites_2”合成图；重复步骤②，将HX108-2型收音机底部信号层Gerber文件“hx108-2.gbl”及禁止布线层Gerber文件“hx108-2.gko”，合成为“C2：

Composites_2”，保持正片状态。

④重复步骤①、②，将HX108-2型收音机顶部阻焊层Gerber文件“hx108-2.gts”及禁止布线层Gerber文件“hx108-2.gko”，合成为“C3：

Composites_3”，保持正片状态。

⑤重复步骤①、②，将HX108-2型收音机底部阻焊层Gerber文件“hx108-2.gbs”及禁止布线层Gerber文件“hx108-2.gko”，合成为“C4：

Composites_4”，保持正片状态。

⑥重复步骤①、②，将HX108-2型收音机顶部丝印层Gerber文件“hx108-2.gto”及禁止布线层Gerber文件“hx108-2.gko”，合成为“C5：

Composites_5”，单击Bkg栏右边的

按钮，切换到

负片状态。

此时，Composites对话框如图上（Composites对话框）所示，接下来将在菲林胶片上输出五种底片图形。

（3）输出五种底片图形

①执行主菜单命令【File】/【Print】/【SetupPrinter】进行打印设置，因为使用的打印机各不相同，在此不做详细复述，只要将纸张大小设为“A4”，纸张来源设为“投影胶片”，打印质量设为最高即可。

图为：

打印对话框

②执行主菜单命令【File】/【Print】/【Print…】进行打印操作，在弹出的对话框中勾选拼板“Tile”及黑白打印“OutputalldatainBlack”，在打印内容栏，去掉导入的Gerber文件默认勾选状态，根据合成的五种底片图形大小进行拼板（本例中A4投影胶片只能打印两张底片图形），具体设置如图上（打印对话框）所示。

单击

按钮，将在菲林胶片纸上打印合成图C1、C2。

使用同样的方法，打印合成图C3、C4及C5。

2.金属化过孔

金属化过孔被广泛应用于双面或多层印制线路板的生产加工中，其主要目的在于通过一系列化学处理方法在非导电基材上沉积一层导电体，以作为电镀铜的基底,继而通过电镀铜使通孔附着铜而导电。

金属化过孔流程如下：

裁板→钻孔→抛光→（整孔）→预浸→水洗→烘干→活化→通孔→热固化→微蚀→水洗→抛光→加速→镀铜，如图所示。

图为：

金属化过孔流程

1）裁板

裁板又称下料，在PCB板制作前，应根据设计好的PCB图的大小并保留20mm工艺边，确定所需PCB基板的尺寸规格，进行裁板。

2）数控钻孔

通过Create-DCM双面电路板雕刻软件生成钻孔文件，完成钻孔。

操作步骤如下：

生成并传导钻孔文件→贴板→设置零点→设置速度→按序选择孔径规格→分批钻孔。

3）清洁板材

打孔的覆铜板经过抛光机抛光，如果有孔被堵还要进行整孔，完成板材清洁工作。

抛光机主要用于PCB基板表面抛光处理，清除板基表面的氧化物、污垢、孔内粉屑及孔内毛刺，为后序的化学沉铜工艺做准备。

4）沉铜

（1）预浸

清除铜箔和孔内的油污、油脂及毛刺铜粉，调整孔内电荷，有利于碳颗粒的吸附。

把经过抛光的PCB板放入预浸液里，摆动PCB板，使预浸液充分流过孔内，等工序完成，将PCB板取出，进入下道工序。

（2）水洗

水洗的目的是去除预浸药水残留以免影响下一个工序的液体。

（3）烘干

烘干水洗后残留的水份。

（4）活化

将孔壁吸附一层精细、导电碳颗粒，形成导电层，以方便后续的电镀铜。

把经水洗烘干后的PCB板放入活化液里，此工序为2分钟。

（5）通孔

为防止多余的黑孔液热固化后堵孔，需进行通孔。

使用负压气泵，将板材表面及孔内多余的活化液吸掉。

（6）热固化

把完成通孔的PCB板放入油墨固化机烘干，使碳粒在孔内更好的吸附，增强活化能力。

（7）微蚀

将烘干的PCB板放入微蚀液中，将表面上的碳粒去掉。

（8）水洗

去除微蚀药水残留以免影响下一个工序的液体。

（9）加速

除去微蚀时在覆铜板表面产生的铜盐。

5）镀铜

钻好孔的敷铜板经过化学沉铜工艺后，其玻璃纤维基板的孔壁已附上薄薄的一层铜，具有较好的导电性，为化学镀铜提供了必要条件。

由于化学沉铜粘附的铜厚度很薄，且结合力不强，因此需要采用化学镀铜的方法使孔壁铜层加厚、结合力加强。

其操作方法如下：

（1）用不锈钢夹具将沉好铜的PCB板夹好，将PCB板需要镀铜的部分全部浸入镀铜液中，不锈钢夹具挂钩挂在镀铜机阴极挂杆上。

（2）用电流调节按钮调节适宜的电流。

（3）电镀时间以30分钟左右，待电镀完成后，取出PCB板用清水冲洗干净。

3.图形转移

图为：

图形转移的流程

图形转移是将底片上的电路图像转移到覆铜板上，线路图形用电镀锡保护，经后续去膜腐蚀即可完成线路制作。

湿膜工艺使用专用液态感光线路油墨（具有强抗电镀性）来制作高精度的线路板。

图形转移的详细流程如下：

水洗→抛光→烘干→刷感光线路油墨→烘干→线路底片对齐→曝光→显影→水洗→微蚀→水洗→镀锡→水洗→脱膜→水洗→蚀刻→水洗→褪锡，如图所示。

1）水洗、抛光及烘干

水洗、抛光及烘干的目的在于为了保证下步的线路感光油墨印刷效果，让覆铜板和感光油墨结合致密、均匀。

2）刷感光线路油墨及烘干

热转印方法及雕刻法不适应高精度线路板的制作，在此采用专用液态感光线路油墨，来制作高精度的线路板。

操作步骤：

表面清洁→固定丝网框→粘边角垫板→放料→调节丝网框的高度→刮油墨→烘干→回收油墨→清洗网框。

（1）表面清洁：

将丝印台有机玻璃台面上的污点用酒精清洗干净。

（2）固定丝网框：

将丝网框固定在丝印台上，用固定旋钮拧紧。

（3）粘边角垫板：

在丝印机底板粘上边角垫板，主要用于刮双面板，防止刮好的面与工作台磨擦使油墨损坏。

（4）放料：

把需要刮油墨的覆铜板放上去。

（5）调节丝网框的高度:

调节丝网框的高度，主要是为了在刮油墨时不让网与板粘在一起，用手按网框，感觉有点向上的弹性即可，这样便于网与板的分离。

（6）刮油墨:

在丝网上涂抹一层油墨，一手拿刮刀，一手压紧丝网框，刮刀以45度倾角顺势刮过来。

揭起丝网框，即实现了一次油墨印刷，刮完一面反过来刮另一面即可。

（7）烘干：

刮好感光油墨的线路板需要烘干，根据感光油墨特性，温度为75℃，双面烘干时间为20分钟。

板件烘干后放置时间最好不超过24小时，否则对后续曝光有影响。

（8）回收油墨。

（9）清洗网框：

经使用后的网框要及时清洗，若长时间暴露在光线中，将清洗困难。

刷感光线路油墨前后的电路板，如图所示。

图为:

刷感光线路油墨前后的电路板

图为:

线路底片对齐图为:

显影

3）线路底片对齐

将菲林对位桌的电源打开，通过定位孔将底片与曝光板一面用透明胶固定好，同时确保板件其它孔与底片的重合，然后按相同方法固定另一面底片，如图所示。

4）曝光

将板件放在干净的曝光机玻璃面上，盖上机盖并扣紧，设置曝光时间为15秒。

开启电源按钮，打开抽真空开关抽真空，30秒后开启曝光按钮，待曝光灯媳灭，曝光完成。

关闭抽真空按钮，松开上盖扣紧锁，取出板件然后按上序曝光另一面。

5）显影

显影是将没有曝光的湿膜层部分除去得到所需电路图形的过程，单片机学习仪简化板PCB的显影效果如图所示。

6）镀锡

化学电镀锡主要是在PCB板的线路部分镀上一层锡，用来保护线路部分不被蚀刻液腐蚀，同时增强线路板的可焊接性。

镀锡与镀铜原理一样，只不过镀铜是整板镀铜，而镀锡是线路部分镀锡。

化学电镀锡之前，电路板要经过水洗、微蚀及再水洗操作，目的是保证镀锡效果。

7）脱膜

经过镀锡后留下的膜全部都要去掉才能漏出铜层，而这些铜层都是非线路部分，需要蚀刻掉。

所以，蚀刻前需要把电路板上所有的膜清洗掉，漏出非线路铜层。

脱膜后用水洗干净的电路板如图所示。

图为:

脱膜之后的PCB板图为:

蚀刻之后的PCB板

8）蚀刻

腐蚀是以化学方法将覆铜板上不需要的铜箔除去，使之形成所需要电路图形。

打开全自动蚀刻机电源开关，设定好温度，即开始对腐蚀液加热，待蚀刻液温度升至机器设定温度后，将显完影的线路板用防腐挂钩挂好，置于碱性蚀刻槽中，约1分钟左右取出线路板，检查是否腐蚀完毕，如有部分铜箔未腐蚀完，需再置于蚀刻液中腐蚀片刻。

腐蚀完后经水洗的电路板如图5-3-145所示。

图为:

褪锡之后的PCB板

9）褪锡

蚀刻完成的线路板，需要通过化学的方法褪掉保护线路的锡层，使线路还原出本来的铜皮，褪锡之后的电路板如图所示。

4.阻焊制作

阻焊制作的流程如下：

水洗→烘干→刷感光阻焊油墨→烘干→曝光→显影，如图所示。

1）水洗及烘干

目的在于为了保证下步的感光阻焊油墨印刷效果，让覆铜板和感光阻焊油墨结合致密、均匀。

2）印刷感光阻焊油墨

感光阻焊油墨适用于双面及多层印刷线路板。

硬化后具有优良的绝缘性及耐热性，可耐热风整平，与线路感光油墨的印刷方法完全一样。

刷完后需放在阴凉不通风的环境下静置15分钟。

刷完感光阻焊油墨的PCB板如图所示。

图为:

刷完感光阻焊油墨的PCB板图为：

阻焊显影之后的PCB板

3）烘干

刮完阻焊油墨之后需要烘干，烘干温度为75℃，时间为30分钟。

实际操作中，可根据阻焊膜印制厚度的不同，设定合适的烘干时间。

4）曝光

操作方法与线路感光油墨曝光一样，曝光时间为55秒。

5）阻焊显影

阻焊显影是将要焊接的部份全露出金属，方便焊接，与线路显影方法完全一样。

阻焊显影之后的PCB板如图所示。

5.字符制作

在印刷好阻焊油墨的线路板上印文字和图形，主要作用是标示器件类型、外观、序号、极性和安装方式，接线端子（接口）名称等，同时美化板面。

字符制作的流程如下：

水洗→烘干→刷感光文字油墨→烘干→曝光→显影→水洗→热固化，如图5-3-150所示。

图为：

字符制作的流程

1）水洗及烘干

目的在于保证下步的感光文字油墨印刷效果，让覆铜板和感光文字油墨结合致密、均匀。

2）感光文字油墨印刷

感光文字油墨印刷使用120T丝网框，感光字符油墨：

固化剂=3:

1，如果油墨比较黏的话，需要加入少量油墨稀释剂，油墨一定要调整得细腻。

将感光胶倒在刮胶器上，并均匀分布在刮胶器的刮刀口，将丝网框与地面成60°角，刮胶器与丝网成45°角，从下往上单向用力均匀地在丝网上刮上一层感光胶，切忌来回刮胶或用力过猛或用力过轻，确保感光胶层均匀，并具有一定的厚度。

丝网感光胶印刷的操作必须在光线不是很强的环境里进行。

刷完感光文字油墨的PCB板如图所示。

图为:

刷完感光文字油墨的PCB板图为:

文字显影之后的PCB板

3）烘干

刷好的文字油墨要用烘干机烘干后才可以使用，烘干时间为20分钟，温度为75度。

4）曝光

方法与线路感光油墨曝光一样，曝光时间为80-120秒。

5）文字显影

文字显影是将线路板印上文字和图形显示出来，与线路显影方法完全一样，显影完后水洗，文字显影之后的PCB板如图所示。

6）热固化

将印刷好文字油墨的PCB板进行热固化，热固化温度为150度，时间为30分钟。

6.成膜与切边

成膜与切边的流程如下：

OSP除油→水洗→微蚀→纯水洗→成膜→切边。

1）OSP除油、水洗、微蚀及纯水洗

目的在于保证下步的OSP成膜效果。

2）成膜

其目的是在裉锡后的铜面上形成一层均匀、透明的有机膜，该涂覆层具有优良的耐热性，能适用于助焊剂和锡膏在高温条件下耐多次SMT，同时可有效地防止铜层被氧化。

3）切边

使用雕刻钻铣一体机进行铣边，完成制作的HX108-2型收音机电路的PCB板如图所示。

图为:

完成制作的HX108-2型收音机电路PCB板