PCB板制作流程设计DOC.docx
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PCB板制作流程设计DOC
电磁兼容论文
电子与信息工程学院
班级：
电气11
姓名：
葉晓龍
学号：
1234567890
PCB板制作流程设计
摘要:
电子设备要求高性能化、高速化和轻薄短小化，而作为多学科行业，PCB是高端电子设备最关键技术。
PCB产品中无论刚性、挠性、刚-挠结合多层板，以及用于IC封装基板的模组基板，为高端电子设备做出巨大贡献。
PCB制造行业作为电子信息行业的上游行业，近两年受消费类电子尤其是手机、PC等的拉动，国际和国内的PCB行业都进入了景气上升阶段，未来随着3G手机的应用和数字电视销量的迅猛增长，PCB行业的景气度将进一步高涨。
关键词：
电子部件;PCB；PCB成型
PCB的发展史、发展前景和PCB的设计
印制电路板的发明者是奥地利人保罗·爱斯勒，他于1936年在一个收音机装置内采用了印刷电路板。
自20世纪50年代中期起，印刷电路版技术才开始被广泛采用。
电子基础产品是电子信息产品产业链中十分重要的一环，也是关系到我国电子强国战略目标能否实现的重要领域之一，对国民经济的发展和国家安全具有十分重要的战略意义。
全面的分析我国PCB产业所面临的市场趋势和技术发展趋势,认真地总结经验教训,找准行业发展的重点,对在今后一段时间内加速发展我国PCB产业是十分重要的.
印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。
印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子组件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。
PCB的分类
1以材质分
（1）有机材质酚醛树脂玻璃纤维/环氧树脂等皆属之
（2）无机材质铝CopperInver-copperceramic等皆属之
2以成品软硬区分
（1）硬板RigidPCB
（2）软板FlexiblePCB
（3）软硬板Rigid-FlexPCB
3以结构分
（1）单面板
在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。
称这种PCB叫作单面板。
因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。
（2）双面板
这种电路板的两面都有布线。
不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。
因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错，它更适合用在比单面板更复杂的电路上。
（3）多层板
为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。
多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。
板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。
大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上可以做到近100层的PCB板。
大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。
PCB的作用和扮演的角色
PCB几乎会出现在每一种电子设备当中。
它是所有电子设备的载体，只要有集成电路等电子元器件，为了它们之间电气互连，都要使用印制板。
在较大型的电子产品研制过程中，最基本的成功因素是该产品的印制板的设计、文件编制的制造。
PCB的功能为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。
所以PCB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，也因此时常电子产品功能故障时，最先被质疑往往就是PCB.
PCB具有的功能：
供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。
实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气接或电绝缘。
提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。
为自动锡焊提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。
PCB从单面发展到双面、多层和挠性，并仍保持各自的发展趋势。
由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展，不断缩小体积，减轻成本，提高性能，使得PCB在未来电子设备的发展过程中，仍然保持强大的生命力。
PCB流程制作
一、PCB制作的准备
1基板
PCB基板概念：
PCB板的原始物料是覆铜基板，简称基板。
基板是两面有铜的树脂板。
对板材的要求：
一是耐燃性，二是Tg点，三是介电常数。
电路板必须耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。
这时的温度点就叫做玻璃态转化温度（Tg点），这个值关系到PCB板的尺寸安定性。
在高阶应用中，客户有时会对板材的Tg点进行规定。
介电常数是一个描述物质电特性的量，在高频线路中，信号的介质损失（PL）与基板材料有关，具体而言与介质的介电常数的平方根成正比。
介质损失大，则吸收高频信号、转变为热的作用就越大，导致不能有效地传送信号。
PCB基板组成:
基板由基材和铜箔组成，FR-4基材是树脂加玻纤布，玻纤布就是玻璃纤维的织物，将玻纤布在液态的树脂中浸沾，再压合硬化得到基材。
PCB基板材质的选择
（1）镀金板
镀金板制程成本是所有板材中最高的，但是目前现有的所有板材中最稳定，也最适合使用于无铅制程的板材，尤其在一些高单价或者需要高可靠度的电子产品都建议使用此板材作为基材。
（2）OSP板
OSP制程成本最低，操作简便，但此制程因须装配厂修改设备及制程条件且重工性较差因此普及度仍不佳，使用此一类板材，在经过高温的加热之后，预覆于PAD上的保护膜势必受到破坏，而导致焊锡性降低，尤其当基板经过二次回焊后的情况更加严重，因此若制程上还需要再经过一次DIP制程，此时DIP端将会面临焊接上的挑战。
（3）化银板
现今的“浸镀银”并非以往单纯的金属银，而是跟有机物共镀的”有机银”因此已经能够符合未来无铅制程上的需求，其可焊性的的寿命也比OSP板更久。
（4）化金板
此类基板最大的问题点便是”黑垫”的问题，因此在无铅制程上有许多的大厂是不同意使用的，但国内厂商大多使用此制程。
（5）化锡板
此类基板易污染、刮伤，加上制程会氧化变色情况发生，国内厂商大多都不使用此制程，成本相对较高。
（6）喷锡板
因为成本低，焊锡性好，可靠度佳，兼容性最强，但这种焊接特性良好的喷锡板因含有铅，所以无铅制程不能使用。
2铜箔
铜箔是在基板上形成导线的导体，铜箔的制造过程有两种方法：
压延与电解。
压延就是将高纯度铜材像擀饺子皮那样压制成厚度仅为1密耳（相当于0.0254mm）的铜箔。
电解铜箔的制作方法是利用电解原理，使用一个巨大的滚动金属轮作为阴极，CuSo4作为电解液，使纯铜在滚动的金属轮上不断析出，形成铜箔。
铜箔的规格是厚度，PCB厂常用的铜箔厚度在0.3～3.0密耳之间。
3PP
PP是多层板制作中不可缺少的原料，它的作用就是层间的粘接剂。
简单地说，处于b-stage的基材薄片就叫做PP。
PP的规格是厚度与含胶（树脂）量。
4干膜
感光干膜简称干膜，主要成分是一种对特定光谱敏感而发生光化学反应的树脂类物质。
实用的干膜有三层，感光层被夹在上下两层起保护作用的塑料薄膜中。
按感光物质的化学特性分类，干膜有两种，光聚合型与光分解型。
光聚合型干膜在特定光谱的光照射下会硬化，从水溶性物质变成水不溶性，而光分解性恰好相反。
5防焊漆
防焊漆实际上是一种阻焊剂，是对液态的焊锡不具有亲和力的一种液态感光材料，它和感光干膜一样，在特定光谱的光照射下会发生变化而硬化。
使用时，防焊漆中还要和硬化剂搅拌在一起使用。
防焊漆也叫油墨。
我们通常见到的PCB板的颜色实际上就是防焊漆的颜色。
6底片
这里涉及到的底片类似于摄影的底片，都是利用感光材料记录图像的材料。
客户将设计好的线路图传到PCB工厂，由CAM中心的工作站将线路图输出，但不是通过常见的打印机，而是光绘机，它的输出介质就是底片也叫菲林（film）。
胶片曝光的地方呈黑色不透光，反之是透明的。
底片在PCB工厂中的作用是举足轻重的，所有利用影像转移原理，要做到基板上的东西，都要先变成底片。
二、PCB流程制作
1、PCB的层别
PCB板是分层的，夹在内部的是内层，露在外面可以焊接各种配件的叫做外层。
无论内层外层都是由导线、孔和PAD组成。
导线就是起导通作用的铜线；孔分为导通孔与不导通孔，分别简称为PT和NP。
PAD是对PT孔周围的铜环和IC引脚在板面上的焊垫的统称。
2、内层板步骤
由于内层被“夹”在板子中间，所以多层板必须先做内层线路。
底片上的线路变成电路板铜的过程，是通过影像转移即利用感光材料来把图形从一种介质转移到另一种介质上。
总的结果就是，CAM工作站中的线路图经Plotter输出转移到底片上，再经过上述过程转移到基板上。
影像转移的方法在PCB厂中应用广泛，不仅在制作线路时，而且在制作防焊、网版等需要精确控制图形的场合都有其用武之地。
（1）下料（裁板）
下料就是针对某个料号的板子为其准备生产资料。
包括裁板、裁PP、铜箔木垫板等物料。
裁板就是将大张的标准规格基板裁切成料号制作资料中制定的wpnl尺寸。
裁板使用裁板机裁板目的:
依制前设计所规划要求,将基板材料裁切成工作所需尺寸
主要原物料:
基板;锯片
基板由铜皮和绝缘层压合而成,依要求有不同板厚规格,依铜厚可分为H/H;1oz/1oz;2oz/2oz或混合H/1„等种类
（2）前处理线
这是以后各个站别都要经过的处理步骤，总体来讲其作用是清洁板子表面，避免因为手指油脂或灰尘给以后的压膜带来不良影响。
内层前处理线有一个重要的作用就是将原本相对光滑的铜面微蚀成相对粗糙以利于与干膜的结合。
前处理使用的清洁液与微蚀液是硫酸加双氧水（H2SO4＋H2O2）
（3）无尘室（包括压膜、曝光）
a压膜
干膜是三层结构，压膜机压膜时会自动将与板面结合的一侧mylay（就是塑料薄膜）膜撕下来。
经过前处理的wpnl一块块由传送带进入无尘室进行压膜、曝光。
先介绍一下无尘室，在电路图形转移过程中，对工作室的洁净程度要求非常高，至少要在万级无尘室中进行压膜曝光工作。
为确保图形转移的高质量，还要保证室内工作条件，控制室内温度在21±1℃、相对湿度55%～60%，这是为了保证板子和底片的尺寸稳定。
因为板子和底片的组成材料都是有机高分子材料，对温湿度十分敏感。
只有整个生产过程中都在相同的温湿度下，才能保证板子和底片不会发生涨缩现象，所以现在的PCB工厂中生产区都装有中央空调控制温湿度。
要生产的基板上必须贴上一层干膜，这由压膜机完成。
b曝光
压膜后的wpnl应尽快曝光，因为感光干膜有一定保质期。
曝光使用曝光机，曝光机内部会发射高强度UV光（紫外光），照射覆盖着底片与干膜的基板，通过影像转移，曝光后底片上的影像就会反转转移到干膜上。
曝光机曝光前要抽真空，这是为了避免气泡引起折射。
同时灰尘颗粒也会引起折射，折射的光就是偏离了直线传播的光，这必然会导致转移到干膜上的线路图失真。
更为严重的是灰尘颗粒会粘在板面上阻挡光照造成杂质断路或短路。
万级无尘室是标准配置，如果生产高精密度的电路板，更高级别的无尘室也是必须的，虽然造价高昂（例如IC工厂的无尘室）。
因为感光干膜对黄光不敏感，不会曝光
（4）蚀刻线
曝光完成后的板子经过静置，就进入蚀刻线。
蚀刻线分为三个部分：
显影段、蚀刻段和剥膜段。
长长的生产线有数十个槽体。
槽内有上下两排管道喷头给从传送带上经过的wpnl“冲淋浴”。
在各个槽内的“淋浴液”不同，分别完成各自的任务。
（5）AOI检验（自动光学检测）
目的：
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，找出缺点位置
多层板成型段
一、内层线路板压合
压合是将单张的内层基板以PP作中介再加上铜箔结合成多层板。
这套工作由压合机完成的。
压合机是一个密闭的金属桶，里面有由下而上由多个托盘组成的夹层，板子就放在这些夹层里。
这些托盘都是热板，里面装着滚烫的油，油温受计算机控制。
最下方的托盘下有一个液压机械臂向上举重似的给上面的所有板子以压力，压力的大小也是可控的。
现代的压合机内部会被抽成真空，以防止熔融的PP中出现气泡而影响层间结合力，同时有助于熔融树脂的均匀分布。
具体生产流程：
棕化→铆合→迭板→压合→后处理
1、棕化（黑化）
目的：
（1）粗化铜面,增加与树脂接触表面积
（2）增加铜面对流动树脂之湿润性
（3）使铜面钝化,避免发生不良反应
主要原物料：
棕化药液将基板与PP紧密结合在一起，与内层前处理相同，我们有必要将两者的表面刷磨粗糙一点以增加接触面积，而PP为树脂，化学性质稳定，我们只有打内层基板的主意。
使用与内层前处理段使用过的办法，即用强氧化剂将内层板面上的铜氧化使其表面粗糙，由于氧化铜的颜色是黑色的，所以这道工序又叫做黑化。
这就是多层板的内层从表面看上去是黑色的缘故。
2、铆合（预迭）
目的:
（四层板不需铆钉）利用铆钉将多张内层板钉在一起,以避免后续加工时产生层间滑移。
铆钉将多张内层板钉在一起，方便后续加工。
主要原物料:
铆钉;P/P
（1）P/P:
玻璃纤维布用在线路板中主要是作为一绝缘层，因为它有很好的电绝缘性，耐高温性以及尺寸安定等特性。
其生产方法为:
首先将玻璃高温熔融，然后让其经一筛形装置流出成丝，再将单丝按一定规格捻成束，最后就可以织成布。
（2）玻璃布的种类有很多，但在线路板业，常用的玻璃布却只有少数几种由树脂和玻璃纤维布组成,据玻璃布种类可分为1060;1080;2116;156;7628等几种。
（3）树脂据胶流状况可分为:
1.A阶（完全未固化）;在制造该物料溶化时的状态。
2.B阶（半固化）;生产中使用的全为B阶状态的P/P。
3.C阶（完全固化）三类,基板中的胶片为已完全硬化的全聚合状态的胶片。
3、迭板
目的：
将预迭合好之板迭成待压多层板形式
铜皮是做内层线路的基础，因为铜具有良好的导电性，延展性等特性。
电路板行业中所用铜皮一般都为电镀铜皮。
其制造方法为先将一些回收的废铜对象如废铜线，铜皮，铜块等溶于一大槽中，经过滤后溶液流入一电镀槽中，然后以一惰性电极为阳极，以一金属滚轮为阴极电镀而成。
4、压合
目的：
通过热压方式将迭合板压成多层板
主要原物料:
牛皮纸;钢板
迭好的板子会被自动运输车运送上压合机，压合机会按照设定好的参数压合，然后板子会被自动送下来，整个过程基本都是自动化过程。
5.后处理
目的:
经割剖；打靶；捞边；磨边等工序对压合之多层板进行初步外形处理以便后工序生产品质控制要求及提供后工序加工之工具孔
主要原物料:
钻头;铣刀
二、内层线路板钻孔
钻孔流程：
上PIN→钻孔→下PIN
（1）上PIN
目的是对于非单片钻之板,预先按STACK之要求钉在一起,便于钻孔,依板厚和工艺要求每个STACK可两片钻,三片钻或多片钻。
主要原物料为PIN。
注意事项:
上PIN时需开防呆检查,避免因前制程混料造成钻孔报废
（2）钻孔
目的是在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔。
主要原物料为钻头;盖板;垫板
钻头:
碳化钨,钴及有机黏着剂组合而成
盖板:
主要为铝片,在制程中起钻头定位;散热;减少毛头;防压力脚压伤作用
垫板:
主要为复合板,在制程中起保护钻机台面;防出口性毛头;降低钻针温度及清洁钻针沟槽胶渣作用
（3）下PIN
目的是将钻好孔之板上的PIN针下掉,将板子分开后出货。
三、内层线路板镀铜
整条镀铜生产线分为两段：
化学沉铜（PTH）和电镀。
1化学沉铜（PTH）
湿润槽→整孔槽→水洗槽→微蚀槽→水洗槽→预浸槽→活化槽→水洗槽→速化槽→化学铜→水洗槽→烘干槽
化学沉铜在生产中，利用化学反应在整个wpnl表面上沉积上一层薄的铜。
化学铜的沉积质量直接影响后面电镀铜质量以及内层之间导体连接的可续性。
作用是在孔内沉铜
2电镀
电镀段将设定好电流强度的直流强电流接到板子上，浸在装满电镀液的槽内。
经过一段时间孔壁上就有了足够厚的铜了。
电镀的原理很简液中的铜离子向阴极电泳沉积。
四、外层线路板成型
目的是经过钻孔及通孔电镀后,内外层已经连通,本制程制作外层线路,以达电性的完整
1前处理
目的是去除铜面上的污染物，增加铜面粗糙度,以利于后续的压膜制程
重要原物料为刷轮
2压膜
目的是通过热压法使干膜紧密附着在铜面上.
重要原物料为干膜（Dryfilm）
溶剂显像型半水溶液显像型碱水溶液显像型
水溶性干膜主要是由于其组成中含有机酸根，会与强碱反应使成为有机酸的盐类，可被水溶掉。
3曝光（Exposure）
制程目的:
通过imagetransfer技术在干膜上曝出客户所需的线路
重要的原物料：
底片外层所用底片与内层相反，为正片，底片黑色为线路白色为底板（白底黑线），白色的部分紫外光透射过去，干膜发生聚合反应，不能被显影液洗掉。
4、显影（Developing）
制程目的是把尚未发生聚合反应的区域用显像液将之冲洗掉,已感光部分则因已发生聚合反应而洗不掉而留在铜面上成为蚀刻或电镀之阻剂膜.
重要原物料为弱碱（Na2CO3）
多层板后续流程
一、防焊
制程目的：
留出板上待焊的通孔及其pad，将所有线路及铜面都覆盖住，防止波焊时造成的短路,并节省焊锡之用量。
护板：
防止湿气及各种电解质的侵害使线路氧化而危害电气性质，并防止外来的机械伤害以维持板面良好的绝缘.
绝缘：
由于板子愈来愈薄,线宽距愈来愈细,故导体间的绝缘问题日形突显,也增加防焊漆绝缘性质的重要性。
防焊漆,俗称"绿漆",为便于肉眼检查，故于主漆中多加入对眼睛有帮助的绿色颜料
二、印文字.
目的是给线路板上提供文字，有白、黄、黑等颜色标记，为元件安装和今后维修印制板提供信息。
原理是印刷及烘烤，主要原物料为文字油墨。
操作流程：
批量管制卡，网版，安装，检查，开油，第一面，烤板，第二面，后烤
把待印字符的负责制板旋转在固定位置上，放下网框，然后双手拿住刮刀，以一定的倾角用均匀的力在刮印网面上从前往后，使印料受到刮刀压力透过印网孔均匀的印到板上，刮印结束后掀开网框，并刮回封网印料，取出网印完毕的板检查网印质量合格后插在框架中，待后固化。
三、加工
1化金
目的：
1.平坦的焊接面
2.优越的导电性、抗氧化性
原理是置换反应
主要原物料为金盐
2ENTEK（护铜）
目的：
1.抗氧化性
2.低廉的成本
原理是金属有机化合物与金属离子间的化学键作用力主要原物料：
CU-106A
3金手指
目的：
优越的导电性、抗氧化性、耐磨性
原理：
氧化还原主要原物料：
金盐
4化银
目的：
1.抗氧化性
2.平整的焊接面
原理：
化学置换主要原物料：
银的螯合物
制程要点：
水质（DI水，不可含Cl，S离子）手套，放置时间，厚度，重工次数
四、成型
目的：
为了让板子符合客户所要求的规格尺寸，必须将外围没有用的边框去除之。
若此板子是Panel出货（连片），往往须再进行一道程序，也就是所谓的V-cut，让客户在Assembly前或后，可轻易的将Panel折断成Pieces。
又若PCB是有金手指之规定，为使容易插入，connector的槽沟，因此须有切斜边（Beveling）的步骤。
原理：
数位机床机械切割根据客户要求的外型，将待冲的板子放在冲压模具上，利用瞬间机械冲击力，将板子按照模具的形状，冲切成型。
注意事项如下：
1.铣刀直径大小的选择，须研究清楚尺寸图的规格，包括SLOT的宽度，圆弧直径的要求（尤其在转角），另外须考虑板厚及STACK的厚度。
一般标准是使用1/8in直径的RoutingBits。
2.程序路径是以铣刀中心点为准，因此须将铣刀半径offset考虑进去.
3.考虑多片排版出货，客户折断容易，在程序设计时，有如下不同的处理方式
4.若有板边部份须电镀的规格，则在PTH前就先行做出Slot5.RoutingBit在作业时，会有偏斜（deflect）产生，因此这个补偿值也应算入
金手指斜边：
将电路板之有金手指部份，以去倒角方式得到符合蓝图尺寸的双斜边。
其机械原理是指用上下两高速旋转的端头以一定之角度对输送带所输送之材料做斜面切屑，以刮除无用之部份，使金手指前端形成双斜边的一种加工方式。
目的：
让带有金手指板进行倒角加工,便于下制程组装作业原理：
高速旋转切割主要原物料：
斜边刀
参考文献
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