PCB制造的过程及工艺精析模板.doc

PCB 制造过程及工艺首先：PCB（印刷电路板）原料是什么呢？大家知道有种东西叫玻璃纤维吧，这种材料我们在日常生活中出处可见，比如防火布、防火毡关键就是玻璃纤维，玻璃纤维很轻易和树脂相结合，我们把结构紧密、强度高玻纤布浸入树脂中，硬化就得到了隔热绝缘、不易弯曲PCB基板了-假如把PCB板折断，边缘是发白分层，足以证实材质为树脂玻纤。 然后呢？光是绝缘板我们可不能传输电信号，于是需要在表面覆铜。所以我们把PCB板也称之为覆铜基板。在工厂里，常见覆铜基板代号是FR-4，这个在各家板卡厂商里面通常没有区分，所以我们能够认为大家全部处于同一起跑线上，当然，假如是高频板卡，最好用成本较高覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。 覆铜工艺很简单，通常能够用压延和电解措施制造，所谓压延就是将高纯度（99.98）铜用碾压法贴在PCB基板上-因为环氧树脂和铜箔有极好粘合性，铜箔附着强度和工作温度较高，能够在260熔锡中浸焊而无起泡。这个过程颇像擀饺子皮，不过饺子皮可是很薄很薄喔，最薄能够小于1mil（工业单位：密耳，即千分之一英寸，相当于0.0254mm）呢！假如饺子皮这么薄话，下锅肯定漏馅！所谓电解铜个在初中化学已经学过，CuSo4电解液能不停制造一层层铜箔，这个更轻易控制厚度，时间越长铜箔越厚！通常厂里对铜箔厚度有很严格要求，通常在0.3mil和3mil之间，有专用铜箔厚度测试仪检验其品质。像古老收音机和业余爱好者用PCB上覆铜尤其厚，比起电脑板卡工厂里品质差了很远。 为何要让铜箔这么薄呢？关键是基于两个理由：一个是均匀铜箔能够有很均匀电阻温度系数，介电常数低，这么能让信号传输损失更小，这和电容要求不一样，电容要求介电常数高，这么才能在有限体积下容纳更高容量，电容为何比铝电容个头要小，归根结底是介电常数高啊！其次，薄铜箔经过大电流情况下温升较小，这对于散热和元件寿命全部是有很大好处，数字集成电路中铜线宽度最好小于0.3cm也是这个道理。制作精良PCB成品板很均匀，光泽柔和（因为表面刷上阻焊剂），这个用肉眼能看出来，不过老实说光看覆铜基板能看出好坏人还真不多，除非你是厂里经验丰富品检。 有好友问了，对于一块全身包裹了铜箔PCB基板，我们怎样才能在上面安放元件，实现元件-元件间信号导通而非整块板导通呢？那我要问一句了，你有没有看到一块主板表面全部是铜-回复当然是：没有！板上全部是弯弯绕绕铜线，电信号就是经过铜线来传输，那么答案很简单，把铜箔蚀掉不用部分，留下铜线部分不就OK了？ 好，那么这一步是怎样完成呢？好，我们需要包含一个概念：那就是线路底片或称之为线路菲林，我们将板卡线路设计用光刻机印成胶片，然后把一个关键成份对特定光谱敏感而发生化学反应感光干膜覆盖在基板上，干膜分两种，光聚合型和光分解型，光聚合型干膜在特定光谱光照射下会硬化，从水溶性物质变成水不溶性而光分解型则恰好相反。好，这里我们就用光聚合型感光干膜先盖在基板上，上面再盖一层线路胶片让其曝光，曝光地方呈黑色不透光，反之则是透明（线路部分）。光线经过胶片照射到感光干膜上-结果怎么样了？通常胶片上透明通光地方干膜颜色变深开始硬化，紧紧包裹住基板表面铜箔，就像把线路图印在基板上一样，接下来我们经过显影步骤(使用碳酸钠溶液洗去未硬化干膜)，让不需要干膜保护铜箔露出来，这称作脱膜（Stripping）工序。 接下来我们再使用蚀铜液(腐蚀铜化学药品)对基板进行蚀刻，没有干膜保护铜全军覆没，硬化干膜下线路图就这么在基板上展现出来。这整个过程有个叫法叫影像转移，它在PCB制造过程中占很关键地位。 接下来自然是制作多层板啦！根据上述步骤制作只是单面板，即使两面加工也是双面板而已，不过我们常常能够发觉自己手中板卡是四层板或六层板（甚至有8层板），这到底是怎么制造出来呢？ 有了上面基础，我们明白其实不难，做两块双面板然后粘起来就行啦！比如我们做一块经典四层板（根据次序分14层，其中1/4是外层，信号层，2/3是内层，接地和电源层），先呢分别做好1/2和3/4（同一块基板），然后把两块基板粘一块不就OK了？不过这个粘结剂可不是一般胶水，而是软化状态下树脂材料，它首先是绝缘，其次很薄，和基板粘合性良好。我们称之为PP材料，它规格是厚度和含胶（树脂）量。当然，通常四层板和六层板我们是看不出来，因为六层板基板厚度比较薄，即使要用两层PP三块双面基板，也未见得比一层PP两块双面基板四层板能增加多少厚度-板卡厚度全部有一定规范，不然就插不进多种卡槽中了。说到这里，读者又会产生疑问，那个多层板之间信号不是要导通吗？现在PP是绝缘材料，怎样实现层和层之间互联？别急，我们在粘结多层板之前还需要钻孔！钻了孔能够将电路板上下位置对应铜线对起来，然后让孔壁带铜，那么不是相当于导线将电路串联起来了吗？这种孔我们称之为导通孔（Plating hole，简称PT孔，我喜爱叫扑通孔，呵呵）。这些孔需要钻孔机钻出来，现代钻孔机能钻出很小很小孔和很浅孔，一块主板上有成百上千个大小迥异深浅不一孔，我们用高速钻孔机起码要钻一个多小时才能钻完。钻完孔后，我们再进行孔电镀（该技术称之为镀通孔技术，Plated-Through-Hole technology，PTH），让孔导通。 孔也钻了，里外层全部通了，多层板粘好了，是不是完事了呢？我们回复是No，因为主板生产需要大量进行焊接，假如直接焊接，会产生两个严重后果：一、板卡表面铜线氧化，焊不上；二、搭焊现象严重-因为线和线之间间距实在太小了啊！所以我们必需在整个PCB基板外面再包上一层装甲-这就是防焊漆，也就是俗称阻焊剂东东，它对液态焊锡不含有亲和力，而且在特定光谱光照射下会发生改变而硬化，这个特征和干膜类似，我们看到板卡颜色，其实就是防焊漆颜色，假如防焊漆是绿色，那么板卡就是绿色，对应五颜六色怎么来大家全部清楚了吧？最终大家不要忘了网印、金手指镀金（对于显卡或PCI等插卡来说）和质检，测试PCB是否有短路或是断路情况，能够使用光学或电子方法测试。光学方法采取扫描以找出各层缺点，电子测试则通常见飞针探测仪（Flying-Probe）来检验全部连接。电子测试在寻求短路或断路比较正确，不过光学测试能够更轻易侦测到导体间不正确空隙问题。 总结一下，一家经典PCB工厂其生产步骤以下所表示： 下料内层制作压合钻孔镀铜外层制作防焊漆印刷文字印刷表面处理外形加工。 至此，整个PCB制造步骤已经全方面介绍完成，下面我们就结合图片来参观精英鑫华宝讯厂-迄今为止中国最大PCB板制造基地之一。 这是对PCB做中检，假如不合格可是要返工哦！看工人一丝不苟样子，要经过目检和工具检测两大关，结合探针，能检验出线路板通断。 室内温度必需保持在242、相对湿度4065，这是为了确保PCB基板和底片尺寸稳定。因为板子和底片组成材料全部是有机高分子材料，对温湿度十分敏感。只有整个生产过程中全部在相同温湿度下，才能确保板子和底片不会发生涨缩现象，所以现在PCB工厂中生产区全部装有中央空调控制温湿度。假如超出温度极限，这个东东兼起报警器作用。 这个仪器叫AOI（Automatic Optical Inspection，自动光学检验），比较高级，除了高倍放大外，AOI能进行裸板外观品质测试。AOI是集光学、计算机图形识别、自动控制多学科于一身高技术产品，它内部存有上百种板面缺点图样特征。工作时操作人员先将待检板固定在机台上，AOI会用激光定位器正确定位CCD镜头来扫描全板面。将得到图样抽象出来和缺欠图样比对，以此来判定PCB线路制作是否有问题。像常见线路缺口、短断路、蚀刻不全等全部能够凭借AOI找出来。AOI能够指出问题类型和在板子上位置。关键是它分析软件。AOI技术世界领跑者是以色列人，之所以这么听说是因为以色列处于阿拉伯各国环视之中，戒备心理极强，所以其雷达图像识别技术首屈一指（怕人家偷袭嘛），在20世纪7080年代微电子技术大发展时，电子工业越来越需要一个高精度外观检验装置，以色列抓住机遇军品转民品大大地赚了一票。这种单价在30万美元以上设备早期被认为是PCB工厂品管严格象征，因为采取AOI后可有效地提升成品率，预防产品报废，对于多层板生产还是十分合算，所以现在AOI设备也是PCB厂必备装置了。 压膜和对片，这张照片不大清楚，内部用UV紫外线爆光 这就是专门用来曝光万级无尘室，曝光机完成影像转移工作，为何要在无尘室内进行呢？原因是灰尘会折射光线，这肯定会造成转移到干膜上线路图失真。更为严重是灰尘颗粒会粘在板面上阻挡光照造成杂质断路或短路。那么无尘室灯光是黄色，这又是为了什么？原来感光干膜对黄光不敏感，不会曝光，这和摄影底片不能暴露在阳光下而在暗室小绿灯下却没事是一个道理 这是在第二道成检，必需把表面清理洁净，检验是否脱膜和线途经分细，假如PCB出厂就来不及了。 这就是多钻头精密数控钻床，一排排整齐列兵演出很有气势。平面精度高达3mil左右，这个东东中国售价单台就价值百万人民币！看PCB厂有没有实力关键就看有多少台钻床了，通常称得上大厂起码有百台以上。这个“小小”车间就拥挤着46台，但这只是宝讯一小部分而已！ 每块主板依据孔多少在钻孔，越精细孔所花时间越多，通常有数百孔主板要加工足一个小时！所以孔径是个个兼辛劳啊！ 看看显示器上加工精度，三维座标正确到小数点后三位（单位mm），数控机床精度很高，工人采取了人工装夹方法，自然有一定误差，但机床完全数控，误差取决于机器本身精度，在设计时PCB布线需要考虑到这一点。 钻头使用很快就需检测（是几次我需要再做深入了解），因为磨损钻头严重影响其寿命和钻孔精度，使用程度全部用不一样颜色表示。很科学合理。