《PCB加工基础》PPT课件.ppt

PCB加工基础,主要内容,PCB的分类,PCB加工常用材料,PCB加工过程,特殊工艺,PCB成本影响因素,PCB常见缺陷,何为PCB及其作用,一、何为PCB及其作用,印制电路板（PCB：Printed Circuit Board)亦称印制线路板，简称印制板。所谓印制电路板是指：在绝缘基板上，有选择地加工安装孔、连接导线和装配焊接电子元器件的焊盘，以实现元器件间的电气连接的组装板。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。,主要内容,PCB加工常用材料,PCB加工过程,特殊工艺,PCB成本影响因素,PCB常见缺陷,PCB的分类,何为PCB及其作用,二、PCB的分类,印制板目前分类还没有统一的方式，目前以传统习惯一般有四种方式：1、以用途分类 电视机用印制板 民用印制板 电子玩具用印制板（消费类）VCD用印制板 通讯用印制板 工业印制板 仪器用印制板（装备类）控制台印制板 军用印制板,二、PCB的分类,2、以基材分类,环氧合成纤维印制板,聚脂合成纤维印制板 玻纤非织布、玻纤布聚脂树脂板（CRM-7）,纸玻纤布环氧印制板（CEM-1）,玻纤非织布、玻纤布环氧树脂板（CEM-3),合成纤维印制板,二、PCB的分类,3、以结构分类,二、PCB的分类,4、以表面处理分类,HASL（热风整平）ENIG（化学镍金）OSP（有机可焊性保护膜）ENIG+OSPImmersion Tin（化学锡）Immersion Silver（化学银）ENEPIG（化学镍钯金）全板镀金,ENIG,HASL,OSP,主要内容,PCB的分类,PCB加工过程,特殊工艺,PCB成本影响因素,PCB常见缺陷,何为PCB及其作用,何为PCB及其作用,PCB加工常用材料,三、PCB加工常用材料,双面PCB用基材：双面覆铜板单面PCB用基材：单面覆铜板多层PCB用基材：铜箔、半固化片、芯板,覆铜板,半固化片,三、PCB加工常用材料,3.1 PCB用基材的分类：1、按增强材料不同（最常用的分类方法）纸基板（FR-1,FR-2,FR-3)环氧玻纤布基板（FR-4,FR-5)复合基板(CEM-1,CEM-3)HDI板材（RCC)特殊基材(金属类基材、陶瓷类基材等)2、按树脂不同来分酚酫树脂板环氧树脂板聚脂树脂板BT树脂板PI树脂板3、按阻燃性能来分阻燃型（UL94-VO,UL94-V1)非阻燃型（UL94-HB级）,基板,三、PCB加工常用材料,3.2 环氧玻纤布基板主要组成:玻纤布型号：7628、2116、1080等环氧树脂（Resin）铜箔（Copper）：电解铜箔压延铜箔（主要应用在挠性覆铜板上）,玻纤布,PCB切片,三、PCB加工常用材料,3.3 半固化片（Prepreg）:半固化片主要有两种用途，一是直接用于压制覆铜板；另一种用于多层板的压合。它其实是覆铜板在制作过程中的半成品。在覆铜板生产过程中，玻纤布经上胶机上胶并有A态烘干至B态（B态是指高分子化合物已经相当部分关联，但此时物料仍然处于可熔状态），通常称为半固化片。多层板压合时，在高温高压条件下B态转变为C态。常见的半固化片规格：,三、PCB加工常用材料,3.4 基材常见性能：1）介质常数Dk（Dielectric Constant）Vp（信号传播速率）C（光速）/r（周围介质相对电容率）r也就是介电常数Dk，当r越高时信号传播速率越慢。2）介质损耗Df（Disspation Factor）PL=k*f*DfPL：信号传播损失，k：常数，f：信号频率，Df：介质损耗Df对高频信号影响更加明显，尤其是射频信号，如天线的阵子一般选用PTFE这种低损耗的材料。,三、PCB加工常用材料,3.4 基材常见性能：3）热膨胀系数CTE（Coefficient of Thermal Expansion）PCB在X.Y方向的CTE约为1215ppm/左右，但板厚Z方向由于没有约束，一般CTE在5560ppm/左右。CTE对产品的可靠性有重要的影响，CTE不匹配常常会造成器件引脚焊点断裂，从而导致功能失效。BGA蠕变疲劳裂纹,三、PCB加工常用材料,3.4 基材常见性能：4）玻璃化转变温度Tg树脂的特性随温度发生改变，常温时为一种玻璃状固体，但超过一定温度时会变成弹性固体，称为玻璃态转化。此时的热膨胀系数（CTE）高出平时数倍，可能会造成PTH孔壁的断裂，使PCB发生失效。Normal Tg：130170,主要内容,PCB的分类,PCB加工常用材料,PCB加工过程,特殊工艺,PCB成本影响因素,PCB常见缺陷,何为PCB及其作用,何为PCB及其作用,PCB加工过程,主要内容,一、何为PCB及其作用二、PCB的分类三、PCB加工常用材料四、PCB加工过程五、特殊工艺六、PCB成本影响因素七、PCB常见缺陷,四、PCB加工过程,裁板,内层干膜,叠板,通孔电镀,液态阻焊,FQC,成型,工程制作,蚀刻,机械钻孔,压合,外层干膜,二次铜及电镀锡,蚀刻,检查,HASL,电测,FQA,包装出货,曝光,贴模,前处理,显影,蚀刻,黑化或棕化处理,烘烤,叠板,压合,后处理,曝光,压膜,二次电镀铜,电镀锡,去膜,蚀刻,剥锡,丝网印刷,预烘,曝光,显影,后烘,多层板内层流程,多层板,全板电镀,外层流程,金手指,ENIG,选择性镀镍金,印文字,内层AOI,除胶渣,通孔电镀,单面或双面板,前处理,前处理,前处理,全板镀金,激光钻孔,Blinded Via,去膜,OSP,4.1 常规PCB加工流程,TENTING流程,四、PCB加工过程,4.2 典型四层板叠层以四层板为例，介绍多层板的加工过程，四层以上的PCB无非就是增加相应数量的芯板。典型四层板叠层主要为foil叠法与core叠法，如下图所示：,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作,裁板,内层干膜,叠板,蚀刻,机械钻孔,压合,曝光,贴模,前处理,显影,蚀刻,黑化或棕化,烘烤,叠板,压合,后处理,内层AOI,激光钻孔,Blinded Via,去膜,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作1、裁板将基板材料裁切成工作所需尺寸，以便于进行加工，提高加工效率。考虑涨缩影响,裁切板送下制程前需进行烘烤处理。PCB从原板到单元板的过程为：sheetpanelsetboard,board,sheet,panel,set,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作1、裁板常用sheet及panel尺寸：板材利用率：板材利用率为开料面积中的成品出货面积与开料面积的百分比。双面板一般要求达到85%以上，多层板要求达到75%以上，对PCB的成本有重要的影响。,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作1、裁板详细流程：裁板磨板边圆角洗板烘烤,裁板机,待磨边的板,磨边机,磨边机及圆角机,洗板机,清洗后的板,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形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蚀刻1）前处理用3%-5%的酸性溶液去除铜面氧化层及原铜基材上为防止铜被氧化的保护层，然后再进行微蚀处理，以得到充分粗化的铜表面，增加干膜和铜面的粘附性能。2）贴膜在加热加压的条件下将光致抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上，有湿膜与干膜两种。,前处理后铜面状况示意图,贴膜前的芯板,贴膜后的芯板,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形3）曝光经光源（常用UV光）作用将底片（菲林）上的图像转移到感光底板上。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。内层所用底片为负片，即白色透光部分发生光聚合反应，黑色部分则因不透光,不发生反应(白线黑底），外层所用底片刚好与内层相反，底片为正片。,曝光前,UV光,干膜,曝光后,已聚合部分,未聚合部分,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形4）显影用弱碱溶液（常用1%的Na2CO3溶液）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。5）蚀刻采用蚀刻液（最典型的是碱性氯化铜），将没有干膜保护的铜面蚀刻掉，形成内层图形。,显影前,显影后,蚀刻后,蚀刻前,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形蚀刻时存在侧蚀现象，判断蚀刻能力的重要参数是蚀刻因子，业界经验一般为24左右。6）去膜利用强碱（常用NaOH溶液）将保护铜面的抗蚀剂剥掉，露出线路图形。,去膜前,去膜后,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形7）内层检查内层检查一般用AOI检验，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。一般的缺陷为短路、断线、凹痕、残铜等。通过VRS系统对测试缺点进行确认，并对一些可以直接修补的确认缺点进行修补。,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形（前处理、贴膜、曝光、显影、蚀刻）,前处理线,贴膜线,曝光机组,显影前的板,显影缸,显影后的板,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形（前处理、贴膜、曝光、显影、蚀刻）,蚀刻缸,蚀刻后的板,去膜缸,完成内层线路的板,AOI测试,AOI测试,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形8）黑化或棕化处理增大铜箔的表面粗糙度，有利于树脂的充分扩散，增强铜箔表面与树脂之间的结合力。工艺流程为：除油水洗微蚀水洗预浸黑化或棕化水洗后浸水洗烘干。9）叠板把邦定/铆合后的内层配上外层半固化片和铜箔，定位于工具板上，然后把各层固定在一起。定位方式有：MASS LAM、PIN LAM。MASS LAM：没有销钉，层间对准度低，生产效率高，主要用于生产四层板，4层L12层时须先邦定或铆钉铆合。PIN LAM：有销钉定位，层间对准度高，但生产效率较低。,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形,MASS LAM方式,上热盘,下热盘,牛皮纸,牛皮纸,分隔钢板,分隔钢板,分隔钢板,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形,PIN LAM方式,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形（黑化或棕化、叠板、压合）,CCD打孔,棕化处理,棕化后的内层板,叠板,叠板,邦定后的板,四、PCB加工过程,4.3 内层图形制作2、内层图形（黑化或棕化、叠板、压合）,盖铜箔,压钢板,放牛皮纸,压大钢板,进热压机,进冷压机,四、PCB加工过程,通孔电镀,机械钻孔,二次铜及电镀锡,蚀刻,检查,曝光,压膜,二次电镀铜,电镀锡,去膜,蚀刻,剥锡,外层干膜,除胶渣,通孔电镀,前处理,前处理,4.4 外层图形制作,全板电镀,TENTING流程,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作外层图形制作工艺外层图形制作主要有两种方式：掩孔电镀法与图形电镀法，可根据产品的特点选择使用何种工艺。,掩孔电镀法（TENTING）,图形电镀法,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作1、钻孔钻孔的目的是在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔。常规的PCB一般只用机械钻孔，HDI工艺需要用到激光钻孔。,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作1、钻孔,打定位孔,锣边,钻机平台,钻前准备完毕,对钻后的板检测,钻孔完毕的板,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作2、电镀电镀的目的是在原本不导通的孔壁上覆盖一层金属铜，使得孔具有导通性，从而实现PCB各层的导通。电镀的主要流程：钻孔来料刷板溶胀去钻污中和除油微蚀活化解胶化学沉铜电镀1）化学铜（PTH）沉铜的目的是金属化孔壁，使孔壁沉积一层薄铜，是后续电镀的基础。化学铜的实质是钯催化的氧化还原反应。厚度一般为0.3-0.5um。,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作2、电镀2）电镀（一次铜）电镀的基本原理是板上接负电，使槽液中的铜离子沉积到PCB板上，根本目的是加厚孔壁上化学沉积的薄铜。铜厚一般为5-12um，以保护前面的化学铜不被后面的制程破坏。,一次铜,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作2、电镀,沉铜线,除胶渣,沉铜,一次铜,一次铜后的板子,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作3、外层图形经过钻孔及通孔电镀后，内外层已经连通，利用影像转移原理得到设计的外层线路，制作流程为：前处理贴膜曝光显影外层蚀刻。,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作3、外层图形,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作3、外层图形4、外层检查使用AOI对外层线路进行检查，找出缺陷，同内层相同。,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作3、外层图形,前处理线,贴膜线,曝光机组,显影前的板,显影缸,显影后的板,四、PCB加工过程,4.4 外层图形制作3、外层图形,图形电镀,镀锡,蚀刻后的板,蚀刻线,剥锡后的板,去膜,四、PCB加工过程,阻焊,FQC,成型,检查,HASL,电测,FQA,包装出货,丝网印刷,预烘,曝光,显影,后烘,金手指,ENIG,选择性镀镍金,印字符,前处理,全板镀金,OSP,4.5 外观及成型制作流程,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程1、阻焊（绿油）阻焊的目的：防焊：防止焊接时造成短路，并节省焊锡的用量；护板：防止线路被湿气、各种电解质及外来的机械力所伤害；绝缘：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1）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。主要用火山灰磨板机。2）印油墨利用丝网上图案，将油墨准确的印刷在板子上。常用油墨类型为感光固化型。一般油墨厚度为1-2mil。3）预烘赶走油墨内的溶剂，使油墨部分硬化，不致在曝光时粘底片。,4.5 外观及成型制作流程1、阻焊（绿油）4）曝光影像转移，对需要保留的部分进行UV固化。5）显影将未聚合之感光油墨利用浓度为1的碳酸钠溶液去除掉。露出需要的焊盘等位置。6）后固化利用烘烤使油墨中环氧树脂彻底硬化，防止脱落。,四、PCB加工过程,印油墨后,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程2、字符字符工序主要是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，另外还有厂家、批次、静电要求、无铅等标识。字符油墨为热固型油墨，当其热固后就算是用强酸强碱都很难将其清洗干净。,绿油房,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程阻焊与字符,前处理,丝印绿油后的板,烘烤,曝光,显影,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程阻焊与字符,水洗后的板,水洗,待丝印文字板,丝印文字,丝印文字后的板,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程3、表面处理表面处理主要是产生供电气连接及电气互连的可焊性的涂覆层和保护层。常用的表面处理有：HASL（喷锡）ENIG（化学镍金）GOLD FINGER（金手指）Immersion Tin（化学锡）Immersion Silver（化学银）OSP（有机可焊性保护膜）ENIG+OSP我司目前用到的有ENIG与HASL，其中ENIG最多。,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程3、表面处理1）化学镍金流程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金回收水洗清洗烘干镀层厚度要求：镍层厚度100u，金层厚度1u,沉金后的板,沉金线,磨板,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程3、表面处理2）喷锡流程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锡层厚度：125um,喷锡后的板,喷锡,磨板,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程4、成型成型的目的是让板子裁切成客户所需规格尺寸（set/board）。成型主要有两种方式：铣外形：应用较多，适用于样板、小批量加工，主要用数控铣床机械切割，边缘整齐冲外形：使用与大批量加工，主要用冲床与模具，边缘有毛刺。,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程5、电测对PCB板某一待测网络的施加电压，测试网络的通断、导通电阻、绝缘电阻等。电测分类：专用测试机通用测试机飞针测试机,飞针测试机,夹具测试,四、PCB加工过程,4.5 外观及成型制作流程6、包装出货将PCB板利用真空包装膜在加热及抽真空的条件下完成包装，防止成品PCB板返潮及便于存放运输。一般在包装前要对PCB进行烘烤处理，以进行长时间存放。,烘烤,包装,主要内容,PCB的分类,PCB加工常用材料,PCB加工过程,特殊工艺,PCB成本影响因素,PCB常见缺陷,何为PCB及其作用,何为PCB及其作用,特殊工艺,五、特殊工艺,PCB加工常用特殊工艺：HDI（High Density Interconnect：高密走线互连）POFV（Plating Over Filled Via）背钻（Back Drill）,五、特殊工艺,1、HDI工艺HDI工艺，全称High Density Interconnect（高密互连），采用激光钻孔工艺，解决高密布局单板的走线问题，手机、路由器、无线基站产品常用此工艺。1）HDI与普通机械钻孔对比机械钻孔孔径：常规0.2mm（最小0.15mm，成本较高）激光钻孔孔径：3-5mil（0.076-0.127mm）HDI很容易实现盲孔加工，实现非对称层的互连。机械钻孔需要控深钻才能实现，且精度不高。2）HDI工艺常见结构,1+N+1,2+N+2(叠孔，不填铜),2+N+2(叠孔，填铜),2+N+2(不叠孔),五、特殊工艺,1、HDI工艺3）HDI加工流程以最简单的1+2+1结构HDI为例，简要看一下HDI单板的加工流程。裁板内层压膜内层曝光显影、蚀刻、去膜AOI检查及VRS黑化外层压合MASK制作(压膜、曝光及显影、蚀刻、去膜)AOI镭射钻孔机械钻孔电镀外层曝光显影、蚀刻、去膜AOI检查及VRS阻焊字符表面处理成型测试目检包装及出货。,1+2+1结构HDI示意图,五、特殊工艺,2、POFV工艺POFV工艺，全称Plating Over Filled Via，为盘中孔的一种，用于解决高密布局问题。POFV加工流程：裁板内层压膜内层曝光显影、蚀刻、去膜AOI检查及VRS黑化外层压合树脂钻孔（钻需塞树脂孔）沉铜外层电镀外层干膜（镀孔菲林）图形电镀（镀孔，只镀铜不镀锡）树脂塞孔陶瓷磨板钻孔（非树脂塞孔）去钻污沉铜外层电镀外层干膜图形电镀（正常电镀）外层蚀刻外层AOI阻焊字符表面处理测试成型终检包装出货,普通通孔,POFV,主要内容,PCB的分类,PCB加工常用材料,PCB加工过程,特殊工艺,PCB成本影响因素,PCB常见缺陷,何为PCB及其作用,何为PCB及其作用,PCB成本影响因素,六、PCB成本影响因素,PCB的加工工序复杂，成本影响因素很多，主要因素为：板材方面：高DK板材、PTFE、陶瓷板材、HighTg、MidTg、NormalTg 叠层方面：整板混压、局部混压、层数、铜厚、层厚、板厚 表面处理：ENIG+OSP、ENIG、ImmSn、ImmAg、HASL、OSP 加工难度：线宽线距、介质分布 特殊工艺：HDI、POFV、埋孔、盲孔PCB的设计对成本影响较大，一般要求按常规能力设计。一般厂家的能力为：线宽线距：4mil/4mil（HOZ）成品孔径：8mil厚径比：10:1非必须情况不要使用特殊工艺，一般HDI工艺对成本的影响为15%-30%，打样还会有几千元不等的激光费。POFV比HDI工艺成本稍低，必要时可采用。,主要内容,PCB的分类,PCB加工常用材料,PCB加工过程,特殊工艺,PCB成本影响因素,PCB常见缺陷,何为PCB及其作用,何为PCB及其作用,PCB常见缺陷,七、PCB常见缺陷,缺口开路,线细,线粗,层压气泡,七、PCB常见缺陷,偏盘,孔内残铜,破孔,对错位,七、PCB常见缺陷,断绿油桥,阻焊颜色不均,阻焊露线,上锡不良,