印制电路技术基础.ppt
印制电路技术基础,孙俊杰 20080725,内容概要,印制电路板的功能和地位（5min）印制电路板的分类（5min）印制电路板用基材介绍（5min）印制电路板的设计概述（5min）常规多层板的工艺流程（90min）印制电路板常用术语介绍（15min）印制电路板常用计量单位介绍（10min）Q/A（20min）,印制电路板的功能和地位,印制电路板，即The Printed Circuit Board，简写PCB。发展历史：印制电路概念于1936年由英国Eisler博士提出，且首创了铜箔腐蚀法工艺；在二次世界大战中，美国利用该工艺技术制造印制板用于军事电子装置中，获得了成功，才引起电子制造商的重视；1953年出现了双面板，并采用电镀工艺使两面导线互连；1960年出现了多层板；1990年出现了积层多层板；1990年代末出现了埋置无源元件板。印制电路板的主要功能：支撑电路元件和互连电路元件，即支撑和互连两大作用。随着埋电容、埋电阻PCB板的出现，也起电路元件的作用。产业地位：在电子元器件产品中印制板产值仅次于半导体集成电路产业而列第二位。,内容概要,印制电路板的功能和地位印制电路板的分类印制电路板用基材介绍印制电路板的设计概述常规多层板的工艺流程印制电路板常用术语介绍印制电路板常用计量单位介绍,印制电路板的分类,印制板一般按三种方式分类：以用途分类，以基材分类，以结构分类。按用途分：工业类(交换机、基站）、消费类（手机、电视机、MP3）、航空航天类（火箭、导弹、空间站）按基材分：环氧玻璃布板、聚四氟乙烯板、陶瓷基板、金属基板、酚醛纸基板按结构分：刚性板（单面板、双面板、多层板、埋盲孔板）、挠性板（单面板、双面板、多层板）、刚挠结合板。,内容概要,印制电路板的功能和地位印制电路板的分类印制电路板用基材介绍印制电路板的设计概述常规多层板的工艺流程印制电路板常用术语介绍印制电路板常用计量单位介绍,印制电路板用基材介绍,基材分类：单、双面PCB用基板材料（覆铜箔层压板，简称为覆铜板，英文缩写为CCL）；多层PCB用基板材料（内芯薄型覆铜板、半固化片等）。基材在PCB中的作用：基材担负着导电、绝缘和支撑三方面功能，且PCB的性能、质量、制造中的可加工性、制造成本、制造水平等，在很大程度上取决于基板材料。基材的结构：常用FR4覆铜板包括以下几部分：A、玻璃纤维布 B、环氧树脂 C、铜箔,内容概要,印制电路板的功能和地位印制电路板的分类印制电路板用基材介绍印制电路板的设计概述常规多层板的工艺流程印制电路板常用术语介绍印制电路板常用计量单位介绍,印制电路板的设计概述,电子设备的设计程序：确定设备规格/产品功能/档次结构设计电路图设计印制板设计印制板制造装配/测试印制板设计：将电原理图（逻辑图）转换成线路图（电路图）。印制板设计考量因素：功能性（支撑/互连/电路元件）、可靠性、可加工性、经济性。设计中的技术因素：板的结构类型（刚性/层数等）、基材的类型、外形尺寸、元器件布局、线路布设、表面涂覆方式。,内容概要,印制电路板的功能和地位印制电路板的分类印制电路板用基材介绍印制电路板的设计概述常规多层板的工艺流程印制电路板常用术语介绍印制电路板常用计量单位介绍,常规多层板的工艺流程,常规多层板流程（仅指图形电镀工艺）：内层下料内层图形内层蚀刻冲定位孔内层检查棕化/黑化（配板）叠板层压钻靶标铣边钻孔沉铜加厚电镀外层图形图形电镀外层蚀刻阻焊印刷印字符表面涂覆（V刻）外形铣电测成品检验终审包装图形电镀工艺 Vs 掩孔蚀刻工艺：碱性蚀刻 Vs 酸性蚀刻特殊工艺流程：埋盲孔板：一次或多次内层钻孔、层压POFV板：塞孔电镀混压板：一种或多种基材混合设计在同一款PCB中。,常规多层板的工艺流程（1）,内层图形加工介绍内层图形流程：,前处理,压膜,曝光,DES,裁板,裁板(BOARD CUT):目的:依设计规划要求（MI）,将基板材料裁切成所需尺寸主要原物料:基板;开料锯片注意事项:基板规格，如铜厚H/H;1oz/1oz;2oz/2oz、板厚经纬向,常规多层板的工艺流程（2）,内层图形加工介绍,前处理(PRETREAT):目的: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主要用料：刷轮或硫酸双氧水或其它氧化剂,压膜:目的:将经处理的基板铜面透过热压方式贴上抗蚀膜主要原物料:干膜(Dry Film)或湿膜水溶性膜主要是由于其组成中含有机酸根，会与強碱反应使成为有机酸的盐类，可被水溶掉。,压膜前,压膜后,常规多层板的工艺流程（3）,内层图形加工介绍,曝光(EXPOSURE):目的:经UV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:底片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,图形电镀外层所用底片刚好与内层相反,底片为正片。,UV光,曝光前,曝光后,常规多层板的工艺流程（4）,内层图形加工介绍,显影(DEVELOPING):目的:用碱液将未发生化学反应的干膜部分冲掉主要原物料:Na2CO3将未发生聚合反应的干膜冲掉,而发生聚合反应的干膜则保留在板面上作为抗蚀保护层,显影后,显影前,常规多层板的工艺流程（5）,内层图形加工介绍,蚀刻(ETCHING):目的:利用药液将显影后露出的铜蚀掉,形成内层线路图形主要原物料:蚀刻药液(NaClO3和CuCl2),蚀刻后,蚀刻前,常规多层板的工艺流程（6）,内层图形加工介绍,去膜(STRIP):目的:利用强碱将保护铜面的抗蚀层剥掉,露出线路图形主要原物料:NaOH,去膜后,去膜前,常规多层板的工艺流程（7）,CCD冲定位孔:目的:利用CCD对位冲出后续层间定位用的定位工具孔（铆钉孔、销钉孔等）注意事项:CCD冲孔精度直接影响层间对准度,故机台精度定期确认非常重要。,AOI检验:全称为Automatic Optical Inspection，自动光学检测目的：通过光学反射原理将图像回馈至设备，与设定的逻辑判断原则或资料图形相比较，找出缺点位置,常规多层板的工艺流程（8）,棕化/黑化:目的:(1)粗化铜面,增加与树脂接触的表面积(2)增加铜面对流动树脂的湿润性(3)使铜面钝化,避免发生不良反应 主要原物料:棕化/黑化药液,配板（预定位）目的:利用铆钉或热熔将多张内层板对位准确地钉在一起,以避免后续加工时产生层间滑移主要原物料:铆钉;P/PP/P(PREPREG):由树脂和玻璃纤维布组成,据玻璃布种类可分为1080;2116;7628等几种,2L,3L,4L,5L,铆钉,常规多层板的工艺流程（9）,叠板:目的:将预叠合好之板叠成待压“三明治”形式,铆钉定位,销钉/四槽定位,常规多层板的工艺流程（10）,层压目的:通过热压方式将叠合板压成多层板主要原物料:牛皮纸;钢板牛皮纸的作用：缓冲压力缓冲热传递速率,隔离钢板,压力,牛皮纸,承载盘,热盘,可叠很多层,常规多层板的工艺流程（11）,钻靶标、铣边:目的:经铣边、打靶、磨边等工序对压合后的多层板进行初步外形处理，以便后工序品质控制及提供后工序加工用工具孔。主要原物料:钻头;铣刀钻靶标的作用：为后工序提供定位孔，同时实现内层与外层之间的准确对位。,常规多层板的工艺流程（12）,钻孔:目的:在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔（非金属化）主要原物料: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,常规多层板的工艺流程（13）,去毛刺(Deburr):毛刺形成原因:钻孔后孔边缘的未切断的铜丝及未切断的玻璃布目的:去除孔边缘的毛刺，,防止镀孔不良重要的原物料：刷轮,去钻污(Desmear):钻污形成原因:钻孔时造成的高溫超过玻璃化转换溫度(Tg温度),而形成融熔状,产生胶渣 Desmear之目的:裸露出各层需互连的铜环，另膨松剂可 改善孔壁结构，增強电镀銅附著力。重要的原物料：KMnO4(除胶剂),常规多层板的工艺流程（14）,沉铜/化学铜(PTH)化学铜之目的:通过化学沉积方式在孔内及板表面沉积微米的化学铜。重要原物料：活化钯，电镀液,加厚镀铜加厚铜目的:镀上5um厚度的铜以保护仅有的0.5um厚度的化学铜不被后制程破坏造成孔断裂。重要原物料:铜球（阳极）,PTH,一次銅,常规多层板的工艺流程（15）,（图形电镀工艺下的）外层图形加工介绍外层图形流程：,前处理,压膜,曝光,显影,前处理、压膜基本同内层图形,曝光(Exposure):目的:通过曝光转移在干膜上曝出客戶所需的线路 重要物料：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,常规多层板的工艺流程（16）,（图形电镀工艺下的）外层图形加工介绍,显影(Developing):制程目的:把尚未发生聚合反应的区域用显像液将其沖洗掉,已感光部分则因已发生聚合反应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：弱碱(Na2CO3),一次銅,干膜,常规多层板的工艺流程（17）,图形电镀及外层蚀刻加工介绍图形电镀及外层蚀刻流程：,镀铜,剥膜,线路蚀刻,去锡,镀锡,图形电镀铜:目的:将显影后裸露铜面的厚度加厚,以达到客户所要求的最终铜厚，相对加厚镀铜属选择性镀铜。重要原物料：铜球（阳极）,干膜,二次銅,常规多层板的工艺流程（18）,图形电镀及外层蚀刻加工介绍,镀錫:目的:在镀完铜的表面镀上一层锡，做为蚀刻时的保护剂 重要原物料：锡棒,乾膜,二次銅,保护层-锡层,常规多层板的工艺流程（19）,图形电镀及外层蚀刻加工介绍,去膜:目的:将抗电镀用途之干膜以药水剥除 重要原物料:去膜液（NaOH),线路蚀刻:目的:将非导体部分的铜蚀刻 重要原物料：蚀刻液(氨水),二次铜,保护层-锡层,二次铜,保护层-锡层,底板,常规多层板的工艺流程（20）,图形电镀及外层蚀刻加工介绍,去锡:目的:将导体部分上面起保护作用的锡去除,二次铜,底板,常规多层板的工艺流程（21）,外层检验：通过检验的方式，將一些不良品挑出，降低制造成本 收集品质资讯，及时反馈，避免大量的异常产生与内层检验的不同点：有孔、板件为多层，检验项目更多。,常规多层板的工艺流程（22）,丝印绿油(Solder Mask)目的：A.防焊：防止波焊时造成的短路，并节省焊锡用量 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，所以对防焊漆绝缘性质的要求也越來越高原理：影像转移（同内层图形）主要原物料：油墨流程：,预烘烤,印刷,前处理,曝光,显影,后固化（烘烤）,S/M,常规多层板的工艺流程（23）,前处理、曝光、显影基本同内层图形。,油墨印刷目的：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 常用的印刷方式：A 丝网印刷型（Screen Printing)B 喷涂型(Spray Coating)C 滚涂型(Roller Coating)预烘(Pre-baking)目的:赶走油墨内的溶剂，使油墨部分硬化，不致在进行曝光时粘底片。后固化（Post Baking)使油墨内环氧树脂彻底硬化。,常规多层板的工艺流程（24）,丝印字符（Component Mask)目的：利于维修和识别原理：印刷及烘烤主要原物料：字符油墨工艺方式：两面印，印一面烘烤后再印另一面并再烘烤。,常规多层板的工艺流程（25）,表面涂覆（Surface Finish)目的：提供里良好的焊接界面，提高焊接可靠性几种表面涂覆工艺方式：A 化金(Immersion Gold)ENIG：在铜面上利用置换反应形成一层 很薄的镍金层（厚度一般为2-5um)B 化锡（Immersion Tin)/化银（Immersion Silver)：化学反应沉积。C 喷锡(Hot Air Solder Leveling)HASL：高温下的锡铅棒（63/37）均匀涂布。D 抗氧化（Organic Solderability Preservatives）OSP:化学沉积涂布有机物。,常规多层板的工艺流程（26）,外形目的：让板子裁切成客户所需规格尺寸原理：数控铣床机械切割主要原物料：铣刀,成型后,成型,成型前,常规多层板的工艺流程（27）,电测试目的：并非所有制程中的板子都是好的，若未将不良板区分出来，任其流入下制程，则势必增加许多不必要的成本。电测的种类：A 专用型（dedicated)测试B 通用型（Universal on Grid)C 飞针测试（Moving probe)成品（外观）检验孔破、孔塞、露铜、异物、多孔/少孔、金手指缺点、文字缺点终审抽检 A 符合性项目：外形尺寸、各尺寸与板边、板厚、孔径、线宽、孔环大小、板弯翘、各镀层厚度 B 可靠性项目：焊锡性Solderability、线路抗撕拉强度 Peel strength、切片 Micro Section、S/M附着力 S/M Adhesion、Gold附着力 Gold Adhesion、热冲击 Thermal Shock、阻抗 Impedance、离子污染度 Ionic Contamination包装：把制作完成的PCB通过密着或抽真空方式包装起来。,内容概要,印制电路板的功能和地位印制电路板的分类印制电路板用基材介绍印制电路板的设计概述常规多层板的工艺流程印制电路板常用术语介绍印制电路板常用计量单位介绍,印制电路板常用术语介绍（1）,蚀刻因子（Etch Factor）：=2*线条厚度/（线条底宽-线条顶宽），即右图中的V/x，蚀刻因子越大代表蚀刻水平越高。Tg温度：玻璃化转变温度。衡量压合质量的指标为Tg。测量方式有TMA法和DSC法（右图示例我公司的DSC法测量结果）。孔位精度（Drilling Accuracy）：出刀面孔位与CAM理论孔位之间的偏差，一般用箭靶图来显示，用+/-2/3mil规格下的Cpk来衡量。,印制电路板常用术语介绍（2）,层间对位能力（Registration Accuracy）定义：多层PCB中任意两导电层之间的最大偏差。下图中的A值。厚径比（Aspect Ratio）：电路板成品板厚与最小孔径的比值。厚径比越大板件加工难度越大。,印制电路板常用术语介绍（3）,深镀能力（Throwing Power）定义：孔中心镀层平均值与表面镀层厚度的比值，但一般情况下会选取多点测量，深镀能力=（T2+T3+T4+T2+T3+T4）/6/（T1+T5+T1+T5）/4。图例说明：左下图的深镀能力=1mil/1.3mil=77%离子污染度：电解质的的NaCl当量，一般接收标准为小于10.04ug/inch2 Eq NaCl。,内容概要,印制电路板的功能和地位印制电路板的分类印制电路板用基材介绍印制电路板的设计概述常规多层板的工艺流程印制电路板常用术语介绍印制电路板常用计量单位介绍,印制电路板常用计量单位介绍,1毫米=1000微米1丝=10微米1英寸=25.4毫米1密耳（mil)=25.4微米1oz Cu=0.035mm=35um,Q/A,
