《PCB基础知识》PPT课件.ppt
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1、PCB基础知识,印制电路板的概念和功能 1、印制电路板的英文:Printed Cricuit Board 2、印制电路板的英文简写:PCB 3、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,印制电路板发展简史 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;随着整个科技水平,工业水平的提高,印制板行业 得到了 蓬勃
2、发展。,印制电路板分类,PCB分类A.以材质分 a.有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide(聚酰亚胺)、BT/Epoxy(环氧树脂)等皆属之。b.无机材质 铝、Copper-invar(钢)-copper、ceramic(陶瓷)等皆属之。主要取其散热功能。,B.以成品软硬区分 硬板 Rigid PCB 软板 Flexible PCB软硬板 Rigid-Flex PCB,C.以结构分 a.单面板 b.双面板 c.多层板,D.依表面制作分Hot Air Levelling 喷锡Gold finger board 金手指板Carbon oil board 碳油板Au platin
3、g board 镀金板Entek(防氧化)板Immersion Au board 沉金板Immersion Tin 沉锡板Immersion Silver 沉银板,印制电路板常用基材 常用的 FR FR-4覆铜板包括以下几部分:A、玻璃纤维布 B、环氧树脂 C、铜箔 D、填料(应用于高性能或特殊要求板材),PCB常用化学品(三酸二碱一铜)H2SO4-硫酸(含量98%)HNO3-硝酸(含量68%)HCL-盐酸(含量36%)NaOH-氢氧化钠(烧碱)Na2CO3-碳酸钠(纯碱)CuSO45H2O-五水硫酸铜,常用化学品纯度等级 GR级(优级纯);适用于精密分析或科研,如AA机 标准样品,要求纯度9
4、9.8%AR级(分析纯);普通化验分析,纯度99.7%CP级(化学纯);一般工业/学校应用,纯度99.5%工业级;一般工业应用。MSDS:物质安全资料表,是化学品生产商和供应商用来 阐明危险化学品的燃、爆性能,毒性和环境危 害,以及安全使用、泄漏应急救护处置、主要理 化参数、法律法规等方面信息的综合性文件,常用单位面积:1m2=10.76ft2,1ft2=144inch2长度:1inch=25.4mm,1mm,mil5.,.40uin体积:1L=1000ml=1000cm3压力:1Kg/cm2=14.2PSI重量:.,1kg=1000g=1000000mg,厚度:铜厚定义为重量为28.35g铜
5、箔均匀平铺1ft2 面积的厚度,标准为34.3um,实际应用以35un为 准。,常用单位电流密度:ASF安培每平方英尺,ASD安培每平方分米,1ASD=9.29ASF.电量:AH安培小时,AMIN安培分钟 例:电镀铜电流密度为20ASF,CR面电镀面积1FT2,SR面电镀 面积2FT2,每飞巴夹板10pnl,电镀时间为75min,铜光剂添 加要求为100ml/500AH,则火牛CR、SR面输出电流分别是 多少?电镀此飞巴板消耗的光剂量是多少?CR面电流:20110=200A.SR面电流:20210=400A.光剂消耗量:(20110+20210)75/60100/500=150ml,常用单位浓
6、度:铜缸开缸须配置120ml/L硫酸,缸体积为5000L,须添加浓硫酸数量为多少?5000*120ML/l=600000ml=600L 铜缸开缸须配置60g/L五水硫酸铜,缸体积为5000L,须添加五水硫酸铜数量 为多少?5000*60g/L=300000g=300kg 铜缸开缸须配置50ppm CL-,缸体积为5000L,须添加36%浓度盐酸数量为 多少?5000*50/1000000/36%=0.694L=694mL 外层蚀刻线退膜缸开缸须配置4%(W/W)NaOH,缸体积为500L,须添加 NaOH数量为多少?500*4%=20kg,常用单位洁净度:洁净房洁净度要求:内层线路/外层线路/
7、阻焊 设计为1万级,层压设计为10万级。洁净房温湿度要求:温度222,湿度:555%.我司洁净度定义:采用美制单位标准,以每立方英 尺中=0.5m之微尘粒子数目,以10的幂次 方表示。,制作流程:双面喷锡板流程:开料钻孔沉铜板面电铜外层线路图形电镀外层蚀刻阻焊字符喷锡成形成品测试 FQC FQA 包装四层防氧化板流程:开料内层层压钻孔沉铜板面电铜外层线路图形电镀外层蚀刻阻焊字符成形成品测试FQC OSPFQC FQA 包装,开料:按生产所需要的板料根据工程设计进行裁 切、磨角、刨边、烤板,加工成基板尺寸 方便后工序的生产。,开料前的基板,开料好的基板,1)开料按照生产指令,将大张敷铜板切割成适
8、宜生产的规格尺寸;关键控制:尺寸,铜厚,板厚、经纬方向。基板经/纬向辨识:49inch为纬向,另一边尺寸(37、41、43inch)为经向,保证多层板的PP与基板的经向、纬向一致是控制涨缩、翘曲的首要条件。常见铜箔厚度:1/3OZ12um,1/2OZ17.5um,1OZ35um,2OZ70。3OZ105um,2)焗板 作用:消除板料内应力,防止板翘,提高板的尺寸稳定性。关键控制:不同板材焗板参数区分,焗板时间,焗板温度、叠层厚度。,基板分类基板按TG类型分类:普通TG(140),中TG(150),高TG(170)。基板按材料种类分类:CEM、FR-4、无卤素等TG值定义:玻璃转化温度,可理解为
9、材料开始软化如玻璃熔融状态下的温度点。,3)刨边 生产板磨边应圆滑,洗板后板面无粉尘、垃圾;应无刮伤板面和残留披锋。关键控制:刀口水平调整;刀具深浅调整;洗板传输速度。,内层流程:,影像转移过程图例,蚀刻,曝光,显影,褪膜,1)内层前处理 作用:清洁、粗化板面,保证图形 转移材料与板面的结合力。工作原理:刷磨+化学 关键设备:前处理机(磨板/化学)关键物料:磨刷(500#)关键控制:微蚀量:磨痕宽度:10-18mm 水破时间:15s 0.5mm磨板 测试项目:磨痕测试、水膜测试。,内层制作:,2)涂布 作用:使用滚涂方式在板面涂上一 层感光油墨。.工作原理:涂布轮机械滚涂.关键设备:涂布轮、隧
10、道烘箱.关键物料:油墨.关键控制:温度均匀性、速度.测试项目:油墨厚度8-12um.,3)曝光 作用:完成底片图形板面图形之转移工作原理:菲林透光区域所对应位置油墨经紫外光的照射后发生交联反应;菲林挡光区域所对应位置油墨未经紫外光照射、未发生产交联反应。关键设备:手动散射光曝光机 半自动CCD散射光曝光机,内层曝光机,3)曝光 关键物料:A、银盐片(黑片)B、曝光灯(功率7/8KW)关键控制:对位精度:人工对位:3mil CCD对位:1.5mil 解 析 度:3mil 曝光能量:7-9级(21级曝光尺 方式),内层曝光机,3)曝光 曝光能量均匀性(曝光能量min/max)A、手动散射光曝光机:
11、80%B、半自动CCD曝光机:85%底片光密度:A、新菲林:阻光度4.5 透光度0.15 B、旧菲林:阻光度4.0 透光度0.35 测试项目:曝光尺、曝光能量均匀性、底片光密 度无尘室环境项目,内层曝光机,4)显影 作用:去掉未曝光部分,露出须蚀刻去 除的铜面图形线路 工作原理:未发生交联反应之油墨层与 显影液进行化学反应形成钠 盐而被溶解,而发生交联反 应部分油墨则不参与反应而 得以保存。关键设备:显影机 关键物料:A、碳酸钠(Na2CO3),4)显影.关键控制:喷淋压力:上喷 下喷 显影速度:药水浓度:0.8-1.2%药水温度:28-32 显影点:45%-55%.测试项目:显影点,内层显影
12、蚀刻机,内层显影放板,5)蚀刻作用:把显影后裸露出来的铜蚀去,得到所需图形线路工作原理:通过强酸环境下的自体氧化还原反应把铜层咬掉,同时通过 强氧化剂氧化再生的酸性蚀刻体系。关键设备:蚀刻机关键物料:A、盐酸:HCL B、氧化剂:NaClO3,内层显影蚀刻机,5)蚀刻关键控制:蚀刻压力:上喷2.8kg/cm2 下喷1.5kg/cm2 药水温度:48-52 自动添加控制器:比重/酸度/氧化剂 测试项目:蚀刻均匀性:COV 90%蚀刻因子:3,内层显影蚀刻机,蚀刻均匀性测试(针对设备),Etch Factor:r=2H(D-A),A,D,H,覆锡,铜层+全电层,基材,b,图电层,蚀刻因子(针对药水
13、、设备):蚀铜除了要做正面向下的溶蚀(Downcut)之外,蚀液也会攻击线路两侧无保护的腰面,称之为侧蚀(Under cut),经常造成如蘑菇般的蚀刻缺陷,即为蚀刻品质的一种指标(Etch Factor),酸性蚀刻因子3,碱性蚀刻因子1.8,6)退膜作用:把已经形成的线路图形所 覆盖的油墨退除,得到所 需的铜面图形线路工作原理:是通过较高浓度的NaOH将保护线路铜面的油墨溶解并清洗掉测试项目:/关键设备:退膜机关键物料:NaOH关键控制:退膜喷淋压力、药水浓度,内层显影蚀刻机,内层显影放板,7)定位孔冲孔 作用:使用CCD精确定位冲孔,为后 续多张芯板定位提供基准定位。测试项目:缺陷板测试。关
14、键设备:CCD冲孔机关键物料:平头钻刀关键控制:钻刀返磨次数,测试项目:冲孔精度1mil.,CCD定位冲孔机,8)AOI作用:利用光学原理比对工程资料进 行精确检查,找出缺陷点。工作原理:通过对比正常与缺陷位置 光反射的不同原理,找出 缺陷产生的位置。测试项目:缺陷板测试。关键设备:AOI、VRS关键物料:/关键控制:基准参数,AOI光学检查机,1)棕化.作用:在铜面生成一层有机铜氧化层,保证后续压合时芯板与PP的结合力。.工作原理:化学氧化络合反应.关键设备:水平棕化线.关键物料:棕化药水.关键控制:棕化药水浓度、.测试项目:微蚀量:1-1.5um、棕化拉力1.05N/mm,层压:利用半固片
15、将导电图形在高温、高压下粘合起来,形成多层图形的PCB。,内层水平棕化机,2)叠板铆合、熔合、预排 作用:将叠好的PP片和内层芯板通过铆钉机或熔合机将其固定在一起,保证不同层图形的对准度,避免压合过程中不同芯板滑动造成错位。,叠板铆合结构图,铆合机,2)叠板铆合、熔合、预排 关键设备:铆钉机、熔合机、裁切机 关键物料:铆钉 关键控制:重合精度,PP型号,经纬方向。测试项目:重合度2mil 熔合点结合力,预 叠 P P 片,PP裁剪机,2)叠板铆合、熔合、预排P/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,树脂具有三个生命周期满足压板的要求
16、:A-Stage:液态的环氧树脂。又称为凡立水(Varnish)B-Stage:部分聚合反应,成为固体胶片,是半固化片。C-Stage:压板过程中,半固化片经过高温熔化成为液体,然后发生高分子聚合反应,成为固体聚合物,将铜箔与基材粘结在一起。成为固体的树脂叫做C-Stage。,3)压合作用:通过高温高压将PP片熔 合将内层芯板粘合在一 起。关键设备:压机、钢板关键物料:PP、牛皮纸 关键控制:对应结构与材料 选择对应压合程序测试项目:压机温度均匀性 压机平整度 热应力G/TG 剥离强度,压 合 机,压合原理,4)压合后流程作用:将压合好的板加工成双面板状 态,并钻出钻孔定位孔。关键设备:X-R
17、AY打靶机、锣板机关键物料:钻刀、锣刀 关键控制:涨缩及重合度控制、锣板 尺寸测试项目:涨缩4mil 重合度保证同心圆不相切3mil 锣板尺寸,下 料,点靶孔,拆板,铣靶孔,钻靶孔,铣边,磨边,钻孔:按工程设计要求,为PCB的层间互连、导通及 成品插件、安装,钻出符合要求的孔。,钻孔原理图,钻孔后板面图,1)钻孔作用:按工程设计要求,为PCB的层间互连、导通及成品插件、安装,钻出符合要 求的孔。工作原理:A、机械钻孔:钻机由CNC电脑系统控 制机台移动,按所输入电脑的资料 制作出客户所需孔的位置。B、激光镭射等关键设备:机械钻机(主要品牌有Hitachi、Schmoll等)激光钻机,钻孔:,钻
18、孔机,1)钻孔关键物料:A、钻咀 定义:采用硬质合金材料制造,它是一种 钨钴类合金,以碳化钨(WC)粉 末为基体,以钴(CO)作为粘合 剂,经加压烧结而成,具有高硬 度、非常耐热,有较高的强度,适合于高速切削,但韧性差、非 常脆。,钻孔:,钻孔机,1)钻孔 直径范围:0.2-6.3mm 钻咀类型:ST型:0.5-6.3mm;UC型:0.2-0.45mm;SD型:0.6-1.95mm;钻咀结构:,钻孔:,全长,本体长,沟长,刀柄直径,直径,钻尖角,钻孔机,1)钻孔 B、铝片 作用:防止钻孔披锋;防止钻孔上 表面毛刺保护覆铜箔层不被 压伤,提高孔位精度;冷却 钻头,降低钻孔温度。厚度:C、垫板 作
19、用:防止钻孔披锋;防止损坏钻机台;减少钻咀损耗。,钻孔:,钻孔机,1)钻孔关键控制 A、钻孔精度:孔径精度:普通孔2mil SLOT孔3mil 孔位精度:一钻2mil、二钻 3mil B、孔壁粗糙度:25um(常规要求)测试项目 钻孔精度(使用孔位检查机)孔壁粗糙度(沉铜后微切片测量)钉头(沉铜后微切片测量),钻孔:,钻孔机,沉铜/板电:利用自身催化氧化还原反应,在印制板的孔内及表面沉积上微薄的铜层,同时利用电化学原理,及时加厚孔内的铜层,保证PCB层间互连的可靠性。实现孔金属化,使双面、多层板实现层与层之间的互连。,1)磨板.作用:去除孔口毛刺、清洁板面污迹及孔内的粉尘等,为后续沉铜层良好附
20、着板面及孔内提供清洁表面。.关键设备:前处理去毛刺机,磨板机,1)磨板 关键物料:磨刷(规格180#240#320#)关键控制:磨痕宽度:10-20mm 水破时间:15s 超声波强度:60-80%测试项目:磨痕检测;磨板过度(孔边 凹陷、孔边露基材)、表观 清洁平整等。,毛刺,2)沉銅 作用:在整个印制板(尤其是孔壁)上沉 积一层薄铜,使导通孔金属化(孔 内有铜可以导通),以便随后进行 孔金属化的电镀时作为导体。关键设备:沉铜线、超声波 关键物料:沉铜药水 关键控制:药水浓度、温度、超声波电 流(2-4A),电震强度/频率、气 顶高度/频率 测试项目:背光9级,微蚀速率:除胶量:沉铜速率:,3
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