制造流程 PCB的制造過程由玻璃環(huán)氧樹脂(Glass Epoxy)或類似材質(zhì)制成的「基板」開始。
影像(成形/導(dǎo)線制作) 制作的第一步是建立出零件間聯(lián)機(jī)的布線。我們采用負(fù)片轉(zhuǎn)印(Subtractive transfer)方式將工作底片表現(xiàn)在金屬導(dǎo)體上。
這項技巧是將整個表面鋪上一層薄薄的銅箔,并且把多余的部份給消除。追加式轉(zhuǎn)?。ˋdditive Pattern transfer)是另一種比較少人使用的方式,這是只在需要的地方敷上銅線的方法,不過我們在這里就不多談了。
如果制作的是雙面板,那么PCB的基板兩面都會鋪上銅箔,如果制作的是多層板,接下來的步驟則會將這些板子黏在一起。 接下來的流程圖,介紹了導(dǎo)線如何焊在基板上。
影像(成形/導(dǎo)線制作),續(xù) 正光阻劑(positive photoresist)是由感光劑制成的,它在照明下會溶解(負(fù)光阻劑則是如果沒有經(jīng)過照明就會分解)。有很多方式可以處理銅表面的光阻劑,不過最普遍的方式,是將它加熱,并在含有光阻劑的表面上滾動(稱作干膜光阻劑)。
它也可以用液態(tài)的方式噴在上頭,不過干膜式提供比較高的分辨率,也可以制作出比較細(xì)的導(dǎo)線。 遮光罩只是一個制造中PCB層的模板。
在PCB板上的光阻劑經(jīng)過UV光曝光之前,覆蓋在上面的遮光罩可以防止部份區(qū)域的光阻劑不被曝光(假設(shè)用的是正光阻劑)。這些被光阻劑蓋住的地方,將會變成布線。
在光阻劑顯影之后,要蝕刻的其它的裸銅部份。蝕刻過程可以將板子浸到蝕刻溶劑中,或是將溶劑噴在板子上。
一般用作蝕刻溶劑的有,氯化鐵(Ferric Chloride),堿性氨(Alkaline Ammonia),硫酸加過氧化氫(Sulfuric Acid + Hydrogen Peroxide),和氯化銅(Cupric Chloride)等。蝕刻結(jié)束后將剩下的光阻劑去除掉。
這稱作脫膜(Stripping)程序。 您可以由下面的圖片看出銅線是如何布線的。
這項步驟可以同時作兩面的布線。 鉆孔與電鍍 如果制作的是多層PCB板,并且里頭包含埋孔或是盲孔的話,每一層板子在黏合前必須要先鉆孔與電鍍。
如果不經(jīng)過這個步驟,那么就沒辦法互相連接了。 在根據(jù)鉆孔需求由機(jī)器設(shè)備鉆孔之后,孔璧里頭必須經(jīng)過電鍍(鍍通孔技術(shù),Plated-Through-Hole technology,PTH)。
在孔璧內(nèi)部作金屬處理后,可以讓內(nèi)部的各層線路能夠彼此連接。在開始電鍍之前,必須先清掉孔內(nèi)的雜物。
這是因為樹脂環(huán)氧物在加熱后會產(chǎn)生一些化學(xué)變化,而它會覆蓋住內(nèi)部PCB層,所以要先清掉。清除與電鍍動作都會在化學(xué)制程中完成。
多層PCB壓合 各單片層必須要壓合才能制造出多層板。壓合動作包括在各層間加入絕緣層,以及將彼此黏牢等。
如果有透過好幾層的導(dǎo)孔,那么每層都必須要重復(fù)處理。多層板的外側(cè)兩面上的布線,則通常在多層板壓合后才處理。
處理阻焊層、網(wǎng)版印刷面和金手指部份電鍍 接下來將阻焊漆覆蓋在最外層的布線上,這樣一來布線就不會接觸到電鍍部份外了。網(wǎng)版印刷面則印在其上,以標(biāo)示各零件的位置,它不能夠覆蓋在任何布線或是金手指上,不然可能會減低可焊性或是電流連接的穩(wěn)定性。
金手指部份通常會鍍上金,這樣在插入擴(kuò)充槽時,才能確保高品質(zhì)的電流連接。 測試 測試PCB是否有短路或是斷路的狀況,可以使用光學(xué)或電子方式測試。
光學(xué)方式采用掃描以找出各層的缺陷,電子測試則通常用飛針探測儀(Flying-Probe)來檢查所有連接。電子測試在尋找短路或斷路比較準(zhǔn)確,不過光學(xué)測試可以更容易偵測到導(dǎo)體間不正確空隙的問題。
零件安裝與焊接 最后一項步驟就是安裝與焊接各零件了。無論是THT與SMT零件都利用機(jī)器設(shè)備來安裝放置在PCB上。
THT零件通常都用叫做波峰焊接(Wave Soldering)的方式來焊接。這可以讓所有零件一次焊接上PCB。
首先將接腳切割到靠近板子,并且稍微彎曲以讓零件能夠固定。接著將PCB移到助溶劑的水波上,讓底部接觸到助溶劑,這樣可以將底部金屬上的氧化物給除去。
在加熱PCB后,這次則移到融化的焊料上,在和底部接觸后焊接就完成了。 自動焊接SMT零件的方式則稱為再流回焊接(Over Reflow Soldering)。
里頭含有助溶劑與焊料的糊狀焊接物,在零件安裝在PCB上后先處理一次,經(jīng)過PCB加熱后再處理一次。待PCB冷卻之后焊接就完成了,接下來就是準(zhǔn)備進(jìn)行PCB的最終測試了。
單面板的流程:
單面PCB是只有一面有導(dǎo)電圖形的印制板。一般采用酚醛紙基覆銅箔板制作,也常采用環(huán)氧紙基或環(huán)氧玻璃布覆銅板。
單面PCB主要用于民用電子產(chǎn)品,如:收音機(jī)、電視機(jī)、電子儀器儀表等。
單面板的印制圖形比較簡單,一般采用絲網(wǎng)漏印的方法轉(zhuǎn)移圖形,然后蝕刻出印制板,也有采用光化學(xué)法生產(chǎn)的,其生產(chǎn)工藝流程如圖所示。
雙面板的生產(chǎn)流程:
雙面PCB是兩面都有導(dǎo)電圖形的印制板。顯然,雙面板的面積比單面板大了一倍,適合用于比單面板更復(fù)雜的電路。
雙面印制板通常采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔板制造。它主要用于性能要求較高的通信電子
設(shè)備、高級儀器儀表以及電子計算機(jī)等。
雙面板的生產(chǎn)工藝一般分為工藝導(dǎo)線法、堵孔法、掩蔽法和圖形電鍍一蝕刻法等幾種,圖形電鍍一蝕刻法生產(chǎn)雙面PcB的工藝流程如圖所示。
再有一個就是多層板的,無論是四層八層,還是更多的層數(shù)年,都是如下所列的資料相似:
多層板生產(chǎn)流程:
多層PCB是有三層或三層以上導(dǎo)電圖形和絕緣材料層壓合成的印制板。
它實際上是使用數(shù)片雙面板,并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后粘牢(壓合)而成。它的層數(shù)通常都是偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層。從技術(shù)的角度來說可以做到近100層的PCB板,但目前計算機(jī)的主機(jī)板都是4~8層的結(jié)構(gòu)。
多層印制板~般采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板。為了提高金屬化孔的可靠性,應(yīng)盡量選用耐高溫的、基板尺寸穩(wěn)定性好的、特別是厚度方向熱膨脹系數(shù)較小的,且與銅鍍層熱膨脹系數(shù)基本匹配的新型材料。
制作多層印制板,先用銅箔蝕刻法做出內(nèi)層導(dǎo)線圖形,然后根據(jù)設(shè)計要求,把幾張內(nèi)層導(dǎo)線圖形重疊,放在專用的多層壓機(jī)內(nèi),經(jīng)過熱壓、粘合工序,就制成了具有內(nèi)層導(dǎo)電圖形的覆銅箔的層壓板,以后加工工序與雙面孔金屬化印制板的制造工序基本相同
摘自PCB信息網(wǎng)絡(luò)中心 PROTEL中有關(guān)PCB工藝的條目簡介 不少初學(xué)者感到Protel軟件本身簡單易學(xué),容易上手,但較難理解的反倒是軟件以外的一些概念和術(shù)語。
為推廣這一強(qiáng)有力的EDA工具,國內(nèi)出版了該軟件的使用手冊等等,但遺憾的是,這些讀物往往都是針對軟件使用方法本身而編寫的,對讀者頗感困惑的PCB 工藝中有關(guān)概念鮮有解釋。筆者擬就軟件涉及到的與PCB工藝的條目。
擷摘若干,略加解釋,以便人們更好地理解和使用這一軟件。要想設(shè)計出合乎要求的印板圖,必須先了解現(xiàn)代印刷電路板的一般工藝流程,否則將是閉門造車。
一般而言,印板有單面、雙面和多層板之分。單面印板的工藝過程較簡單,通常是下料——絲網(wǎng)漏印——腐蝕——去除印料——孔加工——印標(biāo)記——涂助焊劑——成品。
多層印板的工藝較為復(fù)雜,即:內(nèi)層材料處理——定位孔加工——表面清潔處理——制內(nèi)層走線及圖形——腐蝕——層壓前處理——外內(nèi)層材料層壓——孔加工——孔金屬化——制外層圖形——鍍耐腐蝕可焊金屬——去除感光膠——腐蝕——插頭鍍金——外形加工——熱熔——涂焊劑——成品。雙面板的工藝復(fù)雜情況介于二者之間,此處不贅述。
1、“層(Layer) ”的概念 與字處理或其它許多軟件中為實現(xiàn)圖、文、色彩等的嵌套與合成而引入的“層”的概念有所同,rotel的“層”不是虛擬的,而是印刷板材料本身實實在在的各銅箔層。現(xiàn)今,由于電子線路的元件密集安裝。
防干擾和布線等特殊要求,一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印刷板不僅有上下兩面供走線,在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔,例如,現(xiàn)在的計算機(jī)主板所用的印板材料多在4層以上。這些層因加工相對較難而大多用于設(shè)置走線較為簡單的電源布線層(如軟件中的Ground Dever和Power Dever),并常用大面積填充的辦法來布線(如軟件中的ExternaI P1a11e和Fill)。
上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用軟件中提到的所謂“過孔(Via)”來溝通。有了以上解釋,就不難理解“多層焊盤”和“布線層設(shè)置”的有關(guān)概念了。
舉個簡單的例子,不少人布線完成,到打印出來時方才發(fā)現(xiàn)很多連線的終端都沒有焊盤,其實這是自己添加器件庫時忽略了“層”的概念,沒把自己繪制封裝的焊盤特性定義為”多層(Mulii一Layer)的緣故。要提醒的是,一旦選定了所用印板的層數(shù),務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層,免得惹事生非走彎路。
2、過孔(Via) 為連通各層之間的線路,在各層需要連通的導(dǎo)線的文匯處鉆上一個公共孔,這就是過孔。工藝上在過孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬,用以連通中間各層需要連通的銅箔,而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀,可直接與上下兩面的線路相通,也可不連。
一般而言,設(shè)計線路時對過孔的處理有以下原則:(1)盡量少用過孔,一旦選用了過孔,務(wù)必處理好它與周邊各實體的間隙,特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙,如果是自動布線,可在“過孔數(shù)量最小化”( Via Minimiz8tion)子菜單里選擇“on”項來自動解決。(2)需要的載流量越大,所需的過孔尺寸越大,如電源層和地層與其它層聯(lián)接所用的過孔就要大一些。
3、絲印層(Overlay) 為方便電路的安裝和維修等,在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號等,例如元件標(biāo)號和標(biāo)稱值、元件外廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等等。不少初學(xué)者設(shè)計絲印層的有關(guān)內(nèi)容時,只注意文字符號放置得整齊美觀,忽略了實際制出的PCB效果。
他們設(shè)計的印板上,字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區(qū)域被抹賒,還有的把元件標(biāo)號打在相鄰元件上,如此種種的設(shè)計都將會給裝配和維修帶來很大不便。正確的絲印層字符布置原則是:”不出歧義,見縫插針,美觀大方”。
4、SMD的特殊性 Protel封裝庫內(nèi)有大量SMD封裝,即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點是單面分布元引腳孔。
因此,選用這類器件要定義好器件所在面,以免“丟失引腳(Missing Plns)”。另外,這類元件的有關(guān)文字標(biāo)注只能隨元件所在面放置。
5、網(wǎng)格狀填充區(qū)(External Plane )和填充區(qū)(Fill) 正如兩者的名字那樣,網(wǎng)絡(luò)狀填充區(qū)是把大面積的銅箔處理成網(wǎng)狀的,填充區(qū)僅是完整保留銅箔。初學(xué)者設(shè)計過程中在計算機(jī)上往往看不到二者的區(qū)別,實質(zhì)上,只要你把圖面放大后就一目了然了。
正是由于平常不容易看出二者的區(qū)別,所以使用時更不注意對二者的區(qū)分,要強(qiáng)調(diào)的是,前者在電路特性上有較強(qiáng)的抑制高頻干擾的作用,適用于需做大面積填充的地方,特別是把某些區(qū)域當(dāng)做屏蔽區(qū)、分割區(qū)或大電流的電源線時尤為合適。后者多用于一般的線端部或轉(zhuǎn)折區(qū)等需要小面積填充的地方。
6、焊盤( Pad) 焊盤是PCB設(shè)計中最常接觸也是最重要的概念,但初學(xué)者卻容易忽視它的選擇和修正,在設(shè)計中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。
Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤,如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等,但有時這還不夠用,需要自己編輯。
電路設(shè)計技巧 PCB設(shè)計流程 一般PCB基本設(shè)計流程如下:前期準(zhǔn)備->PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計->PCB布局->布線->布線優(yōu)化和絲印->網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查->制版。
第一:前期準(zhǔn)備。這包括準(zhǔn)備元件庫和原理圖?!肮び破涫?,必先利其器”,要做出一塊好的板子,除了要設(shè)計好原理之外,還要畫得好。在進(jìn)行PCB設(shè)計之前,首先要準(zhǔn)備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用peotel自帶的庫,但一般情況下很難找到合適的,最好是自己根據(jù)所選器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫,再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高,它直接影響板子的安裝;SCH的元件庫要求相對比較松,只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應(yīng)關(guān)系就行。PS:注意標(biāo)準(zhǔn)庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設(shè)計,做好后就準(zhǔn)備開始做PCB設(shè)計了。
第二:PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項機(jī)械定位,在PCB設(shè)計環(huán)境下繪制PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域(如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域)。
第三:PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準(zhǔn)備工作都做好的話,就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表(Design->CreateNetlist),之后在PCB圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表(Design->LoadNets)。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了,各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進(jìn)行:
①.按電氣性能合理分區(qū),一般分為:數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區(qū) (怕干擾)、功率驅(qū)動區(qū)(干擾源); ②.完成同一功能的電路,應(yīng)盡量靠近放置,并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡潔;同時,調(diào)整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔; ③.對于質(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度;發(fā)熱元件應(yīng)與溫度敏感元件分開放置,必要時還應(yīng)考慮熱對流措施; ④.I/O驅(qū)動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件; ⑤.時鐘產(chǎn)生器(如:晶振或鐘振)要盡量靠近用到該時鐘的器件; ⑥.在每個集成電路的電源輸入腳和地之間,需加一個去耦電容(一般采用高頻性能好的獨石電容);電路板空間較密時,也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容。 ⑦.繼電器線圈處要加放電二極管(1N4148即可); ⑧.布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉
——需要特別注意,在放置元器件時,一定要考慮元器件的實際尺寸大?。ㄋ济娣e和高度)、元器件之間的相對位置,以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性同時,應(yīng)該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的
前提下,適當(dāng)修改器件的擺放,使之整齊美觀,如同樣的器件要擺放整齊、方向一致,不能擺得“錯落有致”。這個步驟關(guān)系到板子整體形象和下一步布線的難易程度,所以一點要花大力氣去考慮。布局時,對不太肯定的地方可以先作初步布線,充分考慮。
印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)幾乎會出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當(dāng)中。
它是所有電子設(shè)備的載體,計算機(jī)內(nèi)部到處都有PCB的身影,從主板、顯卡、聲卡到內(nèi)存載板、CPU載板再到硬盤控制電路板、光驅(qū)控制電路板等。小到日常生活中的家用電器、手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī),大到車載電子設(shè)備,飛機(jī)上使用的航空電子產(chǎn)品、衛(wèi)星火箭上高可X性電子設(shè)備。
生活在信息時代的我們天天都在和PCB打交道,身為電腦愛好者的我們又時刻談?wù)撝鳳CB。但是PCB的是如何制造出來的呢?制造它們的設(shè)備是什么樣子?尤為重要的是,從哪些方面來評價一塊板卡的做工好壞?現(xiàn)在,讓我們帶著這三個問題,開始我們的PCB之旅。
PCB的實際制造過程是在PCB工廠里完成的,工廠是不管設(shè)計的,設(shè)計工作由專門的公司進(jìn)行,它們的設(shè)計結(jié)果叫做原理圖,原理圖再由專業(yè)的布線公司進(jìn)行線路圖的設(shè)計,得到的線路圖就被交到PCB工廠制作。工廠的任務(wù)就是將工作站中的線路圖變成現(xiàn)實中的實物板。
從圖紙到實物板的過程有哪些呢? 總體來說有三個過程:第一,生產(chǎn)工具(Tooling)的準(zhǔn)備;第二,具體生產(chǎn)過程;第三,品質(zhì)檢驗(VI、電測)。但無論是生產(chǎn)加工,還是品質(zhì)控制都是圍繞生產(chǎn)過程進(jìn)行的。
所以我們重點介紹PCB板的生產(chǎn)過程。 一、生產(chǎn)過程中要涉及到的基本概念 1.重要的原始物料 ●基板 PCB板的原始物料是覆銅基板,簡稱基板。
基板是兩面有銅的樹脂板?,F(xiàn)在最常用的板材代號是FR-4。
FR-4主要用于計算機(jī)、通訊設(shè)備等檔次的電子產(chǎn)品。對板材的要求:一是耐燃性,二是Tg點,三是介電常數(shù)。
電路板必須耐燃,在一定溫度下不能燃燒,只能軟化。這時的溫度點就叫做玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg點),這個值關(guān)系到PCB板的尺寸安定性。
在高階應(yīng)用中,客戶有時會對板材的Tg點進(jìn)行規(guī)定。介電常數(shù)是一個描述物質(zhì)電特性的量,在高頻線路中,信號的介質(zhì)損失(PL)與基板材料有關(guān),具體而言與介質(zhì)的介電常數(shù)的平方根成正比。
介質(zhì)損失大,則吸收高頻信號、轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬淖饔镁驮酱?,?dǎo)致不能有效地傳送信號。 除FR-4樹脂基板外,在諸如電視、收音機(jī)等較為簡單的應(yīng)用中酚醛紙質(zhì)基板用得也很多。
我們來看看基板的構(gòu)成。基板由基材和銅箔組成,F(xiàn)R-4基材是樹脂加玻纖布,玻纖布就是玻璃纖維的織物,將玻纖布在液態(tài)的樹脂中浸沾,再壓合硬化得到基材。
在高分子化學(xué)中,將樹脂的狀態(tài)分為a-stage、b-stage、c-stage三種狀態(tài),處于a-stage的樹脂分子間沒有緊密的化學(xué)鍵,呈流動態(tài);b-stage時分子與分子之間化學(xué)鍵不多,在高溫高壓下還會軟化,進(jìn)而變成c-stage;c-stage是樹脂化學(xué)結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定的狀態(tài),呈固態(tài),分子間的化學(xué)鍵增多,物理化學(xué)性質(zhì)就非常穩(wěn)定。我們使用的電路板基材就是由處于b-stage的樹脂構(gòu)成。
而基板是將處于b-stage的基材與銅箔熱壓在一起。這時的樹脂就處于穩(wěn)定的c-stage了。
●銅箔 銅箔是在基板上形成導(dǎo)線的導(dǎo)體,銅箔的制造過程有兩種方法:壓延與電解。 壓延就是將高純度銅材像搟餃子皮那樣壓制成厚度僅為1密耳(相當(dāng)于0.0254mm)的銅箔。
電解銅箔的制作方法是利用電解原理,使用一個巨大的滾動金屬輪作為陰極,CuSo4作為電解液,使純銅在滾動的金屬輪上不斷析出,形成銅箔。銅箔的規(guī)格是厚度,PCB廠常用的銅箔厚度在0.3~3.0密耳之間。
●PP PP是多層板制作中不可缺少的原料,它的作用就是層間的粘接劑。簡單地說,處于b-stage的基材薄片就叫做PP。
PP的規(guī)格是厚度與含膠(樹脂)量。 ●干膜 感光干膜簡稱干膜,主要成分是一種對特定光譜敏感而發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的樹脂類物質(zhì)。
實用的干膜有三層,感光層被夾在上下兩層起保護(hù)作用的塑料薄膜中。按感光物質(zhì)的化學(xué)特性分類,干膜有兩種,光聚合型與光分解型。
光聚合型干膜在特定光譜的光照射下會硬化,從水溶性物質(zhì)變成水不溶性,而光分解性恰好相反。 ●防焊漆 防焊漆實際上是一種阻焊劑,是對液態(tài)的焊錫不具有親和力的一種液態(tài)感光材料,它和感光干膜一樣,在特定光譜的光照射下會發(fā)生變化而硬化。
使用時,防焊漆中還要和硬化劑攪拌在一起使用。防焊漆也叫油墨。
我們通常見到的PCB板的顏色實際上就是防焊漆的顏色。 ●底片 我們講的底片類似于攝影的底片,都是利用感光材料記錄圖像的材料。
客戶將設(shè)計好的線路圖傳到PCB工廠,由CAM中心的工作站將線路圖輸出,但不是通過常見的打印機(jī),而是光繪機(jī)(Plotter,圖1),它的輸出介質(zhì)就是底片也叫菲林(film)。膠片曝光的地方呈黑色不透光,反之是透明的。
底片在PCB工廠中的作用是舉足輕重的,所有利用影像轉(zhuǎn)移原理,要做到基板上的東西,都要先變成底片。 2.PCB板的組成 讓我們認(rèn)識一下手中的電路板。
從制造者的角度講,線路板是分層的,夾在內(nèi)部的是內(nèi)層,露在外面可以焊接各種配件的叫做外層。無論內(nèi)層外層都是由導(dǎo)線、孔和PAD組成。
導(dǎo)線就是起導(dǎo)通作用的銅線;孔分為導(dǎo)通孔(Plating hole)與不導(dǎo)通孔(None Plating hole),分別簡稱為PT和NP。PT孔包括插IC引腳的零件孔(Component hole)與連接不同層間的過孔(Via hole),PT孔的孔壁上有銅作為導(dǎo)通介。
1.1 PCB扮演的角色 PCB的功能為提供完成第一層級構(gòu)裝的組件與其它必須的電子電路零件接 合的基地,以組成一個具特定功能的模塊或成品。
所以PCB在整個電子產(chǎn) 品中,扮演了整合連結(jié)總其成所有功能的角色,也因此時常電子產(chǎn)品功能故 障時,最先被質(zhì)疑往往就是PCB。圖1.1是電子構(gòu)裝層級區(qū)分示意。
1.2 PCB的演變 1.早于1903年Mr. Albert Hanson首創(chuàng)利用"線路"(Circuit)觀念應(yīng)用于電話交換機(jī)系統(tǒng)。它是用金屬箔予以切割成線路導(dǎo)體,將之黏著于石蠟紙上,上面同樣貼上一層石蠟紙,成了現(xiàn)今PCB的機(jī)構(gòu)雛型。
見圖1.2 2. 至1936年,Dr Paul Eisner真正發(fā)明了PCB的制作技術(shù),也發(fā)表多項專利。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術(shù),就是沿襲其發(fā)明而來的。
1.3 PCB種類及制法 在材料、層次、制程上的多樣化以適 合 不同的電子產(chǎn)品及其特殊需求。 以下就歸納一些通用的區(qū)別辦法,來簡單介紹PCB的分類以及它的制造方 法。
1.3.1 PCB種類 A. 以材質(zhì)分 a. 有機(jī)材質(zhì) 酚醛樹脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。 b. 無機(jī)材質(zhì) 鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。
主要取其散熱功能 B. 以成品軟硬區(qū)分 a. 硬板 Rigid PCB b.軟板 Flexible PCB 見圖1.3 c.軟硬板 Rigid-Flex PCB 見圖1.4 C. 以結(jié)構(gòu)分 D. 依用途分:通信/耗用性電子/軍用/計算機(jī)/半導(dǎo)體/電測板…,見圖1.8 BGA. 另有一種射出成型的立體PCB,因使用少,不在此介紹。 1.3.2制造方法介紹 A. 減除法,其流程見圖1.9 B. 加成法,又可分半加成與全加成法,見圖1.10 1.11 C. 尚有其它因應(yīng)IC封裝的變革延伸而出的一些先進(jìn)制程,本光盤僅提及但不詳加介紹,因有許多尚屬機(jī)密也不易取得,或者成熟度尚不夠。
本光盤以傳統(tǒng)負(fù)片多層板的制程為主軸,深入淺出的介紹各個制程,再輔以先進(jìn)技術(shù)的觀念來探討未來的PCB走勢。 2.3.1客戶必須提供的數(shù)據(jù): 電子廠或裝配工廠,委托PCB SHOP生產(chǎn)空板(Bare Board)時,必須提供下列數(shù)據(jù)以供制作。
見表料號數(shù)據(jù)表-供制前設(shè)計使用. 上表數(shù)據(jù)是必備項目,有時客戶會提供一片樣品, 一份零件圖,一份保證書(保證制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質(zhì))等。這些額外數(shù)據(jù),廠商須自行判斷其重要性,以免誤了商機(jī)。
2.3.2 .資料審查 面對這么多的數(shù)據(jù),制前設(shè)計工程師接下來所要進(jìn)行的工作程序與重點,如下所述。 A. 審查客戶的產(chǎn)品規(guī)格,是否廠內(nèi)制程能力可及,審查項目見承接料號制程能力檢查表. B.原物料需求(BOM-Bill of Material) 根據(jù)上述資料審查分析后,由BOM的展開,來決定原物料的廠牌、種類及規(guī)格。
主要的原物料包括了:基板(Laminate)、膠片(Prepreg)、銅箔(Copper foil)、防焊油墨(Solder Mask)、文字油墨(Legend)等。另外客戶對于Finish的規(guī)定,將影響流程的選擇,當(dāng)然會有不同的物料需求與規(guī)格,例如:軟、硬金、噴钖、OSP等。
表歸納客戶規(guī)范中,可能影響原物料選擇的因素。 C. 上述乃屬新數(shù)據(jù)的審查, 審查完畢進(jìn)行樣品的制作.若是舊數(shù)據(jù),則須Check有無戶ECO (Engineering Change Order) ,然后再進(jìn)行審查. D.排版 排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。
因為基板是主要原料成本(排版最佳化,可減少板材浪費);而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。 有些工廠認(rèn)為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力,但原物料成本增加很多.下列是一些考慮的方向: 一般制作成本,直、間接原物料約占總成本30~60%,包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬(銅、钖、鉛),化學(xué)耗品等。
而這些原物料的耗用,直接和排版尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時,會做連片設(shè)計,以使裝配時能有最高的生產(chǎn)力。
因此,PCB工廠之制前設(shè)計人員,應(yīng)和客戶密切溝通,以使連片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當(dāng)?shù)呐虐?,須考慮以下幾個因素。
a.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率(裁切方式與磨邊處理須考慮進(jìn)去)。 b.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好,以免浪費。
c.連片時,piece間最小尺寸,以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。 d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸. e.不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有不同制作流程,及不同的排版限制,例如,金手指板,其排版間距須較大且有方向的考慮,其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣。
較大工作尺寸,可以符合較大生產(chǎn)力,但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升,如何取得一個平衡點,設(shè)計的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗是相當(dāng)重要的。 2.3.3 著手設(shè)計 所有數(shù)據(jù)檢核齊全后,開始分工設(shè)計: A. 流程的決定(Flow Chart) 由數(shù)據(jù)審查的分析確認(rèn)后,設(shè)計工程師就要決定最適切的流程步驟。
傳統(tǒng)多層板的制作流程可分作兩個部分:內(nèi)層制作和外層制作.以下圖標(biāo)幾種代 表性流程供參考.見圖2.3 與 圖2.4 B. CAD/CAM作業(yè) a. 將Gerber Data 輸入所使用的CAM系統(tǒng),此時須將apertures和shapes定義好。目前,己有很多PCB CAM系統(tǒng)可接受IPC-350的格式。
部份CAM系統(tǒng)可產(chǎn)生外型NC Routing 檔,不過一般PCB Layout設(shè)計軟件并不會產(chǎn)生此。
制作PCB首先要用protel等軟件畫圖,然后:
方法一:用PCB數(shù)控雕刻機(jī)把電路板雕刻出來,一般用99SE畫圖的,(淘寶售1600~12000元);
方法二:手工制作,1、把畫好的PCB圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上,2、(用透明膠之類)沾到洗干凈的覆銅板上,3、經(jīng)過PCB熱轉(zhuǎn)印機(jī) 熱轉(zhuǎn)印,把熱轉(zhuǎn)印紙上的圖案印到覆銅板上,冷卻,剝掉熱轉(zhuǎn)印紙,4、觀察轉(zhuǎn)印效果,有斷線的用補(bǔ)油筆補(bǔ)上,5、放到腐蝕液(如:三氯化鐵溶液)里面腐蝕,等表面看不到有銅需再腐蝕兩分鐘就OK了
方法三:也是手工制作的,光學(xué)顯影法,這個方法 比方法二的制作進(jìn)度要高,成本差不多。
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