模块六、PCB制作工艺ppt课件.pptx

模块六、PCB制作工艺PCB设计与制作六、PCB制作工艺1.学习目标目录/CONTENTS2.学习内容3.问题思考&操作训练6.1 制作PCB所需材料6.2 制板前的准备6.3 PCB加工方法6.4 PCB生产过程6.4.1 双面板的生产过程6.4.2 单面板的生产过程6.4.3 复杂的多层板的生产过程6.4.4 补充说明u了解制作PCB板所需的常用材料u了解PCB板的加工方法及生产过程学习目标6.1 制作PCB所需材料u基板是制造PCB的基本材料，PCB制造就是在基板材料上，有选择地进行孔加工、化学镀铜、电镀铜、蚀刻等加工，得到所需电路图形。u一般印制板用基板材料可分为两大类：刚性基板材料和柔性基板材料。一般刚性基板材料的重要品种是覆铜板。它是用增强材料浸以树脂胶黏剂，通过烘干、裁剪、叠合成坯料，然后覆上铜箔，用钢板作为模具，在热压机中经高温高压成形加工而制成的。一般的多层板用的半固化片，则是覆铜板在制作过程中的半成品，多为玻璃布浸以树脂，经干燥加工而成。u基板材料对成品的可能影响主要为尺寸稳定性、固化度、耐化学性、可燃性、翘曲与扭曲度、耐焊性、冲制性与机械加工性、分层等。基板6.1 制作PCB所需材料u现用PCB上所覆金属箔大多都为铜箔，用压延或电解方法制成，厚度一般由0.3mil到3mil，根据承载电流大小及蚀刻精度选择。u铜箔对品质的影响主要为表面凹痕及麻坑、抗剥强度等。铜箔6.1 制作PCB所需材料uPCB板行业的PP，实际上是Prepreg的缩写，也就是半固化片，又称预浸材料，是用树脂浸渍并固化到中间程度的薄片材料。u可用作多层印制板的内层导电图形的黏结材料和层间绝缘。u在层压时，半固化片的环氧树脂融化、流动、凝固，将各层电路黏合在一起，并形成可靠的绝缘层。uPP为制备多层板时不可缺少层间黏合剂，实际就是B阶（B阶是指高分子物已经相当部分关联，但此时物料仍然处于可溶/可熔状态）的树脂。PP6.1 制作PCB所需材料u感光材料有光致抗蚀剂、感光膜之分，即业内所称的湿膜与干膜。u光致抗蚀剂在覆铜板上的涂层在一定波长的光照时就会发生化学变化，从而改变在显影液中的溶解度。其又有正性（光分解型）及负性（光聚合型）的差别，负性抗蚀剂指未曝光前都能溶解于该显影剂中，曝光后转变成的聚合物则不能溶于显影液中；正性抗蚀剂则相反，感光生成可以溶于显影液的聚合物。u感光膜即干膜也有负性与正性之分，它们都对紫外线很敏感。干膜与湿膜在价格上有很大差距，但因为干膜能提供高精度的线条与蚀刻，所以有取代湿膜的趋势。感光材料6.1 制作PCB所需材料 防焊漆也叫油墨，实际上是一种阻焊剂，常见的是一种对液态焊锡不具有亲和力的液态感光材料，在特定光谱照射下会发生变化而硬化。其他还有用到UV绿油和湿油，网版印刷后直接锔板即可。实际见到的PCB的颜色即为防焊漆的颜色。防焊漆6.1 制作PCB所需材料 底片，亦称为菲林，类似于照相用的聚酯底片，都是利用感光材料记录图像资料的材料，具有很高的对比度、感光度及分辨率，但要求感光速度要低。采用玻璃作底片可以满足精细线条及尺寸稳定性的要求。底片6.2 制板前的准备u检查客户的菲林资料通过CAM软件检查客户的Gerber文件是否有问题，是否符合本厂工艺，并核对D-CODE，对原始图面进行补偿等。u制备菲林在照相室内通过光绘机（Plotter）制备，原理基本等同于打印机。可以对原图进行缩放，可以选择转正相（片）或负相（片）的底片。对于铜箔层，同样用光聚合型（负性）感光膜时，负相底片适合于用印制蚀刻工艺，而正片则适用于印制电镀蚀刻工艺。u辅助工作准备PCB加工过程所用到的各种程序，如拼版图、钻孔程序、作业指示等；以及要用到的各种模具、网版，如测试治具、成形模具、绿油网版、丝印网版等，都需要在PCB加工前或与PCB加工同步进行。6.3 PCB加工方法u机械方法只适用于单面板，使用做好的冲模将涂有黏合剂的铜箔压入基材中，实现黏合及切割图形，并在导线边缘将导线压入基材中。冲模通常用光刻或机械雕刻的方法刻出来，可以同时完成PCB的落料和冲孔。u化学方法分为减成法和加成法。 减成法也叫做金属箔蚀刻法，是目前主流的加工方法。又分成两种工艺：印制蚀刻法和印制电镀蚀刻法。前者是在基板上形成正性的图形，后者则在基板上形成负性（或反）的图形。 加成法只是通过化学镀，或者化学镀与电镀相结合，在没有覆铜箔的基材上直接淀积出导电图形。u互联方法典型的互联方法为孔金属化法，此外还有铆接空心铆钉、钎焊打弯导线的机械方法。6.4 PCB生产过程6.4.1 双面板的生产过程双面板生产一般采用“印制电镀蚀刻”法，加工流程如下图所示。开 料钻 孔孔金属化图形转移线路电镀脱 膜蚀 刻脱铅/锡阻焊油墨热风整平字 符测试检查外 形双面板的加工流程6.4 PCB生产过程6.4.1 双面板的生产过程u开料将基板、垫板等大块的板材，根据拼板图裁切成符合客户需求的小板的尺寸，所使用的工具一般为剪床或圆盘锯。PCB板厂的原材料一般都是1020mm1020mm和1020mm1220mm规格的多，如果板子大小设计得好，单板或拼板的尺寸是原材料的n等分，那么原材料的利用率就最高，单板价格也就最便宜。u钻孔一般都采用精密的数控多头钻床，依靠事先编好的程序工作，可以进行精确的定位。钻孔产能通常是工厂的瓶颈，而钻孔的成本一般也占PCB总成本的30%到40%。u孔金属化对整个拼板进行化学沉铜，从而让原本无铜的钻孔孔壁上也沉积上一层薄的铜，化学镀铜的厚度至少为0.1mil。化学沉铜的质量直接影响后续电镀铜的质量及上下层之间连接的可靠性。为了确保化学镀铜的质量，一般还会立即进行整板闪镀。u图形转移又叫曝光显影，即利用感光材料将菲林（正片）上的图形转印到基板上的铜箔上。由前所述，感光材料有正性、负性及湿膜、干膜的差别。6.4 PCB生产过程6.4.1 双面板的生产过程u线路电镀也称为图形电镀，就是在电解液中借助于电流，在阴极（基板上的铜箔）上淀积出一种粘附性的金属镀层，一般是在露出的线路及PTH（Plating Through Hole，沉铜通孔）上先镀铜，然后再镀合金焊料或贵金属（根据要求不同可以选择不同的工艺）。u脱膜指在特定的溶液（Na2CO3）中将保护在无用铜箔上的聚合膜（曝光固化后的感光膜）褪掉，以便在后续作业时蚀刻掉这些多余的铜。u蚀刻目的是去掉多余的铜，以得到所需要的电路图形。蚀刻溶液有多种，可分为碱性工艺与酸性工艺，根据不同需要选用。u脱铅/锡褪掉铜线上已经无用的保护金属，所用的溶液一般为组分复杂的专利产品。6.4 PCB生产过程6.4.1 双面板的生产过程u阻焊油墨用网印机将防焊漆均匀涂布在板面上，再用菲林通过曝光机对其曝光显影，烘烤上一定时间即可。其作用是将除焊盘以外的铜保护起来，不让其裸露出来，达到过锡炉时不上锡的目的。现常见的防焊油墨的颜色为绿色，但在计算机板卡上有用到各种颜色，甚至如所谓的金板、银板等。u热风整平又叫喷锡（实为铅锡合金），通过喷锡机在所有需要上锡的地方（阻焊油墨以外的铜箔上）喷锡，并使锡平面平整、光滑。在待喷板先上FLUX（助焊剂），然后浸入熔融的锡炉中，再迅速提出来用高压风刀猛吹，使焊锡平整并降温硬化。u字符通过网版用丝印的方式将元件名、标号等标识在板子上。u外形复杂的板子都是由铣床切割成的。铣刀可以垂直、水平运动，可以很精确的控制外形尺寸，但铣床速度慢、成本高。6.4 PCB生产过程6.4.1 双面板的生产过程u测试检查分为光学或电子方式测试和目测。 光学方式采用扫描仪找出各层的缺陷。可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题。 电子测试通常用飞针探测仪（Flying-Probe）来检查所有连接。待测板上的每一个网络及其不同分支上首尾的焊盘都会对应一个探测针，以确认同网络之间有无断路、不同网络之间有无短路。电子测试在寻找短路或断路方面比较准确。 目测包装出货前的最后一道确保质量的工序，一般由受过专门训练的工人来检验。最后再以适度的烘烤消除电路板在制程中所吸附的湿气及积存的热应力，用真空袋封装出货。6.4 PCB生产过程6.4.2 单面板的生产过程 单面板因为没有PTH，一般采用“印制蚀刻”法生产。也就是钻孔后，会先整板电镀，然后图形转移（用正相菲林，光聚合型膜），再蚀刻即可得所要的线路。 在图形转移这道工序中，还可利用网版将一种业内称为黑油的热固性材料，直接按所需要的图形转印在基板上，然后在UV机上通过X光加热固化，同样能起到防蚀刻的作用。刷黑油工艺因精度较低，只适合不太复杂的单面板，但具有成本低的优势。 由于单面板的基板材质比较适合冲制加工，在误差可以接受、且产量较大的情况下可选择冲孔加工的方式，但需另外做冲模，因此批量生产才有成本优势。6.4 PCB生产过程6.4.3 复杂的多层板的生产过程 复杂的多层板较单、双面板的加工只是增加了压合这个工序，其主要加工流程如下图所示。开 料内层制作压 合钻 孔孔金属化外层制作阻焊油墨字 符外形加工多层板的加工流程6.4 PCB生产过程6.4.3 复杂的多层板的生产过程u内层制作与单面板相似，外层制作与双面板相似。u各单片层必须要压合才能制造出多层板。压合动作包括在各层间加入绝缘层，以及将彼此粘牢等。如果有透过好几层的导孔，那么每层都必须要重复处理。多层板的外侧两面上的布线，则通常在多层板压合后才处理。压合工序又可分为黑化及压合两步。 黑化用强氧化剂将要作为内层的基板上的铜箔表面氧化。黑化后的铜表面，在微观上是一根根很尖的晶针，这可以刺入PP中加强基板与PP的结合力。 压合在压合机上完成。将叠好的多块待压合的多层板，中间用镜板（非常光滑的钢板，防止铜箔划伤），一同放入抽成真空的压合机中，在高温、高压下使PP固化到C阶且均匀分布。压合这一步要控制的主要为层间的偏移。u如果制作的多层PCB板里头包含埋孔或是盲孔的话，每一层板子在黏合前必须要先钻孔与电镀。6.4 PCB生产过程6.4.4 补充说明孔的加工方式u单面板上的孔不论是钻孔或冲孔，都是一次完成的。u双面板或多面板根据NPTH（非镀通孔）的多少，可选择二次钻工艺或塞孔工艺。 二次钻针对NPTH较多的情况，一般在外形加工时在CNC上再进行一次钻孔，加工出需要的NPTH。 塞孔针对NPTH较少的情况，在孔金属化前，会用塞孔胶塞紧不需要镀通的孔，化学镀完成后用手工去除塞孔胶即可。6.4 PCB生产过程6.4.4 补充说明镀金手指u在阻焊油墨完成之后，在电路板的插接端点上（俗称金手指）镀上一层镍层及高化学钝性的金层，来保护端点及提供良好的接通性能。 一是因为金属金有很高的导电率； 二是因为金的氧化电位为负，是理想的抗锈蚀金属； 三是因为接触电阻低，是理想的接触表面金属。其中还含有适量的钴，具有优良的耐磨特性，过去一般采用酸性含氰镀金，现在普遍使用的为碱性无氰镀金。6.4 PCB生产过程6.4.4 补充说明塞墨u塞墨是对双面、多层板上的过孔（Via，非元件脚的镀通孔）再涂上阻焊油墨的一种工艺，目的是让其在过波峰焊时不上锡，减少因线路中镀通孔过密而导致连锡的可能。u塞墨一般与刷阻焊油墨同步，通过事先做好的铝质网版，在需要塞墨处理的过孔上沉积一定量的油墨，锔干后再用丝印网版刷油墨。u1. 制作PCB所需基本材料有哪些？u2. PCB制板前通常需要做哪些准备？u3. PCB加工方法通常有哪几种？u4. 请根据自己的理解，简述一下双面板的生产流程。u5. 请根据自己的理解，简述一下单面板的生产流程。u6. 请根据自己的理解，简述一下多面板的生产流程。问题思考&操作训练谢谢观看