PCB工艺基础知识.ppt
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1、PCB基础知识简介2021/9/171目 的对我们公司的工艺流程有一个基本了解。了解工艺流程的基本原理与操作。2021/9/172一、什么是PCBPCB就是印制线路板(printed circuit board),也叫印刷电路板。?2021/9/173 狭义上:未有安装元器件,只有布线电路图形的半成品板,被称为印制线路板。广义上讲是:在印制线路板上搭载LSI、IC、晶体管、电阻、电容等电子部件,并通过焊接达到电气连通的成品成品。所采用安装技术,有插入安装方式和表面安装方式。PCBA2021/9/174二、二、PCBPCB的分类:的分类:一般从层数来分为:单面板 双面板 多层板2021/9/17
2、5什么是单面板、双面板、多层板?什么是单面板、双面板、多层板?多层印刷线路板是指由三层及以上的导电图形层与绝缘材料交替层压粘结在一起制成的印刷电路板。单面板就是只有一层导电图形层,双面板是有两层导电图形层。2021/9/176四层板八层板六层板2021/9/177PCB的其他分类的其他分类 按表面处理来分类较为常见,也有按照材料、性能、用途等方法来分类。2021/9/178按表面处理方式来划分:沉金板 化学薄金 化学厚金 选择性沉金 电金板 全板电金 金手指选择性电金 喷锡板 熔锡板 沉锡板 沉银板 电银板 沉钯板 有机保焊 松香板2021/9/179目 录第一部分:前言&内层工序 第二部分:
3、外层前工序第三部分:外层后工序2021/9/1710第一部分前言&内层工序 2021/9/1711一、内层工艺流程图解一、内层工艺流程图解開料内层表面黑化或棕化内层排、压板銑靶、鑽靶修边、打字唛内层图形转移 内层AOI2021/9/1712二、二、流程简介流程简介(一)切板工序(一)切板工序来料来料開料開料磨邊磨邊 (打字唛打字唛)焗板焗板2021/9/1713来料:来料:来料laminate,由半固化片与铜箔压合而成用於PCB制作的原材料,又称覆铜板。来料规格:尺寸规格:常用的尺寸规格有36“48”、40“48”等等。厚度规格:常用厚度规格有:2mil、4.5mil、6mil、7.5mil
4、8mil、10mil、12mil、14mil、20mil、24mil、28mil、30mil、32mil、40mil、47mil、59mil、63mil等等。2021/9/1714开料:开料:开料就是将一张大料根据不同拼板要求用机器切成小料的过程。开料后的板边尖锐,容易划伤手,同时使板与板之间擦花,所以开料后再用磨邊機磨邊.2021/9/1715焗焗板:板:焗板目的:1.消除板料在制作时产生的内应力。提高材料的尺寸稳定性.2.去除板料在储存时吸收的水份,增加材料的可靠性。2021/9/1716 焗板条件:1.温度:现用的材料:Tg低于140 OC。焗板温度:1505 OC 2.时间:要求中间层
5、达到Tg温度点以上至少保持4小時 爐内缓慢冷却.3.高度:通常2英寸一叠板.2021/9/1717打字唛:打字唛:打字唛,就是在板边处打上印记,便于生产中识别与追溯。2021/9/1718(二(二)內層內層图形转移工序图形转移工序 1.什么什么是濕是濕菲林菲林(濕膜濕膜)?濕膜也稱感光線路油.它是一种感光材料,该材料遇到紫外光后发生聚合反应,形成较为稳定的影像,不会在弱碱下溶解,而未感光部分遇弱碱溶解。PCB的制作就是利用该材料的这一特性,将客户的图形资料,通过濕菲林(濕膜)转移到板料上。2021/9/1719Roller coating简介 Roller coat是一种代替干菲林的液态感光油
6、墨液态感光油墨。本公司目前制作內層圖形就采用此工藝.由于干菲林上有用的只是中间一层感光材料,而两边的保护膜最终需要去掉,从而增加了原材料的成本,所以出现了这种液态感光油墨。它是直接附着在板面上,没有保护膜,从而大大提高了解像度,提高了制程能力。但同时也提高制作环境的要求。2021/9/1720 2.濕濕菲林菲林(濕膜濕膜)的工艺流程:的工艺流程:內層前處理 內層涂布 烤板 曝光 顯影 蝕刻 褪膜2021/9/1721底片底片显影显影曝光曝光蚀刻蚀刻褪膜褪膜Cu基材基材內層涂布內層涂布(烘烤烘烤)感光線路油感光線路油2021/9/1722 3.工艺流程详细介绍工艺流程详细介绍:2021/9/17
7、23內層前處理內層前處理:前處理的作用:粗化铜面,便于感光線路油附着在铜面上。前處理的种类:化学磨板。化学磨板工艺:以上关键步骤为微蚀段,原理是铜表面发生氧化还原反应,形成粗化的铜面。除油除油 水洗水洗 微蚀微蚀 水洗水洗 酸洗酸洗 水洗水洗 热风干热风干2021/9/1724內層涂布內層涂布:涂布:將經過前處理的光銅板經過涂布機把濕膜均勻的涂在銅板表面,形成一層抗蝕層。2021/9/1725曝光:曝光:曝光的作用是曝光机的紫外线通过底片使部分濕膜图形感光固化,从而使图形转移到铜板上。感光線路油感光線路油Cu基材基材底片底片2021/9/1726 曝光操作环境的条件:1.温湿度要求:222C,
8、5510%。(濕膜储存的要求,曝光机精度的要求,底片储存减少变形的要求等等。)2.洁净度要求:达到万级以下。(主要是图形转移过程中完全正确的将图形转移到板面上,而不允许出现偏差。)3.抽真空要求:680-760mmhg,使图形转移过程中不失真。2021/9/1727显影:显影:显影的作用:是将未曝光部分的濕膜去掉,留下感光的部分。显影的原理:未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应,遇弱碱K2CO3(8-12g/l)溶解。而聚合的感光材料则留在板面上,保护下面的铜面不被蚀刻药水溶解。2021/9/1728蚀刻:蚀刻:蚀刻的作用:是将未曝光部分的铜面蚀刻掉。蚀刻的原理:Cu+CuCl2 2CuCl
9、2CuCl+HCl+H2O2 2CuCl2+2H2O 2CuCl+HCl+1/2O2 2CuCl2+H2O2021/9/1729褪膜:褪膜:褪膜的原理:是通过较高浓度的NaOH(3-5%)将保护线路铜面的菲林去掉,NaOH溶液的浓度不能太高,否则容易氧化板面。2021/9/1730(三)(三)AOI工序工序 AOI-Automatic Optical Inspection 中文为自动光学检查仪.该机器原理是利用铜面的反射作用使板上的图形可以被AOI机扫描后记录在软件中,并通过与客户提供的数据图形资料进行比较来检查缺陷点的一种机器,如开路、短路、曝光不良等缺陷都可以通过AOI机检查到。2021/
10、9/1731(四)黑氧化(四)黑氧化/棕化工序棕化工序 黑氧化黑氧化/棕化的作用棕化的作用:黑氧化或棕化工序的作用就是粗化铜表面,增大结合面积,增加表面结合力。黑氧化黑氧化/棕化前棕化前 黑氧化黑氧化/棕化后棕化后 2021/9/1732 黑氧化原理:黑氧化原理:为什么会是黑色的?Cu Cu+&Cu2+氧化2Cu+2ClO 2-Cu2O+ClO 3-+Cl-Cu2O+2ClO 2-2CuO+ClO 3-+Cl-铜的氧化形式有两种:CuO(黑色),Cu2O(紫红色),而黑氧化的产物是两种形式以一定比例共存。2021/9/1733 黑氧化流程简介:黑氧化流程简介:除油水洗微蚀水洗黑氧I水洗烘干微蚀
11、水洗预浸黑化II水洗热水洗上板落板2021/9/1734 黑氧化流程缺陷:黑氧化流程缺陷:黑化工艺,使得树脂与铜面的接触面积增大,结合力加强。但同时也带来了一种缺陷:粉红圈粉红圈。粉红圈产生的原因?黑氧化层的 Cu2O&CuO Cu 解决方法?提高黑化膜的抗酸能力。引入新的工艺流程(如本 公司采用的水平棕化工藝)。2021/9/1735 棕化工艺介绍:棕化工艺介绍:棕化工艺原理:在铜表面通过反应产生一种均匀,有良好粘合特性及粗化的有机金属层结构(通常形成铜的络合物)。本公司目前采用棕化工藝。优点优点:工艺简单、容易控制;棕化膜抗酸性好,不会出现粉红圈缺陷。缺点缺点:结合力不及黑化处理的表面。两
12、种工艺的线拉力有较大差异。2021/9/1736什么是半固化片?Prepreg是Pre-pregnant的英文缩写。是树脂与玻璃纤维载体合成的一种片状粘结材料。树脂通常是高分子聚合物,一种热固型材料。目前常用的为环氧树脂FR-4。2021/9/1737 它具有三个生命周期满足压板的要求:A-StageA-Stage:液态的环氧树脂。又称为凡立水(Varnish)B-StageB-Stage:部分聚合反应,成为固体胶片,是半固化片。C-StageC-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
13、-Stage。Resin树脂Varnish胶液Prepreg半固化片Laminate层压板2021/9/1738 工艺原理工艺原理:利用半固化片的特性,在一定温度下融化,成为液态填充图形空间处,形成绝缘层,然后进一步加热后逐步固化,形成稳定的绝缘材料,同时将各线路各层连接成一个整体的多层板。2021/9/1739 排板条件:排板条件:无尘要求:粉尘数量小于1万級粉尘粒度:小于0.5m空调系统:保证温度在18-22C,相对湿度在5510%进出无尘室有吹风清洁系统,防止空气中的污染 防止胶粉,落干铜箔或钢板上,引起板凹。2021/9/1740COVER PLATE(蓋板)KRAFT PAPER(牛
14、皮紙)SEPARATE PLATE(鋼板)KRAFT PAPER(牛皮紙)CARRIER PLATE(鋼盤)(銅箔)COPPER FOIL(半固化片)PREPREG(內層線路板)PCB 排板流程:排板流程:2021/9/1741(五)压板工艺(五)压板工艺 工艺简介:压板就是用半固化片将外层铜箔与内层,以及各内层与内层之间连结成为一个整体,成 为多层板。2021/9/1742 压板流程:压板流程:工艺条件:1。提供半固化片从固态变为液态、然后发生聚合反应所需的温度。温度。2。提供液态树脂流动填充线路空间所需要的压力压力。3。提供使挥发成分流出板外所需要的真空度真空度。2021/9/1743(六
15、)(六)銑靶銑靶鑽靶及修邊鑽靶及修邊 1.銑靶:用銑靶機將標靶位的銅皮銑開以顯露出鑽靶時所利用的標靶.2.鑽靶:用鑽靶機通過標靶自動定位鑽出標靶孔為鑽孔時提供定位孔.2021/9/1744修边、打字唛修边、打字唛修边修边:根据MI要求,将压板后的半成品板的板边修整到需要的尺寸打字唛打字唛:在制板边(而不能在单元内)用字唛机,将制板的编号、版本、打印在板面上以示以后的工序区别P020001-HA0A002021/9/1745第二部分外层前工序2021/9/1746一、外层工艺流程图解一、外层工艺流程图解(前工序)(前工序)蚀板蚀板钻孔钻孔沉銅沉銅板面电板面电镀镀干菲林干菲林图型电镀图型电镀202
16、1/9/1747二、流程简介二、流程简介(一一)钻孔钻孔 在板料上钻出客户要求的孔,孔的位置 及大小均需满足客户的要求。实现层与层间的导通,以及将来的元件 插焊。为后工序的加工做出定位或对位孔目的:目的:2021/9/1748客户资料PE制作ToolingQE检查合格流程:流程:标签钻孔生产钻带发放PE制作胶片及标准板 QE檢查2021/9/1749铝片基本物料:管位钉底板皱纹胶纸 钻咀钻咀新钻咀钻孔 够Hits数翻 磨清洗后标记2021/9/1750 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。控制方面分别有X、Y辆坐标及Z轴坐标,电脑控制机台适当的钻孔参数,
17、F、S、R、D等,机器会自动按照资料,把所需的孔位置钻出来。钻机的工作原理:2021/9/1751 镭射钻孔 冲压成孔 锣机铣孔成孔的其他方法:2021/9/1752 用化学的方法使钻孔后的板材孔内沉积上一层导电的金属,并用全板电镀的方法使金属层加厚,以此达到孔内金属化的目的,并使线路借此导通。(二二)沉銅沉銅 全板电镀全板电镀目的:目的:2021/9/1753磨板 除胶渣沉銅 全板电镀 下工序流程:流程:2021/9/1754入板入板 机械磨板机械磨板 超声波清洗超声波清洗 高压水洗高压水洗 烘干烘干 出板出板(1 1)磨板:2021/9/1755 在机械磨刷的状态下,去除板材表面的氧化层及
18、钻孔毛刺。作用:作用:2021/9/1756膨胀剂 水洗 除胶渣 水洗 中和 水洗(2 2)除胶渣:2021/9/1757 除胶渣属于孔壁凹蚀处理(Etch back),印制板在钻孔时产生瞬时高温,而环氧玻璃基材(主要是FR-4)为不良导体,在钻孔时热量高度积累,孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度,结果造成环氧树脂沿孔壁表面流动,产生一层薄的胶渣(Epoxy Smear),如果不除去该胶渣,将会使多层板内层信号线联接不通,或联接不可靠。作用:作用:2021/9/1758 化学沉铜(Electroless Copper Deposition),俗称沉铜,它是一种自催化的化学氧化及还原反应,在化学
19、镀铜过程中Cu2+离子得到电子还原为金属铜,还原剂放出电子,本身被氧化。化学镀铜在印刷板制造中被用作孔金属化,来完成双面板与多面板层间导线的联通。(3)孔金属化:2021/9/1759膨脹 水洗 微蚀 水洗 预浸 水洗 活化 水洗 还原 水洗 沉铜 水洗流程:流程:2021/9/1760化学镀铜的反应机理:Cu2+2CH2O+4 OHCu+2HCOO-+2H2O+H22Cu2+HCHO+3OH-2Cu+HCOO-+2H2O2Cu+Cu+Cu2+2021/9/1761直接直接电镀:由于化学镀铜液中的甲醛对生态环境由于化学镀铜液中的甲醛对生态环境有害,络合剂不易生物降解,废水处理困有害,络合剂不易
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