制造流程 PCB的制造過(guò)程由玻璃環(huán)氧樹(shù)脂(Glass Epoxy)或類(lèi)似材質(zhì)制成的「基板」開(kāi)始。
影像(成形/導線(xiàn)制作) 制作的第一步是建立出零件間聯(lián)機的布線(xiàn)。我們采用負片轉印(Subtractive transfer)方式將工作底片表現在金屬導體上。
這項技巧是將整個(gè)表面鋪上一層薄薄的銅箔,并且把多余的部份給消除。追加式轉印(Additive 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(xiàn)的方法,不過(guò)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(huì )鋪上銅箔,如果制作的是多層板,接下來(lái)的步驟則會(huì )將這些板子黏在一起。 接下來(lái)的流程圖,介紹了導線(xiàn)如何焊在基板上。
影像(成形/導線(xiàn)制作),續 正光阻劑(positive photoresist)是由感光劑制成的,它在照明下會(huì )溶解(負光阻劑則是如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)照明就會(huì )分解)。有很多方式可以處理銅表面的光阻劑,不過(guò)最普遍的方式,是將它加熱,并在含有光阻劑的表面上滾動(dòng)(稱(chēng)作干膜光阻劑)。
它也可以用液態(tài)的方式噴在上頭,不過(guò)干膜式提供比較高的分辨率,也可以制作出比較細的導線(xiàn)。 遮光罩只是一個(gè)制造中PCB層的模板。
在PCB板上的光阻劑經(jīng)過(guò)UV光曝光之前,覆蓋在上面的遮光罩可以防止部份區域的光阻劑不被曝光(假設用的是正光阻劑)。這些被光阻劑蓋住的地方,將會(huì )變成布線(xiàn)。
在光阻劑顯影之后,要蝕刻的其它的裸銅部份。蝕刻過(guò)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(guò)氧化氫(Sulfuric Acid + Hydrogen Peroxide),和氯化銅(Cupric Chloride)等。蝕刻結束后將剩下的光阻劑去除掉。
這稱(chēng)作脫膜(Stripping)程序。 您可以由下面的圖片看出銅線(xiàn)是如何布線(xiàn)的。
這項步驟可以同時(shí)作兩面的布線(xiàn)。 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(huà),每一層板子在黏合前必須要先鉆孔與電鍍。
如果不經(jīng)過(guò)這個(gè)步驟,那么就沒(méi)辦法互相連接了。 在根據鉆孔需求由機器設備鉆孔之后,孔璧里頭必須經(jīng)過(guò)電鍍(鍍通孔技術(shù),Plated-Through-Hole technology,PTH)。
在孔璧內部作金屬處理后,可以讓內部的各層線(xiàn)路能夠彼此連接。在開(kāi)始電鍍之前,必須先清掉孔內的雜物。
這是因為樹(shù)脂環(huán)氧物在加熱后會(huì )產(chǎn)生一些化學(xué)變化,而它會(huì )覆蓋住內部PCB層,所以要先清掉。清除與電鍍動(dòng)作都會(huì )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(dòng)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(guò)好幾層的導孔,那么每層都必須要重復處理。多層板的外側兩面上的布線(xiàn),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(lái)將阻焊漆覆蓋在最外層的布線(xiàn)上,這樣一來(lái)布線(xiàn)就不會(huì )接觸到電鍍部份外了。網(wǎng)版印刷面則印在其上,以標示各零件的位置,它不能夠覆蓋在任何布線(xiàn)或是金手指上,不然可能會(huì )減低可焊性或是電流連接的穩定性。
金手指部份通常會(huì )鍍上金,這樣在插入擴充槽時(shí),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(lái)檢查所有連接。電子測試在尋找短路或斷路比較準確,不過(guò)光學(xué)測試可以更容易偵測到導體間不正確空隙的問(wèn)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(wú)論是THT與SMT零件都利用機器設備來(lái)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(lái)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(zhù)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(dòng)焊接SMT零件的方式則稱(chēng)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(guò)PCB加熱后再處理一次。待PCB冷卻之后焊接就完成了,接下來(lái)就是準備進(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、電視機、電子儀器儀表等。
單面板的印制圖形比較簡(jiǎn)單,一般采用絲網(wǎng)漏印的方法轉移圖形,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
設備、高級儀器儀表以及電子計算機等。
雙面板的生產(chǎn)工藝一般分為工藝導線(xiàn)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(gè)就是多層板的,無(wú)論是四層八層,還是更多的層數年,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電圖形和絕緣材料層壓合成的印制板。
它實(shí)際上是使用數片雙面板,并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后粘牢(壓合)而成。它的層數通常都是偶數,并且包含最外側的兩層。從技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)可以做到近100層的PCB板,但目前計算機的主機板都是4~8層的結構。
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,應盡量選用耐高溫的、基板尺寸穩定性好的、特別是厚度方向熱膨脹系數較小的,且與銅鍍層熱膨脹系數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層導線(xiàn)圖形,然后根據設計要求,把幾張內層導線(xiàn)圖形重疊,放在專(zhuān)用的多層壓機內,經(jīng)過(guò)熱壓、粘合工序,就制成了具有內層導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(jiǎn)介 不少初學(xué)者感到Protel軟件本身簡(jiǎn)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(yǔ)。
為推廣這一強有力的EDA工具,國內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(xiě)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?zhuān)员闳藗兏玫乩斫夂褪褂眠@一軟件。要想設計出合乎要求的印板圖,必須先了解現代印刷電路板的一般工藝流程,否則將是閉門(mén)造車(chē)。
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(guò)程較簡(jiǎn)單,通常是下料——絲網(wǎng)漏印——腐蝕——去除印料——孔加工——印標記——涂助焊劑——成品。
多層印板的工藝較為復雜,即:內層材料處理——定位孔加工——表面清潔處理——制內層走線(xiàn)及圖形——腐蝕——層壓前處理——外內層材料層壓——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(shí)現圖、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(shí)實(shí)在在的各銅箔層。現今,由于電子線(xiàn)路的元件密集安裝。
防干擾和布線(xiàn)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(xiàn),在板的中間還設有能被特殊加工的夾層銅箔,例如,現在的計算機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置走線(xiàn)較為簡(jiǎn)單的電源布線(xiàn)層(如軟件中的Ground Dever和Power Dever),并常用大面積填充的辦法來(lái)布線(xiàn)(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(guò)孔(Via)”來(lái)溝通。有了以上解釋?zhuān)筒浑y理解“多層焊盤(pán)”和“布線(xiàn)層設置”的有關(guān)概念了。
舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,不少人布線(xiàn)完成,到打印出來(lái)時(shí)方才發(fā)現很多連線(xiàn)的終端都沒(méi)有焊盤(pán),其實(shí)這是自己添加器件庫時(shí)忽略了“層”的概念,沒(méi)把自己繪制封裝的焊盤(pán)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,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(guò)孔(Via) 為連通各層之間的線(xiàn)路,在各層需要連通的導線(xiàn)的文匯處鉆上一個(gè)公共孔,這就是過(guò)孔。工藝上在過(guò)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(guò)孔的上下兩面做成普通的焊盤(pán)形狀,可直接與上下兩面的線(xiàn)路相通,也可不連。
一般而言,設計線(xiàn)路時(shí)對過(guò)孔的處理有以下原則:(1)盡量少用過(guò)孔,一旦選用了過(guò)孔,務(wù)必處理好它與周邊各實(shí)體的間隙,特別是容易被忽視的中間各層與過(guò)孔不相連的線(xiàn)與過(guò)孔的間隙,如果是自動(dòng)布線(xiàn),可在“過(guò)孔數量最小化”( Via Minimiz8tion)子菜單里選擇“on”項來(lái)自動(dòng)解決。(2)需要的載流量越大,所需的過(guò)孔尺寸越大,如電源層和地層與其它層聯(lián)接所用的過(guò)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志圖案和文字代號等,例如元件標號和標稱(chēng)值、元件外廓形狀和廠(chǎng)家標志、生產(chǎn)日期等等。不少初學(xué)者設計絲印層的有關(guān)內容時(shí),只注意文字符號放置得整齊美觀(guān),忽略了實(shí)際制出的PCB效果。
他們設計的印板上,字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區域被抹賒,還有的把元件標號打在相鄰元件上,如此種種的設計都將會(huì )給裝配和維修帶來(lái)很大不便。正確的絲印層字符布置原則是:”不出歧義,見(jiàn)縫插針,美觀(guān)大方”。
4、SMD的特殊性 Protel封裝庫內有大量SMD封裝,即表面焊裝器件。這類(lèi)器件除體積小巧之外的最大特點(diǎn)是單面分布元引腳孔。
因此,選用這類(lèi)器件要定義好器件所在面,以免“丟失引腳(Missing Plns)”。另外,這類(lèi)元件的有關(guān)文字標注只能隨元件所在面放置。
5、網(wǎng)格狀填充區(External Plane )和填充區(Fill) 正如兩者的名字那樣,網(wǎng)絡(luò )狀填充區是把大面積的銅箔處理成網(wǎng)狀的,填充區僅是完整保留銅箔。初學(xué)者設計過(guò)程中在計算機上往往看不到二者的區別,實(shí)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別,所以使用時(shí)更不注意對二者的區分,要強調的是,前者在電路特性上有較強的抑制高頻干擾的作用,適用于需做大面積填充的地方,特別是把某些區域當做屏蔽區、分割區或大電流的電源線(xiàn)時(shí)尤為合適。后者多用于一般的線(xiàn)端部或轉折區等需要小面積填充的地方。
6、焊盤(pán)( Pad) 焊盤(pán)是PCB設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,在設計中千篇一律地使用圓形焊盤(pán)。選擇元件的焊盤(pán)類(lèi)型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動(dòng)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(pán),如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤(pán)等,但有時(shí)這還不夠用,需要自己編輯。
電路設計技巧 PCB設計流程 一般PCB基本設計流程如下:前期準備->PCB結構設計->PCB布局->布線(xiàn)->布線(xiàn)優(yōu)化和絲印->網(wǎng)絡(luò )和DRC檢查和結構檢查->制版。
第一:前期準備。這包括準備元件庫和原理圖。“工欲善其事,必先利其器”,要做出一塊好的板子,除了要設計好原理之外,還要畫(huà)得好。在進(jìn)行PCB設計之前,首先要準備好原理圖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,最好是自己根據所選器件的標準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元件的對應關(guān)系就行。PS:注意標準庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設計,做好后就準備開(kāi)始做PCB設計了。
第二:PCB結構設計。這一步根據已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項機械定位,在PCB設計環(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(kāi)關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線(xiàn)區域和非布線(xiàn)區域(如螺絲孔周?chē)啻蠓秶鷮儆诜遣季€(xiàn)區域)。
第三:PCB布局。布局說(shuō)白了就是在板子上放器件。這時(shí)如果前面講到的準備工作都做好的話(huà),就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò )表(Design->CreateNetlist),之后在PCB圖上導入網(wǎng)絡(luò )表(Design->LoadNets)。就看見(jiàn)器件嘩啦啦的全堆上去了,各管腳之間還有飛線(xiàn)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,一般分為:數字電路區(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區 (怕干擾)、功率驅動(dòng)區(干擾源); ②.完成同一功能的電路,應盡量靠近放置,并調整各元器件以保證連線(xiàn)最為簡(jiǎn)潔;同時(shí),調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線(xiàn)最簡(jiǎn)潔; ③.對于質(zhì)量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度;發(fā)熱元件應與溫度敏感元件分開(kāi)放置,必要時(shí)還應考慮熱對流措施; ④.I/O驅動(dòng)器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件; ⑤.時(shí)鐘產(chǎn)生器(如:晶振或鐘振)要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件; ⑥.在每個(gè)集成電路的電源輸入腳和地之間,需加一個(gè)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(shí),也可在幾個(gè)集成電路周?chē)右粋€(gè)鉭電容。 ⑦.繼電器線(xiàn)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(shí),一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸大小(所占面積和高度)、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(shí),應該在保證上面原則能夠體現的
前提下,適當修改器件的擺放,使之整齊美觀(guān),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(gè)步驟關(guān)系到板子整體形象和下一步布線(xiàn)的難易程度,所以一點(diǎn)要花大力氣去考慮。布局時(shí),對不太肯定的地方可以先作初步布線(xiàn),充分考慮。
印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)幾乎會(huì )出現在每一種電子設備當中。
它是所有電子設備的載體,計算機內部到處都有PCB的身影,從主板、顯卡、聲卡到內存載板、CPU載板再到硬盤(pán)控制電路板、光驅控制電路板等。小到日常生活中的家用電器、手機、PDA、數碼相機,大到車(chē)載電子設備,飛機上使用的航空電子產(chǎn)品、衛星火箭上高可X性電子設備。
生活在信息時(shí)代的我們天天都在和PCB打交道,身為電腦愛(ài)好者的我們又時(shí)刻談?wù)撝?zhù)PCB。但是PCB的是如何制造出來(lái)的呢?制造它們的設備是什么樣子?尤為重要的是,從哪些方面來(lái)評價(jià)一塊板卡的做工好壞?現在,讓我們帶著(zhù)這三個(gè)問(wèn)題,開(kāi)始我們的PCB之旅。
PCB的實(shí)際制造過(guò)程是在PCB工廠(chǎng)里完成的,工廠(chǎng)是不管設計的,設計工作由專(zhuān)門(mén)的公司進(jìn)行,它們的設計結果叫做原理圖,原理圖再由專(zhuān)業(yè)的布線(xiàn)公司進(jìn)行線(xiàn)路圖的設計,得到的線(xiàn)路圖就被交到PCB工廠(chǎng)制作。工廠(chǎng)的任務(wù)就是將工作站中的線(xiàn)路圖變成現實(shí)中的實(shí)物板。
從圖紙到實(shí)物板的過(guò)程有哪些呢? 總體來(lái)說(shuō)有三個(gè)過(guò)程:第一,生產(chǎn)工具(Tooling)的準備;第二,具體生產(chǎn)過(guò)程;第三,品質(zhì)檢驗(VI、電測)。但無(wú)論是生產(chǎn)加工,還是品質(zhì)控制都是圍繞生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行的。
所以我們重點(diǎn)介紹PCB板的生產(chǎn)過(guò)程。 一、生產(chǎn)過(guò)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(jiǎn)稱(chēng)基板。
基板是兩面有銅的樹(shù)脂板。現在最常用的板材代號是FR-4。
FR-4主要用于計算機、通訊設備等檔次的電子產(chǎn)品。對板材的要求:一是耐燃性,二是Tg點(diǎn),三是介電常數。
電路板必須耐燃,在一定溫度下不能燃燒,只能軟化。這時(shí)的溫度點(diǎn)就叫做玻璃態(tài)轉化溫度(Tg點(diǎn)),這個(gè)值關(guān)系到PCB板的尺寸安定性。
在高階應用中,客戶(hù)有時(shí)會(huì )對板材的Tg點(diǎn)進(jìn)行規定。介電常數是一個(gè)描述物質(zhì)電特性的量,在高頻線(xiàn)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)的介電常數的平方根成正比。
介質(zhì)損失大,則吸收高頻信號、轉變?yōu)闊岬淖饔镁驮酱螅瑢е虏荒苡行У貍魉托盘枴?除FR-4樹(shù)脂基板外,在諸如電視、收音機等較為簡(jiǎn)單的應用中酚醛紙質(zhì)基板用得也很多。
我們來(lái)看看基板的構成。基板由基材和銅箔組成,FR-4基材是樹(shù)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(shù)脂中浸沾,再壓合硬化得到基材。
在高分子化學(xué)中,將樹(shù)脂的狀態(tài)分為a-stage、b-stage、c-stage三種狀態(tài),處于a-stage的樹(shù)脂分子間沒(méi)有緊密的化學(xué)鍵,呈流動(dòng)態(tài);b-stage時(shí)分子與分子之間化學(xué)鍵不多,在高溫高壓下還會(huì )軟化,進(jìn)而變成c-stage;c-stage是樹(shù)脂化學(xué)結構最為穩定的狀態(tài),呈固態(tài),分子間的化學(xué)鍵增多,物理化學(xué)性質(zhì)就非常穩定。我們使用的電路板基材就是由處于b-stage的樹(shù)脂構成。
而基板是將處于b-stage的基材與銅箔熱壓在一起。這時(shí)的樹(shù)脂就處于穩定的c-stage了。
●銅箔 銅箔是在基板上形成導線(xiàn)的導體,銅箔的制造過(guò)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(gè)巨大的滾動(dòng)金屬輪作為陰極,CuSo4作為電解液,使純銅在滾動(dòng)的金屬輪上不斷析出,形成銅箔。銅箔的規格是厚度,PCB廠(chǎng)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(jiǎn)單地說(shuō),處于b-stage的基材薄片就叫做PP。
PP的規格是厚度與含膠(樹(shù)脂)量。 ●干膜 感光干膜簡(jiǎn)稱(chēng)干膜,主要成分是一種對特定光譜敏感而發(fā)生光化學(xué)反應的樹(shù)脂類(lèi)物質(zhì)。
實(shí)用的干膜有三層,感光層被夾在上下兩層起保護作用的塑料薄膜中。按感光物質(zhì)的化學(xué)特性分類(lèi),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(huì )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(shí)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(huì )發(fā)生變化而硬化。
使用時(shí),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(jiàn)到的PCB板的顏色實(shí)際上就是防焊漆的顏色。 ●底片 我們講的底片類(lèi)似于攝影的底片,都是利用感光材料記錄圖像的材料。
客戶(hù)將設計好的線(xiàn)路圖傳到PCB工廠(chǎng),由CAM中心的工作站將線(xiàn)路圖輸出,但不是通過(guò)常見(jiàn)的打印機,而是光繪機(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(chǎng)中的作用是舉足輕重的,所有利用影像轉移原理,要做到基板上的東西,都要先變成底片。 2.PCB板的組成 讓我們認識一下手中的電路板。
從制造者的角度講,線(xiàn)路板是分層的,夾在內部的是內層,露在外面可以焊接各種配件的叫做外層。無(wú)論內層外層都是由導線(xiàn)、孔和PAD組成。
導線(xiàn)就是起導通作用的銅線(xiàn);孔分為導通孔(Plating hole)與不導通孔(None Plating hole),分別簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)孔(Via hole),PT孔的孔壁上有銅作為導通介。
1.1 PCB扮演的角色 PCB的功能為提供完成第一層級構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(gè)具特定功能的模塊或成品。
所以PCB在整個(gè)電子產(chǎn) 品中,扮演了整合連結總其成所有功能的角色,也因此時(shí)常電子產(chǎn)品功能故 障時(shí),最先被質(zhì)疑往往就是PCB。圖1.1是電子構裝層級區分示意。
1.2 PCB的演變 1.早于1903年Mr. Albert Hanson首創(chuàng )利用"線(xiàn)路"(Circuit)觀(guān)念應用于電話(huà)交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線(xiàn)路導體,將之黏著(zhù)于石蠟紙上,上面同樣貼上一層石蠟紙,成了現今PCB的機構雛型。
見(jiàn)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(zhuān)利。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術(shù),就是沿襲其發(fā)明而來(lái)的。
1.3 PCB種類(lèi)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別辦法,來(lái)簡(jiǎn)單介紹PCB的分類(lèi)以及它的制造方 法。
1.3.1 PCB種類(lèi) A. 以材質(zhì)分 a. 有機材質(zhì) 酚醛樹(shù)脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。 b. 無(wú)機材質(zhì) 鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。
主要取其散熱功能 B. 以成品軟硬區分 a. 硬板 Rigid PCB b.軟板 Flexible PCB 見(jiàn)圖1.3 c.軟硬板 Rigid-Flex PCB 見(jiàn)圖1.4 C. 以結構分 D. 依用途分:通信/耗用性電子/軍用/計算機/半導體/電測板…,見(jiàn)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(jiàn)圖1.9 B. 加成法,又可分半加成與全加成法,見(jiàn)圖1.10 1.11 C. 尚有其它因應IC封裝的變革延伸而出的一些先進(jìn)制程,本光盤(pán)僅提及但不詳加介紹,因有許多尚屬機密也不易取得,或者成熟度尚不夠。
本光盤(pán)以傳統負片多層板的制程為主軸,深入淺出的介紹各個(gè)制程,再輔以先進(jìn)技術(shù)的觀(guān)念來(lái)探討未來(lái)的PCB走勢。 2.3.1客戶(hù)必須提供的數據: 電子廠(chǎng)或裝配工廠(chǎng),委托PCB SHOP生產(chǎn)空板(Bare Board)時(shí),必須提供下列數據以供制作。
見(jiàn)表料號數據表-供制前設計使用. 上表數據是必備項目,有時(shí)客戶(hù)會(huì )提供一片樣品, 一份零件圖,一份保證書(shū)(保證制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質(zhì))等。這些額外數據,廠(chǎng)商須自行判斷其重要性,以免誤了商機。
2.3.2 .資料審查 面對這么多的數據,制前設計工程師接下來(lái)所要進(jìn)行的工作程序與重點(diǎn),如下所述。 A. 審查客戶(hù)的產(chǎn)品規格,是否廠(chǎng)內制程能力可及,審查項目見(jiàn)承接料號制程能力檢查表. B.原物料需求(BOM-Bill of Material) 根據上述資料審查分析后,由BOM的展開(kāi),來(lái)決定原物料的廠(chǎng)牌、種類(lèi)及規格。
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(hù)對于Finish的規定,將影響流程的選擇,當然會(huì )有不同的物料需求與規格,例如:軟、硬金、噴钖、OSP等。
表歸納客戶(hù)規范中,可能影響原物料選擇的因素。 C. 上述乃屬新數據的審查, 審查完畢進(jìn)行樣品的制作.若是舊數據,則須Check有無(wú)戶(hù)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);而適當排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。 有些工廠(chǎng)認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與否有關(guān)系。大部份電子廠(chǎng)做線(xiàn)路Layout時(shí),會(huì )做連片設計,以使裝配時(shí)能有最高的生產(chǎn)力。
因此,PCB工廠(chǎng)之制前設計人員,應和客戶(hù)密切溝通,以使連片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL時(shí)可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版,須考慮以下幾個(gè)因素。
a.基材裁切最少刀數與最大使用率(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(shí),piece間最小尺寸,以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。 d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸. e.不同產(chǎn)品結構有不同制作流程,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,而且設備制程能力亦需提升,如何取得一個(gè)平衡點(diǎn),設計的準則與工程師的經(jīng)驗是相當重要的。 2.3.3 著(zhù)手設計 所有數據檢核齊全后,開(kāi)始分工設計: A. 流程的決定(Flow Chart) 由數據審查的分析確認后,設計工程師就要決定最適切的流程步驟。
傳統多層板的制作流程可分作兩個(gè)部分:內層制作和外層制作.以下圖標幾種代 表性流程供參考.見(jiàn)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,此時(shí)須將apertures和shapes定義好。目前,己有很多PCB CAM系統可接受IPC-350的格式。
部份CAM系統可產(chǎn)生外型NC Routing 檔,不過(guò)一般PCB Layout設計軟件并不會(huì )產(chǎn)生此。
制作PCB首先要用protel等軟件畫(huà)圖,然后:
方法一:用PCB數控雕刻機把電路板雕刻出來(lái),一般用99SE畫(huà)圖的,(淘寶售1600~12000元);
方法二:手工制作,1、把畫(huà)好的PCB圖打印在熱轉印紙上,2、(用透明膠之類(lèi))沾到洗干凈的覆銅板上,3、經(jīng)過(guò)PCB熱轉印機 熱轉印,把熱轉印紙上的圖案印到覆銅板上,冷卻,剝掉熱轉印紙,4、觀(guān)察轉印效果,有斷線(xiàn)的用補油筆補上,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(gè)方法 比方法二的制作進(jìn)度要高,成本差不多。
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