pcb電路板設計與制作(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 是雙面板還是多層板的，但不可能分辨出來一片多層板到底有多少層，對于多層板你會透過一些沒有涂布防焊漆的基板區(qū)域看到板子內部是黑乎乎的，那就是內層的顏色。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通介質；NP孔包括固定板卡的機械孔等，孔壁無銅。PAD是對PT孔周圍的銅環(huán)和IC引腳在板面上的焊墊的統(tǒng)稱。另外，電路板的兩面習慣叫做Comp面和Sold面。這是因為電路板的一面總是會作為各種電子組件的安裝面。PCB的制造過程由玻璃環(huán)氧樹脂（Glass Epoxy）或類似材質制成的「基板」開始的。 內層板生產(chǎn)步驟裁板無塵室蝕刻線AOI檢驗由于內層被“夾”在板子中間，所以多層板必須先做內層線路。所以首先介紹線路的制作流程：底片上的線路變成電路板銅的過程，是通過影像轉移即利用感光材料來把圖形從一種介質轉移到另一種介質上。以內層線路制作為例：基板上先要壓上一層感光干膜，干膜上再覆蓋上底片，接著曝光，揭開底片看干膜，被光照的地方與未被光照的地方迥然不 同。對光聚合型干膜，受光照的地方顏色變深，意味著已經(jīng)硬化(光聚合反應的結果)，再經(jīng)過顯影(使用碳酸鈉溶液洗去未硬化干膜)，原本底片上透明的地方，干膜就得以保留，而原來底片上是黑黑的地方，干膜由于未被硬化，所以被顯影掉了。再使用蝕銅液(腐蝕銅的化學藥品)對基板進行蝕刻，沒有干膜保護的銅就全軍覆沒，而干膜下的銅面則被保留。如果我們的底片上使用無色透明來代表線路與有銅區(qū)，使用黑色來代表無銅區(qū)，經(jīng)過曝光、顯影、蝕刻，底片上的影像就轉移到 基板上來了。總的結果就是，CAM工作站中的線路圖經(jīng)Plotter輸出轉移到底片上，再經(jīng)過上述過程轉移到基板上。影像轉移的方法在PCB廠中應用廣泛，不僅在制作線路時，而且在制作防焊、網(wǎng)版等需要精確控制圖形的場合都有其用武之地。下料（裁板）下料就是針對某個料號的板子為其準備生產(chǎn)資料。包括裁板、裁PP、銅箔木墊板等物料。裁板就是將大張的標準規(guī)格基板裁切成料號制作資料中制定的WPNL尺寸。裁板使用裁板機（這東西本來是木工機械，現(xiàn)在也被應用到電子產(chǎn)業(yè)中來了）裁板(BOARD CUT)目的:依制前設計所規(guī)劃要求,將基板材料裁切成工作所需尺寸主要原物料:基板。鋸片基板由銅皮和絕緣層壓合而成,依要求有不同板厚規(guī)格,依銅厚可分為H/H。1oz/1oz。2oz/2oz或混合H/1…等種類銅箔絕緣層前處理線前處理后銅面狀況示意圖這是以后各個站別都要經(jīng)過的處理步驟，總體來講其作用是清潔板子表面，避免因為手指油脂或灰塵給以后的壓膜帶來不良影響。內層前處理線有一個重要的作 用就是將原本相對光滑的銅面微蝕成相對粗糙以利于與干膜的結合。前處理使用的清潔液與微蝕液是硫酸加雙氧水(H2SO4＋H2O2)無塵室 （包括壓膜、曝光）壓膜經(jīng)過前處理的WPNL一塊塊由傳送帶進入無塵室進行壓膜、曝光。壓膜前壓膜后先介紹一下無塵室，在電路圖形轉移過程中，對工作室的潔凈程度要求非常高，至少要在萬級無塵室中進行壓膜曝光工作。為確保圖形轉移的高質量，還要保證室內工作條件，控制室內溫度在21177。1℃、相對濕度55%～60%，這是為 了保證板子和底片的尺寸穩(wěn)定。因為板子和底片的組成材料都是有機高分子材料，對溫濕度十分敏感。只有整個生產(chǎn)過程中都在相同的溫濕度下，才能保證板子和底 片不會發(fā)生漲縮現(xiàn)象，所以現(xiàn)在的PCB工廠中生產(chǎn)區(qū)都裝有中央空調控制溫濕度。要生產(chǎn)的基板上必須貼上一層干膜，這由壓膜機完成。UV光壓膜機是一臺很靈敏的機器，只需要調整壓膜輥輪的壓力，它就會自動根據(jù)WPNL的大小與厚度自己裁切干膜。干膜是三層結構，壓膜機壓膜時會自動將與板面結合的一側MYLAY(就是塑料薄膜)膜撕下來。壓好膜的板子去對片曝光，對片就是將底片覆在板子上，之所以叫做對片，是因為一塊板子有兩面，其間有孔連接，孔周圍有PAD。對片的目的就是保證Comp和Sold 面的同一個孔的PAD保持圓心基本重合。基板和底片的漲縮也會影響對準度。曝光前曝光后曝光壓膜后的WPNL應盡快曝光，因為感光干膜有一定保質期。曝光使用曝光機，曝光機內部會發(fā)射高強度UV光(紫外光)，照射覆蓋著底片與干膜的基板，通過影像轉移，曝光后底片上的影像就會反轉轉移到干膜上。曝光機曝光前要抽真空，這是為了避免氣泡引起折射。同時灰塵顆粒也會引起折射，顯影前 折射的光就是偏離了直線傳播的光，這必然會導致轉移到干膜上的線路圖失真。更為嚴重的是灰塵顆粒會粘在板面上阻擋光照造成雜質斷路或短路。萬級無塵室是標準配置，如果生產(chǎn)高精密度的電路板，更高級別的無塵室也是必須的，雖然造價高昂(例如IC工廠的無 塵室)。因為感光干膜對黃光不敏感，不會曝光，蝕刻線顯影后曝光完成后的板子經(jīng)過靜置，就進入蝕刻線。蝕刻線分為三個部分：顯影段、蝕刻段和剝膜段。長長的生產(chǎn)線有數(shù)十個槽體。槽內有上下兩排管道噴頭給從傳送 帶上經(jīng)過的WPNL“沖淋浴”。在各個槽內的“淋浴液”不同，分別完成各自的任務。讓我們一步步地看看到底蝕刻線是怎么工作的。首先，在顯影段中使用碳酸鈉溶液作為浴液進行顯影。碳酸鈉溶液將沒有受到紫外光照射而發(fā)生變化的干膜溶解并沖洗掉。其次，顯影后的板子在進入蝕刻段前要經(jīng)過純水沖洗以防止將顯影液帶進蝕刻槽。這也是后面所有多功能的生產(chǎn)線各個功能部分之間連接的方式。蝕刻段是這條生產(chǎn)線的核心。蝕刻槽的浴液是CuCl2+HCl+H2O2。業(yè)余愛 好者常用的蝕刻液FeCl3由于環(huán)保和效率的原因早已不用了。由于藥品在生產(chǎn)過程中有消耗，必須隨時添加，保持一定濃度。這個艱巨的工作由一套全自動藥液 濃度控制裝置完成(AQUA)。蝕刻液將沒有被干膜覆蓋而裸露的銅腐蝕掉。板子過了蝕刻段，就算影像轉移的大局已定。底片上的透明區(qū)現(xiàn)在對應有銅。一般的 PCB工廠的蝕刻線制作極限是4/4，即線寬/線間距分別是4密耳。超過這個限制則報廢率大增，成本太高。現(xiàn)在我們的筆記本電腦主板上就有大量的4/4線路。出了蝕刻槽，覆蓋在板子上的干膜已經(jīng)無用了，所以最后用熱NaON溶液噴淋板子剝膜。將硬化的干膜溶掉。蝕刻后蝕刻前顯微鏡下的蝕刻線路邊緣絕非平直，其縱向切面也不是矩形，而是梯形。邊緣不平直是由于干膜和板面的結合不會絕對嚴密，而蝕刻液蝕銅是全方位的，不僅在 縱深上蝕銅，而且也腐蝕線路的側面，這樣造成切面不是矩形而是有一定的梯度。同時使線路的寬度較底片上的寬度細了。AOI檢驗(全稱為Automatic Optical Inspection，自動光學檢測)目的：通過光學反射原理將圖像回饋至設備處理，與設定的邏輯判斷原則或資料圖形相比較，找出缺點位置注意事項：由于AOI所用的測試方式為邏輯比較，一定會存在一些誤判的缺點，故需通過人工加以確認.由于材料厚度日趨薄化,線路密集,細化需注意人員handling問題.出了內層蝕刻線的板子必須經(jīng)過嚴格的檢驗以將問題消滅在早期。PCB的生產(chǎn)過程也是一個價值不斷增長的過程，越到后面報廢一塊板子的代價越大，所以多 層板的內層線路制作品質必須盡量完美。但人是不可能做到的，這里我們使用一種機器叫做AOI(Automatic Optical Inspection，自動光學檢驗)來進行裸板外觀品質測試。AOI是集光學、計算機圖形識別、自動控制多學科于一身的高技術產(chǎn)品。它的內部存有上百種板面缺陷的圖樣特征。工作時操作人員先將待檢板固定在機臺上，AOI會用激光定位器精確定位CCD鏡頭來掃描全板面。將得到的圖樣抽象出來與缺欠 圖樣比對，以此來判斷PCB的線路制作是否有問題。像常見的線路缺口、短斷路、蝕刻不全等都可以憑借AOI找出來。AOI可以指出問題類型以及在板子上的 位置。核心是它的分析軟件。AOI設備在整個微電子產(chǎn)業(yè)中都大有用武之地，在IC生產(chǎn)中也同樣需要類似設備(因為IC就是微縮的線路板嘛)。AOI技術的世界領跑者是以色列人，之所以這樣據(jù)說是因為以色列處于阿拉伯各國環(huán)視之中，戒備心理極強，所以其雷達圖像識別技術首屈一指(怕人家偷襲嘛)，在20世紀 70～80年代微電子技術大發(fā)展時，電子工業(yè)越來越需要一種高精度的外觀檢驗裝置，以色列抓住機遇軍品轉民品大大地賺了一票。這種單價在30萬美元以上的 設備早期被認為是PCB工廠品管嚴格的象征，由于采用AOI后可有效地提高成品率，防止產(chǎn)品報廢，對于多層板生產(chǎn)還是十分合算的，所以現(xiàn)在AOI設備也是 PCB廠的必備裝置了。第三章 內層線路板成型段 壓合壓合是將單張的內層基板以PP作中介再加上銅箔結合成多層板。這套工作由壓合機完成的。壓合機是一個密閉的金屬桶，里面有由下而上由多個托盤組成的夾層，板子就放在這些夾層里。這些托盤都是熱板，里面裝著滾燙的油，油溫受計算機控制。最下方的托盤下有一個液壓機械臂向上舉重似的給上面的所有板子以壓力，壓力的大小也是可控的。現(xiàn)代的壓合機內部會被抽成真空，以防止熔融的PP中出現(xiàn)氣泡而影響層間結合力，同時有助于熔融樹脂的均勻分布。具體生產(chǎn)流程：棕化 → 鉚合 → 迭板 → 壓合 → 后處理棕化（黑化）目的：(1)粗化銅面,增加與樹脂接觸表面積(2)增加銅面對流動樹脂之濕潤性(3)使銅面鈍化,避免發(fā)生不良反應主要愿物料：棕化藥液將基板與PP緊密結合在一起，與內層前處理相同，我們有必要將兩者的表面刷磨粗糙一點以增加接觸面積，而PP為樹脂，化學性質穩(wěn)定，我們只有打內層基板的主意。使用與內層前處理段使用過的辦法，即用強氧化劑將內層板面上的銅氧化使其表面 粗糙，由于氧化銅的顏色是黑色的，所以這道