PCB工艺流程

PCB制造流程及说明一.PCB演变1.1PCB扮演的角色PCB的功能为提供完成第一层级构装的组件与其它必须的电子电路零件接合的基地以组成一个具特定功能的模块或成品所以PCB在整个电子产品中扮演了整合连结总其成所有功能的角色也因此时常电子产品功能故障时昀先被质疑往往就是PCB图1.1是电子构装层级区分示意1.2PCB的演变1.早于1903年Mr.AlbertHanson首创利用线路(Circuit)观念应用于电话交换机系统它是用金属箔予以切割成线路导体将之黏着于石蜡纸上上面同样贴上一层石蜡纸成了现今PCB的机构雏型见图1.22.至1936年DrPaulEisner真正发明了PCB的制作技术也发表多项专利而今日之print-etch(photoimagetransfer)的技术就是沿袭其发明而来的1.3PCB种类及制法在材料层次制程上的多样化以适合不同的电子产品及其特殊需求以下就归纳一些通用的区别办法来简单介绍PCB的分类以及它的制造方法1.3.1PCB种类A.以材质分a.有机材质酚醛树脂玻璃纤维/环氧树脂PolyamideBT/Epoxy等皆属之b.无机材质铝CopperInver-copperceramic等皆属之主要取其散热功能B.以成品软硬区分a.硬板RigidPCBb.软板FlexiblePCB见图1.3c.软硬板Rigid-FlexPCB见图1.4C.以结构分a.单面板见图1.5b.双面板见图1.6c.多层板见图1.7D.依用途分通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板,见图1.8BGA.另有一种射出成型的立体PCB因使用少不在此介绍1.3.2制造方法介绍A.减除法其流程见图1.9B.加成法又可分半加成与全加成法见图1.101.11C.尚有其它因应IC封装的变革延伸而出的一些先进制程本光盘仅提及但不详加介绍因有许多尚属机密也不易取得或者成熟度尚不够本光盘以传统负片多层板的制程为主轴深入浅出的介绍各个制程再辅以先进技术的观念来探讨未来的PCB走势二.制前准备2.1.前言台湾PCB产业属性几乎是以也就是受客户委托制作空板BareBoard而已不像美国很多PCBShop是包括了线路设计空板制作以及装配(Assembly)的Turn-Key业务以前只要客户提供的原始数据如Drawing,Artwork,Specification再以手动翻片排版打带等作业即可进行制作但近年由于电子产品日趋轻薄短小PCB的制造面临了几个挑战:1薄板2高密度3高性能4高速(5)产品周期缩短6降低成本等以往以灯桌笔刀贴图及照相机做为制前工具现在己被计算机工作软件及激光绘图机所取代过去以手工排版或者还需要Micro-Modifier来修正尺寸等费时耗工的作业今天只要在CAM(ComputerAidedManufacturing)工作人员取得客户的设计资料可能几小时内就可以依设计规则或DFM(DesignForManufacturing)自动排版并变化不同的生产条件同时可以output如钻孔成型测试治具等资料2.2.相关名词的定义与解说AGerberfile这是一个从PCBCAD软件输出的数据文件做为光绘图语言1960年代一家名叫GerberScientific现在叫GerberSystem专业做绘图机的美国公司所发展出的格式尔后二十年行销于世界四十多个国家几乎所有CAD系统的发展也都依此格式作其OutputData直接输入绘图机就可绘出Drawing或Film因此GerberFormat成了电子业界的公认标准B.RS-274D是GerberFormat的正式名称正确称呼是EIASTANDARDRS-274D(ElectronicIndustriesAssociation)主要两大组成1.FunctionCode如Gcodes,Dcodes,Mcodes等2.Coordinatedata定义图像imagingC.RS-274X是RS-274D的延伸版本除RS-274D之Code以外包括RS-274XParameters或称整个extendedGerberformat它以两个字母为组合定义了绘图过程的一些特性D.IPC-350IPC-350是IPC发展出来的一套neutralformat,可以很容易由PCBCAD/CAM产生,然后依此系统,PCBSHOP再产生NCDrillProgram,Netlist,并可直接输入LaserPlotter绘制底片.E.LaserPlotter见图2.1,输入Gerberformat或IPC350format以绘制ArtworkF.ApertureListandD-Codes见表2.1及图2.2,举一简单实例来说明两者关系,Aperture的定义亦见图2.12.3.制前设计流程2.3.1客户必须提供的数据电子厂或装配工厂委托PCBSHOP生产空板BareBoard时必须提供下列数据以供制作见表料号数据表-供制前设计使用.上表数据是必备项目有时客户会提供一片样品,一份零件图一份保证书保证制程中使用之原物料耗料等不含某些有毒物质等这些额外数据厂商须自行判断其重要性以免误了商机2.3.2.资料审查面对这么多的数据制前设计工程师接下来所要进行的工作程序与重点如下所述A.审查客户的产品规格是否厂内制程能力可及审查项目见承接料号制程能力检查表.B.原物料需求BOM-BillofMaterial根据上述资料审查分析后由BOM的展开来决定原物料的厂牌种类及规格主要的原物料包括了基板Laminate胶片Prepreg铜箔Copperfoil防焊油墨SolderMask文字油墨Legend等另外客户对于Finish的规定,将影响流程的选择,当然会有不同的物料需求与规格例如软硬金喷钖OSP等表归纳客户规范中可能影响原物料选择的因素C.上述乃属新数据的审查,审查完毕进行样品的制作.若是旧资料,则须Check有无户ECO(EngineeringChangeOrder).再进行审查.D.排版排版的尺寸选择将影响该料号的获利率因为基板是主要原料成本排版昀佳化可减少板材浪费而适当排版可提高生产力并降低不良率有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合昀大生产力但原物料成本增加很多.下列是一些考虑的方向一般制作成本直间接原物料约占总成本30~60%包含了基板胶片铜箔防焊干膜钻头重金属铜钖铅化学耗品等而这些原物料的耗用直接和排版尺寸恰当与否有关系大部份电子厂做线路Layout时会做连片设计以使装配时能有昀高的生产力因此PCB工厂之制前设计人员应和客户密切沟通以使连片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可有昀佳的利用率要计算昀恰当的排版须考虑以下几个因素a.基材裁切昀少刀数与昀大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去b.铜箔胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好以免浪费c.连片时piece间昀小尺寸以及板边留做工具或对位系统的昀小尺寸d.各制程可能的昀大尺寸限制或有效工作区尺寸.e.不同产品结构有不同制作流程及不同的排版限制例如金手指板其排版间距须较大且有方向的考量其测试治具或测试次序规定也不一样较大工作尺寸可以符合较大生产力但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升如何取得一个平衡点设计的准则与工程师的经验是相当重要的2.3.3着手设计所有数据检核齐全后开始分工设计A.流程的决定(FlowChart)由数据审查的分析确认后设计工程师就要决定昀适切的流程步骤传统多层板的制作流程可分作两个部分:内层制作和外层制作.以下图标几种代表性流程供参考.见图2.3与图2.4B.CAD/CAM作业a.将GerberData输入所使用的CAM系统此时须将apertures和shapes定义好目前己有很多PCBCAM系统可接受IPC-350的格式部份CAM系统可产生外型NCRouting档不过一般PCBLayout设计软件并不会产生此文件有部份专业软件或独立或配合NCRouter,可设定参数直接输出程序.Shapes种类有圆正方长方,亦有较复杂形状如内层之thermalpad等着手设计时Aperturecode和shapes的关连要先定义清楚否则无法进行后面一系列的设计b.设计时的Checklist依据checklist审查后当可知道该制作料号可能的良率以及成本的预估c.WorkingPanel排版注意事项PCBLayout工程师在设计时为协助提醒或注意某些事项会做一些辅助的记号做参考所以必须在进入排版前将之去除下表列举数个项目及其影响排版的尺寸选择将影响该料号的获利率因为基板是主要原料成本排版昀佳化可减少板材浪费而适当排版可提高生产力并降低不良率有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合昀大生产力但原物料成本增加很多.下列是一些考虑的方向一般制作成本直间接原物料约占总成本30~60%包含了基板胶片铜箔防焊干膜钻头重金属铜钖铅金化学耗品等而这些原物料的耗用直接和排版尺寸恰当与否有关系大部份电子厂做线路Layout时会做连片设计以使装配时能有昀高的生产力因此PCB工厂之制前设计人员应和客户密切沟通以使连片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可有昀佳的利用率要计算昀恰当的排版须考虑以下几个因素1.基材裁切昀少刀数与昀大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去2.铜箔胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好以免浪费3.连片时piece间昀小尺寸以及板边留做工具或对位系统的昀小尺寸4.各制程可能的昀大尺寸限制或有效工作区尺寸.5不同产品结构有不同制作流程及不同的排版限制例如金手指板其排版间距须较大且有方向的考量其测试治具或测试次序规定也不一样较大工作尺寸可以符合较大生产力但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升如何取得一个平衡点设计的准则与工程师的经验是相当重要的进行workingPanel的排版过程中尚须考虑下列事项以使制程顺畅表排版注意事项d.底片与程序底片Artwork在CAM系统编辑排版完成后配合D-Code档案而由雷射绘图机LaserPlotter绘出底片所须绘制的底片有内外层之线路外层之防焊以及文字底片由于线路密度愈来愈高容差要求越来越严谨因此底片尺寸控制是目前很多PCB厂的一大课题表是传统底片与玻璃底片的比较表玻璃底片使用比例已有提高趋势而底片制造商亦积极研究替代材料以使尺寸之安定性更好例如干式做法的铋金属底片.一般在保存以及使用传统底片应注意事项如下1.环境的温度与相对温度的控制2.全新底片取出使用的前置适应时间3.取用传递以及保存方式4.置放或操作区域的清洁度程序含一,二次孔钻孔程序以及外形Routing程序其中NCRouting程序一般须另行处理e.DFMDesignformanufacturing.PCBlayout工程师大半不太了解PCB制作流程以及各制程需要注意的事项所以在Lay-out线路时仅考虑电性逻辑尺寸等而甚少顾及其它PCB制前设计工程师因此必须从生产力良率等考量而修正一些线路特性如圆形接线PAD修正成泪滴状见图2.5,为的是制程中PAD一孔对位不准时尚能维持昀小的垫环宽度但是制前工程师的修正有时却会影响客户产品的特性甚或性能所以不得不谨慎PCB厂必须有一套针对厂内制程上的特性而编辑的规范除了改善产品良率以及提升生产力外也可做为和PCB线路Lay-out人员的沟通语言见图2.6.C.Tooling指AOI与电测Netlist檔..AOI由CADreference文件产生AOI系统可接受的数据且含容差而电测Netlist档则用来制作电测治具Fixture2.4结语颇多公司对于制前设计的工作重视的程度不若制程,这个观念一定要改,因为随着电子产品的演变,PCB制作的技术层次愈困难,也愈须要和上游客户做昀密切的沟通,现在已不是任何一方把工作做好就表示组装好的产品没有问题,产品的使用环境,材料的物,化性,线路Lay-out的电性,PCB的信赖性等,都会影响产品的功能发挥.所以不管软件,硬件,功能设计上都有很好的进展,人的观念也要有所突破才行.三.基板印刷电路板是以铜箔基板Copper-cladLaminate简