PCB板材基础知识介绍

PCB板材基础知识简介From:IE-余育科Date:Jul-18-13Contents一．PCB材质简介二．PCB生产流程简介三．PCB原材不良案列四．PCB检验标准一.PCB材质简介一.PCB材质简介(一)印制电路板的概念和功能及背景1、印制电路板的英文：PrintedCircuitBoard2、印制电路板的英文简写：PCB3、印制电路板的主要功能：支撑电路元件和互连电路元件，即支撑和互连两大作用.4、PCB诞生于上世纪四、五十年代,发展于上世纪八、九十年代。伴随半导体技术和计算机技术的进步，印刷电路板向着高密度,细导线,更多层数的方向发展，其设计技术也从最初的手工绘制发展到计算机辅助设计（CAD)和电子设计自动化（EDA).一.PCB材质简介(二)PCB分类（覆铜板）覆铜板的定义a、覆铜板:英文简称CCL,它是制作电路板最基本的材料,其为一面或两面覆有金属铜箔的层压板.b、覆铜板分刚性和挠性两类.c、覆铜板的基材是不导电的绝緣材料.d、覆铜板是由铜箔/粘结树脂/纸或纤维布在加温加压的条件下形成的层压制品.一.PCB材质简介1、纸基材酚醛树脂-纸质板：a、组成特征：由纸质碎沫与酚醛树脂压合而成，表面上看，呈纸一样平整.b、包括：FR-1、FR-2、FR-3、XBC、HB（目前TPV多使用FR-1/FR-2,FR-1多用于MNT、FR-2多用于TV，FR-2较FR-1电气性能要求较高、价格较高外，其他性能无多大差别）.c、优点：原材料成本低,因其质地较软可以冲孔,故在電路板制程中孔,加工成本低.d、硬度相对较差,在潮湿环境下容易吸收水分,受高温热膨胀及冷却后收缩变化较大,且电器性能较纤维板低.（例:过波峰焊易变形）FR-1:表面上看，呈纸样平整(二)PCB分类（覆铜板）-单面板銅箔纸基材17.5、35μm0.1mm~2.5mm备注：TPV单面板板厚为1.6mm“FR”表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃(Flameretardent)性或抗燃(Flameresistance)性一.PCB材质简介(二)PCB分类（覆铜板）-单面板2、纸基材环氧树脂-复合纤维板：a、组成特征：基材由纸质碎沫和环氧树脂混合，表层是玻璃纤维，压合而成，表面上看，有纹路.b、包括：CEM-1(纸芯)，CEM-3(玻纤芯).(目前TPV多使用CEM-1)CEM-1构成为：铜箔+纸(芯)+环氧树脂(芯)+玻纤布(面)CEM-3构成为：铜箔+玻纤非织布(芯)+环氧树脂(芯)+玻纤布(面)CEM-3比CEM-1板料中所含的纤维层数量更多,故CEM-3的耐燃性,绝缘性,硬度等高于CEM-1，且可用于代替FR-4用于部分双面板及多层板.c、优点：复合纤维板成本较玻璃纤维板低,解决了纸板的硬度不足和纤维板不易冲孔问题.d、缺点：电气性能虽接近玻璃纤维板,但仍不可完全替代FR-4材料,仅有部分要求不高的电路板可用此材料替代FR-4使用.CEM-1:表面上看，有纹路一.PCB材质简介(二)PCB分类（覆铜板）-双面板、多层板1、玻璃纤维布基材环氧树脂-玻璃纤维板：a、组成特征：基材由玻璃纤维布和环氧树脂混合，表层也是玻璃纤维布，压合而成，表面上看，有纹路，侧面看去,有纤维丝、呈交叉层叠状.b、包括：FR-4等.(目前TPV双面板及多层板皆使用FR-4)c、优点：高强度、抗热与火(不会燃烧)、抗化(不易腐蚀、不易长霉菌)、防潮、热性(膨胀系数低、热传导系数高)、电性（不导电，绝缘）d、缺点：成本高，制作工艺要求高(例：不能冲孔).FR-4:表面上看，有纹路,侧面上看，有纤维丝，呈交叉层叠状銅箔纸基材≥30.9μm0.1mm~2.5mm銅箔双面板≥30.9μm备注：TPV双面板、多层板板厚为1.6mm或1.2mm2、陶瓷、金属材质：如铁基、铝基、铜基，主要应用于军事、航空航天领域.孔銅箔≥20μm一.PCB材质简介(二)PCB分类（覆铜板）-材质辨识特殊需求码第三码代表使用材质：1――FR-1；2――FR-2；3――CEM-1；4――FR-4双层板；5――FR-4四层板；6――FR-4六层板；7――FPC(软板)PCB料件编码规则第34条：例：715G5713-M01-000-005K使用材质：FR-4四层板1.OSP工艺:OSP意为可悍性有机铜面保护剂,其制程原理是通过一种替代咪唑衍生的活性组分与金属铜表面发生的化学反应,使线路板的焊盘和通孔焊接位置形成均匀,极薄,透明的有机涂层,该涂层具有优良的耐热性,保护膜厚度通常0.2-0.5μm。（目前TPV要求OSP厚度可满足回流焊两次，波峰焊一次.厂家可以做到0.2~0.35μm）焊接时保护膜分解、挥发、熔解到焊膏或酸性焊剂中，露出铜表面，使焊锡与干净的铜发生反应,因其制作成本较低,且技术成熟,故目前已被行广泛使用.(二)PCB分类（覆铜板）-板面处理2.OSP工艺优缺点和应用a、优点：平整、便宜，OSP只钟情于铜表面，对其他表面如阻焊层没有亲和力，不会附着在其表面，应用广泛.b、缺点：①保存时间短，在真空包装条件下保存期为3月。存储时，不能接触酸性物质，温度不能太高，否则会挥发。②检测困难，无色、透明。③OSP本身绝缘，Imidazole类OSP，形成较厚的涂覆层，会影响电气测试，不能作为电气接触表面如金手指、键盘按键、测试点等表面的涂层。④不能多次进行回流焊接，一般3次，在双面回流焊接以及返修中需要考虑。经过几代改良，其耐热性和存储寿命、助焊剂的兼容性大大提高。⑤焊接温度相对提高为225℃，焊接过程中需加更强劲（酸性成分）的助焊剂消除保护膜，否则导致焊接缺陷。(二)PCB分类（覆铜板）-板面处理一.PCB材质简介二.PCB成产流程简介二.PCB生产流程简介(一)单面板生产流程开料磨板线路印刷UV固化蚀刻去墨磨板防焊印刷UV固化底文印刷UV固化面文印刷UV固化成型打孔冲孔成型V-cut压板磨板表面松香终检包装出货基板銅箔纸基材1/2oz.1/1oz.2/1oz0.1mm~2.5mmA.0.5OZ0.7milB.1.0OZ1.4milC.2.0OZ2.8mil1OZ即指1ft2(单面)含铜重(1OZ=28.35g)厚度计算单位:如1.0Ounce(oz)的定意是一平方米面积单面覆盖铜箔重量1oz(28.35g)的铜层厚度.经单位换算35μm(micron)或1.35mil.二.PCB生产流程简介-单面板开料盎司42in48in40in48in使用材料：FR1—纸基板CEM-1--复合纤维板，也叫半玻纤板二.PCB生产流程简介-单面板开料设计裁切依工程设计基板规格及排版图裁切生产工作尺寸目的：目的：铜面的清洁与粗糙化（二氧化硅刷轮），增强油墨附着力表面处理机二.PCB生产流程简介-单面板磨板线路印刷线路印刷机目的：需要的线路表面印上油墨，蚀刻时保护线路处理后铜面呈粗糙状UV油墨网板UV机二.PCB生产流程简介-单面板UV固化目的：紫外线的作用下将油墨固化（物理变化）NG:线路上油墨被检验人员破坏，起不到保护作用蚀刻目的：将不需要的铜箔（非线路，未被油墨保护部分）蚀刻蚀刻机NG:线路上油墨被检验人员破坏，起不到保护作用，线路被蚀刻，开路不良UV光线去墨机二.PCB生产流程简介-单面板去墨目的：用强碱类(NaOH)溶液将线路表面的油墨反应掉磨板目的：通过磨板（二氧化硅刷轮）为阻焊印刷提供一个干燥、洁净粗糙的板面条件，防止阻焊油起泡、掉油研磨机去掉保护线路的油墨，露出铜箔注意：若板面不够洁净、干燥，遇高温环境易起泡防焊印刷机二.PCB生产流程简介-单面板防焊印刷目的：在不需要焊接的线路及板面上以网板印刷方式印上一层阻止焊接的绿油UV固化UV机焊接面除焊盘外印一层防焊绿油TPV要求油墨厚度：线路拐角8~15μm，平面15~25μm目的：紫外线的作用下将绿油固化（物理变化）UV光线绿油固化变干,不易被破坏文字印刷机二.PCB生产流程简介-单面板底文印刷目的：将客户所需的文字，商标或零件符号，以网板印刷的方式印在底面UV固化UV机目的：紫外线的作用下将白漆固化（物理变化）UV光线C1C11文字C1C11白漆固化变干,不易被破坏文字印刷机二.PCB生产流程简介-单面板面文印刷目的：将客户所需的文字，商标或零件符号，以网板印刷的方式印在正面UV固化UV机目的：紫外线的作用下将白漆固化（物理变化）UV光线C11C1文字C11C1白漆固化变干,不易被破坏裁切机二.PCB生产流程简介-单面板成型加工目的：将大排版分开成冲床的模具排板，裁切后使用打孔机打出冲床等所需的定位孔冲孔打孔机目的：冲出客户所需点位的通孔C11C1点位通孔冲孔机注意：为了保证基板的冲孔加工的质量（孔间不产生裂纹、层间不分离、孔的四周不出现白圈、孔内壁光滑、铜箔不翘起等），就须在冲孔前先进行对板的预热处理。C11C1冲床定位孔裁切线压板机二.PCB生产流程简介-单面板压板目的：制程中板弯的矫正V-cut目的：多连板及板边做折断线，以便客户插件后分板V-cut机注意：TPVV-cut残厚为-参见第41页C11C1C11C1V-cut线表面处理机二.PCB生产流程简介-单面板磨板目的：清除前工序产生的粉尘，毛刺，污物測試目的：检测线路有无开路、短路不良，以防不良流入客户电测机注意：CEM-1板材较硬，冲孔后易出现毛刺，导致波峰焊锡洞不良，此工序需将毛刺清除干净C11C1C11C1松香涂覆线二.PCB生产流程简介-单面板表面松香目的：在焊接面涂上一层透明松香，隔绝空气，防止焊盘氧化检验工作台终检目的：外观、线路等最后总检查C11C1板面松香C11C1二.PCB生产流程简介-单面板包装出货目的：将客户所需的板材，吸塑及外观包装，便于运输及防止破损，氧化吸塑机打包机(二)双面板生产流程二.PCB生产流程简介开料钻孔磨板沉铜电镀厚铜磨板压干膜曝光显影二次镀铜镀锡剥膜蚀刻退锡AOI/目检防焊印刷磨板预烤曝光显影烘烤固化文字印刷烘烤固化V-cut成型切割测试洗板表面OSP终检包装出货A.0.5OZ0.7milB.1.0OZ1.4milC.2.0OZ2.8mil1OZ即指1ft2(单面)含铜重(1OZ=28.35g)厚度计算单位:如1.0Ounce(oz)的定意是一平方米面积单面覆盖铜箔重量1oz(28.35g)的铜层厚度.经单位换算35μm(micron)或1.35mil.二.PCB生产流程简介-双面板基板銅箔玻璃纤维布加树脂0.1mm~2.5mm开料1/2oz.1/1oz.2/1oz42in48in40in48in使用材料：FR4—玻璃布基板二.PCB生产流程简介-双面板开料设计裁切依工程设计基板规格及排版图裁切生产工作尺寸目的：钻孔机二.PCB生产流程简介-双面板钻孔目的：在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔盖板（铝板）：防止钻孔披锋；防止钻孔上表面毛刺保护覆铜箔层不被压伤；提高孔位精度；冷却钻头，降低钻孔温度。厚度：0.15-0.2mm.导通孔上盖板下垫板垫板（复合板）：在制程中起保护钻机台面;防出口性毛头;降低钻针温度及清洁钻针沟槽胶渣作用.钻头：碳化钨,钴及有机黏着剂组合而成.TPV要求孔壁粗糙度需≤25μm目的：去除钻孔产生的孔口毛刺、粉尘、清洁板面污迹，为后续沉铜层良好附着板面及孔内提供清洁表面研磨机二.PCB生产流程简介-双面板磨板沉铜沉铜线目的：在整个印制板面尤其是孔壁上沉积一层薄铜，使上下板线路导通，以便后工序电镀厚铜时作为导体孔铜原理：利用物理方法在通孔表面吸附一层钯，利用置换反应原理置换出CuSO4溶液中的铜，从而在孔壁上沉积一层薄铜原理：二氧化硅刷轮均匀刷板电镀厚铜线二.PCB生产流程简介-双面板电镀厚铜磨板表面处理机目的：利用电化学原理，加厚孔内及孔壁的铜层约20-40微米，保证PCB层间互联的可靠性及不被后工序破坏造成孔破目的：铜面的清洁与粗糙化（二氧化硅刷轮），干燥铜面,增强干膜附着力铜层加厚铜层加厚处理后铜面呈粗糙状原理：通电条件下,以铜球为阳极,板面及孔铜为阴极,电解液为CuSO4，SO42-往阳极移动,阳极铜发生氧化反应,失电子生成C