PCB工艺基础知识

PCB基础知识简介目的•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。一、什么是PCBPCB就是印制线路板（printedcircuitboard），也叫印刷电路板。???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。所采用安装技术，有插入安装方式和表面安装方式。PCBA二、PCB的分类：一般从层数来分为：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。四层板八层板六层板PCB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。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目录•第一部分：前言&•内层工序•第二部分：外层前工序•第三部分：外层后工序第一部分前言&内层工序一、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AOI二、流程简介（一）切板工序来料開料磨邊(打字唛)焗板来料：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、7.5mil8mil、10mil、12mil、14mil、20mil、24mil、28mil、30mil、32mil、40mil、47mil、59mil、63mil等等。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.焗板：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。焗板条件：1.温度：现用的材料:Tg低于140OC。焗板温度:150±5OC2.时间:要求中间层达到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.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。（二)內層图形转移工序1.什么是濕菲林(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。Rollercoating简介Rollercoat是一种代替干菲林的液态感光油墨。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。2.濕菲林(濕膜)的工艺流程：內層前處理內層涂布烤板曝光顯影蝕刻褪膜底片显影曝光蚀刻褪膜Cu基材內層涂布(烘烤)感光線路油3.工艺流程详细介绍: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。除油水洗微蚀水洗酸洗水洗热风干內層涂布：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。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Cu基材底片曝光操作环境的条件：1.温湿度要求：22±2°C，55±10%。(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。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。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+CuCl22CuCl2CuCl+HCl+H2O22CuCl2+2H2O2CuCl+HCl+1/2O22CuCl2+H2O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。（三）AOI工序AOI------AutomaticOpticalInspection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。（四）黑氧化/棕化工序黑氧化/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/棕化前黑氧化/棕化后黑氧化原理：为什么会是黑色的？CuCu+&Cu2+氧化2Cu+2ClO2-Cu2O+ClO3-+Cl-Cu2O+2ClO2-2CuO+ClO3-+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。黑氧化流程简介：除油水洗微蚀水洗黑氧I水洗烘干微蚀水洗预浸黑化II水洗热水洗上板落板黑氧化流程缺陷：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。粉红圈产生的原因？黑氧化层的Cu2O&CuOCu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)。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：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：结合力不及黑化处理的表面。两种工艺的线拉力有较大差异。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。它具有三个生命周期满足压板的要求：A-Stage：液态的环氧树脂。又称为凡立水（Varnish）B-Stage：部分聚合反应，成为固体胶片，是半固化片。C-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，将铜箔与基材粘结在一起。成为固体的树脂叫做C-Stage。Resin——树脂Varnish——胶液Prepreg——半固化片Laminate——层压板工艺原理：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。排板条件：无尘要求：粉尘数量小于1万級粉尘粒度：小于0.5m空调系统：保证温度在18-22°C，相对湿度在55±10%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。COVERPLATE(蓋板)KRAFTPAPER(牛皮紙)SEPARATEPLATE(鋼板)KRAFTPAPER(牛皮紙)CARRIERPLATE(鋼盤)(銅箔)COPPERFOIL(半固化片)PREPREG(內層線路板)PCB排板流程：（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。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。2。提供液态树脂流动填充线路空间所需要的压力。3。提供使挥发成分流出板外所需要的真空度。（六）銑靶`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.修边、打字唛修边：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：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-HA0A00第二部分外层前工序一、外层工艺流程图解（前工序）蚀板钻孔沉銅`板面电镀干菲林图型电镀二、流程简介(一)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：客户资料PE制作ToolingQE检查合格流程：标签钻孔生产钻带发放PE制作胶片及标准板QE檢查铝片基本物料：管位钉底板皱纹胶纸钻咀新钻咀钻孔够Hits数翻磨清洗后标记钻机由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，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：镭射钻孔冲压成孔锣机铣孔成孔的其他方法：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)沉銅`全板电镀目的：磨板除胶渣沉銅全板电镀下工序流程：入板机械磨板超声波清洗高压水洗烘干出板（1）磨板：在机械磨刷的状态下，去除板材表面的氧化层及钻孔毛刺。作用：膨胀剂水洗除胶渣水洗中和水洗（2）除胶渣：除胶渣属于孔壁凹蚀处理（Etchback），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（EpoxySmear），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：化学沉铜（ElectrolessCopperDeposition），俗称沉铜，它是一种自催化的化学氧化及还原反应，在化学镀铜过程中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：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：化学镀铜的反应机理：Cu2++2CH2O+4OHCu+2HCOO-+2H2O+H22Cu2++HCHO+3OH-2Cu++HCOO-+2H2O2Cu+Cu+Cu2+直接电镀：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，废水处理困难，同时目前化学镀铜层的机械性能不及电镀铜层，而且化学镀铜工艺流程长，操作维护极不方便，故此直接电镀技术应运而生。直接电镀工艺不十分成熟，尽管种类较多，大都用于双面板制程。流程：（一）、敏化剂5110（Sensitizer5110）（二）、微蚀（Microetch）（三）、整孔剂（Conditioner）（四）、预浸剂（Predip）（五）、活化剂（Activotor）（六）、加速剂(Accelerator)（4）全板电镀：全板电镀是作为化学铜层的加厚层，一般化学镀铜层为0.02-0.1mil而全板电镀则是0.3-0.6mil在直接电镀中全板用作增加导电层的导电性。对镀铜液的要求：1）、镀液应具有良好的分散能力和深镀能力，以保证在印刷板比较厚和孔径比较小时，仍能达到表面铜厚与孔内铜厚接近1：1。2）、镀液在很宽的电流密度范围内，都能得到均匀、细致、平整的镀层。3）、镀液稳定，便于维护，对杂质的容忍度高全板电镀的溶液成分1）、硫酸铜CuSO42）、硫酸3）、氯离子4）、添加剂原理镀铜液的主要成分是CuSO4和H2SO4，直接电压作用下，在阴阳极发生如下反应：Cu镀液PC