PCB工艺流程设计规范课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,52,页,PCB生产工艺流程,PCB生产工艺流程,主要内容,1、PCB的角色,2,、PCB的演变,3、PCB的分类,4、PCB流程介绍,五彩缤纷的PCB工艺,主要内容1、PCB的,1、PCB的角色,PCB的角色：,PCB是为,完成第一,层次的,元件,和,其它,电子电路,零件接合,提供,的,一个,组装,基地,，,组装成,一,个,具特定功能的,模块,或,产品,。,所以,PCB,在整,个电子产,品中，扮演了,连接,所有功能的角色，也因此,电子产,品,的,功能,出现,故障,时,，最先被,怀疑,往往就是,PCB，又因为PCB的加工工艺相对复杂，所以PCB的生产控制尤为严格和重要,。,晶圓,第,0,層次,第,1,層次,(Module),第,2,層次,(Card),第,3,層次,(Board),第,4,層次,(Gate),PCB的解释,：,Printed circuit board,；,简写：PCB,中文为：印制板,（1）在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或由两者结合而成的导电图形，称为印制电路。,（2）在绝缘基材上，提供元、器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。,（3）印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或者印制线路板，亦称印制板。,1、PCB的角色 PCB的角色： 晶圓第0層次第1,1.,早於,1903,年,Mr. Albert Hanson（阿尔伯特.汉森）,首,创,利用“,线,路”,(Circuit)观,念,应,用,于电话交换系统上,。它是用金,属,箔切割成,线,路,导体,，,将,之,粘于,石,蜡纸,上，上面同,样粘,上一,层,石,蜡纸,，成了,现,今,PCB,的,构造雏形,。,如下图：,2. 到1936,年，,Dr Paul Eisner（保罗.艾斯纳）,真正,发,明了,PCB,的,制,作,技术,，也,发,表多,项专,利。而,今天的加工工艺“,图形转移技术,（photoimage,transfer),，就是,沿袭,其,发,明,而来,的。,图,2、PCB,的演,变,图2、PCB的演变,PCB在材料、层数、制程上的多样化以适合不同的电子产品及其特殊需求。因此其种类划分比较多，以下就归纳一些通用的区别办法,来简单介绍PCB的,分类以及它的制造工艺。,A. 以材料分,a. 有机材料,酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide、BT等皆属之。,b. 无机材料,铝基板、铜基板、陶瓷基板等皆属之，主要取其散熱功能。,B. 以成品软硬区分,a. 硬板,Rigid PCB,b. 软板,Flexible PCB 见图1.3,c. 软硬结合板,Rigid-Flex PCB 见图1.4,C. 以结构分,a. 单面板,见图1.5,b. 双面板,见图1.6,c. 多层板,见图1.7,3、,PCB的分类,3、PCB的分类,圖,1.3,圖,1.4,圖,1.5,圖,1.6,圖,1.7,圖,1.8,圖1.3圖1.4圖1.5圖1.6圖1.7圖1.8,4、PCB流程介绍,我们以多层板的工艺流程作为PCB工艺介绍的引线，选择其中的,图形电镀工艺,进行流程说明，具体分为八部分进行介绍，分类及流程如下,：,A、内层线路,C、孔金属化,D、外层干膜,E、外层线路,F、丝印,H、后工序,B、层压钻孔,G、表面工艺,4、PCB流程介绍 我们以多层板的工艺流程作为PCB工,A、内层线路流程介绍,流程介绍:,目的:,1、利用,图形转移,原理制作内层线路,2、DES为,显影,;,蚀刻,;,去膜,连线简称,前处理,压膜,曝光,DES,开料,冲孔,A、内层线路流程介绍流程介绍:冲孔,内层线路-开料介绍,开料(BOARD CUT):,目的:,依制前设计所规划要求,将基板材料裁切成工作所需尺寸,主要生产物料:,覆铜板,覆铜板是由铜箔和绝缘层压合而成,依要求有不同板厚规格,依铜厚可分为H/H;1oz/1oz;2oz/2oz等种类,注意事项:,避免板边毛刺影响品质,裁切后进行磨边,圆角处理。,考虑涨缩影响,裁切板送下制程前进行烘烤。,裁切须注意经纬方向与工程指示一致，以避免翘曲等问题。,内层线路-开料介绍开料(BOARD CUT):,前处理(PRETREAT):,目的,:,去除铜面上的污染物，,增加,铜,面粗糙度,以利於,后续,的,压,膜制程,主要,消耗物料,：,磨刷,铜箔,绝缘层,前处理后铜面状况示意图,内层线路-前处理介绍,前处理(PRETREAT):铜箔绝缘层前处理后铜面状况示意图,压膜(LAMINATION):,目的:,将经处理之基板铜面透过热压方式贴上抗蚀干膜,主要生产物料:,干膜(Dry Film),工艺原理：,干膜,压膜前,压膜后,内层线路压膜介绍,压膜,压膜(LAMINATION):干膜压膜前压膜后内层线路压膜,曝光(EXPOSURE):,目的:,经光线照射作用将原始底片上的图像转移到感光底板上,主要生产工具:,底片/菲林（film),工艺原理,：,白色透光部分发生光聚合反应, 黑色部分则因不透光,不发生反应，显影时发生反应的部分不能被溶解掉而保留在板面上。,UV光,曝光前,曝光后,内层线路曝光介绍,曝光(EXPOSURE):UV光曝光前曝光后内层线路曝光介,显影(DEVELOPING):,目的:,用碱液作用将未发生化学反应之干膜部分冲掉,主要生产物料:,K2CO3,工艺原理：,使用将未发生聚合反应之干膜冲掉,而发生聚合反应之干膜则保留在板面上作为蚀刻时之抗蚀保护层。,说明,：,水溶性,干,膜主要是由,于,其,组,成中含有,机,酸根，,会与弱碱,反,应,使成,为,有,机,酸的,盐类,，可被水,溶解,掉,，显露出图形,显影后,显影前,内层线路显影介绍,显影(DEVELOPING):显影后显影前内层线路显影介绍,蚀刻(ETCHING):,目的:,利用药液将显影后露出的铜蚀掉,形成内层线路图形,主要生产物料:,蚀刻药液(CuCl2),蚀刻后,蚀刻前,内层线路蚀刻介绍,蚀刻(ETCHING):蚀刻后蚀刻前内层线路蚀刻介绍,去膜(STRIP):,目的:,利用强碱将保护铜面之抗蚀层剥掉,露出线路图形,主要生产物料:,NaOH,去膜后,去膜前,内层线路退膜介绍,去膜(STRIP):去膜后去膜前内层线路退膜介绍,冲孔:,目的:,利用CCD对位冲出检验作业之定位孔及铆钉孔,主要生产物料:,钻刀,内层线路冲孔介绍,冲孔:内层线路冲孔介绍,AOI检验:,全称为Automatic Optical Inspection,，,自动光学检测,目的：,通过光学反射原理将图像回馈至设备处理，与设定的逻辑判断原则或资料图形相比较，找出缺点位置,注意事項：,由于AOI所用的测试方式为逻辑比较，一定会存在一些误判的缺点，故需通过人工加以确认。,内层检查工艺,LONG WIDTH,VIOLATION,NICKS,PROTRUSION,DISHDOWN,FINE OPEN,SURFACE SHORT,WIDE SHORT,FINE SHORT,SHAVED PAD,SPACING WIDTH,VIOLATION,PINHOLE,NICK,OVERETCHED,PAD,COPPER SPLASH,MISSING PAD,Missing Junction,Missing Open,AOI检验:内层检查工艺LONG WIDTHNICKSPRO,B、层压钻孔流程介绍,流程介绍:,目的：,层压：将,铜箔,（Copper)、,半固化片,（Prepreg)与棕化处理后的内层线路板压合成多层板。,钻孔：在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔。,棕化,铆合,叠板,压合,后处理,钻孔,B、层压钻孔流程介绍流程介绍:,棕化:,目的:,(1)粗化铜面,增加与树脂接触表面积,(2)增加铜面对流动树脂之湿润性,(3)使铜面钝化,避免发生不良反应,主要生产物料,:棕化液MS100,注意事项:,棕化膜很薄,极易发生擦花问题,操作时需注意操作手势,层压工艺棕化介绍,棕化:层压工艺棕化介绍,铆合,目的,:(四层板不需铆钉),利用铆钉将多张内层板钉在一起,以避免后续加工时产生层间滑移,主要生产物料:,铆钉;半固化片（P/P),P/P(PREPREG):,由树脂和玻璃纤维布组成,据玻璃布种类可分为106、1080、3313、2116、7628等几种,树脂据交联状况可分为,:,A阶(完全未固化);B阶(半固化);C阶(完全固化)三类,生产中使用的全为B阶状态的P/P,2L,3L,4L,5L,铆钉,层压工艺铆合介绍,铆合2L3L 4L 5L铆钉层压工艺铆合介绍,叠板:,目的:,将预叠合好之板叠成待压多层板形式,主要生产物料:,铜箔、半固化片,电镀铜皮;按厚度可分为,1/3OZ12um(代号T),1/2OZ18um(代号H),1OZ35um(代号1),2OZ70um（代号2）,Layer 1,Layer 2,Layer 3,Layer 4,Layer 5,Layer 6,层压工艺叠板介绍,2L,3L,4L,5L,叠板:Layer 1Layer 2Layer 3Layer,压合:,目的:,通过热压方式将叠合板压成多层板,主要生产辅料:,牛皮纸、钢板,钢板,压力,牛皮纸,承载盘,热板,可叠很多层,层压工艺压合介绍,压合:钢板压力牛皮纸承载盘热板可叠很多层层压工艺压合介绍,后处理:,目的:,对层压后的板经过磨边;打靶;铣边等工序进行初步的外形处理以便后工序生产品质控制要求及提供后工序加工之工具孔。,主要生产物料,:钻头;铣刀,层压工艺后处理介绍,后处理:层压工艺后处理介绍,钻孔:,目的:,在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔,主要原物料:,钻头;盖板;垫板,钻头:碳化钨,钴及有机粘着剂组合而成,盖板:主要为铝片,在制程中起钻头定位;散热;减少毛头;防压力脚压伤作用,垫板:主要为复合板,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,钻孔工艺钻孔介绍,铝盖板,垫板,钻头,墊木板,鋁板,钻孔:钻孔工艺钻孔介绍铝盖板垫板钻头墊木板鋁板,流程介,绍,去毛,刺,(Deburr),去,胶,渣,(Desmear),化,学铜,(PTH),一次,铜,Panel plating,目的,:,使孔璧上的非,导体,部分之,树,脂及玻璃,纤维进,行金,属,化,方便,进行后面的电镀,制程,提供,足,够导电,及,保护的,金,属,孔璧,。,C、孔金属化工艺流程介绍,流程介绍去毛刺去胶渣化学铜一次铜 目的:C、孔金属化工艺,去毛,刺(Deburr):,毛,刺,形成原因,:钻,孔,后孔边缘,未切,断,的,铜丝,及未切,断,的玻璃布,去毛刺的,目的,:,去除孔,边缘,的,毛刺,防止,镀,孔不良,重要的原物料：磨刷,沉铜工艺去毛刺除胶渣介绍,去,胶,渣,(Desmear):,胶渣,形成原因,: 钻,孔,时,造成的高,温的过玻璃化转变温度,(Tg,值,),而,形成融熔,态,产生胶渣,去胶渣的,目的,:,裸露出各,层,需互,连,的,铜环,，另膨松,剂,可,改善孔壁,结构,，增,强电镀铜,附著力。,重要的原物料：KMnO,4,(除胶剂),去毛刺(Deburr):沉铜工艺去毛刺除胶渣介绍 去胶渣,化,学,銅,(PTH),化,学铜,之目的,:,通過化,学沉积,的方式,时,表面沉,积,上厚度,为20-40微英寸,的化,学铜,。,孔壁变化过程：如下图,化学铜原理：如右图,PTH,沉铜工艺化学铜介绍,化学銅(PTH)PTH沉铜工艺化学铜介绍,一次,铜,一次,铜,之目的,: 镀,上,200-500微英寸,的厚度的,铜,以保,护仅,有,20-40 micro inch,厚度的化,学铜,不被,后,制程破,坏,造成孔破。,重要生产物料: 铜球,一次銅,电镀工艺电镀铜介绍,一次铜一次銅电镀工艺电镀铜介绍,流程介绍,:,前处,理,压膜,曝光,显影,目的,:,经过钻,孔及通孔,电镀后,内外层已经连通,本制程,制作,外,层干膜,为外层线路的制作提供图形。,D、外层干膜流程介绍,流程介绍:前处理压膜曝光显影 目的:D、外层干膜流程介绍,前处,理,:,目的,:去除铜面上的污染物，,增加,铜,面粗糙度,以利,于压,膜制程,重要原物料：磨刷,外层干膜前处理介绍,压,膜,(Lamination):,目的,:,通,过热压,法使,干,膜,紧,密附著在,铜,面上,.,重要原物料：干膜(Dry film),Photo Resist,前处理:外层干膜前处理介绍 压膜(Lamination),曝光,(Exposure):,目的,:,通,过图形转移技术,在,干,膜上曝出所需的,线,路,。,重要的原物料：底片,乾膜,底片,UV光,外层干膜曝光介绍,V光,曝光(Exposure):乾膜底片UV光外层干膜曝光介绍,显,影,(Developing):,目的,:,把尚未,发,生聚合反,应,的,区,域用,显,像液,将,之,冲,洗掉,已感光部分,则,因已,发,生聚合反,应,而洗不掉而留在,铜,面上成,为蚀,刻或,电镀,之阻,剂,膜,.,主要生产物料：弱碱(K,2,CO,3,),一次銅,乾膜,外层干膜显影介绍,显影(Developing):一次銅乾膜外层干膜显影介绍,流程,介绍:,二次,镀铜,退膜,线路蚀刻,退锡,目的,:,将铜,厚度,镀,至客,户,所需求的厚度,。,完成客,户,所需求的,线,路外形,。,镀锡,E、外层线路流程介绍,流程介绍:二次镀铜退膜线路蚀刻退锡 目的:镀锡E、外层线,二次,镀铜:,目的,:将显影,后的裸露,铜,面的厚度加,后,以,达,到客,户,所要求的,铜,厚,重要原物料：铜球,乾膜,二次銅,外层线路电镀铜介绍,镀锡:,目的,:在镀完二次铜的表面镀上一层锡保护，做为蚀刻时的保护剂。,重要原物料：锡球,乾膜,二次銅,保護錫層,二次镀铜:乾膜二次銅外层线路电镀铜介绍 镀锡:乾膜二次銅,退,膜,:,目的,:将,抗,电镀,用途之,干,膜以,药,水剥除,重点生产物料：退膜液(NaOH),线,路,蚀刻:,目的,:将,非,导体,部分的,铜蚀,掉,重要生产物料：蚀刻液、氨水,二次銅,保護錫層,二次銅,保護錫層,底板,外层线路碱性蚀刻介绍,退膜:线路蚀刻:二次銅保護錫層二次銅保護錫層底板外层线路碱,退锡:,目的,:将导体,部分的起保,护,作用之,锡,剥除,重要生产物料:HNO3退锡液,二次銅,底板,外层线路退锡介绍,退锡:二次銅底板外层线路退锡介绍,流程,介绍:,阻焊,字符,固化,目的,:,外层线路的保护层，以保证PCB的绝缘、护板、防焊的目的,制作字符标识。,火山灰磨板,F、丝印工艺流程介绍,显影,流程介绍:阻焊字符固化 目的:火山灰磨板F、丝印工艺流程,阻焊(Solder Mask),阻焊,俗,称,“,绿油,”,为了便于,肉眼,检查,，故,于,主漆中多加入,对,眼睛有,帮,助的,绿,色,颜料,，其,实,防焊漆了,绿,色之外尚有,黄,色、白色、黑色等,颜,色,目的,A.,防焊：留出板上待焊的通孔及其,焊盘,，,将,所有,线,路及,铜,面都覆,盖,住，防止波焊,时,造成的短路,并节,省焊,锡的,用量 。,B. 护,板：防止,湿气,及各,种电,解,质,的侵害使,线,路氧化而危害,电气性能,，,并,防止外來的,机,械,伤,害以,维,持板面良好的,绝缘。,C. 绝缘,：由於板子愈,来,愈薄,线宽,距愈,来,愈,细,故,导体间,的,绝缘问题,日形突,显,也增加防焊漆,绝缘性能,的重要性,.,丝印工艺阻焊介绍,阻焊(Solder Mask)丝印工艺阻焊介绍,阻焊工艺流程图,预烘烤,印刷第一面,前处理,曝光,显影,固化,S/M,预烘烤,印刷第二面,阻焊工艺流程图预烘烤印刷第一面前处理曝光显影固化S/M预烘烤,前处理,目的：去除表面氧化物，增加板面粗糙度，加强板面油墨附着力。,主要原物料：火山灰,阻焊工艺前处理介绍,印 刷,目的：利用丝网将油墨印写在板子上，如右图：,主要原物料：油墨,常用的印刷方式：,A 印刷型（Screen Printing),B 淋幕型 (Curtain Coating),C 喷涂型 (Spray Coating),D 滚涂型 (Roller Coating),前处理阻焊工艺前处理介绍 印 刷,预烤,目的:赶走油墨内的溶剂，使油墨部分硬化，不致在进行曝光时粘底片。,阻焊工艺预烘介绍,制程要点,温度与时间的设定，须参照供应商提供的条件双面印与单面印的预烤条件是不一样的。,烤箱的选择须注意通风及过滤系统以防异物沾粘。,温度及时间的设定，必须有警报器，时间一到必须马上拿出，否则over curing会造成显影不尽。,阻焊工艺预烘介绍制程要点,曝光,目的：影像转移,主要设备：曝光机,制程要点：,A 曝光机的清洁,B 能量的选择,C 抽真空的控制,阻焊工艺曝光显影介绍,显影,目的：将未聚合之感光油墨利用浓度为1的碳酸钾溶液去除掉。,主要生产物料：碳酸钾,S/M A/W,曝光阻焊工艺曝光显影介绍显影S/M A/W,印字符,目的：利于维修和识别,原理：丝网印刷的方式,主要生产物料：文字油墨,字符工艺印刷介绍,烘烤,印一面文字,印另一面文字,S/M,文字,文字,R105,WWEI,94V-0,印字符字符工艺印刷介绍烘烤印一面文字印另一面文字S/M文字,固化（后烤）,目的：通过高温烘烤让油墨中的环氧树脂彻底硬化,。,字符工艺固化介绍,固化（后烤）字符工艺固化介绍,常规的印刷电路板(PCB)在板上都有铜层，如果铜层未受保护将氧化和损坏，直接影响后续的焊接。有多种不同的保护层可以使用，最普遍的有：,热风整平（HASL),、,有机涂覆(OSP),、,电镀镍金(plating gold),、,化学沉镍金(ENIG),、,金手指,、,沉银（IS),和,沉锡(IT),等。,（）热风整平(HASL):,板子完全,覆盖焊料后,，接,着经过高压热风将,表面,和孔内多余焊料吹掉,，,并且,整平附,着于焊盘和,孔壁的,焊料；分有铅喷锡和无铅喷锡两种,。,优势：成本低，在整个制造过程中保持可焊接性。,（）有机涂覆(OSP):在PCB的铜表面上形成一层薄的、均匀一致的保护层。,优点：在成本上与HASL具有可比性、好的共面性、无铅工艺。,（）电镀镍金(,plating gold,)：通过电镀的方式在铜面上电镀上镍和保护层金。,优点：良好的可焊接性，平整的表面、长的储存寿命、可承受多次的回流焊。,（4）化学沉镍金(ENIG)：通过化学反应在铜面上置换上镍磷层，再在镍层上置换一层金。,优点：良好的可焊接性，平整的表面、长的储存寿命、可承受多次的回流焊。,（5）金手指：通过电镀的方式在同面上电镀上镍和金，因为镀金中含有其他金属区别（3）。,（6）沉银(IS):银沉浸在铜层上0.1到0.6微米的金属层，以保护铜面。,优点：好的可焊接性、表面平整、HASL沉浸的自然替代。,（7）沉锡(IT):锡沉浸在铜层上0.到.um的金属层，以保护铜面。,优点：良好的可焊接性、表面平整、相对低的成本。,G、表面工艺的选择介绍,常规的印刷电路板(PCB)在板上都有铜层，如果铜层未,流程,介绍:,外形,终检/实验室,目的,:,根据客户外形完成加工。,根据电性能的要求进行裸板测试。,出货前做最后的品质审核。,电测,H、后工序工艺流程介绍,流程介绍:外形终检/实验室 目的:电测H、后工序工艺流程介,外形,目的：让板子裁切成客户所需规格尺寸,原理：数位机床机械切割,主要生产物料：铣刀,后工序外形工艺流程介绍,PNL,固定,pin,折斷,Misalignment,偏移,30,o,-90,o,Web,厚度,V-cut,深度,尺寸孔,準備位置,外形后工序外形工艺流程介绍PNL固定pin折斷Mis,电测,目的：对PCB的电性能即开短路进行裸板测试，以满足客户要求。,电测的种类：,A 、,专用机,（dedicated)测试,优点：产速快,缺点： 测试针不能回收使用，治具成本高。,B 、,通用机,（Universal on Grid)测试,优点：a 治具成本较低,缺点：a 设备成倍高,C、,飞针测试,（Moving probe),不需制做昂贵的治具，用两根探针做x、y、z的移动来逐一测试各线路的两端点。,优点,:.,不需治,具,成本低,.,缺点,:,效率低。,后工序电测工艺流程介绍,飞针机,通用机,样品,加急样品,小批量,大批量,成,本,专用机,自動化,电测后工序电测工艺流程介绍飞针机通用机样品加急样品小批量大批,终验/实验室,目的：终验/实验室是制程中进行的最后品质查核。,（）检验的主要项目：,外形尺寸 Outline Dimension,各尺寸与板边 Hole to Edge,板厚 Board Thickness,孔径 Holes Diameter,线宽Line width/space,孔环大小 Annular Ring,等,外观,和,长度,方面的项目,！,（）实验室的主要项目：,1.可焊,性,Solderability,2.线路剥离强度,Peel strength,3.,切片,Micro Section,.热冲击,Thermal Shock,.离,子,污染,度,Ionic Contamination,.湿气与绝缘,Moisture and Insulation Resistance,.,阻抗,Impedance,等,可靠性方面,的项目,。,终检/实验室介绍,终验/实验室终检/实验室介绍,包装发货了！,包装发货了！,PCB流程示意图,LAYER 2,LAYER 3,LAYER 4,LAYER 5,LAYER 1,LAYER 6,1、内层,2、压膜,3、曝光,4、显影,6、退膜,5、蚀刻,7、叠板,8、压合,9、钻孔,10、孔化,11、压膜,12、曝光,13、显影,14、镀铜锡,15、退膜,16、蚀刻,17、退锡,18、丝印,19、表面工艺,PCB流程示意图LAYER 2LAYER 3LAYER,谢谢！,谢谢！,