毕业设计（论文）PCB板制作工艺流程设计

湖南科技经贸职业学校毕业论文目 录摘要1引言2第一章 PCB的简介2 1.1 PCB的分类4 1.2 PCB的原材料5第二章 PCB的一些基本术语5第三章 PCB工程制作6 3.1 菲林底版8 3.2 基板材料9 3.3 基本制造工艺流程10第四章 PCB工程制作的基本要求11结论 13 致谢 14参考文献15题目: PCB板制作工艺设计学生与指导老师姓名:湖南科技经贸职业学院电子信息工程系摘 要PCB(PrintedCircuitBoard),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。无论是采用分离器件的传统电子产品或是采用大规模集成电路的现代数码产品，都少不了印制线路板(PCB-Printed Circuit Board)。PCB是在覆铜板上完成印制线路工艺加工的成品板，它起电路元件和器件之间的电气连接的作用。在电子产品中，PCB与各类电子器件一样，处于非常重要的地位，故PCB也是电子部件之一。 随着微电子技术的不断发展，现代电子产品的体积已趋小型化和微型化，而PCB也由单面板发展到双面板、多层板以及挠性板；其设计也由传统制作工艺发展到计算机辅助设计。目前，应用最广泛的是单面板与双面板。为此，掌握单、双面PCB的设计便成了电子技术人员的一项重要技能。在印制电路板出现之前，电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的。而现在，电路面板只是作为有效的实验工具而存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）实现。 【关键词】 印制电路板 支撑体 统治的地位引言电子设备要求高性能化、高速化和轻薄短小化,而作为多学科行业-PCB是高端电子设备最关键技术。PCB产品中无论刚性、挠性、刚-挠结合多层板,以及用于IC封装基板的模组基板,为高端电子设备做出巨大贡献。PCB行业在电子互连技术中占有重要地位。作为用途最广泛的电子元件产品，PCB拥有强大的生命力目前，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达400亿美元。同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业，2003和2004年，全球PCB产值分别是344亿美元和401亿美元，同比增长率分别为5.27%和16.47%。中国PCB产业的主要产品已经由单面板、双面板转向多层板，而且正在从46层向68层以上提升。随着多层板、HDI板、柔性板的快速增长，我国的PCB产业结构正在逐步得到优化和改善。第一章 PCB的简介1.1 PCB的分类根据电路层数分类：分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达十几层。 PCB板有以下三种主要的划分类型： 单面板单面板（Single-Sided Boards） 在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以这种PCB叫作单面板（Single-sided）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。 双面板双面板（Double-Sided Boards） 这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。 多层板多层板（Multi-Layer Boards） 为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果仔细观察主机板，还是可以看出来。 根据软硬进行分类分为普通电路板和柔性电路板。 图1 硬板 图2 软板1.2 PCB板的原材料覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料。它用作支撑各种元器件，并能实现它们之间的电气连接或电绝缘。 PCB就是印刷电路板（Printed circuit board，PCB）,简单的说就是置有集成电路和其他电子组件的薄板。 它几乎会出现在每一种电子设备当中。 据Time magazine 最近报道，中国和印度属于全球污染最严重的国家。为保护环境，中国政府已经在严格制定和执行有关污染整治条理，并波及到PCB产业。许多城镇正不再允许扩张及建造PCB新厂，例如：深圳关内少量并以高精密手工为主，如南山区马家龙工业区的深圳市靖邦科技有限公司，关外则以批量设备生产为主。而东莞已经专门指定四个城镇作为“污染产业”生产基地，禁止在划定的区域之外再建造新厂。 如果在某样设备中有电子零件，它们都是镶在大小各异的PCB上的。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。 随着电子设备越来越复杂，需要的零件自然越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。裸板（上头没有零件）也常被称为印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。 通常PCB的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊漆（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。 为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的因为如此，PCB的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Side） 如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装 如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边接头（edge connector）金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上（一般叫做扩充槽Slot）在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的 印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线，经过细致整齐的规划后，蚀刻在一块板子上，提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体，是所有电子产品不可或缺的基础零件。 印刷电路板以不导电材料所制成的平板，在此平板上通常都有设计预钻孔以安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来，将电子组件的接脚穿过PCB后，再以导电性的金属焊条黏附在PCB上而形成电路。 依其应用领域PCB可分为单面板、双面板、四层板以上多层板及软板。一般而言，电子产品功能越复杂、回路距离越长、接点脚数越多，PCB所需层数亦越多，如高阶消费性电子、信息及通讯产品等；而软板主要应用于需要弯绕的产品中：如笔记型计算机、照相机、汽车仪表等第二章 PCB的一些基本术语在绝缘基材上，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。 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。它不包括印制元件。 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。 印制板按照所用基材是刚性还是挠性可分成为两大类：刚性印制板和挠性印制板。今年来已出现了刚性-挠性结合的印制板。按照导体图形的层数可以分为单面、双面和多层印制板。 导体图形的整个外表面与基材表面位于同一平面上的印制板，称为平面印板。 有关印制电路板的名词术语和定义，详见国家标准GB/T2036-94“印制电路术语”。 电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，从而避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。 印制板从单层发展到双面、多层和挠性，并且仍旧保持着各自的发展趋势。由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展，不断缩小体积、减轻成本、提高性能，使得印制板在未来电子设备地发展工程中，仍然保持强大的生命力。三印制板技术水平的标志： 印制板的技术水平的标志对于双面和多层孔金属化印制板而言：既是以大批量生产的双面金属化印制板，在2.50或2.54mm标准网格交点上的两个焊盘之间 ，能布设导线的根数作为标志。 在两个焊盘之间布设一根导线，为低密度印制板，其导线宽度大于0.3mm。在两个焊盘之间布设两根导线，为中密度印制板，其导线宽度约为0.2mm。在两个焊盘之间布设三根导线，为高密度印制板，其导线宽度约为0. 1-0.15mm。在两个焊盘之间布设四根导线，可算超高密度印制板，线宽为0.05-0.08mm。 国外曾有杂志介绍了在两个焊盘之间可布设五根导线的印制板。 对于多层板来说，还应以孔径大小，层数多少作为综合衡量标志。第三章 PCB工程制作的基本要求3.1 菲林底版菲林底版是印制电路板生产的前导工序，菲林底版的质量直接影响到印制板生产质量。在生产某一种印制线路板时，必须有至少一套相应的菲林底版。印制板的每种导电图形（信号层电路图形和地、电源层图形）和非导电图形（阻焊图形和字符）至少都应有一张菲林底片。通过光化学转移工艺，将各种图形转移到生产板材上去。 菲林底版在印制板生产中的用途如下： 图形转移中的感光掩膜图形，包括线路图形和光致阻焊图形。 网印工艺中的丝网模板的制作，包括阻焊图形和字符。 机加工（钻孔和外型铣）数控机床编程依据及钻孔参考。 随着电子工业的发展，对印制板的要求也越来越高。印制板设计的高密度，细导线，小孔径趋向越来越快，印制板的生产工艺也越来越完善。在这种情况下，如果没有高质量的菲林底版，能够生产出高质量的印制电路板。现代印制板生产要求菲林底版需要满足以下条件： 菲林底版的尺寸精度必须与印制板所要求的精度一致，并应考虑到生产工艺所造成的偏差而进行补偿。 菲林底版的图形应符合设计要求，图形符号完整。 菲林底版的图形边缘平直整齐，边缘不发虚；黑白反差大，满足感光工艺要求。 菲林底版的材料应具有良好的尺寸稳定性，即由于环境温度和湿度变化而产生的尺寸变化小。 双面板和多层板的菲林底版，要求焊盘及公共图形的重合精度好。 菲林底版各层应有明确标志或命名。 菲林底版片基能透过所要求的光波波长，一般感光需要的波长范围是3000-4000A。 以前制作菲林底版时，一般都需要先制出照相底图，再利用照相或翻版完成菲林底版的制作。今年来，随着计算机技术的飞速发展，菲林底版的制作工艺也有了很大发展。利用先进的激光光绘技术，极大提高了制作速度和底版的质量，并且能够制作出过去无法完成的高精度、细导线图形，使得印制板生产的CAM技术趋于完善。3.2 基板材料覆铜箔层压板（Copper Clad Laminates，简写为CCL），简称覆铜箔板或覆铜板，是制造印制电路板（以下简称PCB）的基板材料。目前最广泛应用的蚀刻法制成的PCB，就是在覆铜箔板上有选择的进行的蚀刻，得到所需的线路的图形。覆铜箔板在整个印制电路板上，主要担负着导电、绝缘和支撑三个方面的功能。印制板的性能、质量和制造成本，在很大程度上取决于覆铜箔板。3.3 基本制造工艺流程 印制板按照导体图形的层数可以分为单面、双面和多层印制板。单面板的基本制造工艺流程如下： 覆箔板-下料-烘板（防止变形）-制模-洗净、烘干-贴膜(或网印) 曝光显影(或抗腐蚀油墨) -蚀刻-去膜-电气通断检测-清洁处理-网印阻焊图形（印绿油）-固化-网印标记符号-固化-钻孔-外形加工-清洗干燥-检验-包装-成品。 双面板的基本制造工艺流程如下： 近年来制造双面孔金属化印制板的典型工艺是SMOBC法和图形电镀法。在某些特定场合也有使用工艺导线法。 1图形电镀工艺流程。 覆箔板-下料-冲钻基准孔-数控钻孔-检验-去毛刺-化学镀薄铜-电镀薄铜-检验-刷板-贴膜(或网印)-曝光显影(或固化)-检验修板-图形电镀(Cn十SnPb)-去膜-蚀刻-检验修板-插头镀镍镀金-热熔清洗-电气通断检测-清洁处理-网印阻焊图形-固化-网印标记符号-固化-外形加工 -清洗干燥-检验-包装-成品。 流程中“化学镀薄铜 - 电镀薄铜”这两道工序可用“化学镀厚铜”一道工序替代，两者各有优缺点。图形电镀-蚀刻法制双面孔金属化板是六、七十年代的典型工艺。八十年代中裸铜覆阻焊膜工艺(SMOBC）逐渐发展起来，特别在精密双面板制造中已成为主流工艺。 2裸铜覆阻焊膜（SMOBC）工艺。 SMOBC板的主要优点是解决了细线条之间的焊料桥接短路现象，同时由于铅锡比例恒定，比热熔板有更好的可焊性和储藏性。 制造SMOBC板的方法很多，有标准图形电镀减去法再退铅锡的SMOBC工艺；用镀锡或浸锡等代替电镀铅锡的减去法图形电镀SMOBC工艺；堵孔或掩蔽孔法SMOBC工艺；加成法SMOBC工艺等。下面主要介绍图形电镀法再退铅锡的SMOBC工艺和堵孔法SMOBC工艺流程。 图形电镀法再退铅锡的SMOBC工艺法相似于图形电镀法工艺。只在蚀刻后发生变化。 双面覆铜箔板-按图形电镀法工艺到蚀刻工序-退铅锡-检查-清洗 -阻焊图形-插头镀镍镀金-插头贴胶带-热风整平-清洗 -网印标记符号-外形加工-清洗干燥-成品检验-包装-成品。 堵孔法主要工艺流程如下： 双面覆箔板-钻孔-化学镀铜-整板电镀铜-堵孔-网印成像(正像) -蚀刻-去网印料、去堵孔料-清洗-阻焊图形-插头镀镍、镀金 -插头贴胶带-热风整平-下面工序与上相同至成品。 此工艺的工艺步骤较简单、关键是堵孔和洗净堵孔的油墨。 在堵孔法工艺中如果不采用堵孔油墨堵孔和网印成像，而使用一种特殊的掩蔽型干膜来掩盖孔，再曝光制成正像图形，这就是掩蔽孔工艺。它与堵孔法相比，不再存在洗净孔内油墨的难题，但对掩蔽干膜有较高的要求。 SMOBC工艺的基础是先制出裸铜孔金属化双面板，再应用热风整平工艺。二、PCB工程制作： 对于PCB印制板的生产来说，因为许多设计者并不了解线路板的生产工艺，所以其设计的线路图只是最基本的线路图，并无法直接用于生产。因此在实际生产前需要对线路文件进行修改和编辑，不仅需要制作出可以适合本厂生产工艺的菲林图，而且需要制作出相应的打孔数据、开模数据，以及对生产有用的其它数据。它直接关系到以后的各项生产工程。这些都要求工程技术人员要了解必要的生产工艺，同时掌握相关的软件制作，包括常见的线路设计软件如：Protel、Pads2000、Autocad等等，更应熟悉必要的CAM软件如：View2001、CAM350；GCCAM等等，CAM应包括有PCB设计输入，可以对电路图形进行编辑、校正、修理和拼版，以磁盘为介质材料，并输出光绘、钻孔和检测的自动化数据。第四章 PCB工程制作的基本要求 PCB工程制作的水平，可以体现出设计者的设计水准，也可以反映出印制板生产厂家的生产工艺能力和技术水平。同时由于PCB工程制作融计算机辅助设计和辅助制造于一体，要求极高的精度和准确性，否则将影响到最终板载电子品的电气性能，严重时可能引起差错，进而导致整批印制板产品报废而延误生产厂家合同交货时间，并且蒙受经济损失。因此作为PCB工程制作者，必须时刻谨记自身的责任重大，切勿掉以轻心，务必仔细、认真、再仔细、再认真。在处理PCB设计文件时，应该仔细检查： 接收文件是否符合设计者所制定的规则？能否符合PCB制造工艺要求？有无定位标记？ 线路布局是否合理？线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，能否满足生产要求。元件在二维、三维空间上有无冲突？ 印制板尺寸是否与加工图纸相符？后加在PCB图形中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。 对一些不理想的线形进行编辑、修改。 在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。等等结论：本论文的研究对象是PCB板的制作工艺设计，具体是制作工艺内容。虽然我国PCB产业取得长足进步，但目前与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改进和提升空间，展望PCB板制作工艺还有很多问题要解决。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。致谢：从论文选题到搜集资料，从开题报告、写初稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。 最后，我要感谢三年的大学生活，感谢所有老师同学以及我的家人和那些永远也不能忘记的朋友，他们的支持与情感，是我永远的财富。参考文献：【1】黄智伟 编著 印制电路板(PCB)设计技术与实践 电子工业出版社【2】辜小兵 主编 PCB设计与制作 高等教育出版社【3】许晓平 孙晓彦 程传胜 编著 PCB设计标准教程 北京邮电大学出版社第 16 页 共 16 页