PCB工艺流程及AOI检测

1、毕业设计（论文）课题名称：PCB工艺流程及AOI的检测专业名称：应用电子设计人：张叶清学号：20050077班级：E05201指导教师：张筱云苏州工业园区职业技术学院SuzhouIndustrialParkInstituteOfVocationalTechnology2007年5月苏州工业园区职业技术学院电子工程系毕业设计PCB流程与AOI檢測 目录TOC o 1-5 h z毕业设计任务书3- HYPERLINK l bookmark6 摘要5 HYPERLINK l bookmark8 一、绪论5 HYPERLINK l bookmark10 二、PCB技术的介绍5 HYPERLINK l

2、bookmark12 三、PCB工艺流程的介绍及AOI的检测6（一）干制程压合，钻孔，成型的流程介绍7制程的目的8（二）湿制程镀铜，金手指，OSP的流程介绍-9制程的目的9（三）影制程内层，外层，防焊的流程介绍11制程的目的11四、AOI的检测12五、结论16六、致谢17附录一（图1）附录二（图2）附录三（图3）附录三（图4）毕业论文（设计）任务书院（系）：电子工程系论文（设计）题目：PCB工艺流程与AOI检测指导教师：张筱云职称：类别：毕业设计学生：张叶清专业：应用电子班级：E05201学号：200500277论文（设计）类型：应用型1论文（设计）的主要任务及目标了解PCB的分类，各个制程的

3、流程及制程的目的，在整个流程中起到的作用。什么是AOI,AOI检测的项目Discovery检测流程。AOI对与目测的优点检测机理-孔层分析论文（设计）的主要内容PCB工艺流程AOI的检测3论文（设计）的基本要求A内容充实、明确，语言用词准确、条理清楚；A体现设计的用途及实用性；A必要的方案论证（安全性、技术性、可靠性等）A反映出设计思路，阐明设计的工作原理及工作特性。4主要参考文献5进度安排论文（设计）各阶段任务起止日期1资料收集、课题选择3.15以前2方案设计、模块规划3.154.103流程图设计、软件设计4.105.054论文书写、修改5.055.255思路总结、答辩准备5.256.10P

4、CBPCB工艺流程与AOI检测张叶清摘要它作为元器件的支撑，并且提供系统电路工作所需要的电气连接，是实现电子产品小型化、轻量化、装配机械化和自动化的重要基础部件，在电子工业中有广泛应用。本讲义主要介绍PCB的特点。PCBPCB工艺流程AOI检测一、绪论PCB印刷电路板（Printedcircuitboard,PCB）几乎会出现在每一种电子设备当中如果在某样设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB上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,需要的零件越来越多,PCB上头的线路与零件也越来越密集了标准的PCB上头没有零件，也常被称为“

5、印刷线路板PrintedWiringBoard（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(conductorpattern)或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接.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

6、为零件面(ComponentSide)与焊接面(SolderSide)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(edgeconnector)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PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆(sol

7、dermask)的颜色这层是绝缘的防护层，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另外会印刷上一层丝网印刷面(silkscreen)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丝网印刷面也被称作图标面(legend)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PC

8、B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、汽车仪表等二、PCB技术的介绍PCB(printedcircuitboard),即印制电路板是在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路，印制元件或由两者组合而成的导电图形后制成的板。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

9、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).三、PCB工艺流程的介绍及AOI的检测(一)干制程1压合流程及工作原理(1)製程目的:將銅箔(CopperFoil),膠片(Prepreg)與氧化處理(Oxidation)後的內層線路板,壓合成多層基板.本章仍介紹氧化處理,但未來因成本及縮短流程考量,取代製程會逐漸普遍.內層氧化處理L-E-Imms弘田E0耀爹厦ff)(2)內層氧化處理(Black/BrownOxideTreatment)3)氧化反應增加與樹脂接觸的表面積，加強二者之間的附著力(Adhesion).增加銅面對流動樹脂之潤濕性,使樹

10、脂能流入各死角而在硬化後有更強的抓地力。在裸銅表面產生一層緻密的鈍化層(Passivation)以阻絕高溫下液態樹脂中胺類Amine)對銅面的影響。.還原反應目的在增加氣化層之抗酸性，並剪短絨毛高度至恰當水準以使樹脂易於填充並能減少粉紅圈(pinkring)的發生。黑化及棕化標準配方:3)高鹼性黑化液亞氯酸SodiumChloriteNaC10260g/l氫氧化錮IkOH80g/l心)低鹼性棕化液亞氯酸錮30g/l氫氧化錮10g/l正磷化錮両爲010g/l曲讥减必多揉問上表中之亞氯酸鈉為主要氧化劑,其餘二者為安定劑。2Cu+2C102Cu2o+C1o汁ClCu20+2C102Cu0+C10汁口

11、Cu20+H20Cu(0H)2+CuCu(OH)2Cu0+H2掘汎阖際多媒删83C以上此三式是金屬銅與亞氯酸鈉所釋放出的初生態氧先生成中間體氧化亞銅,2Cu+0-Cu20,再繼續反應成為氧化銅CuO,若反應能徹底到達二價銅的境界,則呈現黑巧克力色之棕氧化層,若層膜中尚含有部份一價亞銅時則呈現無光澤的墨黑色的黑氧化層。2钻孔製程目的單面或雙面板的製作都是在下料之後直接進行非導通孔或導通孔的鑽孔,多層板則是在完成壓板之後才去鑽孔。傳統孔的種類除以導通與否簡單的區分外,以功能的不同尚可分:零件孔，工具孔，通孔(Via),盲孔(Blindhole),埋孔(Buriedhole)(後二者亦為viahol

12、e的一種).近年電子產品輕.薄.短.小.快.的發展趨勢,使得鑽孔技術一日千里,機鑽,雷射燒孔,感光成孔等,不同設備技術應用於不同層次板子.本章僅就機鑽部分加以介紹,其他新技術會在20章中有所討論.流程上PIN-鑽孔一檢查3成型(1)外型成型外型成型的方式從PCB演變大致有以下幾個方式：(2)Template模板最早期以手焊零件，板子的尺寸只要在客戶組裝之產品可容納得下的範圍即可，對尺寸的容差要求較不嚴苛，甚至板內孔至成型邊尺寸亦不在意，因此很多用裁剪的方式，單片出貨。再往後演變，尺寸要求較嚴苛，則打樣時，將板子套在事先按客戶要求尺寸做好的模板(Template)上，再以手動銑床，沿Templa

13、te外型旋切而得。若是大量，則須委外製作模具(Die)以沖床沖型之。這些都是早期單面或簡單雙面板通常使用的成型方式。(3)沖型沖型的方式對於大量生產，較不CARE板邊粗糙度以及板屑造成的影響時，可考慮使用沖型，生產成本較routing為低，流桯如下:模具設計-模具發包製作-試沖-FirstArticle量測尺寸-量產。二)湿制程1鍍通孔製程目的雙面板以上完成鑽孔後即進行鍍通孔(PlatedThroughHole,PTH)步驟，其目的使孔壁上之非導體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化(metalization),以進行後來之電鍍銅製程,完成足夠導電及焊接之金屬孔壁。1986年，美國有一家化學公司Hun

14、t宣佈PTH不再需要傳統的貴金屬及無電銅的金屬化製程，可用碳粉的塗佈成為通電的媒介，商名為Blackhole。之後陸續有其他不同base產品上市，國內使用者非常多.除傳統PTH外，直接電鍍(directplating)本章節也會述及.製造流程去毛頭一除膠渣-PTHa一次銅2.二次銅製程目的此製程或稱線路電鍍(PatternPlating),有別於全板電鍍(PanelPlating)製作流程目前二次銅作業幾乎都是以龍門式自動電鍍線為主,是垂直浸鍍方式,上下料則採手動或自動設備的基本介紹後面會提及另外值得一提的是為迎合buildup新式製程，傳統垂直電鍍線無法達到一些規格如buriedhole,t

15、hrowingpower等，因而有水平二次銅電鍍線的研發,屆時又將是一大革命本章仍就傳統負片二次銅流程加以介紹：銅面前處理f鍍銅f鍍錫(鉛)3.金手指製程目的A.金手指(GoldFinge或稱EdgeConnecto設計的目的，在於藉由connecto連接器的插接作為板對外連絡的出口,因此須要金手指製程.之所以選擇金是因為它優越的導電度及抗氧化性.但因為金的成本極高所以只應用於金手指，局部鍍或化學金，如bondingpa等是金手指差入連接器中的示意圖.B.噴錫的目的,在保護銅表面並提供後續裝配製程的良好焊接基地.製造流程金手指f噴錫4.OSPOSP是OrganicSolderabilityPr

16、eservatives的簡稱,中譯為有機保焊膜,又稱護銅劑，英文亦稱之Preflux,本章就以護銅劑稱之.種類及流程介紹BTA（苯駢三氯唑）：BENZOTRIAZOLEBTA是白色帶淡黃無嗅之晶狀細粉，在酸鹼中都很安定，且不易發生氧化還原反應，能與金屬形成安定化合物。ENTHON將之溶於甲醇與水溶液中出售，作銅面抗氧化劑（TARNISHANDOXIDERESIST），商品名為CU-55及CU-56,經CU-56處理之銅面可產生保護膜，防止裸銅迅速氧化。三）影制程内层製程目的三層板以上產品即稱多層板,傳統之雙面板為配合零件之密集裝配，在有限的板面上無法安置這麼多的零組件以及其所衍生出來的大量線路

17、，因而有多層板之發展。加上美國聯邦通訊委員會(FCC)宣佈自1984年10月以後，所有上市的電器產品若有涉及電傳通訊者，或有參與網路連線者，皆必須要做接地以消除干擾的影響。但因板面面積不夠,因此pcblay-out就將接地與電壓二功能之大銅面移入內層，造成四層板的瞬間大量興起,也延伸了阻抗控制的要求。而原有四層板則多升級為六層板，當然高層次多層板也因高密度裝配而日見增多.本章將探討多層板之內層製作及注意事宜.製作流程依產品的不同現有三種流程PrintandEtch發料f對位孔f銅面處理f影像轉移f蝕刻f剝膜Post-etchPunch發料f銅面處理f影像轉移f蝕刻f剝膜f工具孔Drilland

18、Panel-plate發料f鑽孔f通孔f電鍍f影像轉移f蝕刻f剝膜上述三種製程中，第三種是有埋孔(buriedhole)設計時的流程，將在20章介紹.本章則探討第二種(Post-etchPunch)製程高層次板子較普遍使用的流程.外層製程目的經鑽孔及通孔電鍍後，內外層已連通，本製程在製作外層線路，以達電性的完整.製作流程銅面處理f壓膜f曝光f顯像防焊製程目的防焊：留出板上待焊的通孔及其pad,將所有線路及銅面都覆蓋住，防止波焊時造成的短路，並節省焊錫之用量。護板：防止濕氣及各種電解質的侵害使線路氧化而危害電氣性質，並防止外來的機械傷害以維持板面良好的絕緣。絕緣：由於板子愈來愈薄，線寬距愈來愈細

19、，故導體間的絕緣問題日形突顯，也增加防焊漆絕緣性質的重要性。12.2製作流程防焊漆，俗稱綠漆，(SoldermaskorSolderResist),為便於肉眼檢查，故於主漆中多加入對眼睛有幫助的綠色顏料，其實防焊漆了綠色之外尚有黃色、白色、黑色等顏色.防焊的種類有傳統環氧樹脂IR烘烤型,UV硬化型，液態感光型（LPISM-LiquidPhotoImagableSolderMask）等型油墨，以及乾膜防焊型（DryFilm,SolderMask）,其中液態感光型為目前製程大宗.所以本單元只介紹液態感光作業.其步驟如下所敘:銅面處理一印墨一預烤一曝光一顯影一後烤上述為網印式作業，其它coating

20、方式如Curtaincoating,Spraycoating等有其不錯的發展潛力,後面也有介紹.、AOI的检测什么是AOI？AutomatedOpticalInspection自动光学检测通过光学扫描出PCB（线路板）图像与标准板（Cam资料）比较找出PCB（线路板）上的图形缺点AOI可以找到那些类型的缺点缺点种类SMT孔塞孔破短路开路检测缺点机理突铜突铜检测缺点机理缺口（图1）缺口检测缺点机理开路（图2）开路检测缺点机理短路（图3）短路检测缺点机理一SDD（图4）SDDSmallDefectDetection微小缺点的侦测（图5）AOI相对与电测的优势！电测回耗时（可能需要数天）0夹具昂贵0

21、新料号或样品的反应时间很慢0凹陷，大缺口，近乎短路等缺点会在压合成板时变成致命缺点AOI0快捷0准确（CAM资料作基礎）0没有额外费用0自动程序0缺点之间的时间为一秒0清晰，高倍数，彩色影像高度可靠AOI相对于目检的优势目检影像质量差检测程序不一致依赖人员警觉性和判断产能不稳定生产流程分析与控制很困难AOI标准及可控的检测标准最佳影像质量最小人为错误产能一致为生产控制提供数据Discovery的简介停止挚启动挚紧急挚紧急挚检测机理孔层分析孔的reference包括以下信息孔的位置和大小孔的信息：mechanicalholes（大孔或者没有孔环的孔）盲埋孔（小孔）现存的孔和将来要钻孔的位置钻通过

22、导体或基材的孔检测机理孔层分析检测机理孔层分析6.在孔破模式,测量孔破角度（breakangle）.当角度大于设定的孔破角度时报告孔破.检测机理孔层分析检测机理孔层分析孔偏差：侦测模式MissingHole少孔只报告少孔.Breakage孑L破只报告少孔和孔破.孑环(themostsensitivedetectionmode)报告少孑,所有的孑破,孑环偏少.不报告不报告孑的缺点检测机理孑层分析当孑破模式打开，以下哪一个缺点会被报告?.缺点A,B,CandD.缺点AandD.缺点A,BandD.缺点A,CandD.缺点D检测机理一Clearance检测机理一Clearance在physical或logicalclearance的任何轮廓和SDD的变化都会被报告为cleanarea异常.空旷区(cleanarea)是如何确定的？.对于logicalclearances,cleanarea=refclea