PCB 生产工艺及其基本知识

PCB生产工艺及其基本知识什么是PCBPCB

全称printedcircuitboard,是在覆铜板上贴上干膜，经曝光显影、蚀刻形成导电线路图形在电子产品起到电流导通与信号传送的作用,是电子原器件的载体.

1.早于1903年Mr.AlbertHanson（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.PaulEisner（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PCB的演变

PCB在基板材料、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.以基板材料分

a.有机材料

酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、聚酰亚胺、BT树脂等皆属之。

b.无机材料

铝基板、铜基板、陶瓷基板等皆属之，主要取其散热功能。

B.以成品软硬区分

a.硬板

RigidPCB

b.软板

FlexiblePrintedCircuit，柔性电路板，即FPC

c.软硬结合板

Rigid-FlexPrintedCircuit

C.以结构分

a.单面板

b.双面板

c.多层板（2/4/6/8/10/12层等）PCB的分类单面板多层板软板软硬结合板PCB制程一.主要原材料介绍1.干膜聚乙烯保护膜光致抗蚀层聚酯保护膜主要作用:

干膜是一种感光材料，用于线路板图形的转移制作。干膜感光后耐酸不耐碱，不导电，用作抗蚀刻层或抗电镀层。主要特点:一定温度与压力作用下,会牢固地贴于板面上；在一定光能量照射下,会吸收能量,发生交联反应；未被光照射到的部分，没有发生交联反映，能被弱碱液溶解。存放环境:

恒温、恒湿、黄光安全区主要作用：多层板内层板间的粘结、调节板厚，由树脂和玻璃纤维布组成。主要特点：一定温度与压力作用下，树脂流动并发生固化不同的型号，其固化厚度不一致，以用来调节不同板厚存放环境：恒温、恒湿2.半固化片P/P(prepreg)半固化片主要作用：多层板顶、底层形成导线的基铜材料，使用PP将其与其它层粘结。主要特点：一定温度与压力作用下，与半固化片结合

12um、18um、35um、70um、105um等厚度存放环境：恒温、恒湿3.铜箔4.覆铜板铜箔

绝缘介质层铜箔在半固化片两边黏上铜箔，即成覆铜板，一般用作PCB的最内层（core）5.底片底片上面有单层线路或阻焊的图案，用于在对线路板干膜曝光时起遮挡作用。曝光显影后干膜上留下与底片上相对应的图案。二、PCB生产流程介绍

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开料冲孔内层线路--开料介绍开料(BOARDCUT):目的:因基板材料来料尺寸较大，不符合生产设备要求的尺寸，因此需要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等种类覆铜板材料结构表示方法：X/X：X指铜箔，/指粘结片（树脂）。“1”指1oz（盎司），“H”指半oz(盎司)。“oz”盎司为英制质量单位，1oz=31.1035g，“1oz铜厚”表示将1盎司的铜平铺在1平方英尺上得到的厚度，约为35~36μm。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。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(DryFilm)工艺原理：干膜压膜前压膜后内层线路—压膜介绍压膜曝光(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—曝光介绍显影(DEVELOPING):目的:用弱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或Na2CO3工艺原理：使用将未发生聚合反应之干膜冲掉，对应位置铜箔露出。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)CuCl2中Cu2+有氧化性，跟板面铜反应生成Cu+。反应如下：Cu+CuCl2=Cu2Cl2Cu2Cl2不溶于水，但有过量的Cl-存在时，可以发生络合反应：Cu2Cl2+4Cl-=2(CuCl3)2-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（反应后的干膜）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AOI检验:全称为AutomaticOpticalInspection，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LONGWIDTHVIOLATIONNICKSPROTRUSIONDISHDOWNFINEOPENSURFACESHORTWIDESHORTFINESHORTSHAVEDPADSPACINGWIDTHVIOLATIONPINHOLENICKOVERETCHEDPADCOPPERSPLASHMISSINGPADMissingJunctionMissingOpen经AOI检测后不良的板子，送至“找点”机台，设备会自动将放大镜位置定位至AOI检出的异常位置，然后人工通过放大镜观察复判该异常点，并按以下方式处理：a.若异常点为脏污或干膜残留，线路无异常：擦除脏污后流下；b.若为线间蚀刻不完全，导致短路：使用刻刀将对短路处刻开后流下；c.若为线路过蚀刻导致线宽过小(<正常宽度2/3)或开路，打出送至修板工位，对开路处用点焊镀金扁铜丝的方式进行修复后流下；内层检查工艺LONGWIDTHVIOLATIONNICKSPROTRUSIONDISHDOWNFINEOPENSURFACESHORTWIDESHORTFINESHORTSHAVEDPADSPACINGWIDTHVIOLATIONPINHOLENICKOVERETCHEDPADCOPPERSPLASHMISSINGPADMissingJunctionMissingOpenB、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/P2L3L4L5L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1/3OZ＝12um(代号T)1/2OZ＝18um(代号H)1OZ＝35um(代号1)2OZ＝70um（代号2）Layer1Layer2Layer3Layer4Layer5Layer6层压工艺—叠板介绍2L3L4L5L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: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流程介绍☆去毛刺(Deburr)去胶渣(Desmear)化学铜(PTH)一次铜Panelplating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：KMnO4(除胶剂)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20-40microinch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

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

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(Dryfilm)PhotoResist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ＵV光

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(K2CO3)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—退锡介绍备注：以上所讲到镀锡而保护铜不被蚀刻的流程现已经被PCB厂家逐渐淘汰，原因为保护锡流程不仅对环境造成污染，而且本身流程也要做好管控，保护锡虽然最终会被褪去，但其对孔铜的品质有很大影响，万一控制不好很容易造成孔内无铜而开路。现在PCB厂家已经不再使用保护锡流程而使用与内层相同的流程：干膜当作保护介质，不过此流程中干膜必须把孔盖上称为Tenting(盖孔)流程。保护锡不良导致孔内无铜流程介绍:☆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阻焊(SolderMask)

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（ScreenPrinting)B淋幕型(CurtainCoating)C喷涂型(SprayCoating)D滚涂型(RollerCoating)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overcuring会造成显影不尽。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/MA/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R105WWEI94V-0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(platinggold)、化学沉镍金(ENIG)、金手指、沉银（IS)和沉锡(IT)☆等。

（１）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。（２）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。（３）电镀镍金(platinggold)：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0.８到１.２um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30o-90oWeb

厚度V-cut深度尺寸孔準備位置电测目的：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（UniversalonGrid)测试优点：a治具成本较低缺点：a设备成倍高C、飞针测试（Movingprobe)

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。（１）检验的主要项目：１外形尺寸OutlineDimension２各尺寸与板边HoletoEdge３板厚BoardThickness４孔径HolesDiameter５线宽Linewidth/space６孔环大小AnnularRing等外观和长度方面的项目☆！（２）实验室的主要项目：1.可焊性Solderability

2.线路剥离强度

Peelstrength

3.切片MicroSection

４.热冲击

ThermalShock

５.离子污染度IonicContamination

６.湿气与绝缘

MoistureandInsulationResistance

７.阻抗Impedance等可靠性方面的项目☆。终检/实验室介绍包装发货了！！

PCB流程示意图☆LAYER2LAYER3LAYER4LAYER5LAYER1LAYER61、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、表面工艺以上介绍到流程为普通通孔板的制作流程，现在我司410019、410015即为此流程，但是我司的主板的所使用的流程要远比此流程复杂，手机主板都为HDI。HDI为HighDensityInterconnect的缩写，为高密度互连电路板，即使用微孔(孔直径小于1.5um)和盲孔技术。一般我们所说几阶，是指有几层盲孔，如图即为1阶板。现将1阶6层HDI的流程描述如下：四层板------此处四层板指线路制作完成，未进行防焊以及后工序叠板压合激光孔------利用CO2能量烧灼击穿而成孔机械孔外层压膜、曝光、显影、蚀刻防焊、文字------现在我司主板设计已经要求去除文字而提高焊接良率表面处理------我司现阶段主要使用化金+OSP检查2.1Short/OpenShort/Open为PCB最常出现失效模式，重点对此类失效进行重点分析。Short/Open分析步骤:确认现象-----量测是否存在;查找Short/Open位置所在的网络，以及网络相关状况;观察外层线路是否存在异常(Short/Open)；若外层未发现异常(Short/Open点)，可以判断为内层异常导致Short/Open；对比layout，从网络边缘位置进行分割、测量，逐步缩小异常区域；切片分析，找到异常位置。二、常见失效模式2.1Short----410019产线短路以410019发生批量Short为例子进行分析。步骤一&二、首先确认“4”、“5”、“6”键对地短路，在layout图中可以找到失效点