PCB制作工艺流程简介

1、1,PCB制作工艺,Sky-Light 工程部/PE科,单双面板工艺流程简介,2010年12月6日,2,印制电路板流程培训教材,第一部分 印制板概述,3,. 印制电路板概述 .印制电路板加工流程 .印制板缺陷及原因分析 .印制电路技术现状与发展,印制电路板大纲,印制電路板概述,4,印制電路板概述,一、PCB扮演的角色 PCB的功能为提供完成第一层级构装的组件与其它必须的电子电路零件接合的基地，以组成一个具特定功能的模块或成品。所以PCB在整个电子产品中，扮演了整合连结总其成所有功能的角色. 图一是电子构装层级区分示意。,5,印制電路板概述,6,印制電路板概述,单面板,双面板,多层板,硬板,软硬

2、板,通孔板,埋孔板,盲孔板,硬度性能,PCB分类,孔的导通状态,表面制作,结构,软板,碳油板,ENTEK板,喷锡板,镀金板,沉锡板,金手指板,沉金板,7,印制電路板概述,二、PCB种类 A. 以材质分 a. 有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide(聚酰亚胺)、BT/Epoxy等皆属之。 b. 无机材质 铝、Copper-invar（钢）-copper、ceramic(陶瓷)等皆属之。主要取其散热功能。,8,印制電路板概述,B. 以成品软硬区分 硬板 Rigid PCB 软板 Flexible PCB 见图1.3 软硬板 Rigid-Flex PCB 见图1.4,9,印制電路

3、板概述,C. 以结构分 a.单面板 见图1.5 b.双面板 见图1.6,10,印制電路板概述,c.多层板 见图1.7,11,印制電路板概述,D. 依用途分： 通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板,见图1.8 BGA. 另有一种射出成型的立体PCB，使用少。,12,印制電路板概述,E.依表面制作分 Hot Air Levelling 喷锡 Gold finger board 金手指板 Carbon oil board 碳油板 Au plating board 镀金板 Entek（防氧化）板 Immersion Au board 沉金板 Immersion Tin 沉锡板 Immersi

4、on Silver 沉银板,13,印制電路板概述,三、基材 基材（CCL-Copper Clad Laminate)工业是一种材料的基础工业， 是由介电层（树脂 Resin ，玻璃纤维 Glass fiber ），及高纯度的导体 (铜箔 Copper foil )二者所构成的复合材料（ Composite material），,14,印制電路板概述,Copper Foil,Prepreg,铜箔类型：1/4OZ；1/3OZ；1/2OZ；1OZ；2OZ；3OZ等 P片类型：106、2116、1080、7628、2113等,15,印制電路板概述,树脂 Resin 目前已使用于线路板之树脂类别很多,如

5、酚醛树脂（ Phenolic ）、环氧树脂（ Epoxy ）、聚亚醯胺树脂（ Polyimide ）、聚四氟乙烯（Polytetrafluorethylene，简称PTFE或称TEFLON），B一三氮 树脂（Bismaleimide Triazine 简称 BT ）等皆为热固型的树脂（Thermosetted Plastic Resin）。,16,印制電路板概述,环氧树脂 Epoxy Resin 是目前印刷线路板业用途最广的底材。在液态时称为清漆或称凡立水（Varnish) 或称为 A-stage， 玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现粘着性而用于双面基板制作或多层板之压合用称B-s

6、tage prepreg ,经此压合再硬化而无法回复之最终状态称为 C-stage。,17,印制電路板概述,传统环氧树脂的组成及其性质 用于基板之环氧树脂之单体一向都是Bisphenol A 及Epichlorohydrin 用 dicy 做为架桥剂所形成的聚合物。为了通过燃性试验(Flammability test), 将上述仍在液态的树脂再与Tetrabromo-Bisphenol A 反应而成为最熟知FR-4传统环氧树脂。,18,印制電路板概述,传统环氧树脂的组成及其性质 现将产品之主要成份列于后: 单体 -Bisphenol A, Epichlorohydrin 架桥剂(即硬化剂) -

7、双氰 Dicyandiamide简称Dicy 速化剂 (Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine ( BDMA ) 及 2- Methylimidazole ( 2-MI ) 溶剂 -Ethylene glycol monomethyl ether( EGMME ) Dimethyl formamide (DMF) 及稀释剂 Acetone ,MEK。 填充剂(Additive) -碳酸钙、硅化物、 及氢氧化铝或化物等增加难燃效果。 填充剂可调整其Tg.,19,印制電路板概述,玻璃纤维 前言 玻璃纤维(Fiberglass)在PCB基板中的功用，是作为补强材料。基板的

8、补强材料尚有其它种，如纸质基板的纸材， Kelvar(Polyamide聚醯胺)纤维，以及石英(Quartz)纤维。 玻璃(Glass)本身是一种混合物，它是一些无机物经高温融熔合而成，再经抽丝冷却而成一种非结晶结构的坚硬物体。,20,印制電路板概述,玻璃纤维布 玻璃纤维的制成可分两种 连续式(Continuous)的纤维 不连续式(discontinuous)的纤维 前者即用于织成玻璃布(Fabric)，后者则做成片状之玻璃席(Mat)。FR4等基材，即是使用前者，CEM3基材，则采用后者玻璃席。,21,印制電路板概述,玻璃纤维的特性 按组成的不同，玻璃的等级可分四种商品： A级-高碱性 C

9、级-抗化性 E级-电子用途 S级-高强度 电路板中所用的是E级玻璃，主要是其介电性质优于其它三种。,22,印制電路板概述,玻璃纤维一些共同的特性如下所述： a.高强度 与其它纺织用纤维比较，玻璃有极高强度。在某些应用上，其强度/重量比甚至超过铁丝。 b.抗热与火 玻璃纤维为无机物，因此不会燃烧。 c.抗化性 可耐大部份的化学品，也不为霉菌，细菌的渗入及昆虫的功击。,23,印制電路板概述,玻璃纤维一些共同的特性如下所述 d. 防潮 玻璃并不吸水，即使在很潮湿的环境，依然保持它的机械强度。 e. 热性质 玻纤有很低的线性膨胀系数，及高的热导系数因此在高温环境下有极佳的表现。 f. 电性 由于玻璃纤

10、维的不导电性，是一个很好的绝缘物质的选择。,24,印制電路板概述,PCB基材所选择使用的E级玻璃，最主要的非常优秀的抗水性。因此在非常潮湿，恶劣的环境下，仍然保持有非常好的电性及物性一如尺寸稳定度。,25,印制電路板概述,铜箔分类电解铜箔：涂胶箔（用于纸基板）、表面处理箔（用于玻纤布板） 压延铜箔：用于挠性板,26,印制電路板制作流程簡介,印制电路板流程培训教材,第二部分 印制板加工流程 内层制作,27,印制電路板制作流程簡介,内层制作,28,印制電路板制作流程簡介,Inner Dry Film 内层干菲林,AOI 自动光学检测,Inner Etching 内层蚀板,内层制作,Oxide Re

11、placement 棕化,or,29,1.内层线路（图像转移） 1-1. 作用及原理 利用UV光照射，在曝光区域抗蚀剂中的感光起始剂吸收光子分解成游离基，游离基引发单体发生交联反应生成不溶于稀碱的空间网状大分子结构，而未曝光部分因未发生反应可溶于稀碱。利用二者在同种溶液中具有不同的溶解性能从而将底片上设计的图形转移到基板上，即图像转移。,固态抗蚀剂-干膜结构图,印制電路板制作流程簡介,内层制作,30,印制電路板制作流程簡介,内层制作,图像转移基本原理图（以干膜成像法为例）,前处理,压膜,干膜,Cu面,曝光,底片，白色表示曝光部分,显影,蚀刻,去膜,曝光区域，感光单体发生交联反应，不溶于弱碱,图

12、像转移完成,31,印制電路板制作流程簡介,内层制作,1-2.流程 对干膜成像法，其生产流程为：前处理 压膜 曝光 显影 蚀刻 去膜 液态感光法生产流程： 1-3.前处理 1-3-1.前处理的作用：去除铜表面的油脂，氧化层等杂质。 1-3-2.前处理方式： A.喷砂研磨法 B.化学处理法 C.机械研磨法 1-3-3.化学处理法的基本原理： 以化学物质如SPS等酸性物质均匀咬蚀铜表面，去除铜表面的油脂及氧化物等杂质,32,印制電路板制作流程簡介,化学清洗 用碱溶液去除铜表面的油污、指印及其它有机污物。然后用酸性溶液去除氧化层和原铜基材上为防止铜被氧化的保护涂层，最后再进行微蚀处理以得到与干膜具有优

13、良粘附性能的充分粗化的表面。,内层干菲林,33,印制電路板制作流程簡介,辘干膜（贴膜） 先从干膜上剥下聚乙烯保护膜，然后在加热加压的条件下将干膜抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上。干膜中的抗蚀剂层受热后变软，流动性增加，借助于热压辊的压力和抗蚀剂中粘结剂的作用完成贴膜。 辘干膜三要素：压力、温度、传送速度。,内层干菲林,34,印制電路板制作流程簡介,干膜曝光原理 在紫外光照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的立体型大分子结构。,内层干菲林,显影的原理 感光膜中未曝光部分的活性基团与稀碱溶液反应生成可溶性物质而溶解下来，从而把未曝光的部分溶

14、解下来，而曝光部分的干膜不被溶解。,35,印制電路板制作流程簡介,内层蚀刻 内层图形转移制程中， D/F或油墨是作为抗蚀刻，有抗电镀之用或抗蚀刻之用。因此大部份选择酸性蚀刻。,内层蚀刻,常见问题 蚀刻不尽 线幼 开路 短路,36,印制電路板制作流程簡介,内层设计最小线宽/线距,内层蚀刻,37,印制電路板制作流程簡介,黑化/棕化原理 对铜表面进行化学氧化或黑化，使其表面生成一层氧化物（黑色的氧化铜或棕色的氧化亚铜或两者的混合物)，以进一步增加比表面，提高粘结力。,内层氧化,棕化与黑化的比较 黑化层较厚, 经PTH后常会发生粉红圈(Pink ring),这是因 PTH中的微蚀或活化或速化液攻入黑化

15、层而将之还原露出原铜色之故。 棕化层则因厚度很薄.较不会生成粉红圈。,38,印制電路板制作流程簡介,定位系统 PIN LAM 有销钉定位 MASS LAM 无销钉定位 X射线打靶定位法 熔合定位法,内层排板,39,印制電路板制作流程簡介,Pin Lam理论 此方法的原理极为简单，内层预先冲出4个Slot孔，见图4.5 ，包括底片， prepreq都沿用此冲孔系统，此4个SLOT孔，相对两组，有一组不对称， 可防止套反。每个SLOT孔当置放圆PIN后，因受温压会有变形时，仍能自由的左右、上下伸展，但中心不变，故不会有应力产生。待冷却，压力释 放后，又回复原尺寸，是一颇佳的对位系统。,内层排板,4

16、0,印制電路板制作流程簡介,内层排板,41,印制電路板制作流程簡介,Foil Lamination,Core Lamination,排板(以6层板为例）,表示基材,表示P片,内层排板,42,印制電路板制作流程簡介,排板 压板方式一般区分两种: 一是Core-lamination, 一是Foil-lamination，,内层排板,43,压板,1.制程目的 将铜箔、PP、内层线路板压合成多层板。 2.主要设备 黑化（棕化）线、压机、剖半机、打靶机等 3.生产流程,印制電路板制作流程簡介,压板,44,印制電路板制作流程簡介,压板 将铜箔(Copper Foil),胶片(Prepreg)与氧化处理(O

17、xidation)后的内层线路板按客户要求排板,压合成多层板。,压板,45,印制電路板制作流程簡介,曲翘产生原因 排板结构不对称 因芯板与P片的张数及厚度上下不对称，产生不平衡的应力。 结构应力 多层板P/P与芯板之经纬方向未按经对经、纬对纬的原则叠压，则结构应力会造成板翘曲。 热应力造成板翘 压合后冷却速度过快，板内之热应力无法释放完全而造成板翘值过大。,压板,46,印制電路板制作流程簡介,板子外部应力 此种状况是发生在压合后各种制程,如钻孔,电镀,烘烤,喷锡等流程。 玻纤布的结构 玻纤布织造均匀度、纬纱歪斜、张力大小，对基板的板弯、板翘会造成影响。,压板,47,印制電路板制作流程簡介,外层

18、制作流程,48,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,49,4-1.制程作用 为后续各层次间的导通提供桥梁，同时钻出后制程的对位孔。 4-2.主要设备 上PIN机、钻孔机、研磨机 4-2. 生产流程 上PIN即将几片板子用PIN针固定于一起，可提升钻孔产能，并为钻孔时提供定位点。,进料检验,上PIN,钻孔,下PIN,抽检,下制程,印制電路板制作流程簡介,钻孔,50,1.一次铜 1-1.制程目的 将孔壁镀上铜使之实现导通的功能 1-2.主要设备 SHADOW线、DESMEAR线、电镀槽等 1-2.生产流程及作用 详见下表,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,51,52,2-1.制程目的 制作外

19、层线路，以达电性的完整。 2-2.主要生产设备 前处理线、压膜机、曝光机、显影线 2-3.生产流程 因外层线路制作原理与内层线路同，故在此不再复述,出货,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,53,3.二次铜,3-1.制程目的 线路电镀，增加铜厚 3-2.主要设备 二铜自动电镀线 3-3. 生产流程,铜面前处理（脱脂水洗微蚀水洗酸浸） 镀铜镀锡(铅),3-4.镀铜基本原理 挂于阴极上的PCB板在电流作用下将游离于硫酸铜溶液中的铜离子吸附于板面，沉积并形成一层光滑致密的镀层。,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,54,4.蚀刻剥锡,4-1.制程目的与作用 蚀刻出线路，并将镀上的锡剥去，最终完成

20、外层线路的制作。 4-2. 主要生产设备 蚀刻线 4-3.生产流程,去膜（去膜液：稀碱K0H或NaOH）线路蚀刻（碱 性蚀刻，蚀刻液：氨水）剥锡(铅)（溶液成分：主 要为HNO3，H2O2）,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,55,5.外层检验,原理：业界一般使用“自动光学检验CCD及Laser两种。前者主要是利用卤素灯通光线，针对板面未黑化的铜面，利用其反光效果进行断、短路的判读，应用于黑化前的内层或绿漆前的外层。后者Laser AOI主要是针对板面的基材部份，利用对基材(成铜面)反射后产萤光在强弱上的不同，而加以判读。 主要生产设备： AOI测试机 生产流程： 上板测试找点、修补 重测

21、出货,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,56,三、表面处理,表面处理主要为阻焊剂的涂覆以及印字，同时依据客户要求进行相应的浸金、喷锡、护铜等表面处理。 1. 绿漆（阻焊剂的涂覆） 其作用为防止焊接时出现线路搭桥的缺点，提供长时间的电气环境和抗化学保护，同时起绝缘作用。 1-1. 主要生产设备 前处理线、淋幕机、烘箱、曝光机、显影线等 1-2. 生产流程,前处理淋幕烘烤翻面淋幕烘烤曝光显 影热固化或UV固化 1-2-1.前处理 A. 目的：除去板面上的氧化物、油脂和杂质，清洁并粗化板面，使之与油墨有良好的结合力。,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,57,B.前处理的方式：为防止损伤线路，

22、主要以化学方式处理，如采用SPS+刷磨处理；也可采用Pumice的方式。但后者成本较高。 1-2-2.淋幕 A.目的：将油墨涂布于板面上。 B. 方式：主要采用帘幕涂布的方式 C.绿漆主要成分 （1）光引发剂（提供自由基） （2）感光单体，其起主要作用的官能团为 （3）固化剂，主要为胺类和酸酐类物质 （4）添加剂和溶剂（控制黏度）,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,58,1-2-3.烘烤 A.目的：因油墨为液态，淋幕后须烘烤固化。 1-2-4.曝光、显影 其作用为进行影象转移，原理同内层线路制作。显影液同样可用弱碱NaCO3 溶液。 1-2-5.UV固化 其目的主要使油墨进一步充分的发生交联反应，使之充分固化。,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,59,2.印字,2-1.主要目的 依客户要求在板面上印上相应的字符。 2-2. 主要生产设备 印字机 2-3. 生产流程： 准备网板(部分地方可下墨,通过刮刀将印字油墨从可下墨地方挤出,印成客人所需要的字符)UV(固化印字油墨),若两面均需印字,则重复做另一面.,印制電路板制作流程簡介,外层制作流程,60