PCB工艺流程.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流PCB工艺流程.精品文档.PCB工艺流程.txt同志们:别炒股,风险太大了,还是做豆腐最安全!做硬了是豆腐干,做稀了是豆腐脑,做薄了是豆腐皮,做没了是豆浆,放臭了是臭豆腐!稳赚不亏呀! 本文由zxc19812001贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 PCB制造流程及说明 一. PCB演变 1.1 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也因
2、 此时常电子产品功能故 障时最先被质疑往往就是PCB图1.1是电子构装层级区分示意 1.2 PCB的演变 1.早于1903年Mr. Albert Hanson首创利用线路(Circuit)观念应用于电话交换机系统它是用 金属箔予以切割成线路导体将之黏着于石蜡纸上上面同样贴上一层石蜡纸成了现今PCB的机构雏 型见图1.2 2. 至1936年Dr Paul Eisner真正发明了PCB的制作技术也发表多项专利而今日之print-etch (photo image transfer)的技术就是沿袭其发明而来的 1.3 PCB种类及制法 在材料层次制程上的多样化以适 合 不同的电子产品及其特殊需求 以
3、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方 法 1.3.1 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PolyamideBT/Epoxy等皆属之 b. 无机材质 铝Copper Inver-copperceramic等皆属之主要取其散热功能 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 D. 依用途分通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板,见
4、图1.8 BGA. 另有一种射出成型的立体PCB因使用少不在此介绍 1.3.2制造方法介绍 A. 减除法其流程见图1.9 B. 加成法又可分半加成与全加成法见图1.10 1.11 C. 尚有其它因应IC封装的变革延伸而出的一些先进制程本光盘仅提及但不详加介绍因有许多 尚属机密也不易取得或者成熟度尚不够 本光盘以传统负片多层板的制程为主轴深入浅出的介绍 各个制程再辅以先进技术的观念来探讨未来的PCB走势 二.制前准备 2.1.前言 台湾PCB产业属性几乎是以也就是受客户委托制作空板Bare Board而已不像美国很多PCB Shop 是包括了线路设计空板制作以及装配(Assembly)的Turn
5、-Key业务以前只要客户提供的原始数据如 Drawing, Artwork, Specification再以手动翻片排版打带等作业即可进行制作但近年由于电子产 品日趋轻薄短小PCB的制造面临了几个挑战:1薄板2高密度3高性能4高速 ( 5 ) 产品周期缩短6降 低成本等以往以灯桌笔刀贴图及照相机做为制前工具现在己被计算机工作软件及激光绘图机所取 代过去以手工排版或者还需要Micro-Modifier来修正尺寸等费时耗工的作业今天只要在 CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人员取得客户的设计资料可能几小时内就可以依设计规 则或DFM(Design For Man
6、ufacturing)自动排版并变化不同的生产条件同时可以output 如钻孔成 型测试治具等资料 2.2.相关名词的定义与解说 A Gerber file 这是一个从PCB CAD软件输出的数据文件做为光绘图语言1960年代一家名叫Gerber Scientific 现在叫Gerber System专业做绘图机的美国公司所发展出的格式尔后二十年行销于世界四十多个 国家几乎所有CAD系统的发展也都依此格式作其Output Data直接输入绘图机就可绘出Drawing或 Film因此Gerber Format成了电子业界的公认标准 B. RS-274D 是Gerber Format的正式名称正确
7、称呼是EIA STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association)主要两大组成1.Function Code如G codes, D codes, M codes 等2.Coordinate data 定义图像imaging C. RS-274X 是RS-274D的延伸版本除RS-274D之Code 以外包括RS-274X Parameters或称整个extended Gerber format它以两个字母为组合定义了绘图过程的一些特性 D. IPC-350 IPC-350是IPC发展出来的一套neutral format,可以很容易由PCB C
8、AD/CAM产生,然后依此系 统,PCB SHOP 再产生NC Drill Program,Netlist,并可直接输入Laser Plotter绘制底片. E. Laser Plotter 见图2.1,输入Gerber format或IPC 350 format以绘制Artwork F. Aperture List and D-Codes 见表 2.1 及图2.2,举一简单实例来说明两者关系, Aperture的定义亦见图2.1 2.3.制前设计流程 2.3.1客户必须提供的数据 电子厂或装配工厂委托PCB SHOP生产空板Bare Board时必须提供下列数据以供制作见表料号数 据表-供制
9、前设计使用. 上表数据是必备项目有时客户会提供一片样品, 一份零件图一份保证书保证制程中使用之原物料 耗料等不含某些有毒物质等这些额外数据厂商须自行判断其重要性以免误了商机 2.3.2 .资料审查 面对这么多的数据制前设计工程师接下来所要进行的工作程序与重点如下所述 A. 审查客户的产品规格是否厂内制程能力可及审查项目见承接料号制程能力检查表. B.原物料需求BOM-Bill of Material 根据上述资料审查分析后由BOM的展开来决定原物料的厂牌种类及规格主要的原物料包括了基 板Laminate胶片Prepreg铜箔Copper foil防焊油墨Solder Mask文字油墨Legen
10、d等另外客户对于 Finish的规定,将影响流程的选择,当然会有不同的物料需求与规格例如软硬金喷钖OSP等 表归纳客户规范中可能影响原物料选择的因素 C. 上述乃属新数据的审查, 审查完毕进行样品的制作.若是旧资料,则须Check有无户ECO (Engineering Change Order) .再进行审查. D.排版 排版的尺寸选择将影响该料号的获利率因为基板是主要原料成本排版最佳化可减少板材浪费而 适当排版可提高生产力并降低不良率 有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力但原物料成本增加很多.下列是一些考虑 的方向 一般制作成本直间接原物料约占总成本3060%包含了基板胶片铜箔防焊
11、干膜钻头重金属铜钖铅化 学耗品等而这些原物料的耗用直接和排版尺寸恰当与否有关系大部份电子厂做线路Layout时会做 连片设计以使装配时能有最高的生产力因此PCB工厂之制前设计人员应和客户密切沟通以使连片 Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可有最佳的利用率要计算最恰当的排版须考虑以下几个因 素 a.基材裁切最少刀数与最大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去 b.铜箔胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好以免浪费 c.连片时piece间最小尺寸以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸 d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸. e.不同产品结构有不同制作流程及不同的排版限制例
12、如金手指板其排版间距须较大且有方向的 考量其测试治具或测试次序规定也不一样 较大工作尺寸可以符合较大生产力但原物料成本增加 很多,而且设备制程能力亦需提升如何取得一个平衡点设计的准则与工程师的经验是相当重要的 2.3.3 着手设计 所有数据检核齐全后开始分工设计 A. 流程的决定(Flow Chart) 由数据审查的分析确认后设计工程师就要决定最适切的流程步骤 传统多层板的制作流程可分作两个部分:内层制作和外层制作.以下图标几种代 表性流程供参考. 见图2.3 与 图2.4 B. CAD/CAM作业 a. 将Gerber Data 输入所使用的CAM系统此时须将apertures和shapes
13、定义好目前己有很多PCB CAM系统可接受IPC-350的格式部份CAM系统可产生外型NC Routing 档不过一般PCB Layout设计软 件并不会产生此文件 有部份专业软件或独立或配合NC Router,可设定参数直接输出程序. Shapes 种类有圆正方长方,亦有较复杂形状如内层之thermal pad等着手设计时Aperture code 和shapes的关连要先定义清楚否则无法进行后面一系列的设计 b. 设计时的Check list 依据check list审查后当可知道该制作料号可能的良率以及成本的预估 c. Working Panel排版注意事项 PCB Layout工程师在
14、设计时为协助提醒或注意某些事项会做一些辅助的记号做参考所以必须在 进入排版前将之去除下表列举数个项目及其影响 排版的尺寸选择将影响该料号的获利率因为基板是主要原料成本排版最佳化可减少板材浪费而 适当排版可提高生产力并降低不良率 有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力但原物料成本增加很多.下列是一些考虑 的方向 一般制作成本直间接原物料约占总成本3060%包含了基板胶片铜箔防焊干膜钻头重金属铜钖铅金 化学耗品等而这些原物料的耗用直接和排版尺寸恰当与否有关系大部份电子厂做线路Layout时会 做连片设计以使装配时能有最高的生产力因此PCB工厂之制前设计人员应和客户密切沟通以使连 片Layo
15、ut的尺寸能在排版成工作PANEL时可有最佳的利用率要计算最恰当的排版须考虑以下几个 因素 1.基材裁切最少刀数与最大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去 2.铜箔胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好以免浪费 3.连片时piece间最小尺寸以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸 4.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸. 5不同产品结构有不同制作流程及不同的排版限制例如金手指板其排版间距须较大且有方向的 考量其测试治具或测试次序规定也不一样 较大工作尺寸可以符合较大生产力但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升如何取 得一个平衡点设计的准则与工程师的经验是相当重要的 进行
16、working Panel的排版过程中尚须考虑下列事项以使制程顺畅表排版注意事项 d. 底片与程序 底片Artwork 在CAM系统编辑排版完成后配合D-Code档案而由雷射绘图机Laser Plotter绘出底 片所须绘制的底片有内外层之线路外层之防焊以及文字底片 由于线路密度愈来愈高容差要求越来越严谨因此底片尺寸控制是目前很多PCB厂的一大课题表 是传统底片与玻璃底片的比较表玻璃底片使用比例已有提高趋势而底片制造商亦积极研究替代材 料以使尺寸之安定性更好例如干式做法的铋金属底片. 一般在保存以及使用传统底片应注意事项如下 1.环境的温度与相对温度的控制 2.全新底片取出使用的前置适应时间
17、3.取用传递以及保存方式 4.置放或操作区域的清洁度 程序 含一,二次孔钻孔程序以及外形Routing程序其中NC Routing程序一般须另行处理 e. DFMDesign for manufacturing .PCB layout 工程师大半不太了解PCB制作流程以及各制程 需要注意的事项所以在Lay-out线路时仅考虑电性逻辑尺寸等而甚少顾及其它PCB制前设计工程师 因此必须从生产力良率等考量而修正一些线路特性如圆形接线PAD修正成泪滴状见图2.5,为的是 制程中PAD一孔对位不准时尚能维持最小的垫环宽度 但是制前工程师的修正有时却会影响客户产品的特性甚或性能所以不得不谨慎PCB厂必须有
18、一 套针对厂内制程上的特性而编辑的规范除了改善产品良率以及提升生产力外也可做为和PCB线路 Lay-out人员的沟通语言见图2.6 . C. Tooling 指AOI与电测Netlist档.AOI由CAD reference文件产生AOI系统可接受的数据且含容差而电测 Net list档则用来制作电测治具Fixture 2.4 结语 颇多公司对于制前设计的工作重视的程度不若制程,这个观念一定要改,因为随着电子产品的演 变,PCB制作的技术层次愈困难,也愈须要和上游客户做最密切的沟通,现在已不是任何一方把工作 做好就表示组装好的产品没有问题,产品的使用环境, 材料的物,化性, 线路Lay-out
19、的电性, PCB 的信赖性等,都会影响产品的功能发挥.所以不管软件,硬件,功能设计上都有很好的进展,人的观 念也要有所突破才行. 三. 基板 印刷电路板是以铜箔基板 Copper-clad Laminate 简称CCL 做为原料而制造的电器或电子的重 要机构组件,故从事电路板之上下游业者必须对基板有所了解:有那些种类的基板,它们是如何制 造出来的,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的基板.表3.1简单列出不同 基板的适用场合. 基板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
20、所构成的复合材料 Composite material其所牵涉的理论及实务不 输于电路板本身的制作 以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨. 3.1介电层 3.1.1树脂 Resin 3.1.1.1前言 目前已使用于线路板之树脂类别很多,如酚醛树脂 Phonetic 环氧树脂 Epoxy 聚亚醯胺树脂 Polyamide 聚四氟乙烯Polytetrafluorethylene简称PTFE或称TEFLONB一三氮 树脂Bismaleimide Triazine 简称 BT 等皆为热固型的树脂Thermosetted Plastic Resin 3.1.1.2 酚醛树脂 Phenolic Res
21、in 是人类最早开发成功而又商业化的聚合物是由液态的酚phenol及液态的甲醛 Formaldehyde 俗称Formalin 两种便宜的化学品 在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥 Crosslinkage 的连 续反应而硬化成为固态的合成材料其反应化学式见图3.1 1910 年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布纤维而做成一种坚硬强固绝缘性又好的材料称为 Bakelite俗名为电木板或尿素板 美国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 将不同的组合 冠以不同的编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字
22、列表如表 NEMA 对于酚醛树脂 板的分类及代码 表中纸质基板代字的第一个 X 是表示机械性用途第二个 X 是表示可用电性用途 第三个 X 是表示可用有无线电波及高湿度的场所 P 表示需要加热才能冲板子 Punchable 否则材料 会破裂 C 表示可以冷冲加工 cold punchable FR 表示树脂中加有不易着火的物质使基板有 难燃 (Flame Retardent) 或抗燃(Flame resistance) 性 纸质板中最畅销的是XXXPC及FR-2前者在温度25 以上,厚度在.062in以下就可以冲制成型很 方便后者的组合与前完全相同只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性以下介绍
23、几个较常使用 纸质基板及其特殊用途: A 常使用纸质基板 a. XPC Grade通常应用在低电压低电流不会引起火源的消费性电子产品 如玩具手提收音机电话 机计算器遥控器及钟表等等UL94对XPC Grade 要求只须达到HB难燃等级即可 b. FR-1 Grade电气性难燃性优于XPC Grade广泛使用于电流及电压比XPC Grade稍高的电器用品 如彩色电视机监视器VTR家庭音响洗衣机及吸尘器等等UL94要求FR-1难燃性有V-0V-1与V-2不同等 级不过由于三种等级板材价位差异不大而且考虑安全起见目前电器界几乎全采用V-0级板材 c. FR-2 Grade在与FR-1比较下除电气性能
24、要求稍高外其它物性并没有特别之处近年来在纸质基 板业者努力研究改进FR-1技术FR-1与FR-2的性质界线已渐模糊,FR-2等级板材在不久将来可能会 在偏高价格因素下被FR-1 所取代 B. 其它特殊用途 a. 铜镀通孔用纸质基板 主要目的是计划取代部份物性要求并不高的FR-4板材以便降低PCB的成 本. b. 银贯孔用纸质基板 时下最流行取代部份物性要求并不很高的FR-4作通孔板材就是银贯孔用 纸质基板印刷电路板 两面线路的导通可直接借由印刷方式将银胶(Silver Paste) 涂布于孔壁上经由高温硬化即成为导 通体不像一般FR-4板材的铜镀通 孔需经由活化化学铜电镀铜锡铅等繁杂手续 b-
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