PCB制造的過程及工藝精析5

1、PCB制造的過程及工藝精析（doc5）PCB制造的過程及工藝首先：PCB （印刷電路板）的原料是什么呢？大家知道有種東西叫“玻璃纖維“吧，這 種材料我們?cè)谌粘Ｉ钪谐鎏幙梢姡热绶阑鸩?、防火氈的核心就是玻璃纖維，玻璃 纖維很容易和樹脂相結(jié)合，我們把結(jié)構(gòu)緊密、強(qiáng)度高的玻纖布浸入樹脂中，硬化就得 到了隔熱絕緣、不易彎曲的PCB基板了一如果把PCB板折斷，邊緣是發(fā)白分層，足 以證明材質(zhì)為樹脂玻纖。然后呢？光是絕緣板我們可不能傳遞電信號(hào)，于是需要在表面覆銅。所以我們把PCB 板也稱之為覆銅基板。在工廠里，常見覆銅基板的代號(hào)是FR-4,這個(gè)在各家板卡廠商 里面一般沒有區(qū)別，所以我們可以認(rèn)為大家都處于同一

2、起跑線上，當(dāng)然，如果是高頻 板卡，最好用成本較高的覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。覆銅工藝很簡單，一般可 以用壓延與電解的辦法制造，所謂壓延就是將高純度（99.98%）的銅用碾壓法貼 在PCB基板上一因?yàn)榄h(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合性，銅箔的附著強(qiáng)度和工作溫度 較高，可以在2609的熔錫中浸焊而無起泡。這個(gè)過程頗像搟餃子皮，不過餃子皮可 是很薄很薄的喔，最薄可以小于lmil （工業(yè)單位：密耳，即千分之一英寸，相當(dāng)于 0. 0254mm）呢！如果餃子皮這么薄的 話，下鍋肯定漏餡！所謂電解銅個(gè)在初中化學(xué) 已經(jīng)學(xué)過，CuSo4電解液能不斷制造一層層的“銅箔”，這個(gè)更容易控制厚度，時(shí)間越 長銅箔越厚!通常

3、廠里對(duì)銅箔的厚度有很嚴(yán)格的要求，一般在0. 3mil和3m訂之間， 有專用的銅箔厚度測 試儀檢驗(yàn)其品質(zhì)。像古老的收音機(jī)和業(yè)余愛好者用的PCB±覆 銅特別厚，比起 電腦板卡工廠里品質(zhì)差了很遠(yuǎn)。為什么要讓銅箔這么薄呢？主要是基于兩個(gè)理由：一個(gè)是均勻的銅箔可以有非 常均 勻的電阻溫度系數(shù)，介電常數(shù)低，這樣能讓信號(hào)傳輸損失更小，這和電容要求不同， 電容要求介電常數(shù)高，這樣才能在有限體積下容納更高的容量，電容為什么比鋁電容 個(gè)頭要小，歸根結(jié)底是介電常數(shù)高??！其次，薄銅箔通過大電流情況下溫升較小，這 對(duì)于散熱和元件壽命都是有很大好處的，數(shù)字集成電路中銅線寬度最好小于0. 3cm 也是這個(gè)道理。制

4、作精良的PCB成品板非常均勻，光澤柔和（因?yàn)楸砻嫠⑸献韬竸? 這個(gè)用肉眼能看出來，不過老實(shí)說光看覆銅基板能看出好壞的人還真不多，除非你是 廠里經(jīng)驗(yàn)豐富的品檢。有朋友問了，對(duì)于一塊全身包裹了銅箔的PCB基板，我們?nèi)?何才能在上面安放元件，實(shí)現(xiàn)元件一元件間的信號(hào)導(dǎo)通而非整塊板的導(dǎo)通呢？那我 要問一句了，你有沒有看到一塊主板表面都是銅的一回答當(dāng)然是：沒有！板上都是 彎彎繞繞的銅線，電信號(hào)就是通過銅線來傳遞的，那么答案很簡單，把銅箔蝕掉不用 的部分，留下銅線部分不就0KT?好，那么這一步是如何完成的呢？好的，我們需要涉及一個(gè)概念：那就是“線路底片 “或者稱之為“線路菲林我們將板卡的線路設(shè)計(jì)用光刻機(jī)印

5、成膠片，然后把一種主 要成分對(duì)特定光譜敏感而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的感光干膜覆蓋在基板上，干膜分兩種，光聚 合型和光分解型，光聚合型干膜在特定光譜的光照射下會(huì)硬化，從水溶性物質(zhì)變成水 不溶性而光分解型則正好相反。好，這里我們就用光聚合型感光干膜先蓋在基板上, 上面再蓋一層線路膠片讓其曝光，曝光的地方呈黑色不透光，反之則是透明的（線路 部分）。光線通過膠片照射到感光干膜上一結(jié)果怎么樣了？凡是膠片上透明通光的地 方干膜顏色變深開始硬化，緊緊包裹住基板表面的銅箔，就像把線路圖印在基板上一 樣，接下來我們經(jīng)過顯影步驟（使用碳酸鈉溶液洗去未硬化干膜），讓不需要干膜保 護(hù)的銅箔露出來，這稱作脫膜（Stripping

6、）工序。接下來我們?cè)偈褂梦g銅液（腐蝕銅的化學(xué)藥品）對(duì)基板進(jìn)行蝕刻，沒有干膜保護(hù)的銅 全軍覆沒，硬化干膜下的線路圖就這么在基板上呈現(xiàn)出來。這整個(gè)過程有個(gè)叫法叫” 影像轉(zhuǎn)移”，它在PCB制造過程中占非常重要的地位。接下來自然是 制作多層板啦! 按照上述步驟制作只是單面板，即使兩面加工也是雙面板而已，但是我們常常可以發(fā) 現(xiàn)自己手中的板卡是四層板或者六層板（甚至有8層板）,這究竟是怎么制造岀來 的呢？有了上面的基礎(chǔ)，我們明白其實(shí)不難，做兩塊雙面板然后”粘”起來就行啦！比如我們 做一塊典型的四層板（按照順序分14層，其中1/4是外層，信號(hào)層，2/3是內(nèi)層，接地和電源層），先呢分別做好1/2和3/4 （同

7、一塊基板），然后把 兩塊基板粘一塊不就OKT?不過這個(gè)粘結(jié)劑可不是普通的膠水，而是軟化狀態(tài)下的樹 脂材料，它首先是絕緣的，其次很薄，與基板粘合性良好。我們稱之為PP材料，它 的規(guī)格是厚度與含膠（樹脂）量。當(dāng)然，一般四層板和六層板我們是看不出來的，因 為六層板的基板厚度比較薄，即使要用兩層PP三塊雙面基板，也未見得比一層礦兩 塊雙面基板的四層板能增加多少厚度一板卡的厚度都有一定規(guī)范，否則就插不進(jìn)各 種卡槽中了。說到這里，讀者又會(huì)產(chǎn)生疑問，那個(gè)多層板之間信號(hào)不是要導(dǎo)通嗎？現(xiàn) 在PP是絕緣材料，如何實(shí)現(xiàn)層與層之間的互聯(lián)？別急，我們?cè)谡辰Y(jié)多層板之前還需 要鉆孔！鉆了孔可以將電路板上下位置相應(yīng)銅線對(duì)起來

8、，然后讓孔壁帶銅，那么不是 相當(dāng)于導(dǎo)線將電路串聯(lián)起來了嗎？這種孔我們稱之為導(dǎo)通孔（Plating hole,簡稱 PT孔，我喜歡叫撲通孔，呵呵）。這些孔需要鉆孔機(jī)鉆出來，現(xiàn)代鉆孔機(jī)能鉆出很 小很小的孔和很淺的禮一塊主板上有成百上千個(gè)大小迥異深淺不一的孔，我們用高 速鉆孔機(jī)起碼要鉆一個(gè)多小時(shí)才能鉆完。鉆完孔后，我們?cè)龠M(jìn)行孔電鍍（該技術(shù)稱之 為鍍通孔技 術(shù)9 PlatedThrough-Ho 1 e technology» PTH）,讓孔導(dǎo)通?？滓层@了，里外層都通了，多層板粘好了，是不是完事了呢？我們的回答是N。，因 為主板生產(chǎn)需要大量進(jìn)行焊接，如果直接焊接，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)嚴(yán)重后果：一、板卡

9、表面 銅線氧化，焊不上；二、搭焊現(xiàn)象嚴(yán)重一因?yàn)榫€與線之間的間距實(shí)在太小了?。∷?我們必須在整個(gè)PCB基板外面再包上一層裝甲一這就是防焊漆，也就是俗稱阻焊劑的 的東東，它對(duì)液態(tài)的焊錫不具有親和力，并且在特定光譜的光照射下會(huì)發(fā)生變化而硬 化，這個(gè)特性和干膜類似，我們看到的板卡顏色，其實(shí)就是防焊漆的顏色，如果防焊 漆是綠色，那么板卡就是綠色，相應(yīng)五顏六色怎么來的大家都清楚了吧？最后大家不 要忘了網(wǎng)印、金手指鍍金（對(duì)于顯卡 或者PCI等插卡來說）和質(zhì)檢，測試PCB是否 有短路或是斷路的狀況，可以使用光學(xué)或電子方式測試。光學(xué)方式采用掃描以找出各 層的缺陷，電子測試則通常用飛針探測儀（Flying-Pr

10、obe）來檢査所有連接。電子 測試在尋找短路或斷路比較準(zhǔn)確，不過光學(xué)測試可以更容易偵測到導(dǎo)體間不正確空 隙的問題?？偨Y(jié)一下，一家典型的PCBT廠其生產(chǎn)流程如下所示：下料內(nèi)層制作 壓合鉆孔f鍍銅f外層制作f防焊漆印刷-文字印刷f表面處理f外形加工。至 此，整個(gè)PCB制造流程已經(jīng)全面介紹完畢，下面我們就結(jié)合圖片來參觀精英鑫華寶 訊廠一迄今為止國內(nèi)最大的PCB板制造基地之一。這是對(duì)PCB做中檢，如果不合格可是要返工的哦！看工人一絲不茍的樣子，要 經(jīng)過 目檢和工具檢測兩大關(guān)，結(jié)合探針，能檢査出線路板的通斷。室內(nèi)溫度必須保持在24 土 29、相對(duì)濕度40%65%,這是為了保證PCB基板 和底片 的尺寸穩(wěn)

11、定。因?yàn)榘遄雍偷灼慕M成材料都是有機(jī)高分子材料，對(duì)溫濕度十分敏感。 只有整個(gè)生產(chǎn)過程中都在相同的溫濕度下，才能保證板子和底片不會(huì)發(fā)生漲縮現(xiàn)象， 所以現(xiàn)在的PCB工廠中生產(chǎn)區(qū)都裝有中央空調(diào)控制溫濕度。如果超過溫度極限，這 個(gè)東東兼起報(bào)警器的作用。這個(gè)儀器叫AOI （Automatic Optical Inspection,自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)），比較高級(jí)， 除了高倍放大外，A0I能進(jìn)行裸板外觀品質(zhì)測試。A0I是集光學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形識(shí)另I、 自動(dòng)控制多學(xué)科于一身的高技術(shù)產(chǎn)品，它的內(nèi)部存有上百種板面缺陷的圖樣特征。工 作時(shí)操作人員先將待檢板固定在機(jī)臺(tái)上，A0I會(huì)用激光定位器精確定 位CCD鏡頭來 掃描全板面。

12、將得到的圖樣抽象出來與缺欠圖樣比對(duì)，以此來判 斷PCB的線路制作 是否有問題。像常見的線路缺口、短斷路、蝕刻不全等都可 以憑借A0I找出熱A0I 可以指出問題類型以及在板子上的位置。核心是它的分析軟件。A0I技術(shù)的世界領(lǐng)跑 者是以色列人，之所以這樣據(jù)說是因?yàn)橐陨刑幱诎⒗鲊h(huán)視之中，戒備心理極 強(qiáng)，所以其雷達(dá)圖像識(shí)別技術(shù)首屈一指（怕 人家偷襲嘛）,在20世紀(jì)7080年代 微電子技術(shù)大發(fā)展時(shí)，電子工業(yè)越來越需要一種高精度的外觀檢驗(yàn)裝置，以色列抓住 機(jī)遇軍品轉(zhuǎn)民品大大地賺了一票。這種單價(jià)在30萬美元以上的設(shè)備早期被認(rèn)為是PCB工廠品管嚴(yán)格的象征，由于釆用 A0I后可有效地提高成品率，防止產(chǎn)品報(bào)

13、廢，對(duì)于多層板生產(chǎn)還是十分合算的，所以 現(xiàn)在A0I設(shè)備也是PCB廠的必備裝置了。壓膜和對(duì)片，這張照片不大清楚，內(nèi)部用UV紫外線爆光這就是專門用來曝光的萬 級(jí)無塵室，曝光機(jī)完成影像轉(zhuǎn)移工作，為什么要在無塵室內(nèi)進(jìn)行呢？原因是灰塵會(huì) 折射光線，這必然會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)移到干膜上的線路圖失真。更為嚴(yán)重的是灰塵顆粒會(huì)粘 在板面上阻擋光照造成雜質(zhì)斷路或短路。那 么無塵室的燈光是黃色的，這又是為了 什么？原來感光干膜對(duì)黃光不敏感，不會(huì)曝光，這和照相底片不能暴諜在陽光下而 在暗室的小綠燈下卻沒事是一個(gè)道理這是在第二道成檢，必須把表面清理干凈，檢査是否脫膜和線路過分細(xì)，如果PCB出 廠就來不及了。這就是多鉆頭精密數(shù)控鉆床，一排排整齊列兵演出非常有氣勢。平面精度高達(dá)±3m 訂左右，這個(gè)東東國內(nèi)售價(jià)單臺(tái)就價(jià)值百萬人民幣！看PCB廠有沒有實(shí)力 主要就看 有多少臺(tái)鉆床了，一般稱得上大廠的起碼有百臺(tái)以上。這個(gè)“小小”車間就擁擠著 46臺(tái)，但這只是寶訊的一小部分而已！每塊主板根據(jù)孔的多少在鉆孔，