PCB制造工藝詳解

一PCB制造行業(yè)術(shù)語.TestCoupon:試樣testcoupon是用來以TDR(TimeDomainReflectometer)測量所生產(chǎn)的PCB板的特性阻抗是否滿足設(shè)計需求一般要控制的阻抗有單根線和差分對兩種情況，所以testcoupon上的走線線寬和線距(有差分對時)要與所要控制的線一樣，最重要的是測量時接地點的位置為了減少接地引線(groundlead)的電感值TDR探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信號的地方(probetip)，所以testcoupon上量測信號的點跟接地點的距離和方式要符合所用的探棒.金手指在線路板板邊節(jié)點鍍金Edge-Conncetion也就是我們經(jīng)常說的金手指(GoldFinger)，是用來與連接器(Connector)彈片之間的連接進行壓迫接觸而導電互連，這是由于黃金永遠不會生銹且電鍍加工有非常的容易外觀也好看，故電子工業(yè)的接點表面幾乎都要選擇黃金線路板金手指上的金的硬度在140Knoop以上，以便卡插拔時確保耐磨得效果，故一向采用鍍硬金的工藝其鍍金的厚度平均為在30uin但在封裝載板上(Substrate)上，設(shè)有若干鍍金的承墊用來COBchiponboard晶片間以〃打金線〃wirebond是一種熱壓式熔接的辦法互連故另需使用較軟的金層與金線融合，一般金的硬度在100Knoop以下稱為軟金其品質(zhì)要求較硬金更為嚴格此外鍍金層具有焊錫性與導熱性故也常用于焊點與散熱表面的用途.硬金，軟金硬金:HardGold;軟金softGold電鍍軟金是以電鍍的方式析出鎳金在電路板上它的厚度控制較具彈性一般適合用于IC封裝板打線用金手指或其它適配卡內(nèi)存所用的電鍍金多數(shù)為硬金因為必須耐磨在化學金方面基本上有所謂的浸金和化學金兩種浸金指的是以置換的方式將金析出于銀表面因為是置換方式其厚度相當薄且無法繼續(xù)成長但是化學金是采用氧化還原劑的方式將金還原在銀面上并非置換因此它的厚度可以成長較厚一般這類的做法是用于無法拉出導線的電路板因為化學金在整體的穩(wěn)定度上控制較難因此較容易產(chǎn)生品質(zhì)問題一般此類應(yīng)用多集中在焊接方面打線方面的應(yīng)用很少.SMT基本名詞術(shù)語解釋AdditiveProcess（加成工藝）一種制造PCB導電布線的方法通過選擇性的在板層上沉淀導電材料（銅錫等）Angleofattack（迎角）絲印刮板面與絲印平面之間的夾角Anisotropicadhesive（各異向性膠）一種導電性物質(zhì)其粒子只在Z軸方向通過電流Applicationspecificintegratedcircuit（ASIC特殊應(yīng)用集成電路）客戶定做的用于專門用途的電路Artwork（布線圖）PCB的導電布線圖用來產(chǎn)生照片原版可以任何比例制作但一般為3:1或4:1Automatedtestequipment（ATE自動測試設(shè)備）為了評估性能等級設(shè)計用于自動分析功能或靜態(tài)參數(shù)的設(shè)備也用于故障離析Blindvia（盲通路孔）PCB的外層與內(nèi)層之間的導電連接不繼續(xù)通到板的另一面Buriedvia（埋入的通路孔）PCB的兩個或多個內(nèi)層之間的導電連接（即從外層看不見的）Bondingagent（粘合劑）將單層粘合形成多層板的膠劑Bridge（錫橋）把兩個應(yīng)該導電連接的導體連接起來的焊錫引起短路Circuittester（電路測試機）一種在批量生產(chǎn)時測試PCB的方法包括針床元件引腳腳印導向探針內(nèi)部跡線裝載板空板和元件測試Cladding（覆蓋層）一個金屬箔的薄層粘合在板層上形成PCB導電布線CTE Coefficientofthethermalexpansion（溫度膨脹系數(shù)）當材料的表面溫度增加時測量到的每度溫度材料膨脹百萬分率（ppm）Coldcleaning（冷清洗）一種有機溶解過程液體接觸完成焊接后的殘渣清除Componentdensity（元件密度）PCB上的元件數(shù)量除以板的面積Conductiveepoxy（導電性環(huán)氧樹脂）一種聚合材料通過加入金屬粒子通常是銀使其通過電流Copperfoil（銅箔）一種陰質(zhì)性電解材料沉淀于電路板基底層上的一層薄的連續(xù)的金屬箔它作為PCB的導電體它容易粘合于絕緣層接受印刷保護層腐蝕后形成電路圖樣Coppermirrortest（銅鏡測試）一種助焊劑腐蝕性測試在玻璃板上使用一種真空沉淀薄膜Defect（缺陷）元件或電路單元偏離了正常接受的特征Delamination（分層）板層的分離和板層與導電覆蓋層之間的分離Desoldering（卸焊）把焊接元件拆卸來修理或更換方法包括用吸錫帶吸錫真空（焊錫吸管）和熱拔DFM（為制造著想的設(shè)計）以最有效的方式生產(chǎn)產(chǎn)品的方法將時間成本和可用資源考慮在內(nèi)Environmentaltest（環(huán)境測試）一個或一系列的測試用于決定外部對于給定的元件包裝或裝配的結(jié)構(gòu)機械和功能完整性的總影響Functionaltest（功能測試）模擬其預(yù)期的操作環(huán)境對整個裝配的電器測試Fiducial（基準點）和電路布線圖合成一體的專用標記用于機器視覺以找出布線圖的方向和位置Fine-pitchtechnology（FPT密腳距技術(shù)）表面貼片元件包裝的引腳中心間隔距離為〃或更少Fixture（夾具）連接PCB到處理機器中心的裝置Leadconfiguration（引腳外形）從元件延伸出的導體起機械與電氣兩種連接點的作用Machinevision（機器視覺）一個或多個相機用來幫助找元件中心或提高系統(tǒng)的元件貼裝精度Meantimebetweenfailure（MTBF平均故障間隔時間）預(yù)料可能的運轉(zhuǎn)單元失效的平均統(tǒng)計時間間隔通常以每小時計算結(jié)果應(yīng)該表明實際的預(yù)計的或計算的Photo-plotter（相片繪圖儀）基本的布線圖處理設(shè)備用于在照相底片上生產(chǎn)原版PCB布線圖（通常為實際尺寸）Pick-and-place（拾取-貼裝設(shè)備）一種可編程機器有一個機械手臂從自動供料器拾取元件移動到PCB上的一個定點以正確的方向貼放于正確的位置Placementequipment（貼裝設(shè)備）結(jié)合高速和準確定位地將元件貼放于PCB的機器分為三種類型SMD的大量轉(zhuǎn)移X/Y定位和在線轉(zhuǎn)移系統(tǒng)可以組合以使元件適應(yīng)電路板設(shè)計Reflowsoldering（回流焊接）通過各個階段包括預(yù)熱穩(wěn)定/干燥回流峰值和冷卻把表面貼裝元件放入錫膏中以達到永久連接的工藝過程Schematic（原理圖）使用符號代表電路布置的圖包括電氣連接元件和功能Solderbump（焊錫球）球狀的焊錫材料粘合在無源或有源元件的接觸區(qū)起到與電路焊盤連接的作用Soldermask（阻焊）印刷電路板的處理技術(shù)除了要焊接的連接點之外的所有表面由塑料涂層覆蓋住TypeI,II,IIIassembly（第一二三類裝配）板的一面或兩面有表面貼裝元件的PCB（I）有引腳元件安裝在主面有SMD元件貼裝在一面或兩面的混合技術(shù)（II）以無源SMD元件安裝在第二面引腳（通孔）元件安裝在主面為特征的混合技術(shù)（III）Ultra-fine-pitch（超密腳距）引腳的中心對中心距離和導體間距為或更小Void（空隙）錫點內(nèi)部的空穴在回流時氣體釋放或固化前夾住的助焊劑殘留所形成Yield（產(chǎn)出率）制造過程結(jié)束時使用的元件和提交生產(chǎn)的元件數(shù)量比率KeyingSlot在線路板金手指區(qū)為了防止插錯而開的槽MountingHole安裝孔此詞有兩種意思一是指分布在板腳的較大的孔是將組裝后的線路板固定在終端設(shè)備上使用的螺絲孔其二是指插孔焊接零件的腳孔后者也稱InsertionHole,LeadHoleLaminate:基材指用來制造線路板用的基材板也叫覆銅板CCLCopperperCladedLaminatesPrepreg樹脂片也稱為半固化片SilkScreen網(wǎng)板印刷用聚酯網(wǎng)布或不銹鋼網(wǎng)布當載體將正負片的圖案以直接乳膠或間接版膜方式轉(zhuǎn)移到網(wǎng)框的網(wǎng)布上形成的網(wǎng)版作為對線路板印刷的工具ScreenPrinting網(wǎng)版印刷是指在已有圖案的網(wǎng)布上用刮刀刮擠壓出油墨將要轉(zhuǎn)移地圖案轉(zhuǎn)移到板面上也叫絲網(wǎng)印刷Screenability網(wǎng)印能力指網(wǎng)版印刷加工時其油墨在刮壓之作用下具有透過網(wǎng)布之露空部分而順利漏到板上的能力SolderBump焊錫凸塊為了與線路板的連接在晶片的連接點處須做上各種形狀的微焊錫凸塊SubstractiveProcess減成法是指將基材上部分無用的銅箔減除掉而達成線路板的做法稱為減成法Surface-MountDevice(SMD)表面裝配零件不管是具有引腳或封裝是否完整的各式零件凡能夠利用錫膏做為焊料而能在板面焊墊上完成焊接組裝者皆稱為SMDSurfaceMountTechnology表面裝配技術(shù)是利用板面焊墊進行焊接或結(jié)合的組裝技術(shù)有別于采用通孔插焊的傳統(tǒng)的組裝方式稱為SMTThinCore薄基材多層板的內(nèi)層是由薄基材制作ThroughHoleMounting通孔插裝是指早期線路板上各零件之組裝皆采用引腳插孔及填錫方式進行以完成線路板上的互連Twist板翹指板面從對角線兩側(cè)的角落發(fā)生變形翹起稱為板翹其測量的方法是將板的三個叫落緊臺面再測量翹起的角的高度二PCB制造工藝綜述1.印制板制造技術(shù)發(fā)展50年的歷程PCB制造技術(shù)發(fā)展的50年歷程可劃分為6個時期1PWB誕生期1936年?制造方法加成法5絕緣板表面添加導電性材料形成導體圖形稱為加成法工藝使用這類生產(chǎn)專利的印制板曾在1936年底時應(yīng)用于無線電接收機中2PWB試產(chǎn)期1950年?制造方法減成法制造方法是使用覆銅箔紙基酚醛樹脂層壓板PP基材用化學藥品溶解除去不需要的銅箔留下的銅箔成為電路稱為減成法工藝在一些標牌制造工廠內(nèi)用此工藝試做PWB以手工操作為主腐蝕液是三氯化鐵濺上衣服就會變黃當時應(yīng)用PWB的代表性產(chǎn)品是索尼制造的手提式晶體管收音機應(yīng)和PP基材的單面PWB3PWB實用期1960年?新材料GE基材登場PWB應(yīng)用覆銅箔玻璃布環(huán)氧樹脂層壓板GE基材由于PWB的國產(chǎn)GE基板在初期有加熱翹曲變形銅箔剝離等問題材料制造商逐漸改進而提高1965年起日本有好幾家材料制造商開始批量生產(chǎn)GE基板工業(yè)用電子設(shè)備用GE基板民用電子設(shè)備用PP基板已成為常識4PWB跌進期1970?MLB登場新安裝方式登場這個時期的PWB從4層向50層更多層發(fā)展同時實行高密度化細線小孔薄板化線路寬度與間距從向發(fā)展PWB單位面積上布線密度大幅提高PWB上元件安裝方式開始了革命性變化原來的插入式安裝技術(shù)TMT改變?yōu)楸砻姘惭b技術(shù)SMT引線插入式安裝方法在PWB上應(yīng)用有20年以上了并都依靠手工操作的這時也開發(fā)出自動元件插入機實現(xiàn)自動裝配線SMT更是采用自動裝配線并實現(xiàn)PWB兩面貼裝元件5MLB躍進期1980年?超高密度安裝的設(shè)備登場在1982年~1991年的10年間日本PWB產(chǎn)值約增長3倍1982年產(chǎn)值3615億日元1991年10940億日元MLB的產(chǎn)值1986年時1468億日元追上單面板產(chǎn)值到1989年時2784億日元接近雙面板產(chǎn)值以后就MLB占主要地位了1980年后PCB高密度化明顯提高有生產(chǎn)62層玻璃陶瓷基MLBMLB高密度化推動移動電話和計算機開發(fā)競爭6邁向21世紀的助跑期1990年~積層法MLB登場1991年后日本泡沫經(jīng)濟破滅電子設(shè)備和PWB受影響下降到1994年后才開始恢復MLB和撓性板有大增長而單面板與雙面板產(chǎn)量卻開始一直下跌1998年起積層法MLB進入實用期產(chǎn)量急速增加IC元件封裝形式進入面陣列端接型的BGA和CSP走向小型化超高密度化安裝今后的展望50多年來PWB發(fā)展變化巨大自1947的發(fā)明半導體晶體管以來電子設(shè)備的形態(tài)發(fā)生大變樣半導體由ICISIVLSI向高集成度發(fā)展開發(fā)出了MCMBGACSP等更高集成化的IC21世紀初期的技術(shù)趨向就是為設(shè)備的高密度化小型化和輕量化努力主導21世紀的創(chuàng)新技術(shù)將是納米技術(shù)會帶動電子元件的研究開發(fā)2初步認識PCBPCB是英文(PrintedCircuitBoard)印制線路板的簡稱通常把在絕緣材上按預(yù)定設(shè)計制成印制線路印制元件或兩者組合而成的導電圖形稱為印制電路而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導電圖形稱為印制線路這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板亦稱為印制板或印制電路板PCB幾乎我們能見到的電子設(shè)備都離不開它小到電子手表計算器通用電腦大到計算機通迅電子設(shè)備軍用武器系統(tǒng)只要有集成電路等電子無器件它們之間電氣互連都要用到PCB它提供集成電路等各種電子元器件固定裝配的機械支撐實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣提供所要求的電氣特性如特性阻抗等同時為自動錫焊提供阻焊圖形為元器件插裝檢查維修提供識別字符和圖形PCB是如何制造出來的呢我們打開通用電腦的健盤就能看到一張軟性薄膜撓性的絕緣基材印上有銀白色銀漿的導電圖形與健位圖形因為通用絲網(wǎng)漏印方法得到這種圖形所以我們稱這種印制線路板為撓性銀漿印制線路板而我們?nèi)ル娔X城看到的各種電腦主機板顯卡網(wǎng)卡調(diào)制解調(diào)器聲卡及家用電器上的印制電路板就不同了它所用的基材是由紙基常用于單面或玻璃布基常用于雙面及多層預(yù)浸酚醛或環(huán)氧樹脂表層一面或兩面粘上覆銅簿再層壓固化而成這種線路板覆銅簿板材我們就稱它為剛性板再制成印制線路板我們就稱它為剛性印制線路板單面有印制線路圖形我們稱單面印制線路板雙面有印制線路圖形再通過孔的金屬化進行雙面互連形成的印制線路板我們就稱其為雙面板如果用一塊雙面作內(nèi)層二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層二塊單面作外層的印制線路板通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導電圖形按設(shè)計要求進行互連的印制線路板就成為四層六層印制電路板了也稱為多層印制線路板現(xiàn)在已有超過100層的實用印制線路板了為進一認識PCB我們有必要了解一下單面雙面印制線路板及普通多層板的制作工藝加深對它的了解單面剛性印制板單面覆銅板下料刷洗干燥網(wǎng)印線路抗蝕刻圖形固化檢查修板蝕刻銅去抗蝕印料干燥鉆網(wǎng)印及沖壓定位孔刷洗干燥網(wǎng)印阻焊圖形常用綠油UV固化網(wǎng)印字符標記圖形UV固化預(yù)熱沖孔及外形電氣開短路測試刷洗干燥預(yù)涂助焊防氧化劑干燥檢驗包裝成品出廠雙面剛性印制板雙面覆銅板下料鉆基準孔數(shù)控鉆導通孔檢驗去毛刺刷洗化學鍍導通孔金屬化全板電鍍薄銅檢驗刷洗網(wǎng)印負性電路圖形固化干膜或濕膜曝光顯影檢驗修板線路圖形電鍍電鍍錫抗蝕銀/金去印料感光膜蝕刻銅退錫清潔刷洗網(wǎng)印阻焊圖形常用熱固化綠油貼感光干膜或濕膜曝光顯影熱固化常用感光熱固化綠油清洗干燥網(wǎng)印標記字符圖形固化外形加工清洗干燥電氣通斷檢測噴錫或有機保焊膜檢驗包裝成品出廠貫通孔金屬化法制造多層板工藝流程：內(nèi)層覆銅板雙面開料刷洗鉆定位孔貼光致抗蝕干膜或涂覆光致抗蝕劑曝光顯影蝕刻與去膜內(nèi)層粗化去氧化內(nèi)層檢查外層單面覆銅板線路制作B階粘結(jié)片板材粘結(jié)片檢查鉆定位孔層壓數(shù)控制鉆孔孔檢查孔前處理與化學鍍銅全板鍍薄銅鍍層檢查貼光致耐電鍍干膜或涂覆光致耐電鍍劑面層底板曝光顯影修板線路圖形電鍍電鍍錫鉛合金或鎳/金鍍?nèi)ツづc蝕刻檢查網(wǎng)印阻焊圖形或光致阻焊圖形印制字符圖形熱風整平或有機保焊膜數(shù)控洗外形成品檢查包裝出廠從工藝流程圖可以看出多層板工藝是從雙面孔金屬化工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的它除了繼了雙面工藝外還有幾個獨特內(nèi)容金屬化孔內(nèi)層互連鉆孔與去環(huán)氧鉆污定位系統(tǒng)層壓專用材料我們常見的電腦板卡基本上是環(huán)氧樹脂玻璃布基雙面印制線路板其中有一面是插裝元件另一面為元件腳焊接面能看出焊點很有規(guī)則這些焊點的元件腳分立焊接面我們就叫它為焊盤為什么其它銅導線圖形不上錫呢因為除了需要錫焊的焊盤等部分外其余部分的表面有一層耐波峰焊的阻焊膜其表面阻焊膜多數(shù)為綠色有少數(shù)采用黃色黑色藍色等所以在PCB行業(yè)常把阻焊油叫成綠油其作用是防止波焊時產(chǎn)生橋接現(xiàn)象提高焊接質(zhì)量和節(jié)約焊料等作用它也是印制板的永久性保護層能起到防潮防腐蝕防霉和機械擦傷等作用從外觀看表面光滑明亮的綠色阻焊膜為菲林對板感光熱固化綠油不但外觀比較好看便重要的是其焊盤精確度較高從而提高了焊點的可靠性相反網(wǎng)印阻焊油就比較差我們從電腦板卡可以看出元件的安裝有三種方式一種為傳動的插入式安裝工藝將電子元件插入印制線路板的導通孔里這樣就容易看出雙面印制線路板的導通孔有如下幾種一是單純的元件插裝孔二是元件插裝與雙面互連導通孔三是單純的雙面導通孔四是基板安裝與定位孔另二種安裝方式就是表面安裝與芯片直接安裝其實芯片直接安裝技術(shù)可以認為是表面安裝技術(shù)的分支它是將芯片直接粘在印制板上再用線焊法或載帶法倒裝法梁式引線法等封裝技術(shù)互聯(lián)到印制板上其焊接面就在元件面上表面安裝技術(shù)有如下優(yōu)點：1由于印制板大量消除了大導通孔或埋孔互聯(lián)技術(shù)提高了印制板上的布線密度減少了印制板面積一般為插入式安裝的三分階之一同時還可降低印制板的設(shè)計層數(shù)與成本2減輕了重量提高了抗震性能采用了膠狀焊料及新的焊接技術(shù)提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性3由于布線密度提高和引線長度縮短減少了寄生電容和寄生電感更有利于提高印制板的電參數(shù)4比插裝式安裝更容易實現(xiàn)自動化提高安裝速度與勞動生產(chǎn)率相應(yīng)降低了組裝成本從以上的表面安技術(shù)就可以看出線路板技術(shù)的提高是隋芯片的封裝技術(shù)與表面安裝技術(shù)的提高而提高現(xiàn)在我們看的電腦板卡其表面粘裝率都不斷地在上升實際上這種的線路板再用傳動的網(wǎng)印線路圖形是無法滿足技術(shù)要求的了所以普通高精確度線路板其線路圖形及阻焊圖形基本上采用感光線路與感光綠油制作工藝也許過不多久人們該把印制線路板叫作感光線路板了現(xiàn)在我們再來看成組芯片直接安裝技術(shù)多芯片模塊MCM技術(shù)它是將多塊未封裝的集成電路芯片高密度安裝在同一基板上構(gòu)成一個完整的部件的新思路即現(xiàn)在人們普遍稱之的多芯片模塊簡稱MCM是(MultiChipModule的縮寫)隨著MCM的興起使封裝的概念發(fā)生了本質(zhì)的變化在年代以前所有的封裝都是面向器件的而MCM可以說是面向部件的或者說是面向系統(tǒng)或整機的MCM技術(shù)集先進印刷線路板技術(shù)先進混合集成電路技術(shù)先進表面安裝技術(shù)半導體集成電路技術(shù)于一體是典型的垂直集成技術(shù)對半導體器件來說它是典型的柔性封裝技術(shù)是一種電路的集成MCM的出現(xiàn)使電子系統(tǒng)實現(xiàn)小型化模塊化低功耗高可靠性提供了更有效的技術(shù)保障其中MCM-D型MulitChipModuleDepositedThinFilm是采用薄膜技術(shù)將金屬材料淀積到陶瓷或硅鋁基板上光刻出信號線電源線地線并依次做成多層基板多達幾十層主要用在500Mhz以上的高性能產(chǎn)品中線寬和間距可做到10-25孔徑在1050因而具有組裝密度高信號通道短寄生效應(yīng)小噪聲低等優(yōu)點可明顯地改善系統(tǒng)的高頻性能現(xiàn)在我們可以看到如今的高新技術(shù)PCB已經(jīng)不是我們所認為的印制線路板了也許又該提升一步叫光刻線路板了3表面貼裝技術(shù)(SMT)的介紹1)SMT的特點組裝密度高電子產(chǎn)品體積小重量輕貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右一般采用SMT之后電子產(chǎn)品體積縮小40%~60%重量減輕60%~80%可靠性高抗振能力強焊點缺陷率低高頻特性好減少了電磁和射頻干擾易于實現(xiàn)自動化提高生產(chǎn)效率降低成本達30%?50%節(jié)省材料能源設(shè)備人力時間等2)為什么要用表面貼裝技術(shù)(SMT)電子產(chǎn)品追求小型化以前使用的穿孔插件元件已無法縮小電子產(chǎn)品功能更完整所采用的集成電路(IC)已無穿孔元件特別是大規(guī)模高集成IC不得不采用表面貼片元件產(chǎn)品批量化生產(chǎn)自動化廠方要以低成本高產(chǎn)量出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以迎合顧客需求及加強市場競爭力電子元件的發(fā)展集成電路(IC)的開發(fā)半導體材料的多元應(yīng)用電子科技革命勢在必行追逐國際潮流3)SMT技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著電子產(chǎn)品向便攜式/小型化網(wǎng)絡(luò)化和多媒體方向迅速發(fā)展表面貼裝技術(shù)SurfaceMountTechnology簡稱SMT在電子工業(yè)中正得到越來越廣泛的應(yīng)用并且在許多領(lǐng)域部分或全部取代了傳統(tǒng)電子裝聯(lián)技術(shù)SMT的出現(xiàn)使電子裝聯(lián)技術(shù)發(fā)生了根本的革命性的變革在應(yīng)用過程中SMT正在不斷地發(fā)展與完善主要表現(xiàn)在以下幾方面SMT生產(chǎn)線的發(fā)展SMT生產(chǎn)線是生產(chǎn)的基礎(chǔ)目前其有如下幾個發(fā)展趨勢計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的應(yīng)用SMT生產(chǎn)線正向高效率方向發(fā)展SMT生產(chǎn)線向綠色環(huán)保方向發(fā)展SMT設(shè)備的發(fā)展包括絲印設(shè)備貼裝設(shè)備的發(fā)展FMS多功能等方向發(fā)展表面貼裝元器件的發(fā)展SMT工藝材料的發(fā)展4PCB電鍍金工藝介紹作用與特性印制板上的金鍍層有幾種作用金作為金屬抗蝕層它能耐受所有一般的蝕刻液它的導電率很高其電阻率為微歐厘米由于它的負的氧化電位使得它是一種抗銹蝕的理想金屬和接觸電阻低的理想的接觸表面金屬金作為可焊性的基底是多年來爭論的問題之一只要說明金在控制條件的情況下已經(jīng)成功地用來作為一種焊接的輔助手段就夠了近年來已經(jīng)發(fā)展了一些新的鍍金工藝它們大多數(shù)是專利性的這表明為避開以典的堿性氰化物鍍金及其對電鍍抗蝕劑的破壞作用所作的努力金價格成本高促使發(fā)展金的合金槽浴作為降低成本的手段5PCB電鍍銅工藝介紹銅作為印制電路制造中的基本的導線金屬已經(jīng)得到了廣泛的承認它具有極為優(yōu)越的導電性僅次于銀容易電鍍成本低并給出高度可靠的結(jié)果銅是很容易活化的因此在銅和其它電鍍的金屬之間可以獲得良好的金屬金屬鍵合電子設(shè)備用的印制電路MILSTD275指出金屬化應(yīng)該鍍銅孔中銅鍍層的厚度應(yīng)不小于英寸有三種最常用的鍍銅溶液焦磷酸鹽硫酸鹽以及氟硼酸鹽溶液6多層板孔金屬化工藝眾所周知孔金屬化是多層板生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)她關(guān)系到多層板內(nèi)在質(zhì)量的好壞孔金屬化過程又分為去鉆污和化學沉銅兩個過程化學沉銅是對內(nèi)外層電路互連的過程去鉆污的作用是去除高速鉆孔過程中因高溫而產(chǎn)生的環(huán)氧樹脂鉆污特別在銅環(huán)上的鉆污保證化學沉銅后電路連接的高度可靠性多層板工藝分凹蝕工藝和非凹蝕工藝凹蝕工藝同時要去除環(huán)氧樹脂和玻璃纖維形成可靠的三維結(jié)合非凹蝕工藝僅僅去除鉆孔過程中脫落和汽化的環(huán)氧鉆污得到干凈的孔壁形成二維結(jié)合單從理論上講三維結(jié)合要比二維結(jié)合可靠性高但通過提高化學沉銅層的致密性和延展性完全可以達到相應(yīng)的技術(shù)要求非凹蝕工藝簡單可靠并已十分成熟因此在大多數(shù)廠家得到廣泛應(yīng)用高錳酸鉀去鉆污是典型的非凹蝕工藝7.PCB表面處理技術(shù)雖然以產(chǎn)品生命周期短和迅猛的技術(shù)改變聞名電子工業(yè)還不得不采用一種工業(yè)應(yīng)用廣泛的熱空氣焊錫均涂(HASL,hotairsolderleveling)的替代技術(shù)長期影響環(huán)境的關(guān)注通常集中在潛在的鉛泄漏到環(huán)境中去僅管在北美的立法禁止鉛的使用還是幾年后的事情但是原設(shè)備制造商(OEM,originalequipmentmanufacturer)必須滿足歐洲和日本的環(huán)境法令以使其產(chǎn)品作全球銷售這個考慮已經(jīng)孕育出許多課題評估在每一個主要的OEM那里消除鉛的可選方法HASL的替代方法允許無鉛印刷電路板(PWB,printedwiringboard)也提供平坦的共面性表面滿足增加的技術(shù)要求更密的間距和區(qū)域陣列元件已允許增加電子功能性通常越高的技術(shù)對立著降低成本可是大多數(shù)替代方法改進高技術(shù)裝配和長期的可靠性而還會降低成本成本節(jié)約是整個過程成本的函數(shù)包括過程化學勞力和企業(yè)一般管理費用（圖一）象OSP浸銀和浸錫等替代技術(shù)可提供最終表面處理成本的20?30%的減少雖然每塊板的節(jié)約百分比在高層數(shù)多層電路板產(chǎn)品上可能低日用電子的成本節(jié)約隨著更大的功能性和鉛的消除將驅(qū)使替代方法使用的急劇增加替代方法的使用將不僅會增加而且將取代HASL作為最終表面處理的選擇今天替代的問題是選擇的數(shù)量和已經(jīng)發(fā)表的數(shù)據(jù)的純卷積諸如ENIGOSP浸錫和浸銀等替代方法都提供無鉛高可焊性平整共面的表面在生產(chǎn)中對第一次通過裝配合格率提供重大改進為了揭開最終表面處理的神秘面紗這些HASL的替代方法可通過比較每個涂層對裝配要求和PWB設(shè)計的優(yōu)點來區(qū)分裝配要求HASL替代方法對裝配過程的作用反映表面的可焊性和它如何與使用的焊接材料相互作用每一類替代的表面涂層OSP有機金屬的organometallic）（浸錫和銀）或金屬的（ENIG）具有不同的焊接機制焊接機制的這種差異影響裝配過程的設(shè)定和焊接點的可靠性O(shè)SP是焊接過程中必須去掉的保護性涂層助焊劑必須直接接觸到OSP表面以滲透和焊接到PWB表面的銅箔上浸洗工藝如浸銀或錫有機共同沉淀消除最終表面的氧化物不象OSP錫和銀溶解在焊錫里面將成為焊接點的一部分將幫助熔濕速度錫和銀兩者都在PWB的銅表面直接形成焊接點如果適當?shù)爻恋碓贓NIG表面的金是純凈的由于其可熔于焊錫所以將提供焊接的最快的熔濕速度可是當使用ENIG時焊接點是在鎮(zhèn)障礙層上面形成的不是直接在PWB的銅表面所有三類替代涂層都提供最佳的印刷表面對所有類型的錫膏都一樣錫膏直接印在表面涂層上面提供助焊劑直接接觸滲透OSP和熔濕PWB表面印刷模板對沉積完美的錫膏印刷形成有效的密封消除了HASL的印糊和錫橋問題結(jié)果是三種替代涂層都有很高的第一次通過裝配合格率焊錫熔濕方面相差很小區(qū)別在于焊接點的強度和可靠性幾個研究已經(jīng)證實使用OSP直接焊接到銅的表面提供最好強度的焊接點2,3當使用區(qū)域陣列片狀包裝的較小焊盤時焊接點的強度變得重要雖然使用上減少波峰焊接還是今天裝配過程的構(gòu)成整體的一部分每一種最終表面涂層的焊接機制將影響助焊劑化學成分的選擇和波峰焊接工藝的設(shè)定金屬的和有機金屬的涂層有助于通孔的焊錫熔濕通常要求很少的助焊劑較低活性的助焊劑和波峰的較少動蕩免洗材料在生產(chǎn)條件下與OSP相處很好但要求一些優(yōu)化來增加助焊劑和/或焊錫滲透到通孔內(nèi)通常這個優(yōu)化增加助焊劑的使用量代替特定類型的助焊劑化學成分或通過更高的動蕩或溫度來增加焊錫滲透全球范圍內(nèi)正在實施取代傳統(tǒng)波峰焊接工藝的方法插入式回流(intrusivereflow)選擇性焊錫噴泉(selectivesolderfountain)和順應(yīng)針(compliantpin)正實際上使用在所有最終表面涂層上至今為止所完成的工作表明選擇性焊錫噴泉的動蕩改善了通孔(through-hole)的可熔濕性孔中錫膏(paste-in-hole)或侵入式回流將助焊劑和助焊劑載體直接接觸PWB的表面使得通孔的可熔濕性對所有最終表面涂層都是類似的最后由于可預(yù)見的孔的誤差HASL的替代方法比使用順應(yīng)針(compliantpin)的HASL要強在替代方法中較厚的浸錫為插件提供最光滑的表面為順應(yīng)針提供最寬的操作窗口4裝配工業(yè)現(xiàn)在正評估無鉛焊接替代品雖然某些合金似乎是特別的OEM的選擇但是還要選擇整個工業(yè)所接受的合金盡管如此正在測試的所有合金都要求較高的回流溫度并產(chǎn)生較慢的熔濕速度錫膏供應(yīng)商已經(jīng)工程研究了專門的助焊劑化學成分來改善這些新合金的熔濕初始的研究表明較高的回流溫度不會影響OSP浸銀或浸錫的可焊性或綁接強度較高的熔化溫度明顯地幫助OSP的滲透和錫與銀表面熔濕甚至是雙面回流另外的測試正在進行中以評估熔濕速度的影響和優(yōu)化對最終表面涂層的特定回流參數(shù)PWB設(shè)計正如所討論的裝配過程可以優(yōu)化以適合所有的最終表面涂層PWB的設(shè)計將最終決定適于各個應(yīng)用的最佳的HASL替代方法但更專門的包裝和互連的類型象按鍵接觸(keycontact)元件屏蔽(componentshielding)和插件連接器(edgeconnector)這樣的應(yīng)用要求在整個設(shè)備壽命內(nèi)的接觸電阻低柔性的電路板通常要求鋁的或不銹鋼的加強構(gòu)件或散熱器元件包裝和某些PWB要求引線接合(wirebonding)或與直接芯片附著用的導電性膠的兼容性PWB上的高密度互連(HDI,high-densityinterconnect)幾何形狀戲劇性地影響使用傳統(tǒng)無電鍍涂層的合格率已經(jīng)看到由于裝配在ENIG上的區(qū)域陣列包裝的綁接強度不夠而出現(xiàn)的現(xiàn)場失效(fieldfailure)?為了滿足所有這些要求電子工業(yè)正將注意力集中在三種主要的替代方法上OSP銀和浸錫設(shè)計要求的優(yōu)勢浸這三種涂層的每一種都提供適合特定PWB與多金屬表面兼容提供最高的綁和原先的消除了多金屬表解金沉淀的可焊性要求多金屬wirebonding）的電解鎳/金OSP是成本最低的替代方法接強度現(xiàn)在有新的配方提供較薄的沉淀層面生銹的一樣牢固（圖二）由于耐磨性或電涂層如用于插件連接器或金引線接合（gold高成本和焊接點中金的易脆性要求OSP對已焊接的連接作第二次涂層雖然生產(chǎn)已證實按鍵接觸但使用如果焊接點的強度對PWB設(shè)使得OSP成為移動電子和區(qū)域陣列擇OSP也顯示與使用在倒裝芯片性最后散熱器或剛性構(gòu)容易地應(yīng)用在板列形式不象OSP鋁上面引起變色ENIG也可以和新的OSP工藝一起計是關(guān)鍵的話這個高接合強度包裝（areaarraypackage）的選應(yīng)用中的導電性膠的更大的兼容件大都可以在最終表面處理之前浸或無電鍍工藝將鍍在不銹鋼或和OSP與ENIG比較浸銀還是一個相對較新的技術(shù)可是在過去六年里廣泛的測試和大量的生產(chǎn)已經(jīng)證實了這個工藝的可靠性5,6焊錫的熔濕特性使得這種涂層更適合于一種現(xiàn)存的無鉛波峰焊接工藝這種表面處理方法是大多數(shù)應(yīng)用的潛在替代方法包括屏蔽鋁引線接合按鍵接觸和焊接如表一所示這個涂層的接觸電阻在經(jīng)過老化或回流工序之后保持很低初始的研究顯示接觸電阻在與導電聚合物接觸300,000次后保持很低雖然更多工作需要完成作為一種金屬涂層浸銀也可以在低放大或不放大的情況下檢查使得應(yīng)用者和裝配者兩個都容易決定其存在表一浸銀涂層的接觸電阻系列二探針半徑〃接觸力10oz模擬壓縮連接器的100%接合電阻以歐姆測量讀數(shù)#1讀數(shù)#2讀數(shù)#3涂層處理系列號電阻電阻電阻OSPBTH處理10370KG2OSP無環(huán)境處理10370KKY錫BTH處理10370KGM錫無環(huán)境處理10370KHW銀BTH處理10370K9Z銀無環(huán)境處理10370K8Y鎳/金無環(huán)境處理無Sn63/Pb37無環(huán)境處理無浸錫已經(jīng)在PWB和金屬表面處理工業(yè)使用幾十年了可是已經(jīng)開發(fā)出新的化學成分使有機物與錫一起沉淀在銅的表面這種共同沉淀的有機物消除纖維狀結(jié)晶(whisker)的增長這是一個可靠性問題阻礙銅錫金屬間的增長影響可焊接性能這些新的浸錫工藝的結(jié)果是較厚的最終表面涂層(30?50millionths百萬分之一)提供光滑表面給順應(yīng)針插件和在線測試(ICT,in-circuittest)滲透正在進行中的研究評估相對ICT探針磨損和幾種最終表面涂層的性能新的浸錫工藝很容易適應(yīng)無鉛裝配并與浸銀一樣它們的存在容易檢查結(jié)論OSP浸銀和浸錫用于混合技術(shù)和水溶性與免洗裝配技術(shù)都將提供高的第一次通過裝配合格率每個產(chǎn)品的適當應(yīng)用是通過PWB的設(shè)計要求來明確的OSP是成本最低的涂層為芯片規(guī)模(chip-scale)和倒裝芯片(flipchip)包裝提供最好的焊接強度新的配方能夠處理多金屬表面如鎳/金帶自動連接(TAB,tapeautomatedbonding)或鋁散熱器和剛性構(gòu)件浸銀提供一種可引線接合的(wirebondable)單一的表面涂層具有對按鍵接觸的和金屬對金屬屏蔽的低接觸電阻浸錫提供較厚的均勻金屬涂層改善ICT探針壽命和壓入裝配針的光滑性O(shè)SP已經(jīng)是HASL替代品的市場主流為應(yīng)用者提供最寬的處理窗口作為較新的產(chǎn)品浸銀和錫還必須達到相同的市場滲透現(xiàn)在要求應(yīng)用過程中更多的關(guān)注全球都在作經(jīng)驗積累以解決工藝問題使得可以從HASL容易地轉(zhuǎn)換到其它替代方法三印制板產(chǎn)品的DFMDFM(DesignForManufacture)指為制造著想的設(shè)計這些年雖然DFM已被各種各樣地定義但一個基本的理念是相同的為了在制造階段以最短的周期最低的成本達到最高可能的產(chǎn)量DFM必須在新產(chǎn)品開發(fā)的概念階段有具體表現(xiàn)1DFM的開始？首先必須認識到DFM的必要性這個對一個高級管理成員來說可以最有效率地完成但時常對具體實施DFM的初級雇員來說是另外一回事他們通過參與DFM會議或研討會來自我教育與他人共享知識內(nèi)部推廣DFM的其它方法包括把有關(guān)DFM的研究提交給關(guān)鍵人物或邀請顧問與公司領(lǐng)導討論DFM成功至少需要工程和制造兩方面的領(lǐng)導確信DFM的必要之后組織的其余部分盡可能地予以支持開始DFM的下一個步驟就是找一個可以監(jiān)督這個過程的雇員這意味著他必須具有工程和制造兩個方面的技術(shù)背景雇員必須了解公司的工程方面從而理解涉及到研究開發(fā)和設(shè)計產(chǎn)品的各種要求這樣他或她可以在新產(chǎn)品開發(fā)周期內(nèi)的修正階段影響產(chǎn)品類似地該人必須了解制造工序的能力以加強資本和補償任何薄弱環(huán)節(jié)一個人在足夠的細節(jié)上廣泛地了解工程和制造兩大功能塊是不尋常的因此對有潛力的關(guān)鍵人物的循環(huán)計劃應(yīng)該用來開發(fā)這些技能外部招聘作為這個長遠培訓步驟的替代是另一個保證DFM資源的方法可是這個人的關(guān)鍵是了解你公司的工程和制造過程把工程要求和制造能力合理的匹配是DFM成功的關(guān)鍵一旦指定一個人為DFM職位重要的是他或她了解現(xiàn)在可利用的技術(shù)和將來有前景的技術(shù)找到和把這些知識帶入公司是重要的這樣工程部門可以將它體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計中制造部門可以生產(chǎn)出來轉(zhuǎn)換技術(shù)的有用方法是閱讀關(guān)鍵的技術(shù)雜志或期刊參加技術(shù)研討會會見供應(yīng)商訪問和調(diào)查公司參加工程協(xié)會的本地分會和瀏覽因特網(wǎng)收集新技術(shù)的樣品帶到會議中或簡單地展示陳列出來這樣做可以引起人們的興趣和產(chǎn)生應(yīng)用的想法技術(shù)轉(zhuǎn)換研討和會議（經(jīng)常舉行）有工程和制造兩方參加對開始教育步驟是必須的類似的會議也會把想法匯集成討論議題得到技術(shù)知識后下一步必須決定這個新人物應(yīng)該安頓在哪里組織上向哪里匯報我們推薦該人和設(shè)計部門共處在一起這樣所有的交互作用都在實時發(fā)生另外由于成為部門的信息資產(chǎn)DFM人員有機會和人們建立和睦與尊重雖然DFM人員可以向工程或制造部門匯報推薦的方法是使其向制造部門匯報而駐扎在工程部這樣他或她對制造部有必要的效忠同時對工程部提供有價值的服務(wù)開始DFM時考慮的另外的步驟是統(tǒng)一從制造到工程的信息流（即用同一種聲音說同一種語言）告訴設(shè)計和生產(chǎn)人員彼此的能力讓設(shè)計人員參觀生產(chǎn)反過來也是拆除工程與制造部門之間的墻通過每天設(shè)計部門解答DFM問題成功地把新產(chǎn)品推向生產(chǎn)量化DFM的影響然后推出市場2工具和技術(shù)有許多商業(yè)夠買的DFM工具以及那些世界級公司內(nèi)部創(chuàng)建的工具DFM工具是為了提供一個框架以目標的方式來使一個設(shè)計的可制造性的測量和影響特征化DFM指南:是為一個公司制定預(yù)期結(jié)果基線所必須的工程部設(shè)計達到一套規(guī)格或要求制造部具備某種的生產(chǎn)能力要求和能力的同步為兩個功能部門設(shè)定期望DFM指南形成工程與制造部門之間的橋梁成為通信工具它可以開始是一頁簡單的合理的行動列表例如PCBDFM指南應(yīng)該包括首選元件與包裝優(yōu)化的板/組合板尺寸元件之間的間距要求和生產(chǎn)設(shè)備的邊緣空留后來可能進化成一本更復雜和更全面的手冊定義每一個有用的部分和過程當然最好開始簡單使得指南清楚交流容易理解和馬上可用作參考（即擺在每一個設(shè)計者的桌面上）信息越復雜越可能被放在某個人的書架上而不是新產(chǎn)品設(shè)計時實際的查閱和其它任何文件一樣指南必須得到維護以使其準確地描述制造者的能力當生產(chǎn)自動設(shè)備被替換或更新或新技術(shù)引入時這一點特別重要DFM反饋步驟:為了有效地傳播制造車間和工程實驗室所得到的知識經(jīng)驗這一點是必要的一個有效的方法是由生產(chǎn)人員使用制造工藝來建立所有的工程模型這是一個被證實的方法用來傳遞成功建立產(chǎn)品的建設(shè)性的反饋信息因此不會出現(xiàn)奇怪的問題當一個產(chǎn)品發(fā)放給生產(chǎn)因為那些相同的生產(chǎn)工藝已經(jīng)在整個設(shè)計周期內(nèi)已經(jīng)用到反饋必須傳遞迅速準確使得設(shè)計小組可以馬上更正由生產(chǎn)人員在模型上所觀察到的任何問題如人們所預(yù)料在生產(chǎn)設(shè)備上運行模型制造會消耗額外的生產(chǎn)能力因此必須適當?shù)目紤]到預(yù)測的負荷要求假設(shè)分析模型:用這種方法來完成一個設(shè)計相對另一個設(shè)計的量化的可制造性測量雖然相當簡單但它實現(xiàn)了極大的DFM影響力模型表現(xiàn)了制造中每個裝配工藝的特色百萬缺陷率（dpm,defectspermillion）設(shè)定時間和運行時間使用者輸入每個工藝步驟加入的元件數(shù)量模型輸出三個關(guān)鍵變量的計算結(jié)果預(yù)計周期時間預(yù)計成本和預(yù)計產(chǎn)量工具的作用是可以把非DFMPCB設(shè)計和實現(xiàn)優(yōu)化步驟的DFMPCB設(shè)計進行比較（即進行假設(shè)模型分析）假設(shè)模型分析的一個例子可以從表一中看到表中列出了PCBX的DFM前后的周期時間成本和產(chǎn)量的計算這允許兩個裝配之間這些變量差別的比較以看出DFM的影響將價格差乘以預(yù)計年生產(chǎn)的PCB數(shù)量得到預(yù)計的年度成本節(jié)約這個然后可以和預(yù)計的改造實施成本比較表一描述的例子顯示了66%的成本和周期時間的減少DFM應(yīng)用板比非DFM應(yīng)用板高出10%的產(chǎn)量改進這個模型可以用來作出商業(yè)決定在目標量化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實施DFMPCB裝配的假設(shè)分析模型*StandardsPCBXbeforeDFMPCBXafterDFMProcessdpmS/URunVariableS/URunQuantityS/URunQuantityStencilPrint(T)205(PCB)5151ChipPlace10010(SMT)1041026ICPlace20015(SMT)000000Reflow255-Internal5151TOC\o"1-5"\h\zStencilPrint(B)205 (PCB) 0 0 0 000ChipPlace10010(SMT) 0 0 0 0 0 0ICPlace20015(SMT) 0 0 0 0 0 0Reflow255-Internal 0 0 0 0 0 0Clean105(PCB)000000DIP500015(Comp)000000Sequence150020(Comp)2013000VCD150015(Comp)1513000Radial500030(Comp)000000Stake600010(Comp)000000Mask250010(Point)103000AdhesiveDispense505-Internal50505050ChipPlace10010(SMT)10501050TOC\o"1-5"\h\zICPlace200 15(SMT)0 0 0 0 0 0Cure255-Internal50 1 5 0 1Clean105(PCB)000000Prep500015 (Comp)15 7 0 0 0Prewave7500 10(Comp)10 2 1010 4WaveSolder/Clean20005(PCB)5151PostwaveDifficult15000103(Comp)1093000PostwaveEasy10000101(Comp)000000Clean5005(PCB)51000Depanel50005(PCB)56451ConformalCoat100002010(PCB)2010120101Inspection5005(SolderJoint)51605160EnterLotSize5050EnterRealization.Minutes16590ProratedSetupTotal.Min.Total.HoursExpectedCycleTimeExpectedCost$$ExpectedYield%%*Allnumbersarefictitiousandareintendedforinstructioalpurposesonly.DFM計分:這個工具描述了對一個特定產(chǎn)品設(shè)計的每個重要的可制造性特征表二是PCB可制造性的計分表它顯示了18個對生產(chǎn)重要的可制造性特征分成三個部分元件設(shè)計和制造工藝規(guī)格在設(shè)計開始時由DFM人員和設(shè)計小組決定給出或者是1或者是0的等級（1二希望的特征0=不希望的特征）然后在設(shè)計周期的每個連續(xù)的硬件（即原型1原型2制造模型和生產(chǎn)）重復操作期間每個特征用1和0計分（1=達到0=沒達到）計分累計和被除（除以18）然后與工具底部給定的等級比較幾個重要的結(jié)果從這種工具的使用中得到這些結(jié)果中通常得到所希望的分數(shù)（在世界級的級別中）因為它們是按標準的高分的競爭在設(shè)計者中升起人們得到高分的回報突然工程部門努力獲取DFM的高分DesignforManufacturabilityScoringProject:XBoard#:YComponentsSpecsProto1Proto2ManufacturingModelProduction95%PPSLcompliance11111Processcompatiblepackaging10111Componentcount-singlepass1111090%11111<1%postwaveprocess10001Processsteps<1010001Nofixtures/toolsrequired111116sigmayieldpossible10011DFMScore18%33%50%72%89%93-100%WorldClass85-92%HighlyManufacturable77-84%Acceptable69-76%Poor0-68%Unacceptable表二生產(chǎn)就緒檢查:當一個工程產(chǎn)品設(shè)計完成何時才準備就緒接受設(shè)計呢這些經(jīng)常是公司要問的關(guān)鍵問題雖然