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pcb工艺流程

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一.PCB演变

1.1PCB扮演的角色

PCB的功能为供给完成笫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,以构成一个具特定功能的模块或成品。

所以PCB在全部电子产品中，扮演了整合贯穿连接总其成所有功能的角色，也是以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。

1.2PCB的演变

1.早于1903年Mr.AlbertHanson开创应用"线路"（Circuit）不雅念应用于德律风交换机体系。

它是用金属箔予以切割成线路导体，将之黏着于白腊纸上，上面同样贴上一层白腊纸,成了现今PCB的机构雏型。

见图1.2

2.至1936年，DrPaulEisner真正创造了PCB的制造技巧，也揭樂多项专利。

而今日之print-etch（photoimagetransfer）技巧，就是沿袭其创造而来的。

1.3PCB种类及制法

在材料、层次、制程上的多样化以适合不合的电子产品及其特别需求。

以下就归纳一些通用的差别办法，来简单介绍PCB的分类以及它的制造方法。

1.3.1PCB利啖

A.以材质分

a.有机材质

酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyamide、BT/Epoxy等皆属之。

b.无机材质

铝、CopperInver-copperceramic等皆属之。

重要取其散热功能

B.以成品软硬区分

a.硬板RigidPCB

b.软板FlexiblePCB见图1.3

c.软硬板Rigid-FlexPCB见图1.4

C.以构造分

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.依用处分：

通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板…，见图1.8BGA.另有一种射出成型的立体PCB,因应用少，不在此介绍。

1.3.2制造办法介绍

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1.101.11

C.另有其它因应IC封装的变革延长而出的一些先辈制程，本光盘仅说起但不详加介绍，因有很多尚属机密也不易取得，或者成熟度尚不敷。

本光盘以传统负片多层板的制程为主轴，深刻浅出的介绍各个制程，再辅以先辈技巧的不雅念来商量将来的PCB走势。

二.制前预备

2.1.媒介

台湾PCB家当属性，儿乎是以OEM，也就是受客户委托制造空板（BareBoard）罢了，不像美国，很多PCBShop是包含了线路设计，空板制造以及装配（Assembly）的Turn-Key营业。

以前，只要客户供给的原始数据如Drawing,Artwork,Specification,再以手动翻片、排版、打带等功课，即可进行制造，但近年因为电子产品日趋轻薄短小，PCB的制造面对了儿个挑衅：

（1）薄板

（2）高密度（3）高机能（4）高速（5）产品周期缩短（6）降低成本等。

以往以灯桌、笔刀、贴图及拍照机做为制前对象，如今己被计算机、工作软件及激光画图机所代替。

以前，以手工排版，或者还须要Micro-Modifier来修改尺寸等费时耗工的功课，今天只要在CAM（ComputerAidedManufacturing）工作人员取得客户的设讣材料，可能儿小时内，就可以依设讣规矩或DFM（DesignForManufacturing）主动排版并变更不合的临盆前提。

同时可以output如钻孔、成型、测试治具等材料。

2.2.相干名词的定义与讲解

AGerberfile

这是一个从PCBCAD软件输出的数据文件做为光画图说话。

1960年代一家名叫GerberScientific（如今叫GerberSystem）专业做画图机的美国公司所成长出的格局，而后二十年，行销于世界四十多个国度。

儿乎所有CAD体系的成长，也都依此格局作其OutputData,直接输入画图机就可绘出Drawing或Film,是以GerberFormat成了电子业界的公认标准。

B.RS-274D

是GerberFormat的正式名称，精确称呼是EIASTANDARDRS-274D（ElectronicIndustriesAssociation）®要两大年夜构成：

1.FunctionCode：

如Gcodes,Dcodes,Mcodes等。

2.Coordinatedata：

定义图像（imaging）

C.RS-274X

是RS-274D的延长版本，除RS-274D之Code以外，包含RS-274XParameters,或称

全部extendedGerberformat它以两个字母为组合，定义了画图过程的一些特点。

D.IPC-350

IPC-35O是IPC成长出来的一套neutralformat,可以很轻易山PCBCAD/CAM产生，然后依此体系,PCBSHOP再产生NCDrillProgram,Netlist,并可直接输入LaserPlotter绘制底片.

E.LaserPlotter

见图2.1,输入Gerberformat或IPC350format以绘制Artwork

F.ApertureListandD-Codes

见表2.1及图2.2，举一简单实例来解释两者关系,Aperture的定义亦见图2.1

2.3.制前设计流程：

2.3.1客户必须供给的数据：

电子厂或装配工厂，委托PCBSHOP临盆空板（BareBoard）时，必须供给下列数据以供制造。

见表料号数据表-供制前设计应用.

上表数据是必备项目，有时客户会供给一片样品，一份零件图，一份包管书（包管束程中应用之原物料、耗料等不含某些有毒物质）等。

这些额外数据，厂商须自行断定其重要性,以免误了商机。

2.3.2.材料审查

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法度榜样与重点，如下所述。

A.审查客户的产品规格，是否厂内制程才能可及，审查项目见承接料号制程才能检查表.

B.原物料需求（BOM-BillofMaterial）

根据上述材料审查分析后，111BOM的展开，来决定原物料的厂牌、种类及规格。

重要的原物料包含了：

基板（Laminate）、胶片（Prepreg）＞铜箔（Copperfoil）、防焊油墨（SolderMask）.文字油墨（Legend）等。

别的客户对于Finish的规定，将影响流程的选择，当然会有不合的物料需求与规格，例如：

软、硬金、喷畅、OSP等。

表归纳客户规范中，可能影响原物料选择的身分。

C.上述乃属新数据的审查，审查完毕进行样品的制造.若是旧材料，则须Check有无户ECO（EngineeringChangeOrder）.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。

因为基板是重要原料成本（排版最佳化，可削减板材浪费）；而恰当排版可进步临盆力并降低不良率。

有些工厂认为固定某些工作尺寸可以相符最大年夜临盆力，但原物料成本增长很多.下列是一些推敲的偏向：

一般制造成本，直、间接原物料约占总成本30~60%,包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、铉、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。

大年夜部份电子厂做线路Layout时，会做连片设计，以使装配时能有最高的临盆力。

是以，PCBX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时可有最佳的应用率。

要计算最恰当的排版，须推敲以下儿个身分。

a.基材裁切起码刀数与最大年夜应用率（裁切方法与磨边处理须推敲进去）。

b.铜箔、胶片与干膜的应用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配优胜，以免浪费。

c.连片时,piece间最小尺寸，以及板边留做对象或对位体系的最小尺寸。

d.各制程可能的最大年夜尺寸限制或有效工作区尺寸.

e.不合产品构造有不合制造流程，及不合的排版限制，例如，金手指板，其排版间距须较大年夜且有偏向的考量，其测试治具或测试次序规定也不一样。

较大年夜工作尺寸，可以相符较大年夜临盆力，但原物料成本增长很多，并且设备制程才能亦需晋升，若何取得一个均衡点，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

所稀有据检核齐备后，开端分工设计：

A.流程的决定（HowChart）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调。

传统多层板的制造流程可分作两个部分:

内层制造和外层制造.以下图标儿种代表性流程供参考.见图2.3与图2.4

B.CAD/CAM功课

a.将GerberData输入所应用的CAM体系，此时须将apertures和shapes定义好。

今朝，己有很多PCBCAM体系可接收IPC-35O的格局。

部份CAM体系可产生外型NCRouting档，不过一般PCBLayout设计软件并不会产生此文件。

有部份专业软件或自力或合营NCRouter,可设定参数直接输出法度榜样.

Shapes种类有圆、正方、长方，亦有较复杂外形，如内层之thermalpad等。

着手设计时，Aperturecode和shapes的干系要先定义清楚，不然无法进行后面一系列的设计。

b.设计时的Checklist

根据checklist审查后，当可知道该制造料号可能的良率以及成本的预估。

c.WorkingPanel排版留意事项：

-PCBLayoutX程师在设计时，为协助提示或留意某些事项，会做一些帮助的记号做参考，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。

一排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。

因为基板是重要原料成本（排版最佳化，可削减板材浪费）；而恰当排版可进步临盆力并降低不良率。

有些工厂认为固定某些工作尺寸可以相符最大年夜临盆力，但原物料成本增长很多.下列是一些推敲的偏向：

一般制造成本，直、间接原物料约占总成本30~60%,包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、铉、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。

大年夜部份电子厂做线路Layout时，会做连片设汁，以使装配时能有最高的临盆力。

是以，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时可有最佳的应用率。

要计算最恰当的排版，须推敲以下儿个身分。

1•基材裁切起码刀数与最大年夜应用率（裁切方法与磨边处理须推敲进去）。

2.铜箔、胶片与干膜的应用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配优胜，以免浪费。

3.连片时,piece间最小尺寸，以及板边留做对象或对位体系的最小尺寸。

4.各制程可能的最大年夜尺寸限制或有效工作区尺寸.

5不合产品构造有不合制造流程，及不合的排版限制，例如，金手指板，其排版间距须较大年夜且有偏向的考量，其测试治具或测试次序规定也不一样。

较大年夜工作尺寸，可以相符较大年夜临盆力，但原物料成本增长很多,并且设备制程才能亦需晋升，若何取得一个均衡点，设计的准则与工程师的经验是相当重要的。

一进行workingPanel的排版过程中，尚须推敲下列事项，以使制程顺畅，表排版留意事项。

d.底片与法度榜样：

—底片Artwork在CAM体系编辑排版完成后，合营D-Code档案，而山雷射画图机（LaserPlotter）绘出底片。

所须绘制的底片有表里层之线路，外层之防焊，以及文字底片。

因为线路密度愈来愈高，容差请求越来越严谨，是以底片尺寸控制，是今朝很多PCB厂的一大年夜课题。

表是传统底片与玻璃底片的比较表。

玻璃底片应用比例已有进步趋势。

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。

例如干式做法的钮金属底片.

一般在保存以及应用传统底片应留意事项如下：

1•情况的温度与相对温度的控制

2.全新底片掏出应用的前置适应时光

3.取用、传递以及保存方法

4.置放或操作区域的干净度

—法度榜样

含一，二次孔钻孔法度榜样，以及外形Routing法度榜样个中NCRouting法度榜样一般须另行处理

e.DFM—Designformanufacturing.PCBlayout工程师大年夜半不太懂得，PCB制造流程以及各制程须要留意的事项，所以在Lay-out线路时，仅推敲电性、逻辑、尺寸等，而棋少顾及其它。

PCB制前设计工程师是以必须从临盆力，良率等考量而修改一些线路特点,如圆形接线PAD修改成泪滴状，见图2.5,为的是制程中PAD-孔对位不准时，尚能保持最小的垫环宽度。

然则制前工程师的修改，有时却会影响客户产品的特点棋或机能，所以不得不谨慎。

PCB厂必须有一套针对厂内制程上的特点而编辑的规范除了改良产品良率以及晋升临盆力外，也可做为和PCB线路Lay-out人员的沟通说话，见图2.6.

C・Tooling

指AOI与电测Netlist檔..AOI由CADreference文件产生AOI体系可接收的数据、且含容差，而电测Netlist档则用来制造电测治具Fixtureo

2.4结语

颇多公司对于制前设计的工作看重的程度不若制程,这个不雅念必定要改，因为跟着电子产品的演变,PCB制造的技巧层次愈艰苦，也愈须要和上旅客户做最密切的沟通，如今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，产品的应用情况，材料的物,化性，线路Lay-out的电性,PCB的信赖性等，都邑影响产品的功能发挥.所以不管软件，硬件，功能设讣上都有很好的进展，人的不雅念也要有所冲破才行.

印刷电路板是以铜箔基板（Copper-cladLaminate简称CCL）做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件，故从事电路板之高低游业者必须对基板有所懂得:

有那些种类的基板，它们是若何制造出来的，应用于何种产品，它们各有那些好坏点，如斯才能选择恰当的基板.表3.1简单列出不合基板的实用处合.

基板工业是一种材料的基本工业，是由介电层（树脂Resin,玻璃纤维Glassfiber），及高纯度的导体（铜箔Copperfoil）二者所构成的复合伙料（Compositematerial）,其所牵扯的理论及实务不输于电路板本身的制造。

以下即针对这二个重要构成做深刻浅出的商量.

3.1介电层

3.1.1树脂Resin

3.1.1.1媒介

今朝已应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（Polytetrafluorethylenc,简称PTFE或称TEFLON）,B—三氮树脂（BismaleimideTriazine简称BT）等皆为热固型的树脂

（ThermosettedPlasticResin）o

3.1.1.2酚醛树脂PhenolicResin

是人类最早开辟成功而乂贸易化的聚合物。

是山液态的酚（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前提下产生立体架桥（Crosslinkage）的持续反响而硬化成为固态的合成材料。

其反响化学式见图3.1

1910年有一家叫Bakelite公司参加帆布纤维而做成一种坚硬强固，绝缘性乂好的材料称为Bakelite,俗名为电木板或尿素板。

美国电子制造业协会（NEMA-NationlElectricalManufacturersAssociation）将不合的组合尅以不合的编号代字而为业者所广用，现将酚醛树脂之各产品代字列表，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”是表示机械性用处，第二个”X"是表示可用电性用处。

第三个“X”是表示可用有无线电波及高湿度的场合。

“P“表示须要加热才能冲板子（Punchable）,不然材料会决裂，"C"表示可以冷冲加工（coldpunchable）,"FR"表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃（FlameRetardent）或抗燃（Flameresistance）性。

纸质板中最畅销的是XXXPC及FR-2.前者在温度25°C以上,厚度在・062in以下就可以冲制成型很便利，后者的组合与前完全雷同，只是在树脂中加有三氧化二锤增长其难燃性。

以下介绍儿个较常应用纸质基板及其特别用处：

A常应用纸质基板

a.XPCGrade：

平日应用在低电压、低电流不会引起火源的花费性电子产品，如玩具、手提收音机、德律风机、计算器、遥控器及钟表等等。

UL94对XPCGrade请求只须达到HB难燃等级即可。

b.FR-1Grade：

电气性、难燃性优于XPCGrade,广泛应用于电流及电压比XPCGrade稍高的电器用品，如彩色电视机、监督器、VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等。

UL94请求FR-1难燃性有V-0、V-1与V-2不合等级，不过因为三种等级板材价位差别不大年夜,并且推敲安然起见，今朝电器界儿乎全采取V-0级板材。

c.FR-2Grade：

在与FR-1比较下，除电气机能请求稍高外，其它物性并没有特别之处,近年来在纸质基板业者尽力研究改进FR-1技巧，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身分下被FR-1所代替。

B.其它特别用处：

a.铜镀通孔用纸质基板

重要LI标是筹划代替部份物性请求并不高的FR-4板材，以便降低PCB的成本.

b.银贯孔用纸质基板

时下最风行代替部份物性请求并不很高的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，可直接借山印刷方法将银胶（SilverPaste）涂布于孔壁上，经由高温硬化，即成为导通体，不像一般FR-4板材的铜镀通孑L,需经山活化、化学铜、电镀铜、锡铅等复杂手续。

b-1基板材质

1）尺寸安定性：

除要留心X、Y轴（纤维偏向与横偏向）外，更要留意Z轴（板材厚度偏向），因热胀冷缩及加热减量身分轻易造成银胶导体的断裂。

2）电气与吸水性：

很多绝缘体在吸湿状况下，降低了绝缘性，乃至供给金属在电位差趋动力下产生移行的现象,FR-4在尺寸安性、电气性与吸水性方面都比FR-1及XPC佳,所以临盆银贯孔印刷电路板时，要选用特制FR-1及XPC的纸质基板.板材。

b.-2导体材质

1）导体材质银及碳墨贯孔印刷电路的导电方法是应用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内，藉山微粒的接触来导电，而铜镀通孔印刷电路板，则是借山铜本身是连贯的结晶体而产生异常顺畅的导电性。

2）延展性：

铜镀通孔上的铜是一种持续性的结晶体，有异常优胜的延展性，不会像银、碳墨胶在热胀冷缩时，轻易产生界面的分别而降低导电度。

3）移行性：

银、铜都是金属材质，轻易发性氧化、还原感化造成锈化及移行现象，因电位差的不合，银比铜在电位差趋动力下轻易产生银迁徙（SilverMigration）o

c.碳墨贯孔（CarbonThroughHole）用纸质基板.

碳墨胶油墨中的石墨不具有像银的移行特点，石墨所担当的角色仅仅是作简单的讯号传递者，所以PCB业界对积层板除了碳墨胶与基材的密着性、翘曲度外，并没有特别请求.石墨因有优胜的耐磨性，所以CarbonPaste最早期是被应用来代替KeyPad及金手指上的镀金，而后延长到扮演跳线功能。

碳墨贯孔印刷电路板的负载电流畅常设计的很低，所以业界大年夜都采取XPC等级，至于厚度方面，在推敲轻、薄、短、小与印刷贯孔性身分下，常通选用0.8、1.0或1.2mm厚板材。

d.室温冲孔用纸质基板其特点是纸质基板外面温度约40°C以下，即可作Pitch为1.78mm的IC密集孔的冲模，孔间不会产生裂缝，并且以减低冲模时纸质基板冷却所造成线路精准度的误差，该类纸质基板异常实用于细线路及大年夜面积的印刷电路板。

e.抗漏电压（Anti-Track）用纸质基板人类的主活越趋精细，对物品的请求且也就越讲就短小轻薄，当印刷电路板的线路设讣越密集，线距也就越小，且在高功能性的请求下，电流负载变大年夜了，那么线路间就轻易因产生电弧破坏基材的绝缘性而造成漏电，纸质基板业界为解决该类问题，有供给采取特别背胶的铜箔所制成的抗漏电压用纸质基板

2.1.2环氧树脂EpoxyResin

是今朝印刷线路板业用处最广的底材。

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出现黏着性而用于双面基板制造或多层板之压合用称B-stageprepreg，经此压合再硬化而无法答复之最终状况称为C-stageo

2.1.2.1传统环氧树脂的构成及其性质

用于基板之环氧树脂之单体一贯都是BisphenolA及Epichlorohydrin用dicy做为架桥剂所形成的聚合物。

为了经山过程燃性实验（Flammabilitytest）,将上述仍在液态的树脂再与Tetrabromo-BisphenolA反响而成为最熟知FR-4传统环氧树脂。

现将产品之重要成份列

于后:

单体—BisphenolA,Epichlorohydrin

架桥剂（即硬化剂）-双氤Dicyandiamide简称Dicy速化剂（Accelerator）—Benzyl-Dimethylamine（BDMA）及2-Methylimidazole（2-MI）溶齐U—Ethyleneglycolmonomethyether（EGMME）Dimethyformamide（DMF）及稀释剂Acetone,MEKo

填充剂（Additive）-碳酸钙、硅化物、及氢氧化铝或化物等增长难燃后果。

填充剂可调剂其Tg.

A.单体及低分子量之树脂

典范的传统树脂一般称为双功能的环气树脂（DifunctionalEpoxyResin）,见图3.2.为了达到应用安然的LI标，特于树脂的分子构造中参加澳原子，使产生部份碳澳之结合而出现难燃的后果。

也就是说当出现燃烧的前提或情况时，它要不轻易被点燃，万一已点燃在燃烧情况消掉后，能本身熄灭而不再持续延烧。

见图3.3.此种难燃材炖在NEMA规范中称为FR-4。

（不含澳的树脂在NEMA规范中称为G-10）此种含澳环氧树脂的长处很多如介电常数很低，与铜箔的附出力很强，与玻璃纤维结合后之挠性强度很不错等。

B.架桥剂（硬化剂）

环氧树脂的架桥剂一贯都是Dicey,它是一种隐性的（latent）催化剂，在高温160°C之下才发挥其架桥感化，常温中很安定，故多层板B-stage的胶片才不致无法储存。

但Dicey的缺点却也不少，第一是吸水性（Hygroscopicity）,第二个缺点是难溶性。

溶不掉落天然难以在液态树脂中发挥感化。

早期的基板商并不懂得下流电路板装配工业问题，那时的dicey磨的不是很细，其溶不掉落的部份混在底材中，经长时光集合的吸水后会产生针状的再结晶，造成很多爆板的问题。

当然如今的基板制造商都很清处它的严重性，是以已改良此点.

C.速化剂

用以加快epoxy与dicey之间的架桥反响，最常用的有两种即BDMA及2-ML

D.Tg玻璃态转化温度

高分子聚合物因温度之逐渐上升导致其物理性质渐起变更，山常温时之无定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞度异常高，柔嫩如橡皮一般的另一种状况。

传统FR4之Tg约在115-120°C之间，已被应用多年，但近年情因为电子产品各类机能请求愈来愈高，所以对材料的特点也请求日益严苛，如