PCB印制线路板流程及品质管理分析文档格式.docx

1、3.11 E-Test 电测试 173.12出货前的检验 17第四章 PCB质量管理分析 184.1PCB设计原则 184.2PCB注意事项 204.3PCB常见错误分析 214.4PCB设计几点体会 23结束语 24致谢 25参 考 文 献 26 摘 要通讯、计算机、消费电子等产业的繁荣，促进了印刷电路板（PrintedCircuitBoard,简称PCB）行业的快速发展。作为电子工业中最基础最活跃的产业之一，印刷电路板的设计与制造越来越趋向于高密度、多层数、高性能，这就使PCB制造的品质保证问题面临巨大的挑战。印刷电路板品质的好坏，取决于板上每根线条、每个孔品质的好坏。电路板在生产过程中山

2、于各种不确定因素的影响（如原材料、设备稳定性、环境、温度和人为操作等），造成缺陷很难避免，必须实施严格的中间检验。根据有关资料，在PCB的制造过程中，越早发现错误，就可以越早采取相应措施对其进行处理，从而降低生产成本。中国PCB行业面临结构性过剩。PCB行业的特点是厂商根据下游需求生产PCB板。PCB行业相对的上下游产业特点，决定了其产业集中度不高，在激烈的市场竞争中，只有市场定位好、运营效率高的企业才具有长期竞争力。由于产业巨大，分工很细，低档产品供过于求，而高端PCB属于资金、技术密集型行业，对管理和技术的要求比较高，往往成为产能扩充的瓶颈。本次金融风暴后，最终消费模式逐渐从之前欧美的粗放

3、式走向精打细算、缩衣节食模式，而之前大多数厂商都根据下游客户的需求生产PCB板，与下游厂商原有具有配套性，随着下游客户根据市场需求而发生转变，对PCB板的需求也发生变化。只有与下游厂商产品搭配合理的PCB板生产企业才有可能在未来拿到更多的订单，而不能随着下游厂商的需求变化而变化的PCB板生产企业将有可能在激烈的市场竞争中逐渐退出PCB行业。因此，印刷电路板的生产在线检测已成为PCB生产企业的共识，但真正实现中间检验和在线检验难度较大。因此，高效、高速、高精度且易于实现的印刷电路板缺陷自动检测方法成为PCB行业的迫切需要。关键词：PCB; 高效； 管理和技术；电路板缺陷第一章 绪论1.1研究背景

4、2008年上半年中国PCB产值及产量保持增长，在8月份之前增产现象还比较常见。从第三季度末开始，受到国际金融风暴的影响，首先是手机和电脑市场增长放缓，国外知名品牌纷纷减产，接着汽车制造业减产也直接导致PCB企业订单锐减。在传统旺季10月份，上述现象也未有改观。诸多中小型PCB企业关停并转，不少企业扩产计划搁浅，许多企业，包括PCB和主要原材料（如CCL）出现增产减效局面。国内PCB企业从第三季度第四季度企业效益下滑约25%到30%，出口产品和相关出口产品的订单锐减，高端产品如HDI、FPC订单锐减，整机厂资金回收困难等，PCB企业经营进入困难期。珠三角地区是我国PCB产业重镇，多少企业依赖外单

5、，尤其是国外手机和电脑订单，在本次金融风暴中，受金融风暴的影响较为严重。1.2研究意义一般而言，电子信息产业的发展周期滞后于外部经济发展周期3到6个月，同样，电子信息产业的复苏也要在景气复苏后一段时间才会出现。 北美1997年7月份至2010年1月BB数值，从图中我们很容易看到行业的几大衰退年份，1997年、2000年、2002年及2007年。我们也可以发现全球IT及PCB行业虽然从2009年第二季度开始BB值大于1，但是BB值呈现逐月变小之趋势，至2010年1月份的1.03，已经是接近于1。说明本次PCB复苏的趋势尚需要进一步强化，而且最近12年的BB值走势也可以看出，BB值连续大于1的月份

6、不多。因而我们预计BB值有重新迈入小于1的局面，PCB行业可能又一次陷入衰退周期。PCB行业20多年的发展历史表明，PCB行业是大者恒大，在每一次的行业洗牌中，都会诞生区域性或全球性的领导企业。在产品多元化的今天，PCB周期性变的平稳，不会因为一两种电子产销不旺，造成整个市场下滑。因而，总体上而言，印刷电路板行业周期性不明显，主要随着宏观经济波动。上世纪90年代，我国印刷电路板行业连续多年保持30%作用高速增长。2001年到2002年，受世界经济增长放缓等因素的影响，我国印刷电路板行业的增长速度出现较大幅度的下降。2003年以后，随着全球经济的复苏以及新兴电子产品的出现和广泛应用，印刷电路板的

7、需求再度出现快速增长，我国印刷电路板行业的产值恢复到30%左右年增长速度，2005年，同比增长约31.4%，2007年景气成长脚步趋缓。面对2009年的金融风暴，有一大批抗风险能力较弱，无核心竞争力的PCB企业退出市场。同时，由于全球PCB技术的迅猛发展和产能的过剩，我国PCB行业重新洗牌将是大势所趋，进入重新调整布局的新时代，面临新的转型，PCB产品的技术含量也不断提高，企业将具有更多的自主研发、自主知识产权项目，管理水平也将全面提升，环保标准也将逐步达到国际先进水平。随着中国PCB行业的进一步洗牌，中国的PCB产业集中度还将逐渐向先进地区如台湾、日本和韩国等看齐，不再是小而散，而会是更加有

8、序规范。行业洗牌说明目前的游戏规则不再适合，而新的游戏规则将随着发展而发展。明显的市场信号表明，节能、减排、降耗和提高效率将是未来发展的主流。在经历经济危机寒冬洗礼之后，存活下来的企业只有可能是在以上四点中做的较好的企业，就是核心竞争力比较强的企业。而在行业混战时期没有解决好问题的中小企业，可能会在竞争中受到压制。因而作为基础PCB行业需要更加小心地面对变换的市场形势，清晰部署产能，切忌盲目扩充产能，更多的精力应当集中在新产品、新技术的开发方面。第二章 相关理论与技术2.1PCB的基本资料 PCB是英文（Printed Circuie Board）印制线路板的简称。通常把在绝缘材料上，按预定设

9、计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。 PCB几乎我们所能见到的电子设备都离不开它，小到电子手表、计算器、通用电脑，大到计算机、通迅电子设备、航空、航天、军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，它们之间电气互连都要用到PCB。PCB它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。同时为自动锡焊提供阻焊图形；为元器件插装、粘装、检查、维修

10、提供识别字符标记图形。 于1960年以后才有专业制造厂以甲醛树脂铜箔为基材，制作单面PCB进军电唱机、录音机、录像机等市场，之后因双面贯孔镀铜制造技术兴起，于是耐热、尺寸安定之玻璃环氧基板大量被应用至今。现在用得比较多的有FR4，FR2，CEM3，陶瓷电路板的分类：1.根据硬度分：软板、硬板、软硬板2.根据层数分：单面板、双面板、多层板单面板就是只有一层导电图形层双面板是有两层导电图形层多层印刷线路板是指由三层及以上的导电图形层与绝缘材料交替层压粘结在一起制成的印刷电路板。板，铁氟龙板等，我司现在使用的一般为FR4板.2.2 做PCB制作的准备2.2.1基板的概念PCB板的原始物料是覆铜基板，

11、简称基板。基板是两面有铜的树脂板。现在最常用的板材代号是FR-4。FR-4主要用于计算机、通讯设备等档次的电子产品。对板材的要求：一是耐燃性，二是Tg点，三是介电常数。电路板必须耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度（Tg点），这个值关系到PCB板的尺寸安定性。在高阶应用中，客户有时会对板材的Tg点进行规定。介电常数是一个描述物质电特性的量，在高频线路中，信号的介质损失（PL）与基板材料有关，具体而言与介质的介电常数的平方根成正比。介质损失大，则吸收高频信号、转变为热的作用就越大，导致不能有效地传送信号。除FR-4树脂基板外，在诸如电视、收音机等较为简单的应用中

12、酚醛纸质基板用得也很多。PCB基板组成:基板由基材和铜箔组成，FR-4基材是树脂加玻纤布，玻纤布就是玻璃纤维的织物，将玻纤布在液态的树脂中浸沾，再压合硬化得到 基材。在高分子化学中，将树脂的状态分为a-stage、b-stage、c-stage三种状态，处于a-stage的树脂分子间没有紧密的化学键，呈 流动态；b-stage时分子与分子之间化学键不多，在高温高压下还会软化，进而变成c-stage；c-stage是树脂化学结构最为稳定的状态，呈固态，分子间的化学键增多，物理化学性质就非常稳定。我们使用的电路板基材就是由处于b-stage的树脂构成。而基板是将处于b-stage的基材与铜箔热压在

13、一起。这时的树脂就处于稳定的c-stage了。2.2.2PCB基板材质的选择（1）镀金板（ElectrolyticNi/Au）镀金板制程成本是所有板材中最高的，但是目前现有的所有板材中最稳定，也最适合使用于无铅制程的板材，尤其在一些高单价或者需要高可靠度的电子产品都建议使用此板材作为基材。（2）OSP板（OrganicSolderabilityPreservatives）OSP制程成本最低，操作简便，但此制程因须装配厂修改设备及制程条件且重工性较差因此普及度仍不佳，使用此一类板材，在经过高温的加热之后，预覆于PAD上的保护膜势必受到破坏，而导致焊锡性降低，尤其当基板经过二次回焊后的情况更加严重

14、，因此若制程上还需要再经过一次DIP制程，此时DIP端将会面临焊接上的挑战。（3）化银板（ImmersionAg）虽然”银”本身具有很强的迁移性，因而导致漏电的情形发生，但是现今的“浸镀银”并非以往单纯的金属银，而是跟有机物共镀的”有机银”因此已经能够符合未来无铅制程上的需求，其可焊性的的寿命也比OSP板更久。（4）化金板（ElectrolessNi/Au，ENIG）此类基板最大的问题点便是”黑垫”（BlackPad）的问题，因此在无铅制程上有许多的大厂是不同意使用的，但国内厂商大多使用此制程。（5）化锡板（ImmersionTin）此类基板易污染、刮伤，加上制程（FLUX）会氧化变色情况发生

15、，国内厂商大多都不使用此制程，成本相对较高。（6）喷锡板（ImmersionTin）因为cost低，焊锡性好，可靠度佳，兼容性最强，但这种焊接特性良好的喷锡板因含有铅，所以无铅制程不能使用。2.3PCB设计基本概念2.3.1层（Layer） 的概念与字处理或其它许多软件中为实现图、文、色彩等的嵌套与合成而引入的“层”的概念有所同，Protel的“层”不是虚拟的，而是印刷板材料本身实实在在的各铜箔层。现今，由于电子线路的元件密集安装。防干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印刷板不仅有上下两面供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔，例如，现在的计算机主板所用的印板材料多在4层以

16、上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层（如软件中的Ground Dever和Power Dever），并常用大面积填充的办法来布线（如软件中的ExternaI P1a11e和Fill）。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用软件中提到的所谓“过孔（Via）”来沟通。有了以上解释，就不难理解“多层焊盘”和“布线层设置”的有关概念了。举个简单的例子，不少人布线完成，到打印出来时方才发现很多连线的终端都没有焊盘，其实这是自己添加器件库时忽略了“层”的概念，没把自己绘制封装的焊盘特性定义为”多层（Mulii一Layer）的缘故。要提醒的是，一旦选定了所用印板的层数，务必关闭

17、那些未被使用的层，免得惹事生非走弯路。2.3.2过孔（Via）为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的文汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，也可不连。一般而言，设计线路时对过孔的处理有以下原则：（1）尽量少用过孔，一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙，如果是自动布线，可在“过孔数量最小化” （ Via Minimiz8tion）子菜单里选择“on”项来自动解决。（2）需要的载流量

18、越大，所需的过孔尺寸越大，如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些.2.3.3丝印层（Overlay）为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际制出的PCB效果。他们设计的印板上，字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊，还有的把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是：”不出歧义，见缝插针，美观大方”。2.3.4SMD的特殊性Protel封装库内有大量SMD

19、封装，即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。因此，选用这类器件要定义好器件所在面，以免“丢失引脚（Missing Plns）”。另外，这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。2.3.5网格状填充区（External Plane ）和填充区（Fill）正如两者的名字那样，网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的，填充区仅是完整保留铜箔。初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别，实质上，只要你把图面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的区别，所以使用时更不注意对二者的区分，要强调的是，前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用，适用于需做大面积填充

20、的地方，特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。2.3.6焊盘（ Pad）焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，但初学者却容易忽视它的选择和修正，在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。例如，对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”，在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中，不少厂家

21、正是采用的这种形式。一般而言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外，还要考虑以下原则：（1）形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大；（2）需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍；（3）各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大02- 04毫米。2.3.7各类膜（Mask）这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面（或焊接面）助焊膜（TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOp or BottomPaste Mask）两类。 顾名思

22、义，助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。由此讨论，就不难确定菜单中类似“solder Mask En1argement”等项目的设置了。2.3.8飞线自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线，在通过网络表调入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况，不断调整元件的位置使这种交叉最少，以获得最大的自动布线的布通率。这一步很重要，

23、可以说是磨刀不误砍柴功，多花些时间，值！另外，自动布线结束，还有哪些网络尚未布通，也可通过该功能来查找。找出未布通网络之后，可用手工补偿，实在补偿不了就要用到“飞线”的第二层含义，就是在将来的印板上用导线连通这些网络。要交待的是，如果该电路板是大批量自动线生产，可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计。第三章PCB的制作流程3.1下料从一定板厚和铜箔厚度的整张覆铜板大料上剪出便于加工的尺寸如图3.1图3.1 开料目的：将大片板料切割成各种要求规格的小块板料。工艺流程：摆放大料于开料机台开料圆角洗板 焗板 下工序设备及作用: （1）自动开料机：将大料切割开成各种细料。（2）

24、磨圆角机：将板角尘端都磨圆。（3）洗板机：将板机上的粉尘杂质洗干净并风干。（4）焗炉：炉板，提高板料稳定性。（5）字唛机；在板边打字唛作标记。操作规范：（1）自动开料机开机前检查设定尺寸，防止开错料。（2）内层板开料后要注意加标记分别横直料，切勿混乱。（3）搬运板需戴手套，小心轻放，防止擦花板面。（4）洗板后须留意板面有无水渍，禁止带水渍焗板，防止氧化。（5）焗炉开机前检查温度设定值。3.2Drilling 钻孔在线路板上钻通孔或盲孔，以建立层与层之间的通道 图3.2。（1）双面板：钉板摆放生产板于机台上摆放铝片于板上钻孔板退钉移走铝片、底板在板边做标记检查下工序（2）多层板：摆放Fixtur

25、于机台上打管位钉摆放底板于Fixture上摆放生产板于底板上摆放铝片于板上钻孔移走铝片，下板在板边做标记检查下工序 设备与用途（1） 钻机：用于线路板钻孔。（2） 钉板机：将一块或一块以上的双面板用管位钉固定或一叠，以方便钻板时定位。（3） 翻磨钻咀机：翻磨钻孔使用的钻咀。（4） 上落胶粒机；将钻咀摔胶粒长度固定在0.8000.005供钻机使用，或将胶粒从钻咀上退下来。（5）退钉机；双面板钻孔后退管位钉使用。（6） 台钻机：底板钻管位孔使用。工具经ME试验合格，QA认可的钻咀。操作规范（1）取拿钻咀，搬运上落生产板时需戴手套，以免污染钻咀及线路板。（2）钻咀使用前，须经检查OK，确保摔胶粒长度

26、在0.8000.005之内。（3）搬运、摆放生产板过程中，不得有拖板、摔板、板上齐板等现象发生，严防擦花线路板。（4）钻板后检查内容包括：孔径大小、孔数、孔位置，内层偏移（多层板）、孔形状率。图3.2钻孔板的剖面图3.3PTH/Panel Plating 沉铜/板面电镀沉铜目的:将孔内非导体部份利用无电镀方式使孔镀上铜面达到导通作用，并利用电镀方式加厚孔 铜及面铜厚度图3.3流程：清洁、整孔 = 微蚀 = 预浸 = 活化 =加速 = 化学 铜= 镀一次铜设备与作用：（1）设备：除胶渣（desmear）、沉铜（PTH）及板电（PP）三合一自动生产线。（2）作用：本工序是继内层压板、钻孔后通过化学

27、镀方法，在已钻孔板孔内沉积出一层薄薄的高密度且细致的铜层，然后通过全板电镀方法得到一层0.20.6mil厚的通孔导电铜（简称一次铜）。工作原理：在经过活化、加速等相应步骤处理后，孔壁上非导体表面已均匀分布着有催化活性的钯层，在钯金属的催化和碱性条件下，甲醛会离解（氧化）而产生还原性的氢。HCHO+OH- Pd催化 HCOO +H2接着是铜离子被还原:Cu2+ + H2 + 2OH- Cu + 2H2O上述析出的化学铜层,又可作自我催化的基地,使Cu2+在已催化的基础上被还原成金属铜,因此接连不断完成要求之化学铜层。图3.3沉铜/版面电镀剖面图3.4Dry Film 干膜干膜流程说明：（1）前处

28、理： （1）清洁印刷电路板面，以增加感光膜附着之能力。（2）可用之方法 浮石粉、刷磨、化学药液.。（2）压 膜： （1）使感光膜附着于印刷电路板面，以提供影像转 移之用。 （2）可用之方法 干膜（热压）图3.4.1 （3）曝 光： （1）利用感光膜的特性经由照像曝光原理，达影像转移之效果。 （2）可用之方法 产生感光膜可反应光源机械。（4）显 影: （1）利用感光膜经曝光后，产生感光反应部分留在板 面上，未感光反应部份溶解于特殊溶剂内，达到制作出需求之图型（线路）。（2）可用之方法 碱性药液（碳酸钠）图3.3.2 图3.4.1曝光前半成品分解图图3.4.2冲板后半成品3.5Pattern Pl

29、ating 图形电镀图形镀目的：补足一次铜孔铜及面铜线路厚度，达客户要求图3.5。原理及流程： 1.去油脂:（接口活性剂）（1）清除板面油脂，增加电镀铜附着力。（2）使线路上之scum剥离。2.微蚀:（H2S04+Na2S2O8） （1）咬铜使线路上之铜粗糙，易于电镀。（2）咬铜使线路上之scum剥离 3.酸洗: （H2S04）（1）预浸，与电镀液保持相同酸度。（2）去除铜线路上之氧化膜。4.镀二次铜:（CuSO4 Solution，阳极为铜球）增加铜厚。3.6Tin Plating 镀锡镀锡目的:在铜线路上镀锡做为EtchingResistor（抗蚀刻）之用，以避免蚀铜时咬蚀到铜线路。图3.

30、6图3.6图电镀锡半成品分解图3.7Etching 蚀铜流程：去膜 = 蚀铜 = 剥锡 图（8） 原理：（1）去膜:（KOH）去除抗镀二次铜时之干膜。（2）蚀铜: （Cu2+NH4OH+ NH4C1利用CuCl2去攻击没有锡保护的铜面，只留下镀一层锡的铜线路。（3）剥锡（HNO3+护铜剂）利用硝酸去剥除在铜线路上之锡，使铜线路成型Middle Inspection/中检成品电性能测试与检验（1）有效防止不良流入下制程，降低成本，减少物料浪费。（2）部分不良板进行修补，还可继续使用。图3.7蚀铜半成品3.8 Wet Film,Component Mark 湿绿油, 白字 绿漆目的: 保护电路板上线路，避免因刮伤造成短路、断路现象和达 成 “防焊”功能，故在电路板上涂上一层保护膜，称之为防焊 绿漆（Solder Mask）。还可以达到美化板面的效果。前处理 = 涂布印刷 = 预烘 = 曝光 =