PCB板制作流程(pcb production process)

PCB板制作流程 圖

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PCB板制作流程方法可分為減去法（減成法）和添加法（加成法）兩個大類。目前，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還是以減去法中的腐蝕銅箔法為主。

 目錄 

1. PCB板制作流程--基材使用

2. PCB板制作流程--金屬涂層

3. PCB板制作流程--線路設(shè)計

4. PCB板制作流程--基本制作

5. PCB板制作流程--功能測試

6. PCB板制作流程--技術(shù)水平

7. PCB板制作流程--自動探查

8. PCB板制作流程--邊界掃描

9. PCB版面設(shè)計應注意的事項

10. PCB板制作流程--制作問題

 1  PCB板制作流程--基材處理

基材普遍是以基板的絕緣部分作分類，常見的原料為電木板、玻璃纖維板，以及各式的塑膠板。而PCB的制造商普遍會以一種以玻璃纖維、不織物料、以及樹脂組成的絕緣部分，再以環(huán)氧樹脂和銅箔壓制成“黏合片”（prepreg）使用。

Xgs游戲機電路設(shè)計而常見的基材及主要成份有：

FR-1 ──酚醛棉紙，這基材通稱電木板（比FR-2較高經(jīng)濟性）

FR-2 ──酚醛棉紙，

FR-3 ──棉紙（Cotton paper）、環(huán)氧樹脂

FR-4 ──玻璃布（Woven glass）、環(huán)氧樹脂

FR-5 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

FR-6 ──毛面玻璃、聚酯

G-10 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

CEM-1 ──棉紙、環(huán)氧樹脂（阻燃）

CEM-2 ──棉紙、環(huán)氧樹脂（非阻燃）

CEM-3 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

CEM-4 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

CEM-5 ──玻璃布、多元酯

AIN ──氮化鋁

SIC ──碳化硅

 2  PCB板制作流程--金屬涂層

金屬涂層除了是基板上的配線外，也就是基板線路跟電子元件焊接的地方。此外，由于不同的金屬價錢不同，因此直接影響生產(chǎn)的成本。另外，每種金屬的可焊性、接觸性，電阻阻值等等不同，這也會直接影響元件的效能。

常用的金屬涂層有：銅、錫（厚度通常在5至15μm）、鉛錫合金（或錫銅合金，即焊料，厚度通常在5至25μm，錫含量約在63%）、金（一般只會鍍在接口）、銀（一般只會鍍在接口，或以整體也是銀的合金）。

 3  PCB板制作流程--線路設(shè)計

印制電路板的設(shè)計是以電路原理圖為藍本，實現(xiàn)電路使用者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計主要指版圖設(shè)計，需要內(nèi)部電子元件、金屬連線、通孔和外部連接的布局、電磁保護、熱耗散、串音等各種因素。優(yōu)秀的線路設(shè)計可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設(shè)計可以用手工實現(xiàn)，但復雜的線路設(shè)計一般也需要借助計算機輔助設(shè)計（CAD）實現(xiàn)，而著名的設(shè)計軟件有OrCAD、Pads (也即PowerPCB)、Altium designer (也即Protel)、FreePCB、CAM350等

 4  PCB板制作流程--基本制作

根據(jù)不同的技術(shù)可分為消除和增加兩大類過程。

減去法

減去法（Subtractive），是利用化學品或機械將空白的電路板（即鋪有完整一塊的金屬箔的電路板）上不需要的地方除去，余下的地方便是所需要的電路。

絲網(wǎng)印刷：把預先設(shè)計好的電路圖制成絲網(wǎng)遮罩，絲網(wǎng)上不需要的電路部分會被蠟或者不透水的物料覆蓋，然后把絲網(wǎng)遮罩放到空白線路板上面，再在絲網(wǎng)上油上不會被腐蝕的保護劑，把線路板放到腐蝕液中，沒有被保護劑遮住的部份便會被蝕走，最后把保護劑清理。

感光板：把預先設(shè)計好的電路圖制在透光的膠片遮罩上（最簡單的做法就是用打印機印出來的投影片），同理應把需要的部份印成不透明的顏色，再在空白線路板上涂上感光顏料，將預備好的膠片遮罩放在電路板上照射強光數(shù)分鐘，除去遮罩后用顯影劑把電路板上的圖案顯示出來，最后如同用絲網(wǎng)印刷的方法一樣把電路腐蝕。

刻印：利用銑床或雷射雕刻機直接把空白線路上不需要的部份除去。

加成法

加成法（Additive），現(xiàn)在普遍是在一塊預先鍍上薄銅的基板上，覆蓋光阻劑（D/F)，經(jīng)紫外光曝光再顯影，把需要的地方露出，然后利用電鍍把線路板上正式線路銅厚增厚到所需要的規(guī)格,再鍍上一層抗蝕刻阻劑－金屬薄錫，最后除去光阻劑（這制程稱為去膜），再把光阻劑下的銅箔層蝕刻掉。

積層法

積層法是制作多層印刷電路板的方法之一。是在制作內(nèi)層后才包上外層，再把外層以減去法或加成法所處理。不斷重復積層法的動作，可以得到再多層的多層印刷電路板則為順序積層法。

1.內(nèi)層制作

2.積層編成（即黏合不同的層數(shù)的動作）

3.積層完成（減去法的外層含金屬箔膜；加成法）

4.鉆孔

Panel電鍍法

1.全塊PCB電鍍

2.在表面要保留的地方加上阻絕層（resist，防以被蝕刻）

3.蝕刻

4.去除阻絕層

Pattern電鍍法

1.在表面不要保留的地方加上阻絕層

2.電鍍所需表面至一定厚度

3.去除阻絕層

4.蝕刻至不需要的金屬箔膜消失

完全加成法

1.在不要導體的地方加上阻絕層

2.以無電解銅組成線路

部分加成法

1.以無電解銅覆蓋整塊PCB

2.在不要導體的地方加上阻絕層

3.電解鍍銅

4.去除阻絕層

5.蝕刻至原在阻絕層下無電解銅消失

ALIVH

ALIVH（Any Layer Interstitial Via Hole，Any Layer IVA）是日本松下電器開發(fā)的增層技術(shù)。這是使用芳香族聚酰胺（Aramid）纖維布料為基材。

1.把纖維布料浸在環(huán)氧樹脂成為“黏合片”（prepreg）

2.雷射鉆孔

3.鉆孔中填滿導電膏

4.在外層黏上銅箔

5.銅箔上以蝕刻的方法制作線路圖案

6.把完成第二步驟的半成品黏上在銅箔上

7.積層編成

8.再不停重復第五至七的步驟，直至完成

B2it

B2it（Buried Bump Interconnection Technology）是東芝開發(fā)的增層技術(shù)。

1.先制作一塊雙面板或多層板

2.在銅箔上印刷圓錐銀膏

3.放黏合片在銀膏上，并使銀膏貫穿黏合片

4.把上一步的黏合片黏在第一步的板上

5.以蝕刻的方法把黏合片的銅箔制成線路圖案

6.再不停重復第二至四的步驟，直至完成

 5  PCB板制作流程--功能測試

更密集的PCB、更高的總線速度以及模擬RF電路等等對測試都提出了前所未有的挑戰(zhàn)，這種環(huán)境下的功能測試需要認真的設(shè)計、深思熟慮的測試方法和適當?shù)墓ぞ卟拍芴峁┛尚诺臏y試結(jié)果。

在同夾具供應商打交道時，要記住這些問題，同時還要想到產(chǎn)品將在何處制造，這是一個很多測試工程師會忽略的地方。例如我們假定測試工程師身在美國的加利福尼亞，而產(chǎn)品制造地卻在泰國。測試工程師會認為產(chǎn)品需要昂貴的自動化夾具，因為在加州廠房價格高，要求測試儀盡量少，而且還要用自動化夾具以減少雇用高技術(shù)高工資的操作工。但在泰國，這兩個問題都不存在，讓人工來解決這些問題更加便宜，因為這里的勞動力成本很低，地價也很便宜，大廠房不是一個問題。因此有時候一流設(shè)備在有的國家可能不一定受歡迎。

 6  PCB板制作流程--技術(shù)水平

在高密度UUT中，如果需要校準或診斷則很可能需要由人工進行探查，這是由于針床接觸受到限制以及測試更快（用探針測試UUT可以迅速采集到數(shù)據(jù)而不是將信息反饋到邊緣連接器上）等原因，所以要求由操作員探查UUT上的測試點。不管在哪里，都應確保測試點已清楚地標出。

探針類型和普通操作工也應該注意，需要考慮的問題包括：

探針大過測試點嗎？探針有使幾個測試點短路并損壞UUT的危險嗎？對操作工有觸電危害嗎？

每個操作工能很快找出測試點并進行檢查嗎？測試點是否很大易于辨認呢？

操作工將探針按在測試點上要多長時間才能得出準確的讀數(shù)？如果時間太長，在小的測試區(qū)會出現(xiàn)一些麻煩，如操作工的手會因測試時間太長而滑動，所以建議擴大測試區(qū)以避免這個問題。

考慮上述問題后測試工程師應重新評估測試探針的類型，修改測試文件以更好地識別出測試點位置，或者甚至改變對操作工的要求。

 7  PCB板制作流程--自動探查

在某些情況下會要求使用自動探查，例如在PCB難以用人工探查，或者操作工技術(shù)水平所限而使得測試速度大大降低的時候，這時就應考慮用自動化方法。

自動探查可以消除人為誤差，降低幾個測試點短路的可能性,并使測試操作加快。但是要知道自動探查也可能存在一些局限，根據(jù)供應商的設(shè)計而各有不同，包括：

UUT的大小

同步探針的數(shù)量

兩個測試點相距有多近？

測試探針的定位精度

系統(tǒng)能對UUT進行兩面探測嗎？

探針移至下一個測試點有多快？

探針系統(tǒng)要求的實際間隔是多少？（一般來講它比離線式功能測試系統(tǒng)要大）

自動探查通常不用針床夾具接觸其它測試點，而且一般它比生產(chǎn)線速度慢，因此可能需要采取兩種步驟：如果探測儀僅用于診斷，可以考慮在生產(chǎn)線上采用傳統(tǒng)的功能測試系統(tǒng)，而把探測儀作為診斷系統(tǒng)放在生產(chǎn)線邊上；如果探測儀的目的是UUT校準，那么唯一的真正解決辦法是采用多個系統(tǒng)，要知道這還是比人工操作要快得多。

如何整合到生產(chǎn)線上也是必須要研究的一個關(guān)鍵問題，生產(chǎn)線上還有空間嗎？系統(tǒng)能與傳送帶連接嗎？幸好許多新型探測系統(tǒng)都與SMEMA標準兼容，因此它們可以在在線環(huán)境下工作。

 8  PCB板制作流程--邊界掃描

這項技術(shù)早在產(chǎn)品設(shè)計階段就應該進行討論，因為它需要專門的元器件來執(zhí)行這項任務。在以數(shù)字電路為主的UUT中，可以購買帶有IEEE1194(邊界掃描）支持的器件，這樣只做很少或不用探測就能解決大部分診斷問題。邊界掃描會降低UUT的整體功能性，因為它會增大每個兼容器件的面積（每個芯片增加4～5個引腳以及一些線路），所以選擇這項技術(shù)的原則，就是所花費的成本應該能使診斷結(jié)果得到改善。應記住邊界掃描可用于對UUT上的閃速存儲器和PLD器件進行編程，這也更進一步增加了選用該測試方法的理由。

如何處理一個有局限的設(shè)計？

如果UUT設(shè)計已經(jīng)完成并確定下來，此時選擇就很有限。當然也可以要求在下次改版或新產(chǎn)品中進行修改，但是工藝改善總是需要一定的時間，而你仍然要對目前的狀況進行處理。

 9  PCB板制作流程--版面設(shè)計應注意的事項

單面板:

在成本要求較低的情況下通常使用這種類型的面板。在版面設(shè)計時，有時需要元器件或使用跨接線來跳過電路板的走線。如果數(shù)量太多，就應考慮使用雙面板。

雙面板:

雙面板可以使用也可以不使用PTH。因為PTH板的價格昂貴，當電路的復雜度和密度需要時才會使用。在版面設(shè)計中，元器件面的導線數(shù)量必須保持最少，以確保容易獲得所需用材。

在PTH板中，鍍通孔僅用于電氣連接而不用于元器件的安裝。出于經(jīng)濟和可靠性方面的考慮，孔的數(shù)量應保持在最低限度。

要選擇單面板還是雙面板，很重要的一點，要考慮到元器件的表面面積(C) ，它與印制電路板的總面積(S) 之比為一個適當?shù)暮愣ū壤?，這對于元器件的安裝是有用的。值得注意的是US"通常指的是面板一面的面積。 

 10  PCB板制作流程--制作問題

設(shè)計檢查，下述檢查表包括有關(guān)設(shè)計周期的各個方面，對于特殊的：應用還應增加另外一些項目。

1)電路分析了沒有?為了平滑信號電路劃分成基本單元沒有?

2)電路允許采用短的或隔離開的關(guān)鍵引線嗎?

3)必須屏蔽的地方，有效地屏蔽了嗎?

4)充分利用了基本網(wǎng)格圖形沒有?

5)印制板的尺寸是否為最佳尺寸?

6)是否盡可能使用選擇的導線寬度和間距?

7)是否采用了優(yōu)選的焊盤尺寸和孔的尺寸?

8)照相底版和簡圖是否合適?

9)使用的跨接線是否最少?跨接線要穿過元件和附件嗎?

l0)裝配后字母看得見嗎?其尺寸和型號正確嗎?

11)為了防止起泡，大面積的銅箔開窗口了沒有?

12)有工具定位孔嗎?