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1、 PCB板材基础知识简介 From IE 余育科Date Jul 18 13 Contents PCB材质简介PCB生产流程简介PCB原材不良案列PCB检验标准 一 PCB材质简介 一 PCB材质简介 一 印制电路板的概念和功能及背景 1 印制电路板的英文 PrintedCircuitBoard 2 印制电路板的英文简写 PCB 3 印制电路板的主要功能 支撑电路元件和互连电路元件 即支撑和互连两大作用 4 PCB诞生于上世纪四 五十年代 发展于上世纪八 九十年代 伴随半导体技术和计算机技术的进步 印刷电路板向着高密度 细导线 更多层数的方向发展 其设计技术也从最初的手工绘制发展到计算机辅助设
2、计 CAD 和电子设计自动化 EDA 一 PCB材质简介 二 PCB分类 覆铜板 覆铜板的定义 a 覆铜板 英文简称CCL 它是制作电路板最基本的材料 其为一面或两面覆有金属铜箔的层压板 b 覆铜板分刚性和挠性两类 c 覆铜板的基材是不导电的绝緣材料 d 覆铜板是由铜箔 粘结树脂 纸或纤维布在加温加压的条件下形成的层压制品 一 PCB材质简介 1 纸基材酚醛树脂 纸质板 a 组成特征 由纸质碎沫与酚醛树脂压合而成 表面上看 呈纸一样平整 b 包括 FR 1 FR 2 FR 3 XBC HB 目前TPV多使用FR 1 FR 2 FR 1多用于MNT FR 2多用于TV FR 2较FR 1电气性能
3、要求较高 价格较高外 其他性能无多大差别 c 优点 原材料成本低 因其质地较软可以冲孔 故在電路板制程中孔 加工成本低 d 硬度相对较差 在潮湿环境下容易吸收水分 受高温热膨胀及冷却后收缩变化较大 且电器性能较纤维板低 例 过波峰焊易变形 FR 1 表面上看 呈纸样平整 二 PCB分类 覆铜板 单面板 备注 TPV单面板板厚为1 6mm FR 表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃 Flameretardent 性或抗燃 Flameresistance 性 一 PCB材质简介 二 PCB分类 覆铜板 单面板 2 纸基材环氧树脂 复合纤维板 a 组成特征 基材由纸质碎沫和环氧树脂混合 表层是玻
4、璃纤维 压合而成 表面上看 有纹路 b 包括 CEM 1 纸芯 CEM 3 玻纤芯 目前TPV多使用CEM 1 CEM 1构成为 铜箔 纸 芯 环氧树脂 芯 玻纤布 面 CEM 3构成为 铜箔 玻纤非织布 芯 环氧树脂 芯 玻纤布 面 CEM 3比CEM 1板料中所含的纤维层数量更多 故CEM 3的耐燃性 绝缘性 硬度等高于CEM 1 且可用于代替FR 4用于部分双面板及多层板 c 优点 复合纤维板成本较玻璃纤维板低 解决了纸板的硬度不足和纤维板不易冲孔问题 d 缺点 电气性能虽接近玻璃纤维板 但仍不可完全替代FR 4材料 仅有部分要求不高的电路板可用此材料替代FR 4使用 CEM 1 表面上
5、看 有纹路 一 PCB材质简介 二 PCB分类 覆铜板 双面板 多层板 1 玻璃纤维布基材环氧树脂 玻璃纤维板 a 组成特征 基材由玻璃纤维布和环氧树脂混合 表层也是玻璃纤维布 压合而成 表面上看 有纹路 侧面看去 有纤维丝 呈交叉层叠状 b 包括 FR 4等 目前TPV双面板及多层板皆使用FR 4 c 优点 高强度 抗热与火 不会燃烧 抗化 不易腐蚀 不易长霉菌 防潮 热性 膨胀系数低 热传导系数高 电性 不导电 绝缘 d 缺点 成本高 制作工艺要求高 例 不能冲孔 FR 4 表面上看 有纹路 侧面上看 有纤维丝 呈交叉层叠状 备注 TPV双面板 多层板板厚为1 6mm或1 2mm 2 陶瓷
6、 金属材质 如铁基 铝基 铜基 主要应用于军事 航空航天领域 孔銅箔 20 m 一 PCB材质简介 二 PCB分类 覆铜板 材质辨识 特殊需求码第三码代表使用材质 1 FR 1 2 FR 2 3 CEM 1 4 FR 4双层板 5 FR 4四层板 6 FR 4六层板 7 FPC 软板 PCB料件编码规则第34条 1 OSP工艺 OSP意为可悍性有机铜面保护剂 其制程原理是通过一种替代咪唑衍生的活性组分与金属铜表面发生的化学反应 使线路板的焊盘和通孔焊接位置形成均匀 极薄 透明的有机涂层 该涂层具有优良的耐热性 保护膜厚度通常0 2 0 5 m 目前TPV要求OSP厚度可满足回流焊两次 波峰焊一
7、次 厂家可以做到0 2 0 35 m 焊接时保护膜分解 挥发 熔解到焊膏或酸性焊剂中 露出铜表面 使焊锡与干净的铜发生反应 因其制作成本较低 且技术成熟 故目前已被行广泛使用 二 PCB分类 覆铜板 板面处理 2 OSP工艺优缺点和应用a 优点 平整 便宜 OSP只钟情于铜表面 对其他表面如阻焊层没有亲和力 不会附着在其表面 应用广泛 b 缺点 保存时间短 在真空包装条件下保存期为3月 存储时 不能接触酸性物质 温度不能太高 否则会挥发 检测困难 无色 透明 OSP本身绝缘 Imidazole类OSP 形成较厚的涂覆层 会影响电气测试 不能作为电气接触表面如金手指 键盘按键 测试点等表面的涂层
8、 不能多次进行回流焊接 一般3次 在双面回流焊接以及返修中需要考虑 经过几代改良 其耐热性和存储寿命 助焊剂的兼容性大大提高 焊接温度相对提高为225 焊接过程中需加更强劲 酸性成分 的助焊剂消除保护膜 否则导致焊接缺陷 二 PCB分类 覆铜板 板面处理 一 PCB材质简介 二 PCB成产流程简介 二 PCB生产流程简介 一 单面板生产流程 0 1mm 2 5mm 銅箔 CopperFoil 的厚度 A 0 5OZ0 7milB 1 0OZ1 4milC 2 0OZ2 8mil 1OZ即指1ft2 单面 含铜重 1OZ 28 35g 厚度计算单位 如1 0Ounce oz 的定意是一平方米面积
9、单面覆盖铜箔重量1oz 28 35g 的铜层厚度 经单位换算35 m micron 或1 35mil 二 PCB生产流程简介 单面板 开料 盎司 使用材料 FR1 纸基板CEM 1 复合纤维板 也叫半玻纤板 二 PCB生产流程简介 单面板 开料 设计 裁切 目的 铜面的清洁与粗糙化 二氧化硅刷轮 增强油墨附着力 表面处理机 二 PCB生产流程简介 单面板 磨板 线路印刷 线路印刷机 目的 需要的线路表面印上油墨 蚀刻时保护线路 处理后铜面呈粗糙状 UV油墨网板 UV机 二 PCB生产流程简介 单面板 UV固化 目的 紫外线的作用下将油墨固化 物理变化 NG 线路上油墨被检验人员破坏 起不到保护
10、作用 蚀刻 目的 将不需要的铜箔 非线路 未被油墨保护部分 蚀刻 蚀刻机 NG 线路上油墨被检验人员破坏 起不到保护作用 线路被蚀刻 开路不良 UV光线 去墨机 二 PCB生产流程简介 单面板 去墨 目的 用强碱类 NaOH 溶液将线路表面的油墨反应掉 磨板 目的 通过磨板 二氧化硅刷轮 为阻焊印刷提供一个干燥 洁净粗糙的板面条件 防止阻焊油起泡 掉油 研磨机 去掉保护线路的油墨 露出铜箔 注意 若板面不够洁净 干燥 遇高温环境易起泡 防焊印刷机 二 PCB生产流程简介 单面板 防焊印刷 目的 在不需要焊接的线路及板面上以网板印刷方式印上一层阻止焊接的绿油 UV固化 UV机 焊接面除焊盘外印一
11、层防焊绿油 TPV要求油墨厚度 线路拐角8 15 m 平面15 25 m 目的 紫外线的作用下将绿油固化 物理变化 UV光线 绿油固化变干 不易被破坏 文字印刷机 二 PCB生产流程简介 单面板 底文印刷 目的 将客户所需的文字 商标或零件符号 以网板印刷的方式印在底面 UV固化 UV机 目的 紫外线的作用下将白漆固化 物理变化 UV光线 文字 白漆固化变干 不易被破坏 文字印刷机 二 PCB生产流程简介 单面板 面文印刷 目的 将客户所需的文字 商标或零件符号 以网板印刷的方式印在正面 UV固化 UV机 目的 紫外线的作用下将白漆固化 物理变化 UV光线 白漆固化变干 不易被破坏 裁切机 二
12、 PCB生产流程简介 单面板 成型加工 目的 将大排版分开成冲床的模具排板 裁切后使用打孔机打出冲床等所需的定位孔 冲孔 打孔机 目的 冲出客户所需点位的通孔 C11 C1 点位通孔 冲孔机 注意 为了保证基板的冲孔加工的质量 孔间不产生裂纹 层间不分离 孔的四周不出现白圈 孔内壁光滑 铜箔不翘起等 就须在冲孔前先进行对板的预热处理 压板机 二 PCB生产流程简介 单面板 压板 目的 制程中板弯的矫正 V cut 目的 多连板及板边做折断线 以便客户插件后分板 V cut机 注意 TPVV cut残厚为 参见第41页 V cut线 表面处理机 二 PCB生产流程简介 单面板 磨板 目的 清除前
13、工序产生的粉尘 毛刺 污物 測試 目的 检测线路有无开路 短路不良 以防不良流入客户 电测机 注意 CEM 1板材较硬 冲孔后易出现毛刺 导致波峰焊锡洞不良 此工序需将毛刺清除干净 松香涂覆线 二 PCB生产流程简介 单面板 表面松香 目的 在焊接面涂上一层透明松香 隔绝空气 防止焊盘氧化 检验工作台 终检 目的 外观 线路等最后总检查 板面松香 二 PCB生产流程简介 单面板 包装出货 目的 将客户所需的板材 吸塑及外观包装 便于运输及防止破损 氧化 吸塑机 打包机 二 双面板生产流程 二 PCB生产流程简介 銅箔 CopperFoil 的厚度 A 0 5OZ0 7milB 1 0OZ1 4
14、milC 2 0OZ2 8mil 1OZ即指1ft2 单面 含铜重 1OZ 28 35g 厚度计算单位 如1 0Ounce oz 的定意是一平方米面积单面覆盖铜箔重量1oz 28 35g 的铜层厚度 经单位换算35 m micron 或1 35mil 二 PCB生产流程简介 双面板 1 2oz 1 1oz 2 1oz 使用材料 FR4 玻璃布基板 二 PCB生产流程简介 双面板 开料 设计 裁切 钻孔机 二 PCB生产流程简介 双面板 钻孔 目的 在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔 盖板 铝板 防止钻孔披锋 防止钻孔上表面毛刺保护覆铜箔层不被压伤 提高孔位精度 冷却钻头 降低钻孔温度 厚度
15、 0 15 0 2mm 导通孔 上盖板 下垫板 垫板 复合板 在制程中起保护钻机台面 防出口性毛头 降低钻针温度及清洁钻针沟槽胶渣作用 钻头 碳化钨 钴及有机黏着剂组合而成 TPV要求孔壁粗糙度需 25 m 目的 去除钻孔产生的孔口毛刺 粉尘 清洁板面污迹 为后续沉铜层良好附着板面及孔内提供清洁表面 研磨机 二 PCB生产流程简介 双面板 磨板 沉铜 沉铜线 目的 在整个印制板面尤其是孔壁上沉积一层薄铜 使上下板线路导通 以便后工序电镀厚铜时作为导体 孔铜 原理 利用物理方法在通孔表面吸附一层钯 利用置换反应原理置换出CuSO4溶液中的铜 从而在孔壁上沉积一层薄铜 原理 二氧化硅刷轮均匀刷板
16、电镀厚铜线 二 PCB生产流程简介 双面板 电镀厚铜 磨板 表面处理机 目的 利用电化学原理 加厚孔内及孔壁的铜层约20 40微米 保证PCB层间互联的可靠性及不被后工序破坏造成孔破 目的 铜面的清洁与粗糙化 二氧化硅刷轮 干燥铜面 增强干膜附着力 铜层加厚 铜层加厚 处理后铜面呈粗糙状 原理 通电条件下 以铜球为阳极 板面及孔铜为阴极 电解液为CuSO4 SO42 往阳极移动 阳极铜发生氧化反应 失电子生成Cu2 Cu2 往负极移动 在负极发生还原反应 生成Cu 附着在板面及孔壁 加厚铜层 干膜机 二 PCB生产流程简介 双面板 压干膜 曝光 曝光机 目的 通过热压法使干膜 感光膜 紧密附着在铜面上 目的 通过imagetransfer技术在干膜上曝出客户所需的线路 干膜结构图 菲林底片 UV光线 透光区 底片图案 不透光 原理 底片透光区干膜 非线路 经紫外线照射 发生反应 生成的物质不会被显影液洗掉 底片不透光区 线路 未经紫外线照射 不反应 干膜 干膜机 二 PCB生产流程简介 双面板 显影 二次镀铜 电镀厚铜线 目的 未发生反应区域 线路 的干膜 用显影液 Na2CO3 冲洗
