双面印制电路板的制作

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1、双面印制电路板的制作 实验指导：王守绪、张敏实验地点：微固楼457印制电路原理和工艺一.实验目的1.了解多面板的应用基本常识。2.掌握多面板的制作工序。3.理解各工序的基本原理。4.了解多面板与单面板工艺上的差异。二.实验内容1.利用CR-5000软件设计印制电路板并获得相应的制作文件；2.利用RF-4基板制作一件双面印制电路板三.实验原理 双层印制电路板（printed circuit board 即PCB）是指在PCB基板两面都具有导电图形（线路），两面导电图形通过通孔导通的印制电路板。 制造方法也有若干种，基本上分为两制造方法也有若干种，基本上分为两大类：减成法和加成法。大类：减成法和加

2、成法。 本实验主要应用传统的减成法制作双面印制电路板。1.工艺流程（1）基本过程照相底片制作开料钻孔孔金属化贴膜图形转移电镀蚀刻形成阻焊层印制字符产品检测成品（2）双面板工艺过程图示开料钻孔孔金属化（电镀）图形转移及刻蚀线路印制阻焊层印制字符（正面）印制字符（反面）产品检测等2.基本工艺介绍（1）底版制作 所需的电路所需的电路(光路）光路） 银盐银盐 感光材料感光材料 原版或母版原版或母版 （负像（负像 ） 副版副版 （正像）（正像）子版子版 （生产）（生产） 放大放大 缩微缩微 成像成像 显影显影 复制复制 复制复制 图像反转冲洗工艺图像反转冲洗工艺工艺流程图（1）第一次显影液应具备下列特点

3、：在显影液中的对苯）第一次显影液应具备下列特点：在显影液中的对苯二酚含量较高；为尽量减少灰雾，防灰雾剂含量也较高；二酚含量较高；为尽量减少灰雾，防灰雾剂含量也较高；显影液中还有一定量的硫氰化钠或硫氰化钾。显影液中还有一定量的硫氰化钠或硫氰化钾。（2）漂白液一般为强氧化剂水溶液。）漂白液一般为强氧化剂水溶液。（3）除斑液为亚硫酸氢钠溶液或）除斑液为亚硫酸氢钠溶液或10%的亚硫酸钠溶液。的亚硫酸钠溶液。实验注意点第一次显影后，应进行第一次充分水洗，彻底除去乳剂中残留的显影以免它与下一工序的漂白液作用，生成黄色污染物使图像质量变坏。水洗时间为56分钟。第二次水洗是将残留在乳剂中的漂白液全部洗除。待全

4、部显影的黑色银影漂白、洗净后就可在白炽灯下操作。第二次曝光是将乳剂中所余的卤化银全部感光。这一步应使感光材料的各个部位均匀曝光。曝光时间应长一些，达到充分，以防不足引起图像明暗密度的失真。经过第二次曝光显影后的感光材料已不存在未曝光的残余卤化银。为了安全起见，仍需定影，除去实际上仍存在的微量卤化银。（2）钻孔本实验采用的数控机械钻孔。数控钻孔是在电脑的控制下利用不同直径的钻头按相应的工艺参数（钻数、进刀速率、退刀速率）在印制电路板上得到所需的导通孔。通过CircuitCAM软件将数据转换成Easy Quick DM40刻板机能加工的数据。数据通过DKJMaster软件将数据传至刻板机，并对其进

5、行数据控制。刻板机通过数控可以实现钻孔、铣外形、刻板等功能。 在切削过程中，钻床装夹作用钻刀旋转力r，使钻刀与覆铜板材料之间产生相对旋转运动，钻刀主副切刃在材料上形成切削速度。同时，钻床装夹部分作用钻刀向下的进给力F，使得钻刀横刃不断地向下切削覆铜板材料。由于钻刀在材料表面产生高速的r主旋转运动，进给运动F又使切削面不断投入切削，所以钻刀就可以不断地或连续地切除切屑，直到通孔完成，如图1所示。 （3）孔金属化孔金属化工艺是印制电路板制造技术中最为重要的工序之一，它关系到多层印制电路板内在的质量的好坏。主要的工作是孔内的钻污去除（孔清洗）、化学镀（或黑孔技术）在孔壁上沉积上一层导电金属铜、电镀加

6、厚铜层等工序。孔金属化不好就会造成孔内无铜或者只有很薄的铜，一经测试就造成开路。电镀及孔金属化系统1. 除油槽 2. 除油后水洗槽 3. 微蚀槽 4. 微蚀后水洗槽5. 黑孔槽 6. 干燥槽 7. 镀铜槽 8. OSP槽9. 除油槽温控器 10. 除油槽定时器 11. 除油槽蜂鸣器 12. 微蚀槽定时器13.微蚀槽蜂鸣器 14. 黑孔槽定时器 15. 黑孔槽蜂鸣器 16. 电镀电流表及旋钮17.镀铜槽定时器 18. 镀铜槽蜂鸣器 19. OSP槽定时器 20. OSP槽蜂鸣器21.设备总开关 22. 摆动电机开关 23. OSP槽加热开关 24. 镀铜槽过滤开关25.镀铜槽鼓泡开关 26. O

7、SP槽加热器电源插座 27. 镀铜槽鼓泡气流量控制 28.镀铜槽过滤泵29. 镀铜槽过滤泵流量控制阀 30. 镀铜槽过滤器 31. 摆动架除油槽用于除去表面有机油污、孔内壁形成电荷。微蚀液用于微量蚀刻表面氧化铜及铜箔，黑孔槽用于孔的黑化。镀铜槽用于表面加厚铜。OSP用于表面铜箔防氧化处理。定时器用于对用槽处理所用的时间。鼓泡、过滤由于镀铜工序、提高镀铜效果。摆动架用于提高各个工序溶液的流动，提高处理效果。（4）贴膜与图形转移印制电路制作过程中，很重要的一道工序就是用具有一定抗蚀性能的感光树脂涂覆到覆铜板上；然后用光化学反应或“印刷”的方法，把电路底图或照像底版上的电路图形“转印”在覆铜箔板上。

8、这个工艺过程就是“印制电路的图形转移工艺”简称“图形转移”。 图形转移贴膜曝光显影贴膜工序贴膜的装置为贴膜机，用于印刷电路板干膜贴附。利用由内而外的加热方式，加热两支压膜滚轮，由两组红外线测温感应器探测压膜轮的表面温度，再由精密电子温度控制器控制加热器的加热，使得压膜轮外表的温度在压膜过程中能过于稳定，使整个感光膜牢牢的沾附在板上。曝光 在UV光下，感光性树脂在吸收光量子后，引发化学反应，使高分子内部或高分子之间的化学结构发生变化，从而导致感光性高分子的物性发生变化，其化学活性较差。未照射的不发生化学反应，活性不变，发生反应部分化学活性较低，在显影中不去掉，留下设计所需的图形。图1 曝光原理图

9、显影 显影时使用化学试剂将没有进行光化学反应的部分除去而留下需要保护线路的部分。在显影中，主要使用Na2CO3作为显影液，干膜中未发生光化学反应的与Na2CO3发生反应并溶解在显影液中。 显影工序工作原理 （5）线路制作线路制作包含蚀刻和去干膜两个工序，是PCB制作中的关键之一；线路制作刻蚀去干膜PCB的蚀刻工艺包括两类，一类是静态蚀刻，一类是喷淋蚀刻，喷淋蚀刻又有水平喷淋蚀刻和垂直喷淋蚀刻两类，现在工厂大部分以喷淋蚀刻工艺为主。实验室使用的垂直喷淋蚀刻。1.紧急停止开关;2. 紧急停止开关; 3.蚀刻槽温控表; 4.结束时蜂鸣提示;5.温控表开关;6. 蚀刻（去膜）槽、水洗槽液位指示灯;7.

10、传动电机调速器; 8.设备总开关; 9.入口残液回收槽; 10.出口残液回收槽;11.蚀刻区; 12.水洗区; 13.蚀刻液（去膜液）槽; 14.水洗液槽蚀刻机、去膜机结构示意图 蚀刻工序在蚀刻过程中，主要是蚀刻液与金属箔之间发生氧化还原化学反应。由于金属箔被附在介质材料上，并有一部分被抗蚀层保护，在蚀刻过程中必然出现侧蚀以及由于侧蚀而带来的“突沿”现象，因此在选择蚀刻液和制定蚀刻工艺时必须考虑如下几个方面的因素：A.蚀刻液要与抗蚀层材料相匹配;B.蚀刻速率及其速率的控制能力;C.蚀刻废液的溶铜量;D.蚀刻液对设备的影响;E.蚀刻液的再生与补加，废液的污染等;典型刻蚀液配方本实验室使用三氯化铁

11、蚀刻液体系制作线路。 组份工艺参数FeCl345.253.0HCl(%)0.25波美度3842pH值5脱干膜工序 由于干膜力学性能较差，在后续过程中容易脱落。因此，线路蚀刻完成后必须将干膜去掉。去膜工艺参数：去膜液1%2%的氢氧化钠溶液；温度2030；强碱能够破坏已曝光的干膜，使干膜溶解。(6)线路保护技术由于铜是非常容易氧化的金属，因此，干膜去掉后，必须使用阻焊剂将线路保护起来。一般阻焊剂有两类，一类是挠性板上用PI覆盖膜阻焊材料，该材料不需要固化，只需要在将覆盖膜贴上去之后进行快压；另一类是大部分刚性板使用绿油阻焊剂。绿油阻焊剂首先要将绿油油墨与固化剂进行混合，然后将阻焊剂印刷到线路板上，

12、阻焊剂经过一段时间流延，短时间固化，在曝光机中曝光、显影得到需要阻焊的图形。阻焊剂此时固化度不够，需要在高温，长时间下固化，才能有较强的防腐防摩擦等性能。（7）印制板检测技术 电路板品质的好坏、问题的发生与解决、制程改进的评估，在都需要微切片作为客观检查、研究与判断的根据(Micro sectioning)。实验室中一般需要测试线路的蚀刻因子、镀铜的厚度、孔的粗糙度等。实验室蚀刻因子、金属化孔效果检测使用的设备是金相测试系统，包括研抛机、金相显微镜和软件等部分。（1）磨抛机 （2）金相显微镜 四.实验器材1.实验设备钻孔机、孔金属化设备、贴膜机、曝光机、显影剂、蚀刻机、脱膜机、阻焊、磨板机、下

13、料机、恒温恒湿机、污水处理机、电子烘箱；双面覆铜板、钻孔刀具、各种化学药水、干膜、阻焊油墨、Na2CO3、硫酸铜等其它低值易耗品；2.实验材料四.实验过程1.底片制作实验采用光绘机FILMSTAR系统制作底片。第一步.设计电路转化为光绘机机码第二步.光绘图像（光绘机参数如下）第三步.冲片光绘工艺参数光绘工艺参数最大光绘面积最大光绘面积 ：380 x 300 mm 380 x 300 mm ；X X 方向分辨率方向分辨率 ：1024, 1344, 2032, 4064 dpi 1024, 1344, 2032, 4064 dpi 可调；可调；Y Y方向分辨率方向分辨率 ：3000dpi3000d

14、pi；光绘速度光绘速度 ：10 mmFilm breite / Min. 10 mmFilm breite / Min. 分辨率为分辨率为1024 dpi 1024 dpi 光源：光源： 二极管泵浦的激光器，波长二极管泵浦的激光器，波长670 nm 670 nm ；2.开料及钻孔本实验采用RF-4双面覆铜板为基板，采用ProtoMat S62电路板刻制机 制作通孔。钻孔基板工艺参数：最小钻孔直径：0.15mm；X,Y分辨率：0.25 um；换刀方式：电控10刀位 ；3.孔清洗及孔金属化微孔采用超声波工艺清洗。即将钻有微孔的电路板放入超声波清洗槽中，清洗。微孔活化采用“黑孔工艺”；孔金属层采用电

15、镀加厚技术；控制因素技术参数清洗温度45；清洗时间10min；清洗液配方洗洁精：400cm3/dm3、特种添加剂：40g/dm3；操作方式：恒温清洗；4.贴膜与图形转移基本步骤：第一步：板表面清洗。刷板清洗烘干；第二步：板表面贴膜（在暗室中进行）；第三步：将底片与基板对准放入曝光机内曝光；第四步：显影；贴膜工艺参数压膜宽度 ：400mm ；传送宽度 ：440 ； 进板速度 ：1.0m/min ；压辊温度范围 ：20 199曝光工艺参数曝光级数 ：5.线路制作刻蚀工艺本实验采用Easy Quick SU1线路刻蚀系统完成；第一步：刻蚀系统预热；第二步：将印制放入支架上，开动系统；第三步：刻蚀线路

16、；第四步：检查刻蚀效果；第五步：去干膜；工作参数工作宽度为510mm；传动速度 0 - 1.5 m/min可调；腐蚀泵的流量为 200 l/min；双面腐蚀 4 x 14 喷嘴；6.线路保护等工序由于铜是非常容易氧化的金属，因此，干膜去掉后，必须使用阻焊剂将线路保护起来。一般阻焊剂有两类，一类是挠性板上用PI覆盖膜阻焊材料，该材料不需要固化，只需要在将覆盖膜贴上去之后进行快压；另一类是大部分刚性板使用绿油阻焊剂。绿油阻焊剂首先要将绿油油墨与固化剂进行混合，然后将阻焊剂印刷到线路板上，阻焊剂经过一段时间流延，短时间固化，在曝光机中曝光、显影得到需要阻焊的图形。阻焊剂此时固化度不够，需要在高温，长时间下固化，才能有较强的防腐防摩擦等性能。7.印制字符，外形加工等第一步：使用丝网印刷在PCB板上印制字符；第二步：使用裁板机与刻制机加工PCB外形；第四步：产品质量检测；五.实验结果与结论通过本实验可以获得设计好的PCB产品；