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2020-05-05 来源:小侦探旅游网
PCB板本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个PCB板上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线或称布线,并用来提供PCB板上零件的电路连接。通常PCB板的颜色都是绿色或是棕色,这是阻焊漆的颜色。是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方。

现在主板和显卡上都采用多层板,大大增加了可以布线的面积。多层板用上了更多单或双面的布线板,并在每层板间放进一层绝缘层后压合。PCB板的层数就代表了有几层独立的布线层,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层,常见的PCB板一般是4~8层的结构。很多PCB板的层数可以通过观看PCB板的切面看出来。但实际上,没有人能有这么好的眼力。所以,下面再教大家一种方法。

多层板的电路连接是通过埋孔和盲孔技术,主板和显示卡大多使用4层的PCB板,也有些是采用6、8层,甚至10层的PCB板。要想看出是PCB有多少层,通过观察导孔就可以辩识,因为在主板和显示卡上使用的4层板是第1、第4层走线,其他几层另有用途(地线和电源)。所以,同双层板一样,导孔会打穿PCB板。如果有的导孔在PCB板正面出现,却在反面找不到,那么就一定是6/8层板了。如果PCB板的正反面都能找到相同的导孔,自然就是4层板了。

小技巧:将主板或显示卡对着光源,如果导孔的位置能透光,就说明是6/8层板;反之就是4层

PCB是信息电子工业最基本的构件,属于电子元器件行业中的电子元件产业。按照层数来分,PCB分为单面板(SSB)、双面板(DSB)和多层板(MLB);按柔软度来分,PCB分为刚性印刷电路板(RPC)和柔性印刷电路板(FPC)。在产业研究中,一般按照上述PCB产品的基本分类,将PCB产业细分为单面板、双面板、

常规多层板、柔性板、HDI(高密度烧结)板、封装基板等六个主要细分产业。

二、PCB产业链

按产业链上下游来分类,可以分为原材料-覆铜板-印刷电路板-电子产品应用,其关系简单表示为:

玻纤布:玻纤布是覆铜板的原材料之一,由玻纤纱纺织而成,约占覆铜板成本的40%(厚板)和25%(薄板)。玻纤纱由硅砂等原料在窑中煅烧成液态,通过极细小的合金喷嘴拉成极细玻纤,再将几百根玻纤缠绞成玻纤纱。窑的建设投资巨大,一般需上亿资金,且一旦点火必须24小时不间断生产,进入退出成本巨大。玻纤布制造则和织布企业类似,可以通过控制转速来控制产能及品质,且规格比较单一和稳定,自二战以来几乎没有规格上的太大变化。和CCL不同,玻纤布的价格受供需关系影响最大,最近几年的价格在0.50-1.00

美元/米之间波动。目前台湾和中国内地的产能占到全球的70%左右。

1.黑化绒毛与棕化绒毛厚度不同;

2.黑化药水的微蚀速率要比棕化药水的微蚀速率大;

3.黑化药水较棕化药水在价格方面会比较贵;

4.黑化药水在管控方面较棕化药水难;

5.品质方面:黑化后的板子表面粗糙度较大,若内层线路时线路有轻微刮伤或补线等现象,黑化可以掩盖的很

好,棕化则不行;

铜箔:铜箔是占覆铜板成本比重最大的原材料,约占覆铜板成本的30%(厚板)和50%(薄板),因此铜箔的涨价是覆铜板涨价的主要驱动力。铜箔的价格密切反映于铜的价格变化,但议价能力较弱,近期随着铜价的节节高涨,铜箔厂商处境艰难,不少企业被迫倒闭或被兼并,即使覆铜板厂商接受铜箔价格上涨各铜箔厂商仍然处于普遍亏损状态。由于价格缺口的出现,2006年一季度极有可能出现又一波涨价行情,从而可

能带动CCL价格上涨。

覆铜板:覆铜板是以环氧树脂等为融合剂将玻纤布和铜箔压合在一起的产物,是PCB的直接原材料,在经过蚀刻、电镀、多层板压合之后制成印刷电路板。覆铜板行业资金需求量不高,大约为3000-4000万元左右,且可随时停产或转产。在上下游产业链结构中,CCL的议价能力最强,不但能在玻纤布、铜箔等原材料采购中拥有较强的话语权,而且只要下游需求尚可,就可将成本上涨的压力转嫁下游PCB厂商。今年三季度,覆铜板开始提价,提价幅度在5-8%左右,主要驱动力是反映铜箔涨价,且下游需求旺盛可以消化CCL厂商转嫁的涨价压力。全球第二大的覆铜板厂商南亚亦于12月15日提高了产品价格,显示出至少

2006年一季度PCB需求形式良好。

1 电源、地线的处理 既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能 下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、 地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证 产品的质量。 对每个从事电子产品设计的工程

人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作

以表述: 众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线

比电源线宽,它们的关系是:

地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为

1.2~2.5 mm 对数字电路的PCB可

用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) 用大面积铜层作

地线用,在印制板上把没被用上

的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,

电源,地线各占用一层。

2、数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而

是由数字电路和模拟电路混合

构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。 数字电路的

频率高,模拟电路的敏感度

强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界

只有一个结点,所以必须在PCB

内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,

只是在PCB与外界连接的接口

处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,

这由系统设计来决定。

3、信号线布在电(地)层上 在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,

再多加层数就会造成浪费也会

给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布

线。首先应考虑用电源层,其

次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

4、大面积导体中连接腿的处理 在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的

处理需要进行综合的考虑,就

电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊

接需要大功率加热器。②容易

造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热

焊盘(Thermal),这样,

可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相

同。

5、布线中网络系统的作用 在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然

有所增加,但步进太小,图场的

数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有

极大的影响。而有些通路是无

效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的

影响极大。所以要有一个疏密

合理的网格系统来支持布线的进行。 标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统

的基础一般就定为0.1英寸

(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、设计规则检查(DRC) 布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,

同时也需确认所制定的规则是

否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面: 线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,

元件焊盘与贯通孔,贯通孔

与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。 电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之

间是否紧耦合(低的波阻抗

)?在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。 对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最

短,加保护线,输入线及输出线

被明显地分开。 模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。 后加在PCB中的图形(如图

标、注标)是否会造成信号短

路。 对一些不理想的线形进行修改。 在PCB上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求,

阻焊尺寸是否合适,字符标志

是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。 多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层

的铜箔露出板外容易造成短

路。概述 本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程

和一些注意事项,为一个工作组的

设计人员提供设计规范,方便设计人员之间进行交流和相互检查。

2、设计流程 PCB的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六

个步骤. 2.1 网表输入

网表输入有两种方法,一种是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能,选择Send

Netlist,应用OLE功能,可以随时保

持原理图和PCB图的一致,尽量减少出错的可能。

另一种方法是直接在PowerPCB中装载网表,选择File->Import,将原理图生成的网表输入进来。 2.2 规则设置 如果在原理图设计阶段就已经把PCB的设计规则设置好的话,就不用再进行设置 这些规则了,因为输入网表时,设计规则已随网表输入进PowerPCB了。如果修改了设计规则,必

须同步原理图,保证原理图和PCB

的一致。除了设计规则和层定义外,还有一些规则需要设置,比如Pad Stacks,需要修改标准过孔

的大小。如果设计者新建了一个 焊盘或过孔,一定要加上Layer 25。

注意: PCB设计规则、层定义、过孔设置、CAM输出设置已经作成缺省启动文件,名称为Default.stp,

网表输入进来以后,按照

设计的实际情况,把电源网络和地分配给电源层和地层,并设置其它高级规则。在所有的规则都设

置好以后,在PowerLogic中,

使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能,更新原理图中的规则设置,保证原

理图和PCB图的规则一致。

2.3 元器件布局 网表输入以后,所有的元器件都会放在工作区的零点,重叠在一起,下一步的工作

就是把这些元器件分开,按照

一些规则摆放整齐,即元器件布局。PowerPCB提供了两种方法,手工布局和自动布局。

2.3.1 手工布局

1. 工具印制板的结构尺寸画出板边(Board Outline)。

2. 将元器件分散(Disperse Components),元器件会排列在板边的周围。 3. 把元器件一个一个地移动、旋转,放到板边以内,按照一定的规则摆放整齐。

2.3.2 自动布局 PowerPCB提供了自动布局和自动的局部簇布局,但对大多数的设计来说,效果并

不理想,不推荐使用。

2.3.3 注意事项

a. 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一

b. 数字器件和模拟器件要分开,尽量远离 c. 去耦电容尽量靠近器件的VCC

d. 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集

e. 多使用软件提供的Array和Union功能,提高布局的效率 2.4 布线 布线的方式也有两种,手工布线和自动布线。

PowerPCB提供的手工布线功能十分强大,包括自动推挤、在线设计规则检查(DRC),自动布线

由Specctra的布线引擎进行,通常

这两种方法配合使用,常用的步骤是手工—自动—手工。

2.4.1 手工布线

1. 自动布线前,先用手工布一些重要的网络,比如高频时钟、主电源等,这些网络往往对走线距离、

线宽、线间距、屏蔽等有特殊

的要求;另外一些特殊封装,如BGA,自动布线很难布得有规则,也要用手工布线。

2. 自动布线以后,还要用手工布线对PCB的走线进行调整。

2.4.2 自动布线 手工布线结束以后,剩下的

网络就交给自动布线器来自布。选择Tools->SPECCTRA,启动Specctra布线器的接口,设置好DO

文件,按Continue就启动了Specctra

布线器自动布线,结束后如果布通率为100%,那么就可以进行手工调整布线了;如果不到100%,

说明布局或手工布线有问题,需要 调整布局或手工布线,直至全部布通为止。

2.4.3 注意事项 a. 电源线和地线尽量加粗 b. 去耦电容尽量与VCC直接连接

c. 设置Specctra的DO文件时,首先添加Protect all wires命令,保护手工布的线不被自动布线器

重布

d. 如果有混合电源层,应该将该层定义为Split/mixed Plane,在布线之前将其分割,布完线之后,

使用Pour Manager的Plane

Connect进行覆铜

e. 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式,做法是将Filter设为Pins,选中所有的管脚,修改属性,

在Thermal选项前打勾

f. 手动布线时把DRC选项打开,使用动态布线(Dynamic Route)

2.5 检查 检查的项目有间距(Clearance)、连接性(Connectivity)、高速规则(High Speed)和

电源层(Plane),这些项目

可以选择Tools->Verify Design进行。如果设

置了高速规则,必须检查,否则可以跳过这一项。检查出错误,必须修改布局和布线。 注意: 有

些错误可以忽略,例如有些接

插件的Outline的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后,都要

重新覆铜一次。

2.6 复查 复查根据“PCB检查表”,内容包括设计规则,层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置;还

要重点复查器件布局的合理

性,电源、地线网络的走线,高速时钟网络的走线与屏蔽,去耦电容的摆放和连接等。复查不合格,

设计者要修改布局和布线,合 格之后,复查者和设计者分别签字。

2.7 设计输出 PCB设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把PCB分层打印,便于设

计者和复查者检查;光绘文件交给

制板厂家,生产印制板。光绘文件的输出十分重要,关系到这次设计的成败,下面将着重说明输出

光绘文件的注意

事项。

a. 需要输出的层有布线层(包括顶层、底层、中间布线层)、电源层(包括VCC层和GND层)、

丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)

、阻焊层(包括顶层阻焊和底层阻焊),另外还要生成钻孔文件(NC Drill) b. 如果电源层设置为

Split/Mixed,那么在Add

Document窗口的Document项选择Routing,并且每次输出光绘文件之前,都要对PCB图使用Pour

Manager的Plane Connect进行覆铜;

如果设置为CAM Plane,则选择Plane,在设置Layer项的时候,要把Layer25加上,在Layer25

层中选择Pads和Viasc. 在设备设置窗口

(按Device Setup),将Aperture的值改为199 d. 在设置每层的Layer时,将Board Outline选上 e. 设置丝印层的Layer时,不要选择Part Type,选择顶层(底层)和丝印层的Outline、Text、Line f. 设置阻焊层的Layer时,选择过孔表示过孔上不加阻焊,不选过孔表示家阻焊,视具体情况确定

g. 生成钻孔文件时,使用PowerPCB的缺省设置,不要作任何改动

h. 所有光绘文件输出以后,用CAM350打开并打印,由设计者和复查者根据“PCB检查表”检查过孔

(via)是多层PCB的重要组

成部分之一,钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。

简单的说来,PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看,过孔可以分成两类:一是用作各

层间的电气连接;

二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说,这些过孔一般又分为三类,即盲孔(blind via)、

埋孔(buried via)和通孔

(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面的内层

线路的连接,孔的深度通常不

超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。上述

两类孔都位于线路板的内层,

层压前利用通孔成型工艺完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔,

这种孔穿过整个线路板,可用于实

现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印

刷电路板均使用它,而不用另外两

种过孔。以下所说的过孔,没有特殊说明的,均作为通孔考虑。 从设计的角度来看,一个过孔主要

由两个部分组成,一是中间的钻孔

(drill hole),二是钻孔周围的焊盘区,见下图。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然,

在高速,高密度的PCB设计时,设

计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多的布线空间,此外,过孔越小,其自身的寄生

电容也越小,更适合用于高速电路。

但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加,而且过孔的尺寸不可能无限制的减小,它受到钻孔(drill)和

电镀(plating)等工艺技术的

限制:孔越小,钻孔需花费的时间越长,也越容易偏离中心位置;且当孔的深度超过钻孔直径的6

倍时,就无法保证孔壁能均匀镀铜。

比如,现在正常的一块6层PCB板的厚度(通孔深度)为50Mil左右,所以PCB厂家能提供的钻

孔直径最小只能达到8Mil。 二、过孔的寄

生电容 过孔本身存在着对地的寄生电容,如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的

直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材

介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于: C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路造成

的主要影响是延长了信号的上升

时间,降低了电路的速度。举例来说,对于一块厚度为50Mil的PCB板,如果使用内径为10Mil,

焊盘直径为20Mil的过孔,焊盘与地铺

铜区的距离为32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是:

C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,

这部分电容引起的上升时间变化量为:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。从这些数

值可以看出,尽管单个过孔的寄生

电容引起的上升延变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者

还是要慎重考虑的。

三、过孔的寄生电感 同样,过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,

过孔的寄生电感带来的危害

往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效

用。我们可以用下面的公式来简

单地计算一个过孔近似的寄生电感: L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指过孔的电感,h是过孔的长度,d

是中心钻孔的直径。从式中可以

看出,过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子,

可以计算出过孔的电感为:L=

5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。如果信号的上升时间是1ns,那么其等效阻抗大小为:

XL=πL/T10-90=3.19Ω。这样

的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候

需要通过两个过孔,这样过孔的

寄生电感就会成倍增加。

四、高速PCB中的过孔设计 通过上面对过孔寄生特性的分析,我们可以看到,在高速PCB设计中,

看似简单的过 孔往往也会给电路

的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响,在设计中可以尽量做到: 1、从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内 存模块PCB设

计来说,选用10/20Mil(钻孔/焊盘)

的过孔较好,对于一些高密度的小尺寸的板子,也可以尝试使用8/18Mil的过孔。目前技术条件下,

很难使用更小尺寸的过孔了。对

于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗。

2、上面讨论的两个公式可以得出,使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄 生参数。

3、PCB板上的信号走线尽量不换层,也就是说尽量不要使用不必要的过孔。

4、电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好,因为它们会 导致电感的增加。

同时电源和地的引线要尽可能粗,

以减少阻抗。

5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板

上大量放置一些多余的接地过孔。当

然,在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况,也有的时候,我们可

以将某些层的焊盘减小甚至去掉。

特别是在过孔密度非常大的情况下,可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽,解决这样的问

题除了移动过孔的位置,我们还可 以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。

设计负载能力大于 实际应用负载

处理阻焊层、网版印刷面和金手指部份电镀

接下来将阻焊漆覆盖在最外层的布线上,这样一来布线就不会接触到电镀部份外了。网版印刷面则印在其上,以标示各零件的位置,它不能够覆盖在任何布线或是金手指上,不然可能会减低可焊性或是电流连接的稳定性。金手指部份通常会镀上金,这样在插入扩充槽时,才能确保高品质的电流连接。 测试

测试PCB是否有短路或是断路的状况,可以使用光学或电子方式测试。光学方式采用扫描以找出各层的缺陷,电子测试则通常用飞针探测仪(Flying-Probe)来检查所有连接。电子测试在寻找短路或断路比较准确,不过光学测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题。 零件安装与焊接

最后一项步骤就是安装与焊接各零件了。无论是THT与SMT零件都利用机器设备来安装放置在PCB上。 THT零件通常都用叫做波峰焊接(Wave Soldering)的方式来焊接。这可以让所有零件一次焊接上PCB。首先将接脚切割到靠近板子,并且稍微弯曲以让零件能够固定。接着将PCB移到助溶剂的水波上,让底部接触到助溶剂,这样可以将底部金属上的氧化物给除去。在加热PCB后,这次则移到融化的焊料上,在和底部接触后焊接就完成了。

自动焊接SMT零件的方式则称为再流回焊接(Over Reflow Soldering)。里头含有助溶剂与焊料的糊状焊接物,在零件安装在PCB上后先处理一次,经过PCB加热后再处理一次。待PCB冷却之后焊接就完成了,接下来就是准备进行PCB的最终测试了 节省制造成本的方法

为了让PCB的成本能够越低越好,有许多因素必须要列入考量:

板子的大小自然是个重点。板子越小成本就越低。部份的PCB尺寸已经成为标准,只要照着尺寸作那么成本就自然会下降。CustomPCB网站上有一些关于标准尺寸的信息。

使用SMT会比THT来得省钱,因为PCB上的零件会更密集(也会比较小)。

另一方面,如果板子上的零件很密集,那么布线也必须更细,使用的设备也相对的要更高阶。同时使用的材质也要更高级,在导线设计上也必须要更小心,以免造成耗电等会对电路造成影响的问题。这些问题带来的成本,可比缩小PCB尺寸所节省的还要多。

层数越多成本越高,不过层数少的PCB通常会造成大小的增加。 钻孔需要时间,所以导孔越少越好。

埋孔比贯穿所有层的导孔要贵。因为埋孔必须要在接合前就先钻好洞。

板子上孔的大小是依照零件接脚的直径来决定。如果板子上有不同类型接脚的零件,那么因为机器不能使用同一个钻头钻所有的洞,相对的比较耗时间,也代表制造成本相对提升。

使用飞针式探测方式的电子测试,通常比光学方式贵。一般来说光学测试已经足够保证PCB上没有任何错误。

总而言之,厂商在设备上下的工夫也是越来越复杂了。了解PCB的制造过程是很有用的,因为当我们在比较主机板时,相同效能的板子成本可能不同,稳定性也各不相同

多层板压合制程

新闻出处:电子市场 发布时间: 2006年09月11日

1、Autoclave 压力锅

是一种充满了高温饱和水蒸气,又可以施加高气压的容器,可将层压后之基板(Laminates)试样,置于其中一段时间,强迫使水气进入板材中,然后取出板样再置于高温熔锡表面,测量其\"耐分层\"的特性。此字另有Pressure Cooker 之同义词,更被业界所常用。另在多层板压合制程中有一种以高温高压的二氧

化碳进行的\"舱压法\",也类属此种 Autoclave Press。

2、Cap Lamination 帽式压合法

是指早期多层板的传统层压法,彼时 MLB 的\"外层\"多采单面铜皮的薄基板进行叠合及压合,直到

1984年末 MLB 的产量大增后,才改用现行铜皮式的大型或大量压合法(Mss Lam)。这种早期利用单面铜

皮薄基板的 MLB 压合法,称为Cap Lamination。

3、Caul Plate 隔板

多层板在进行压合时,于压床的每个开口间(Opening),常叠落许多\"册\"待压板子的散材(如8~10套),其每套\"散材\"(Book)之间,须以平坦光滑又坚硬的不锈钢板予以分隔开,这种分隔用的镜面不锈钢板称之

Caul Plate 或Separate Plate,目前常用者有 AISI 430或 AISI 630等。

4、Crease 皱褶

在多层板压合中,常指铜皮在处理不当时所发生的皱褶而言。0.5 oz以下的薄铜皮在多层压合时,较

易出现此种缺点。

5、Dent 凹陷

指铜面上所呈现缓和均匀的下陷,可能由于压合所用钢板其局部有点状突出所造成,若呈现断层式边缘整齐之下降者,称为 Dish Down。此等缺点若不幸在蚀铜后仍留在线路上时,将造成高速传输讯号的

阻抗不稳,而出现噪声 Noise。故基板铜面上应尽量避免此种缺失。

6、Foil Lamination 铜箔压板法

指量产型多层板,其外层采铜箔与胶片直接与内层皮压合,成为多层板之多排板大型压板法(Mass

Lam),以取代早期之单面薄基板之传统压合法。

7、Kiss Pressure 吻压、低压

多层板在压合时,当各开口中的板材都放置定位后,即开始加温并由最下层之热盘起,以强力之液压顶柱(Ram)向上举升,以压迫各开口(Opening)中的散材进行黏合。此时结合用的胶片(Prepreg)开始逐渐软化甚至流动,故其顶挤所用的压力不能太大,避免板材滑动或胶量流出太多。此种起初所采用较低的压力(15~50 PSI)称为\"吻压\"。但当各胶片散材中的树脂受热软化胶化,又将要硬化时,即需提高到全压力(300

~500 PSI),使各散材达到紧密结合而组成牢固的多层板。

8、Kraft Paper 牛皮纸

多层板或基材板于压合(层压)时,多采牛皮纸做为传热缓冲之用。是将之放置在压合机的热板(Platern)与钢板之间,以缓和最接近散材的升温曲线。使多张待压的基板或多层板之间。尽量拉近其各层板材的温度差异,一般常用的规格为 90 磅到 150 磅。由于高温高压后其纸中纤维已被压断,不再具有韧性而难以发挥功能,故必须设法换新。此种牛皮纸是将松木与各种强碱之混合液共煮,待其挥发物逸走及除去酸类后,

随即进行水洗及沉淀;待其成为纸浆后,即可再压制而成为粗糙便宜的纸材。

9、Lay Up 叠合

多层板或基板在压合前,需将内层板、胶片与铜皮等各种散材与钢板、牛皮纸垫料等,完成上下对准、落齐,或套准之工作,以备便能小心送入压合机进行热压。这种事前的准备工作称之为 Lay Up。为了提高多层板的品质,不但此种\"叠合\"工作要在温湿控制的无尘室中进行,而且为了量产的速度及品质,一般八层以下者皆采大型压板法(Mass Lam)施工,甚至还需用到\"自动化\"的叠合方式,以减少人为的误失。为了节省厂房及合用设备起见,一般工厂多将\"叠合\"与\"折板\"二者合并成为一种综合性处理单位,故其自动

化的工程相当复杂。

10、Mass Lamination 大型压板(层压)

这是多层板压合制程放弃\"对准梢\",及采用同一面上多排板之新式施工法。自 1986 年起当四、六层板需求量泪增之下,多层板之压合方法有了很大的改变。早期的一片待压的制程板上只排一片出货板,此种一对一的摆布在新法中已予以突破,可按其尺寸大小改成一对二,或一对四,甚至更多的排板进行压合。新法之二是取消各种散材(如内层薄板、胶片、外层单面薄板等)的套准梢;而将外层改用铜箔,并先在内层板上预做\"靶标\",以待压合后即\"扫\"出靶标,再自其中心钻出工具孔,即可套在钻床上进行钻孔。至于六层板或八层板,则可将各内层以及夹心的胶片,先用铆钉予以铆合,再去进行高温压合。这种简化快速又加大面积之压合,还可按基板式的做法增多\"叠数\"(High)及开口数(Opening),既可减少人工并使产量倍增,甚至还能进行自动化。此一新观念的压板法特称为\"大量压板\"或\"大型压板\"。近年来国内已有许多专业代工

压合的行业出现。

11、Platen热盘

为多层板压合或基板制造所需之压合机中,一种可活动升降之平台。此种厚重的空心金属台面,主要是对板材提供压力及热源,故必须在高温中仍能保持平坦、平行才行。通常每一块热盘的内部皆预埋有蒸气管、热油管或电阻发热体,且四周外缘亦需填充绝缘材料,以减少热量的散失,并备有感温装置,使

能控制温度。 12、Press Plate钢板

是指基板或多层板在进行压合时,所用以隔开每组散册(指铜板、胶片与内层板等所组成的一个

Book)。此种高硬度钢板多为AISI 630(硬度达420 VPN)或AISI 440C(600 VPN)之合金钢,其表面不但极为坚硬平坦,且经仔细抛光至镜面一样,便能压出最平坦的基板或电路板。故又称为镜板(Mirror Plate),亦称为载板(Carrier Plate)。这种钢板的要求很严,其表面不可出现任何刮痕、凹陷或附着物,厚度要均匀、硬度要够,且还要能耐得住高温压合时所产生化学品的浸蚀。每次压合完成拆板后,还要能耐得住强力的

机械磨刷,因而此种钢板的价格都很贵。

13、Print Through压透,过度挤压

多层板压合时所采用之压力强度(PSI)太大,使得许多树脂被挤出板外,造成铜皮被直接压在玻璃布上,甚至将玻璃布也压扁变形,以致板厚不足,尺寸安定性不良,以及内层线路被压走样等缺失。严重者线路根基常与玻纤布直接接触,埋下\"阳极性玻纤丝\"漏电的隐忧 (Conductive Anodic Filament;CAF)。根本解决方法是按比例流量 (Scaled Flow) 的原理,大面积压合时应则使用大的压力强度,小板面使用小压力强度;即以1.16PSI/in2或1.16Lb/in4为基准,去计算现场操作的压力强度(Pressure)与总压力

(Force)。

14、Relamination(Re-Lam) 多层板压合

内层用的薄基板,是由基板供货商利用胶片与铜皮所压合而制成的,电路板厂购入薄基板做成内层线路板后,还要用胶片去再压合成多层板,某些场合常特别强调而称之为\"再压合\",简称Re-Lam。事实上

这只是多层板压合的一种\"跩文\"说法而已,并无深一层的意义存在。

15、Resin Recession树脂下陷,树脂退缩

指多层板在其 B-stage的胶片或薄基板中的树脂(以前者为甚),可能在压合后尚未彻底硬化(即聚合程度不足),其通孔在漂锡灌满锡柱后,当进行切片检查时,发现铜孔壁背后某些聚合不足的树脂,会自铜壁上退缩而出现空洞的情形,谓之\"树脂下陷\"。这种缺点应归类于制程或板材的整体问题,程度上比板面

刮伤那种工艺性的不良要来得严重,需仔细追究原因。

16、Scaled Flow Test比例流量试验

是多层板压合时对胶片 (Prepreg) 中流胶量的检测法。亦即对树脂在高温高压下所呈现之\"流动量

\"(Resin Flow),所做的一种试验方法。详细做法请见IPC-TM-650 中的 2.3.18 节,其理论及内容的说明,

则请见电路板信息杂志第14期 P.42 17、Separator Plate隔板,钢板,镜板

基材板或多层板进行压合时,压机每个开口(Opening, Daylight)中用以分隔各板册(Books)的硬质不锈钢板(如 410,420等)即是。为防止沾胶起见,特将其 表面处理到非常平坦光亮,故又称为镜板(Mirror

Plate)。

18、Sequential Lamination接续性压合法

是指多层板的特殊压合过程并非一次完成,而是分成数次逐渐压合而累增其层次,并利用盲孔或埋孔方式,以达到部份层次间的\"互连\"(Interconnection)功能。此法能节省板子上外表上所必须钻出的全通

孔。连带可腾让出更多的板面,以增加布线及贴装SMD的数目,但制程却被拖得很长。

19、Starvation缺胶

此字在电路板工业中,一向常用在多层板压合中\"缺胶\"Resin Starvation问题的表达。系指树脂流动

不良,或压合条件配合不当,造成多层板完成后,其板体内出现局部缺胶的情形。

20、Swimming线路滑离

指多层板在压合中,常造成内层板面线路的少许滑动移位,称为Swimming。此与所采用胶片的\"胶化时间\" (Gel Time)长短很有关系,目前业界已多趋向使用胶化时间较短者,故问题已减少很多了。

21、Telegraphing浮印,隐印

早期多层板压合时,为防止溢胶之烦恼,在已叠点散材之铜箔外或薄基板外,多加一张耐热的薄膜(如 Tedlar),以方便压后脱模或离型之用途。不过当外层板所用的胶片较薄,而铜箔又仅为 0.5 oz 时,则该内层板的线路图案,可能在高压下会转印在脱模纸上。当此脱模纸又重用在对一批板子上时,则很可能又

将原来的图案浮印在新的板子铜面上,此种现象称为Telegraphing。

22、Temperature Profile温度曲线

在电路板工业中的压合制程,或下游组装的红外线或热风熔焊 (Reflow)等制程,皆需寻求温度(纵轴)

与时间(横轴)所匹配组成的最佳\"温度曲线\",以提升焊锡性的在量产中的良品率。

23、Vacuum Lamination真空压合

此词在电路板工业中常出现于多层板的压合与干膜的贴合中。多层板的真空压合又分为真空外框式(Vacuum Frame),即为配合原有液压式压机的\"抽压法\",及真空舱式(Autoclave),也就是利用高温高压的二氧化碳进行压合的\"气压法\"。前者抽压法(Hydralic Vacuum Pressing)的设备较简单,价格便宜操作又很方便,故占有九成以上的市场。后者则因设备与操作都很复杂,且所占体积也很大,加上所需耗材之费用

又较贵,故采用者不多。 24、Wrinkle皱折,皱纹

常指压合时由于流胶量太大。造成外层强度与硬度稍差,如0.5oz铜箔常发生的皱纹或折纹,谓之

Wrinkle。此词亦用于其它领域。 25、Zero Centering中心不变(叠合法)

多层板各散材于叠合套准时,采用一种特殊的工具槽口,此等类似长方形槽口的两短边呈圆弧形,两长直边的宽距可匹配对准梢的插入 (称为挫圆梢Flated Round Pin) 。此种槽口可分布于散材的四边中央,并将长边槽口之一刻意的偏一点,做为防呆用途。如此可令板材在高温中能分别向外膨胀。冷却时又可自由缩回,但其中央板区却可稳定不变,避免固定孔与插梢之间产生拉扯应力,谓之中心不变式叠合。

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