pcb的制作与设计

pcb的制作与设计

PCB高频板的定义：
高频板是指电磁频率较高的特种线路板，用于高频率（频率大于300MHZ或者波长小于1米）与微波（频率大于3GHZ或者波长小于0.1米）领域的PCB，是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说，高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。



随着科学技术的快速发展，越来越多的设备设计是在微波频段（＞1GHZ）甚至与毫米波领域（77GHZ）以上的应用（例如现在很火的车载77GHz毫米波天线），这也意味着频率越来越高，对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能，良好的化学稳定性，随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小，所以高频板材的重要性就凸现出来了。

挑选高频高速PCB材料重要指标：
在选择用于高频电路的PCB所用的基板时，要特别考察材料DK，在不同频率下的变化特性。而对于侧重信号高速传输方面的要求，或特性阻抗控制要求，则考察DF及其在频率、温湿度等条件下的性能。



一般型基板材料在频率变化的条件下，表现出DK、DF值变化较大的规律。特别是在l MHz到l GHz的频率内，它们的DK、DF值的变化更加明显。例如，一般型环氧树脂一玻纤布基的基板材料（一般型FR-4）在lMHz的频率下的DK值为4．7，而在lGHz的频率下的DK值变化为4.19。超过lGHz以上，它的DK值的变化趋势于平缓。其变化趋势是随着频率的增高，而变小（但变化幅度不大），例如在l0GHz下，一般FR一4的DK值为4．15，具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的情况下，DK值变化较小，自lMHz到lGHz的变化频率下，DK多保持在0.02范围的变化。其DK值在由低到高不同频率条件下，略微有下降的趋向。



一般型基板材料的介质损失因子（DF），在受到频率变化（特别是在高频范围内的变化）的影响而产生DF值的变化要比DK大。其变化规律是趋于增大，因此，在评价一种基板材料的高频特性时，要对其考察的是它的DF值变化情况。具有高速高频特性的基板材料，在高频下变化特性方面，一般型基板材料存在着两类明显的不同的两类：一类是随着频率的变化，它的（DF）值变化甚小。还有一类是在变化幅度上与一般型基板材料尽管相近，但它本身的（DF）值较低。

详解PCB线路板在工厂的制作加工流程

　　在电子装配中，印刷电路板是个关键零件。它搭载其它的电子零件并连通电路，以提供一个安稳的电路工作环境。如以其上电路配置的情形可概分为三类：

　　【单面板】将提供零件连接的金属线路布置于绝缘的基板材料上，该基板同时也是安装零件的支撑载具。

　　【双面板】当单面的电路不足以提供电子零件连接需求时，便可将电路布置于基板的两面，并在板上布建通孔电路以连通板面两侧电路。

　　【多层板】在较复杂的应用需求时，电路可以被布置成多层的结构并压合在一起，并在层间布建通孔电路连通各层电路


　　【内层线路】铜箔基板先裁切成适合加工生产的尺寸大小。基板压膜前通常需先用刷磨、微蚀等方法将板面铜箔做适当的粗化处理，再以适当的温度及压力将干膜光阻密合贴附其上。将贴好干膜光阻的基板送入紫外线曝光机中曝光，光阻在底片透光区域受紫外线照射后会产生聚合反应，而将底片上的线路影像移转到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保护胶膜后，先以碳酸钠水溶液将膜面上未受光照的区域显影去除，再用双氧水混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除，形成线路。后再以轻氧化纳水溶液将功成身退的干膜光阻洗除。

　　【压合】完成后的内层线路板须以玻璃纤维树脂胶片与外层线路铜箔黏合。在压合前，内层板需先经黑(氧)化处理，使铜面钝化增加绝缘性;并使内层线路的铜面粗化以便能和胶片产生良好的黏合性能。迭合时先将六层线路﹝含﹞以上的内层线路板用铆钉机成对的铆合。再用盛盘将其整齐迭放于镜面钢板之间，送入真空压合机中以适当之温度及压力使胶片硬化黏合。压合后的电路板以X光自动定位钻靶机钻出靶孔做为内外层线路对位的基准孔。并将板边做适当的细裁切割，以方便后续加工

　　【钻孔】将电路板以CNC钻孔机钻出层间电路的导通孔道及焊接零件的固定孔。钻孔时用插梢透过先前钻出的靶孔将电路板固定于钻孔机床台上，同时加上平整的下垫板(酚醛树酯板或木浆板)与上盖板(铝板)以减少钻孔毛头的发生

　　【镀通孔】在层间导通孔道成型后需于其上布建金属铜层，以完成层间电路的导通。先以重度刷磨及高压冲洗的方式清理孔上的毛头及孔中的粉屑，在清理干净的孔壁上浸泡附着上锡

　　【一次铜】钯胶质层，再将其还原成金属钯。将电路板浸于化学铜溶液中，借着钯金属的催化作用将溶液中的铜离子还原沉积附着于孔壁上，形成通孔电路。再以硫酸铜浴电镀的方式将导通孔内的铜层加厚到足够抵抗后续加工及使用环境冲击的厚度。

　　【外层线路 二次铜】在线路影像转移的制作上如同内层线路，但在线路蚀刻上则分成正片与负片两种生产方式。负片的生产方式如同内层线路制作，在显影后直接蚀铜、去膜即算完成。正片的生产方式则是在显影后再加镀二次铜与锡铅(该区域的锡铅在稍后的蚀铜步骤中将被保留下来当作蚀刻阻剂)，去膜后以碱性的氨水、氯化铜混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除，形成线路。后再以锡铅剥除液将功成身退的锡铅层剥除(在早期曾有保留锡铅层，经重镕后用来包覆线路当作保护层的做法，现多不用)。



　　【防焊油墨 文字印刷】较早期的绿漆是用网版印刷后直接热烘(或紫外线照射)让漆膜硬化的方式生产。但因其在印刷及硬化的过程中常会造成绿漆渗透到线路终端接点的铜面上而产生零件焊接及使用上的困扰，现在除了线路简单粗犷的电路板使用外，多改用感光绿漆进行生产。

　　将客户所需的文字、商标或零件标号以网版印刷的方式印在板面上，再用热烘(或紫外线照射)的方式让文字漆墨硬化。

　　【接点加工】防焊绿漆覆盖了大部份的线路铜面，仅露出供零件焊接、电性测试及电路板插接用的终端接点。该端点需另加适当保护层，以避免在长期使用中连通阳极(+)的端点产生氧化物，影响电路稳定性及造成安全顾虑。

　　【成型切割】将电路板以CNC成型机(或模具冲床)切割成客户需求的外型尺寸。切割时用插梢透过先前钻出的定位孔将电路板固定于床台(或模具)上成型。切割后金手指部位再进行磨斜角加工以方便电路板插接使用。对于多联片成型的电路板多需加开X形折断线，以方便客户于插件后分割拆解。后再将电路板上的粉屑及表面的离子污染物洗净。

　　【检板 包装】常用包装 PE膜包装 热缩膜包装 真空包装等

PCB电路板加工异常状况分析
【PCB信息网】 PCB电路板加工的过程中难免会遇到几个残次品，有可能是机器失误造成的，也有可能是人为原因，例如有时候会出现一种被称为孔破状态的异常情况，成因要具体情况具体分析。

如果孔破状态是点状分布而非整圈断路的现象，就称为点状孔破，也有人称它为“楔型孔破”。常见产生原因，来自于除胶渣制程处理不良所致。PCB电路板加工时除胶渣制程会行膨松剂处理，之后进行强氧化剂「高锰酸盐」的侵蚀作业，这个过程会清除胶渣并产生微孔结构。经过清除过程所残留下来的氧化剂，就依靠还原剂清除，典型配方采用酸性液体处理。

由于胶渣处理后，并不会再看到有残胶渣问题，大家常忽略了对还原酸液的监控，这就可能让氧化剂留在孔壁面上。之后电路板进入化学铜制程，经过整孔剂处理后电路板会进行微蚀处理，这时残留的氧化剂再度受到酸浸泡而让残留氧化剂区的树脂剥落，同时也等于将整孔剂破坏了。



受到破坏的孔壁，在后续钯胶体及化学铜处理就不会发生反应，这些区域就呈现出无铜析出现象。基础没有建立，电镀铜当然就无法完整覆盖而产生点状孔破。这类问题已经在不少电路板厂在进行电路板加工的时候发生过，多留意除胶渣制程还原步骤药水监控应该就可以改善。

PCB电路板加工过程中的每一个环节都需要我们严格把控，因为化学反应有时候会在我们不注意的角落慢慢发生，从而破坏整个电路。这种孔破状态大家要警惕了。

裸板（上头没有零件）也常被称为"印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）"。板子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板子上的，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（conductor pattern）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（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也防止波焊时造成的短路，并节省焊锡之用量。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。

在制成终产品时，其上会安装集成电路、电晶体、二极管、被动元件（如：电阻、电容、连接器等）及其他各种各样的电子零件。借着导线连通，可以形成电子讯号连结及应有机能。

FPC挠性印制电路板加工工艺知识
一、FPC挠性印制电路板概述
印制电路板是电子行业的基础产品，广泛应用于通讯设备、计算机、汽车电子和工业装备及各种家用电器等电子产品，其主要功能是支撑电路元件和互连电路元件。FPC挠性印制电路板是印制电路板中一个大类，如图1、图2。根据FPC挠性印制电路板的结构，按导体层数可分为单面板、双面板、多层板。

1、FPC柔性电路板的挠曲性和可靠性

目前FPC柔性电路板有：单面、双面、多层柔性板和刚柔性板四种。

①单面柔性板是成本低，当对电性能要求不高的印制板。在单面布线时，应当选用单面柔性板。其具有一层化学蚀刻出的导电图形，在柔性绝缘基材面上的导电图形层为压延铜箔。绝缘基材可以是聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，芳酰胺纤维酯和聚氯乙烯。



②双面柔性板是在绝缘基膜的两面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接形成导电通路，以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的位置。



③多层柔性板是将3层或更多层的单面或双面FPC柔性电路板层压在一起，通过钻孑L、电镀形成金属化孔，在不同层间形成导电通路。这样，不需采用复杂的焊接工艺。多层电路在更高可靠性，更好的热传导性和更方便的装配性能方面具有的功能差异。在设计布局时，应当考虑到装配尺寸、层数与挠性的相互影响。



④传统的刚柔性板是由刚性和柔性基板有选择地层压在一起组成的。结构紧密，以金属化孑L形成导电连接。如果一个印制板正、反面都有元件，刚柔性板是一种很好的选择。但如果所有的元件都在一面的话，选用双面柔性板，并在其背面层压上一层FR4增强材料，会更经济。



⑤混合结构的FPC柔性电路板是一种多层板，导电层由不同金属构成。一个8层板使用FR-4作为内层的介质，使用聚酰亚胺作为外层的介质，从主板的三个不同方向伸出引线，每根引线由不同的金属制成。康铜合金、铜和金分别作立的引线。这种混合结构大多用在电信号转换与热量转换的关系及电性能比较苛刻的低温情况下，是惟一可行的解决方法。



可通过内连设计的方便程度和总成本进行评价，以达到佳的性能价格比。



2、FPC柔性电路板的经济性

如果电路设计相对简单，总体积不大，而且空间适宜，传统的内连方式大多要便宜很多。如果线路复杂，处理许多信号或者有特殊的电学或力学性能要求，FPC柔性电路板是一种较好的设计选择。当应用的尺寸和性能超出刚性电路的能力时，柔性组装方式是经济的。在一张薄膜上可制成内带5mil通孔的12mil焊盘及3mil线条和间距的FPC柔性电路板。因此，在薄膜上直接贴装芯片更为可靠。因为不含可能是离子钻污源的阻燃剂。这些薄膜可能具有防护性，并在较高的温度下固化，得到较高的玻璃化温度。柔性材料比起刚性材料节省成本的原因是免除了接插件。



高成本的原材料是FPC柔性电路板价格居高的主要原因。原材料的价格差别较大，成本低的聚酯FPC柔性电路板所用原材料的成本是刚性电路所用原材料的1．5倍；的聚酰亚胺FPC柔性电路板则高达4倍或更高。同时，材料的挠性使其在制造过程中不易进行自动化加工处理，从而导致产量下降；在后的装配过程中易出现缺陷，这些缺陷包括剥下挠性附件、线条断裂。当设计不适合应用时，这类情况更容易发生。在弯曲或成型引起的高应力下，常常需选择增强材料或加固材料。尽管其原料成本高，制造麻烦，但是可折叠、可弯曲以及多层拼板功能，会使整体组件尺寸减小，所用材料随之减少，使总的组装成本降低。



FPC柔性电路板产业正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法是一种、低成本的生产工艺。该工艺在廉价的柔性基材上，选择性地网印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材为PET。聚合物厚膜法导体包括丝印金属填料或碳粉填料。聚合物厚膜法本身很清洁，使用无铅的SMT胶黏剂，不必蚀刻。因其使用加成工艺且基材成本低，聚合物厚膜法电路是铜聚酰亚胺薄膜电路价格的1／10；是刚性电路板价格的1／2～1／3。聚合物厚膜法尤其适用于设备的控制面板。在移动电话和其他的便携产品上，聚合物厚膜法适合将印制电路主板上的元件、开关和照明器件转变成聚合物厚膜法电路。既节省成本，又减少能源消耗。



一般说来，FPC柔性电路板的确比刚性电路的花费大，成本较高。柔性板在制造时，许多情况下不得不面对这样一个事实，许多的参数超出了公差范围。制造FPC柔性电路板的难处就在于材料的挠性，下面看下工艺。

PCB多层板制作工艺流程介绍
单双面板：按设计优化的大小进行开料 →打磨处理 → 钻孔 →压合电路板 → 电镀盲孔 → 做外层线路 → 线路油印刷 → 烤箱烘干 → smooth化处理 → 曝光机曝光(菲林定位)→暗室内显影机上显影→蚀刻etching → 印绿油 → 烘烤 →印白字、字符 → 锣边 →开短路功能测试→ 进入FQC→ 终检、目检 →清洗后真空包装。

多层电路板：压合之前需要自动光检和目检才能进入压合机进行排版压合(在真空的环境下)→ 排在固定大小模中 → 2小时冷压、2小时热压 →分割拆边 → 按设计优化的大小进行开料 → 打磨处理 →钻孔 →压合电路板 → 电镀盲孔 → 做外层线路 → 线路油印刷 → 烤箱烘干 → smooth化处理 → 曝光机曝光(菲林定位)→暗室内显影机上显影→蚀刻etching → 印绿油→ 烘烤→ 印白字、字符 → 锣边 →开短路功能测试 →进入FQC →终检、目检 →清洗后真空包装。

PCB电路板的各层作用简要介绍如下：

⑴信号层：主要用来放置元器件或布线。Protel DXP通常包含30个中间层，即Mid Layer1~Mid Layer30，中间层用来布置信号线，顶层和底层用来放置元器件或敷铜。
⑵防护层：主要用来确保电路板上不需要镀锡的地方不被镀锡，从而电路板运行的可靠性。其中Top Paste和Bottom Paste分别为顶层阻焊层和底层阻焊层;Top Solder和Bottom Solder分别为锡膏防护层和底层锡膏防护层。
⑶丝印层：主要用来在电路板上印上元器件的流水号、生产编号、公司名称等。
⑷内部层：主要用来作为信号布线层，Protel DXP包含16个内部层。　
　
⑸其他层：主要包括4种类型的层。
Drill Guide(钻孔方位层)：主要用于印刷电路板上钻孔的位置。
Keep-Out Layer(禁止布线层)：主要用于绘制电路板的电气边框。
Drill Drawing(钻孔绘图层)：主要用于设定钻孔形状。
Multi-Layer(多层)：主要用于设置多面层。

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