畢業(yè)設計(論文)-PCB板制作工藝流程設計

畢業(yè)設計（論文）-PCB板制作工藝流程設計湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文目錄摘要……………1引言……………2第一章PCB的簡介…………21.1PCB的分類………41.2PCB的原材料……………………5第二章PCB的一些基本術(shù)語………………5第三章PCB工程制作………63.1菲林底版…………83.2基板材料…………93.3基本制造工藝流程………………10第四章PCB工程制作的基本要求…………11結(jié)論………………………13致謝…………14參考文獻…………15第1頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文題目:PCB板制作工藝設計學生與指導老師姓名:湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院電子信息工程系摘要PCB(PrintedCircuitBoard),中文名稱為印制電路板,又稱印刷電路板、印刷線路板,是重要的電子部件,是電子元器件的支撐體,是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的,故被稱為“印刷”電路板。無論是采用分離器件的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品或是采用大規(guī)模集成電路的現(xiàn)代數(shù)碼產(chǎn)品，都少不了印制線路板(PCB-PrintedC]ircuitBoard)。PCB是在覆銅板上完成印制線路工藝加工的成品板，它起電路元件和器件之間的電氣連接的作用。在電子產(chǎn)品中，PCB與各類電子器件一樣，處于非常重要的地位，故PCB也是電子部件之一。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品的體積已趨小型化和微型化，而PCB也由單面板發(fā)展到雙面板、多層板以及撓性板;其設計也由傳統(tǒng)制作工藝發(fā)展到計算機輔助設計。目前，應用最廣泛的是單面板與雙面板。為此，掌握單、雙面PCB的設計便成了電子技術(shù)人員的一項重要技能。在印制電路板出現(xiàn)之前，電子元器件之間的互連都是依靠電線直接連接實現(xiàn)的。而現(xiàn)在，電路面板只是作為有效的實驗工具而存在;印刷電路板在電子工業(yè)中已經(jīng)占據(jù)了絕對統(tǒng)治的地位。印制電路板的設計是以電路原理圖為根據(jù)，實現(xiàn)電路設計者所需要的功能。印刷電路板的設計主要指版圖設計，需要考慮外部連接的布局、內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護、熱耗散等各種因素。優(yōu)秀的版圖設計可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設計可以用手工實現(xiàn)，復雜的版圖設計需要借助計算機輔助設計(CAD)實現(xiàn)。【關(guān)鍵詞】印制電路板支撐體統(tǒng)治的地位第2頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文引言電子設備要求高性能化、高速化和輕薄短小化,而作為多學科行業(yè)--PCB是高端電子設備最關(guān)鍵技術(shù)。PCB產(chǎn)品中無論剛性、撓性、剛-撓結(jié)合多層板,以及用于IC封裝基板的模組基板,為高端電子設備做出巨大貢獻。PCB行業(yè)在電子互連技術(shù)中占有重要地位。作為用途最廣泛的電子元件產(chǎn)品，PCB擁有強大的生命力目前，全球PCB產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占電子元件產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的四分之一以上，是各個電子元件細分產(chǎn)業(yè)中比重最大的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達400億美元。同時，由于其在電子基礎產(chǎn)業(yè)中的獨特地位，已經(jīng)成為當代電子元件業(yè)中最活躍的產(chǎn)業(yè)，2003和2004年，全球PCB產(chǎn)值分別是344億美元和401億美元，同比增長率分別為5.27%和16.47%。中國PCB產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品已經(jīng)由單面板、雙面板轉(zhuǎn)向多層板，而且正在從4,6層向6,8層以上提升。隨著多層板、HDI板、柔性板的快速增長，我國的PCB產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在逐步得到優(yōu)化和改善。第一章PCB的簡介1.1PCB的分類根據(jù)電路層數(shù)分類:分為單面板、雙面板和多層板。常見的多層板一般為4層板或6層板，復雜的多層板可達十幾層。PCB板有以下三種主要的劃分類型:單面板單面板(Single-SidedBoards)在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，導線則集中在另一面上。因為導線只出現(xiàn)在其中一面，所以這種PCB叫作單面板(Single-sided)。因為單面板在設計線路上有許多嚴格的限制(因為只有一面，布線間不能交叉而必須繞獨自的路徑)，所以只有早期的電路才使用這類的板子。雙面板雙面板(Double-SidedBoards)這種電路板的兩面都有布線，不過要用上兩面的導線，必須要在兩面間有適當?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫做導孔(via)。導孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，而且因為布線可以互相交錯(可以繞到另一面)，它更適合用在比單面板更復雜的電路上。第3頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文多層板多層板(Multi-LayerBoards)為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印刷線路板，通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導電圖形按設計要求進行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了，也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)就代表了有幾層獨立的布線層，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結(jié)構(gòu)，不過技術(shù)上理論可以做到近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板，不過因為這類計算機已經(jīng)可以用許多普通計算機的集群代替，超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因為PCB中的各層都緊密的結(jié)合，一般不太容易看出實際數(shù)目，不過如果仔細觀察主機板，還是可以看出來。根據(jù)軟硬進行分類分為普通電路板和柔性電路板。圖1硬板圖2軟板1.2PCB板的原材料覆銅箔層壓板是制作印制電路板的基板材料。它用作支撐各種元器件，并能實現(xiàn)它們之間的電氣連接或電絕緣。PCB就是印刷電路板(Printedcircuitboard，PCB),簡單的說就是置有集成電路和其他電子組件的薄板。它幾乎會出現(xiàn)在每一種電子設備當中。據(jù)Timemagazine最近報道，中國和印度屬于全球污染最嚴重的國家。為保護環(huán)境，中國政府已經(jīng)在嚴格制定和執(zhí)行有關(guān)污染整治條理，并波及到PCB產(chǎn)業(yè)。許多城鎮(zhèn)正不再允許擴張及建造PCB新廠，例如:深圳關(guān)內(nèi)少量并以高精密手工為主，如南山區(qū)馬家龍工業(yè)區(qū)的深圳市靖邦科技有限公司，關(guān)外則以批量設備生產(chǎn)為主。而第4頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文東莞已經(jīng)專門指定四個城鎮(zhèn)作為“污染產(chǎn)業(yè)”生產(chǎn)基地，禁止在劃定的區(qū)域之外再建造新廠。如果在某樣設備中有電子零件，它們都是鑲在大小各異的PCB上的。除了固定各種小零件外，PCB的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接。隨著電子設備越來越復雜，需要的零件自然越來越多，PCB上頭的線路與零件也越來越密集了。裸板(上頭沒有零件)也常被稱為"印刷線路板PrintedWiringBoard(PWB)"。板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表面可以看到的細小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部份被蝕刻處理掉，留下來的部份就變成網(wǎng)狀的細小線路了。這些線路被稱作導線(conductorpattern)或稱布線，并用來提供PCB上零件的電路連接。通常PCB的顏色都是綠色或是棕色，這是阻焊漆(soldermask)的顏色。是絕緣的防護層，可以保護銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上還會印刷上一層絲網(wǎng)印刷面(silkscreen)。通常在這上面會印上文字與符號(大多是白色的)，以標示出各零件在板子上的位置。為了將零件固定在PCB上面，我們將它們的接腳直接焊在布線上(在最基本的PCB(單面板)上，零件都集中在其中一面，導線則都集中在另一面(這么一來我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的(因為如此，PCB的正反面分別被稱為零件面(ComponentSide)與焊接面(SolderSide)(如果PCB上頭有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去，那么該零件安裝時會用到插座(Socket)(由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆裝(如果要將兩塊PCB相互連結(jié)，一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭(edgeconnector)(金手指上包含了許多裸露的銅墊，這些銅墊事實上也是PCB布線的一部份(通常連接時，我們將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB上合適的插槽上(一般叫做擴充槽Slot)(在計算機中，像是顯示卡，聲卡或是其它類似的界面卡，都是借著金手指來與主機板連接的(印刷電路板將零件與零件之間復雜的電路銅線，經(jīng)過細致整齊的規(guī)劃后，蝕刻在一塊板子上，提供電子零組件在安裝與互連時的主要支撐體，是所有電子產(chǎn)品不可或缺的基礎零件。印刷電路板以不導電材料所制成的平板，在此平板上通常都有設計預鉆孔以安裝芯片和其它電子組件。組件的孔有助于讓預先定義在板面上印制之金屬路徑以電子方式連接起來，將電子組件的接腳穿過PCB后，再以導電性的金屬焊條黏附在PCB上而形成電路。依其應用領域PCB可分為單面板、雙面板、四層板以上多層板及軟板。一般而言，電子產(chǎn)品功能越復雜、回路距離越長、接點腳數(shù)越多，PCB所需層數(shù)亦越多，如高階消費性電子、信息及通訊產(chǎn)品等;而軟板主要應用于需要彎繞的產(chǎn)品中:如筆記型計第5頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文算機、照相機、汽車儀表等第二章PCB的一些基本術(shù)語在絕緣基材上，按預定設計，制成印制線路、印制元件或由兩者結(jié)合而成的導電圖形，稱為印制電路。在絕緣基材上，提供元、器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路。它不包括印制元件。印制電路或者印制線路的成品板稱為印制電路板或者印制線路板，亦稱印制板。印制板按照所用基材是剛性還是撓性可分成為兩大類:剛性印制板和撓性印制板。今年來已出現(xiàn)了剛性-----撓性結(jié)合的印制板。按照導體圖形的層數(shù)可以分為單面、雙面和多層印制板。導體圖形的整個外表面與基材表面位于同一平面上的印制板，稱為平面印板。有關(guān)印制電路板的名詞術(shù)語和定義，詳見國家標準GB/T2036-94“印制電路術(shù)語”。電子設備采用印制板后，由于同類印制板的一致性，從而避免了人工接線的差錯，并可實現(xiàn)電子元器件自動插裝或貼裝、自動焊錫、自動檢測，保證了電子設備的質(zhì)量，提高了勞動生產(chǎn)率、降低了成本，并便于維修。印制板從單層發(fā)展到雙面、多層和撓性，并且仍舊保持著各自的發(fā)展趨勢。由于不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展，不斷縮小體積、減輕成本、提高性能，使得印制板在未來電子設備地發(fā)展工程中，仍然保持強大的生命力。三(印制板技術(shù)水平的標志:印制板的技術(shù)水平的標志對于雙面和多層孔金屬化印制板而言:既是以大批量生產(chǎn)的雙面金屬化印制板，在2.50或2.54mm標準網(wǎng)格交點上的兩個焊盤之間，能布設導線的根數(shù)作為第6頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文標志。在兩個焊盤之間布設一根導線，為低密度印制板，其導線寬度大于0.3mm。在兩個焊盤之間布設兩根導線，為中密度印制板，其導線寬度約為0.2mm。在兩個焊盤之間布設三根導線，為高密度印制板，其導線寬度約為0.1-0.15mm。在兩個焊盤之間布設四根導線，可算超高密度印制板，線寬為0.05--0.08mm。國外曾有雜志介紹了在兩個焊盤之間可布設五根導線的印制板。對于多層板來說，還應以孔徑大小，層數(shù)多少作為綜合衡量標志。第三章PCB工程制作的基本要求3.1菲林底版菲林底版是印制電路板生產(chǎn)的前導工序，菲林底版的質(zhì)量直接影響到印制板生產(chǎn)質(zhì)量。在生產(chǎn)某一種印制線路板時，必須有至少一套相應的菲林底版。印制板的每種導電圖形(信號層電路圖形和地、電源層圖形)和非導電圖形(阻焊圖形和字符)至少都應有一張菲林底片。通過光化學轉(zhuǎn)移工藝，將各種圖形轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)板材上去。菲林底版在印制板生產(chǎn)中的用途如下:圖形轉(zhuǎn)移中的感光掩膜圖形，包括線路圖形和光致阻焊圖形。網(wǎng)印工藝中的絲網(wǎng)模板的制作，包括阻焊圖形和字符。機加工(鉆孔和外型銑)數(shù)控機床編程依據(jù)及鉆孔參考。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對印制板的要求也越來越高。印制板設計的高密度，細導線，小孔徑趨向越來越快，印制板的生產(chǎn)工藝也越來越完善。在這種情況下，如果沒有高質(zhì)量的菲林底版，能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的印制電路板?，F(xiàn)代印制板生產(chǎn)要求菲林底版需要滿足以下條件:第7頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文菲林底版的尺寸精度必須與印制板所要求的精度一致，并應考慮到生產(chǎn)工藝所造成的偏差而進行補償。菲林底版的圖形應符合設計要求，圖形符號完整。菲林底版的圖形邊緣平直整齊，邊緣不發(fā)虛;黑白反差大，滿足感光工藝要求。菲林底版的材料應具有良好的尺寸穩(wěn)定性，即由于環(huán)境溫度和濕度變化而產(chǎn)生的尺寸變化小。雙面板和多層板的菲林底版，要求焊盤及公共圖形的重合精度好。菲林底版各層應有明確標志或命名。菲林底版片基能透過所要求的光波波長，一般感光需要的波長范圍是3000--4000A。以前制作菲林底版時，一般都需要先制出照相底圖，再利用照相或翻版完成菲林底版的制作。今年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，菲林底版的制作工藝也有了很大發(fā)展。利用先進的激光光繪技術(shù)，極大提高了制作速度和底版的質(zhì)量，并且能夠制作出過去無法完成的高精度、細導線圖形，使得印制板生產(chǎn)的CAM技術(shù)趨于完善。3.2基板材料覆銅箔層壓板(CopperCladLaminates，簡寫為CCL)，簡稱覆銅箔板或覆銅板，是制造印制電路板(以下簡稱PCB)的基板材料。目前最廣泛應用的蝕刻法制成的PCB，就是在覆銅箔板上有選擇的進行的蝕刻，得到所需的線路的圖形。覆銅箔板在整個印制電路板上，主要擔負著導電、絕緣和支撐三個方面的功能。印制板的性能、質(zhì)量和制造成本，在很大程度上取決于覆銅箔板。3.3基本制造工藝流程第8頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文印制板按照導體圖形的層數(shù)可以分為單面、雙面和多層印制板。單面板的基本制造工藝流程如下:覆箔板-->下料-->烘板(防止變形)-->制模-->洗凈、烘干-->貼膜(或網(wǎng)印)—>曝光顯影(或抗腐蝕油墨)-->蝕刻-->去膜--->電氣通斷檢測-->清潔處理-->網(wǎng)印阻焊圖形(印綠油)-->固化-->網(wǎng)印標記符號-->固化-->鉆孔-->外形加工-->清洗干燥-->檢驗-->包裝-->成品。雙面板的基本制造工藝流程如下:近年來制造雙面孔金屬化印制板的典型工藝是SMOBC法和圖形電鍍法。在某些特定場合也有使用工藝導線法。1(圖形電鍍工藝流程。覆箔板-->下料-->沖鉆基準孔-->數(shù)控鉆孔-->檢驗-->去毛刺-->化學鍍薄銅-->電鍍薄銅-->檢驗-->刷板-->貼膜(或網(wǎng)印)-->曝光顯影(或固化)-->檢驗修板---->圖形電鍍(Cn十Sn,Pb)-->去膜-->蝕刻-->檢驗修板-->插頭鍍鎳鍍金-->熱熔清洗-->電氣通斷檢測-->清潔處理-->網(wǎng)印阻焊圖形-->固化-->網(wǎng)印標記符號-->固化-->外形加工-->清洗干燥-->檢驗-->包裝-->成品。第9頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文流程中“化學鍍薄銅-->電鍍薄銅”這兩道工序可用“化學鍍厚銅”一道工序替代，兩者各有優(yōu)缺點。圖形電鍍--蝕刻法制雙面孔金屬化板是六、七十年代的典型工藝。八十年代中裸銅覆阻焊膜工藝(SMOBC)逐漸發(fā)展起來，特別在精密雙面板制造中已成為主流工藝。2(裸銅覆阻焊膜(SMOBC)工藝。SMOBC板的主要優(yōu)點是解決了細線條之間的焊料橋接短路現(xiàn)象，同時由于鉛錫比例恒定，比熱熔板有更好的可焊性和儲藏性。制造SMOBC板的方法很多，有標準圖形電鍍減去法再退鉛錫的SMOBC工藝;用鍍錫或浸錫等代替電鍍鉛錫的減去法圖形電鍍SMOBC工藝;堵孔或掩蔽孔法SMOBC工藝;加成法SMOBC工藝等。下面主要介紹圖形電鍍法再退鉛錫的SMOBC工藝和堵孔法SMOBC工藝流程。圖形電鍍法再退鉛錫的SMOBC工藝法相似于圖形電鍍法工藝。只在蝕刻后發(fā)生變化。雙面覆銅箔板-->按圖形電鍍法工藝到蝕刻工序-->退鉛錫-->檢查---->清洗--->阻焊圖形-->插頭鍍鎳鍍金-->插頭貼膠帶-->熱風整平---->清洗--->網(wǎng)印標記符號--->外形加工--->清洗干燥--->成品檢驗-->包裝-->成品。堵孔法主要工藝流程如下:雙面覆箔板-->鉆孔-->化學鍍銅-->整板電鍍銅-->堵孔-->網(wǎng)印成像(正像)-->蝕刻-->去網(wǎng)印料、去堵孔料-->清洗-->阻焊圖形-->插頭鍍鎳、鍍金-->插頭貼膠帶-->熱風整平-->下面工序與上相同至成品。第10頁共15頁湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學校畢業(yè)論文此工藝的工藝步驟較簡單、關(guān)鍵是堵孔和洗凈堵孔的油墨。在堵孔法工藝中如果不采用堵孔油墨堵孔和網(wǎng)印成像，而使用一種特殊的掩蔽型干膜來掩蓋孔，再曝光制成正像圖形，這就是掩蔽孔工藝。它與堵孔法相比，不再存在洗凈孔內(nèi)油墨的難題，但對掩蔽干膜有較高的要求。SMOBC工藝的基礎是先制出裸銅孔金屬化雙面板，再應用熱風整平工藝。二、PCB工程制作:對于PCB印制板的生產(chǎn)來說，因為許多設計者并不了解線路板的生產(chǎn)工藝，所以其設計的線路圖只是最基本的線路圖，并無法直接用于生產(chǎn)。因此在實際生產(chǎn)前需要對線路文件進行修改和編輯，不僅需要制作出可以適合本廠生產(chǎn)工藝的菲林圖，而且需要制作出相應的打孔數(shù)據(jù)、開模數(shù)據(jù)，以及對生產(chǎn)有用的其它數(shù)據(jù)。它直接關(guān)系到以后的各項生產(chǎn)工程。這些都要求工程技術(shù)人員要了解必要的生產(chǎn)工藝，同時掌握相關(guān)的軟件制作，包括常見的線路設計軟件如:Protel、Pads2000、Autocad等等，更應熟悉必要的CAM軟件如:View2001、CAM350;GCCAM等等，CAM應包括有PCB設計輸入，可以對電路圖形進行編輯、校正、修理和拼版，以磁盤為介質(zhì)材料，并輸出光繪、鉆孔和檢測的自動化數(shù)據(jù)。第四章PCB工程制作的基本要求PCB工程制作的水平，可以體現(xiàn)出設計者的設計水準，也可以反映出印制板生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝能力和技術(shù)水平。同時由于PCB工程制作融計算機輔助設計和輔助制造于一體，要求極高的精度和準確性，否則將影響到最終板載電子品的電氣性能，嚴重時可能引起差錯，進而導致整批印制板產(chǎn)品報廢而延誤生產(chǎn)廠家合同交貨