PCB制前工程.ppt

1、2020/9/5,PCB制前工程,1,PCB制前工程,南京協(xié)力電子科技集團(tuán),2011-04-27,我國PCB產(chǎn)業(yè)屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托制作空板（BareBoard）而已，不像美國，很多PCBShop是包括了線路設(shè)計，空板制作以及裝配(Assembly)的Turn-Key業(yè)務(wù)。 以前，只要客戶提供的原始數(shù)據(jù)如Drawing, Artwork,Specification，再以手動翻片、排版、打帶等作業(yè)，即可進(jìn)行制作，但近年由于電子產(chǎn)品日趨輕薄短小，PCB的制造面臨了幾個挑戰(zhàn): （1）薄板 （2）高密度 （3）高性能 （4）高速 （5）產(chǎn)品周期縮短 （6）降低成本等。 以往以燈桌、筆刀、貼

2、圖及照相機(jī)做為制前工具，現(xiàn)在己被計算機(jī)、工作軟件及激光繪圖機(jī)所取代。過去，以手工排版，或者還需要Micro-Modifier來修正尺寸等費時耗工的作業(yè)，今天只要在CAM(ComputerAidedManufacturing)工作人員取得客戶的設(shè)計資料，可能幾小時內(nèi)，就可以依設(shè)計規(guī)則或DFM(DesignForManufacturing)自動排版并變化不同的生產(chǎn)條件。同時可以output 如鉆孔、成型、測試治具等資料。,2020/9/5,PCB制前工程,2,前言,2020/9/5,PCB制前工程,3,目錄,相關(guān)名詞的定義與解說 制前設(shè)計流程 結(jié)語,2020/9/5,PCB制前工程,4,相關(guān)名詞的

3、定義與解說,A. Gerber file 這是一個從PCB CAD 軟件輸出的數(shù)據(jù)文件做為光繪圖語言。1960 年代一家名叫Gerber Scientific（現(xiàn)在叫Gerber System）專業(yè)做繪圖機(jī)的美國公司所發(fā)展出的格式，爾后二十年，營銷于世界四十多個國家。幾乎所有CAD 系統(tǒng)的發(fā)展，也都依此格式作其Output Data，直接輸入繪圖機(jī)就可繪出Drawing 或Film，因此Gerber Format 成了電子業(yè)界的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。 B. RS-274D 是Gerber Format 的正式名稱，正確稱呼是EIA STANDARD RS-274D(Electronic Industrie

4、s Association)主要兩大組成：1.Function Code：如G codes, D codes, M codes 等 2.Coordinate data：定義圖像（imaging） C. RS-274X 是RS-274D 的延伸版本，除RS-274D 之Code 以外，包括RS-274X Parameters，或稱整個extended Gerber format 它以兩個字母為組合，定義了繪圖過程的一些特性。 D. IPC-350 IPC-350是IPC發(fā)展出來的一套neutral format,可以很容易由PCB CAD/CAM產(chǎn)生,然后依此系統(tǒng),PCB SHOP 再產(chǎn)生NC

5、DrillProgram,Netlist,并可直接輸入Laser Plotter 繪制底片. E. Laser Plotter（繪圖儀） 見圖2.1,輸入Gerber format 或IPC 350 format 以繪制Artwork,2020/9/5,PCB制前工程,5,相關(guān)名詞的定義與解說,F. Aperture List and D-Codes 見表 2.1及圖2.2,舉一簡單實例來說明兩者關(guān)系, Aperture的定義亦見圖2.1,表 2.1,圖 2.1,圖 2.2,1.客戶必須提供的數(shù)據(jù)： 電子廠或裝配工廠，委托PCB SHOP生產(chǎn)空板（Bare Board）時，必須提供下列數(shù)據(jù)以供

6、制作。見表料號數(shù)據(jù)表-供制前設(shè)計使用. 上表數(shù)據(jù)是必備項目，有時客戶會提供一片樣品,一份零件圖，一份保證書（保證制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質(zhì)）等。這些額外數(shù)據(jù)，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機(jī)。 2 .資料審查 面對這么多的數(shù)據(jù)，制前設(shè)計工程師接下來所要進(jìn)行的工作程序與重點，如下所述。 A.審查客戶的產(chǎn)品規(guī)格，是否廠內(nèi)制程能力可及，審查項目見承接料號制程能力檢查表. B.原物料需求（BOM-Bill of Material） 根據(jù)上述資料審查分析后，由BOM的展開，來決定原物料的廠牌、種類及規(guī)格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、膠片（Prepreg）、銅箔（Co

7、pper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等。另外客戶對于Finish的規(guī)定,將影響流程的選擇,當(dāng)然會有不同的物料需求與規(guī)格，例如：軟、硬金、噴钖、OSP等。 表歸納客戶規(guī)范中，可能影響原物料選擇的因素。 C.上述乃屬新數(shù)據(jù)的審查,審查完畢進(jìn)行樣品的制作.若是舊資料,則須Check有無戶ECO (Engineering Change Order) .再進(jìn)行審查.,2020/9/5,PCB制前工程,6,制前設(shè)計流程,2020/9/5,PCB制前工程,7,制前設(shè)計流程,D.排版 排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（排版最佳化，可減少板

8、材浪費）；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。 有些工廠認(rèn)為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多.下列是一些考慮的方向： 一般制作成本，直、間接原物料約占總成本3060%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬（銅、钖、鉛），化學(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時，會做連片設(shè)計，以使裝配時能有最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)計人員，應(yīng)和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以下幾個因素。 a.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率（裁切方式與

9、磨邊處理須考慮進(jìn)去）。 b.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免浪費。 c.連片時，piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。 d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸. e.不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣。 較大工作尺寸，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設(shè)計的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗是相當(dāng)重要的。,2020/9/5,PCB制前工程,8,制前設(shè)計流程,3. 著手設(shè)計 所有數(shù)據(jù)檢核齊全后，開始分工設(shè)計：

10、 A. 流程的決定(Flow Chart) 由數(shù)據(jù)審查的分析確認(rèn)后，設(shè)計工程師就要決定最適切的流程步驟。 傳統(tǒng)多層板的制作流程可分作兩個部分:內(nèi)層制作和外層制作.以下圖標(biāo)幾種代 表性流程供參考.見圖2.3 與 圖2.4 . B. CAD/CAM作業(yè) a. 將Gerber Data 輸入所使用的CAM系統(tǒng)，此時須將apertures和shapes定義好。目前，己有很多PCB CAM系統(tǒng)可接受IPC-350的格式。部份CAM系統(tǒng)可產(chǎn)生外型NC Routing 檔，不過一般PCB Layout設(shè)計軟件并不會產(chǎn)生此文件。 有部份專業(yè)軟件或獨立或配合NC Router,可設(shè)定參數(shù)直接輸出程序. Shap

11、es 種類有圓、正方、長方,亦有較復(fù)雜形狀，如內(nèi)層之thermal pad等。著手設(shè)計時，Aperture code和shapes的關(guān)連要先定義清楚，否則無法進(jìn)行后面一系列的設(shè)計。 b. 設(shè)計時的Check list 依據(jù)check list審查后，當(dāng)可知道該制作料號可能的良率以及成本的預(yù)估。 c. Working Panel排版注意事項： PCB Layout工程師在設(shè)計時，為協(xié)助提醒或注意某些事項，會做一些輔助的記號做參考，所以必須在進(jìn)入排版前，將之去除。,2020/9/5,PCB制前工程,9,制前設(shè)計流程,圖2.3,圖2.4,多層盲/埋孔制程,制前設(shè)計流程,d. 底片與程序： 底片Art

12、work 在CAM系統(tǒng)編輯排版完成后，配合D-Code檔案，而由雷射繪圖機(jī)（Laser Plotter）繪出底片。所須繪制的底片有內(nèi)外層之線路，外層之防焊，以及文字底片。 由于線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴(yán)謹(jǐn)，因此底片尺寸控制，是目前很多PCB廠的一大課題。表是傳統(tǒng)底片與玻璃底片的比較表。玻璃底片使用比例已有提高趨勢。而底片制造商亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如干式做法的鉍金屬底片. 一般在保存以及使用傳統(tǒng)底片應(yīng)注意事項如下： 1.環(huán)境的溫度與相對溫度的控制 2.全新底片取出使用的前置適應(yīng)時間 3.取用、傳遞以及保存方式 4.置放或操作區(qū)域的清潔度,2020/9/5,PCB制

13、前工程,11,制前設(shè)計流程,程序 ：含一,二次孔鉆孔程序，以及外形Routing程序其中NC Routing程序一般須另行處理 e. DFMDesign for manufacturing .PCB layout 工程師大半不太了解，PCB制作流程以及各制程需要注意的事項，所以在Lay-out線路時，僅考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。PCB制前設(shè)計工程師因此必須從生產(chǎn)力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線PAD修正成淚滴狀，見圖2.5,為的是制程中PAD一孔對位不準(zhǔn)時，尚能維持最小的墊環(huán)寬度。 但是制前工程師的修正，有時卻會影響客戶產(chǎn)品的特性甚或性能，所以不得不謹(jǐn)慎。PCB廠必須有一套針對廠內(nèi)制程上的特性而編輯的規(guī)范除了改善產(chǎn)品良率以及提升生產(chǎn)力外，也可做為和PCB線路Lay-out人員的溝通語言，見圖2.6 . C. Tooling 指AOI與電測Netlist檔.AOI由CAD reference文件產(chǎn)生AOI系統(tǒng)可接受的數(shù)據(jù)、且含容差，而電測Net list檔則用來制作電測治具Fixture。,2020/9/5,PCB制前工程,12,制前設(shè)計流程,圖2.5,圖2.6,2020/9/5,PCB制前工程,13,結(jié)