PCB多层板制作流程

1多层板制作流程東莞生益電子有限公司Feb.26,20062前言東莞生益電子有限公司前言由于高科技的发展迅速，大部分的电子产品都开始向多层化的方向发展。传统的单、双面板已经不能满足设计和使用的要求。多层板的制作在整个PCB制作中已经占主导地位。为了适应市场的要求，大多数PCB厂家都在提升自己的内层技术能力。本文主要介绍了普通多层板的材料分类、基本的制作能力、多层板的制作流程以及根据制作工艺对多层PCB设计的建议。3東莞生益電子有限公司概述一.概述：多层板，是指拥有三层以上的导电图形层，并通过与其间的绝缘材料以相隔层压而制成的PCB。随着电子技术向高速、多功能、大容量和便携低耗方向发展，多层数PCB板的应用越来越广泛，其层数及密度也越来越高，对应的结构也日趋复杂。多层板的制作如今已成为整个PCB行业的最主要的组成部分。目前生益电子的制板平均层数已经达到8层，在内层制作能力、层压能力等方面都已经达到较高的水平。多层板技术的出现，是PCB行业的一个重大发展，它使得整个线路板技术突飞猛进。41、材料的分类1.铜箔：导电图形构成的基本材料2.芯板(CORE)：线路板的骨架，双面覆铜的板子，即可用于内层制作的双面板。3.半固化片(Prepreg):多层板制作不可缺少的材料，芯板与芯板之间的粘合剂，同时起到绝缘的作用。4.阻焊油墨：对板子起到防焊、绝缘、防腐蚀等作用。5.字符油墨：标示作用。6.表面处理材料：包括铅锡合金、镍金合金、银、OSP等等。東莞生益電子有限公司材料二.材料:52、层压的绝缘层材料2.1SYE使用的板材一览表東莞生益電子有限公司材料Item2006MaterialNormalMaterialMICA/EG-150T,SYST/S1141,Grace/MTC-97HighTGMaterialMICA/ND-50，HITACHI/MCL-E-679(F),Nelco/N4000-6,ISOLA/FR406,Matsushita/5715,Nelco/N5000-30/32LowDkMaterialRogers/RO4003、RO4350,Nelco/N4000-13,ARLON/25FR、25N,HITACHI/MCL-LX-67FHalogenFreeMaterialHITACHI/MCL-BE-67G,NELCO/N4000-2EFTM,Matsushita/R-1566Anti-CAFMaterialNelco/N4000-7,SYST/S1141CAF,Matsushita/R-1766GHighDkMaterialHITACHI/MCL-HD-676東莞生益電子有限公司材料2.2最常用的FR-4半固化片材料的各种类型材料名称材料类型原始介质厚度（um）76281932116122331399FR41080747東莞生益電子有限公司材料下图是SYE制作的一个16层板的切面结构8三.能力東莞生益電子有限公司能力比内层pad大5mil对位能力3oz最大内层底铜厚度+/-7%阻抗公差1/2oz最小内层底铜厚度0.5mm制作BGA最小PITCH3oz最大外层底铜厚度≥+/-20%蚀刻公差1/3oz最小外层底铜厚度3mil/3mil内层最小线宽/间距0.10mm最小激光孔钻孔孔径3.5mil/4mil外层最小线宽/间距0.20mm最小机械孔钻孔孔径3mil最小芯板厚度0.40mm最小完成板厚+/-2mil机械孔孔位公差7.5mm最大完成板厚1:1盲孔纵横比28”*42”最大完成板尺寸11：1镀通孔纵横比4-40层层数制程能力项目制程能力项目SYE多层板的基本制程能力9東莞生益電子有限公司流程下面我们将以一个8层板为例来说明多层板的制作流程：四.流程：10東莞生益電子有限公司流程开料是把原始的敷铜板切割成能在生产线上制作的板子的过程。首先我们来了解几个概念：1.UNIT：UNIT是指客户设计的单元图形。2.SET：SET是指客户为了提高效率、方便生产等原因，将多个UNIT拼在一起成为的一个整体图形。它包括单元图形、工艺边等等。3.PANEL：PANEL是指PCB厂家生产时，为了提高效率、方便生产等原因，将多个SET拼在一起并加上工具板边，组成的一块板子。我们采购回来的大料有以下几种尺寸：36.5INCH×48.5INCH、40.5INCH×48.5INCH、42.5INCH×48.5INCH等等。作为PCB设计的工程师与PCB制作的工程师，利用率是大家共同关注的问题。1.开料（CUT)11東莞生益電子有限公司流程在PCB制作中我们会提到图形转移这个概念，因为导电图形的制作是PCB制作的根本。所以图形转移过程对PCB制作来说，有非常重要的意义。内层干膜包括内层贴膜、曝光显影、内层蚀刻等多道工序。内层贴膜就是在铜板表面贴上一层特殊的感光膜。这种膜遇光会固化，在板子上形成一道保护膜。曝光显影是将贴好膜的板将进行曝光，透光的部分被固化，没透光的部分还是干膜。然后经过显影，褪掉没固化的干膜，将贴有固化保护膜的板进行蚀刻。再经过退膜处理，这时内层的线路图形就被转移到板子上了。对于设计人员来说，我们最主要考虑的是布线的最小线宽、间距的控制及布线的均匀性。因为间距过小会造成夹膜，膜无法褪尽造成短路。线宽太小，膜的附着力不足，造成线路开路。所以电路设计时的安全间距（包括线与线、线与焊盘、焊盘与焊盘、线与铜面等），都必须考虑生产时的安全间距。内层干膜是将内层线路图形转移到PCB板上的过程。2.内层干膜：(INNERDRYFILM）12東莞生益電子有限公司流程2.内层干膜前处理13東莞生益電子有限公司流程2.内层干膜内层贴膜14東莞生益電子有限公司流程2.内层干膜对位与曝光15東莞生益電子有限公司流程2.内层干膜对位与曝光16東莞生益電子有限公司流程2.内层干膜蚀刻后的AOI检板17東莞生益電子有限公司流程黑化和棕化的目的1.去除表面的油污，杂质等污染物；2.增大铜箔的比表面，从而增大与树脂接触面积，有利于树脂充分扩散，形成较大的结合力；3.使非极性的铜表面变成带极性CuO和Cu2O的表面，增加铜箔与树脂间的极性键结合；4.经氧化的表面在高温下不受湿气的影响，减少铜箔与树脂分层的几率。内层线路做好的板子必须要经过黑化或棕化后才能进行层压。它是对内层板子的线路铜表面进行氧化处理。一般生成的Cu2O为红色、CuO为黑色，所以氧化层中Cu2O为主称为棕化、CuO为主的称为黑化。3.黑化和棕化：(BLACKOXIDATION）18東莞生益電子有限公司流程3.黑化和棕化：棕化线黑化线19東莞生益電子有限公司流程层压1.层压是借助于B—阶半固化片把各层线路粘结成整体的过程。这种粘结是通过界面上大分子之间的相互扩散，渗透，进而产生相互交织而实现。2.目的：将离散的多层板与黏结片一起压制成所需要的层数和厚度的多层板。4.层压：(PRESSING)20東莞生益電子有限公司流程4.层压层压1.排版将铜箔，黏结片（半固化片），内层板，不锈钢，隔离板，牛皮纸，外层钢板等材料按工艺要求叠合。如果六层以上的板还需要预排版。2.层压过程：将叠好的电路板送入真空热压机。利用机械所提供的热能，将树脂片内的树脂熔融，借以粘合基板并填充空隙。21東莞生益電子有限公司流程4.层压钻销钉孔22東莞生益電子有限公司流程4.层压排版23東莞生益電子有限公司流程4.层压经过层压后的PCB叠层示意图24東莞生益電子有限公司流程4.层压对于设计人员来说，层压首先需要考虑的是对称性。因为板子在层压的过程中会受到压力和温度的影响，在层压完成后板子内还会有应力存在。因此如果层压的板子两面不均匀，那两面的应力就不一样，造成板子向一面弯曲，大大影响PCB的性能。另外，就算在同一平面，如果布铜分布不均匀时，会造成各点的树脂流动速度不一样，这样布铜少的地方厚度就会稍薄一些，而布铜多的地方厚度就会稍厚一些。为了避免这些问题，在设计时对布铜的均匀性、叠层的对称性、盲埋孔的设计布置等等各方面的因数都必须进行详细考率。25東莞生益電子有限公司流程5.机械钻孔目前来说，对于成品孔径在8MIL及以上的穿孔，我们都可以采用机械钻孔的形式来加工。机械钻孔就是利用钻刀高速切割，在PCB上形成上下贯通的穿孔。26東莞生益電子有限公司流程6.去钻污与沉铜目的：将贯通孔金属化。概念：•电路板的基材是由铜箔，玻璃纤维，环氧树脂组成。在制作过程中基材钻孔后孔壁截面就是由以上三部分材料组成。•孔金属化就是要解决在截面上覆盖一层均匀的，耐热冲击的金属铜。•流程分为三个部分：一去钻污流程，二化学沉铜流程，三加厚铜流程（全板电镀铜）。27東莞生益電子有限公司流程6.沉铜与加厚铜孔的金属化涉及到一个能力的概念，厚径比。厚径比是指板厚与孔径的比值。当板子不断变厚，而孔径不断减小时，化学药水越来越难进入钻孔的深处，虽然电镀设备利用振动、加压等等方法让药水得以进入钻孔中心，可是浓度差造成的中心镀层偏薄仍然无法避免。这时会出现钻孔层微开路现象，当电压加大、板子在各种恶劣情况下受冲击时，缺陷完全暴露，造成板子的线路断路，无法完成指定的工作。所以，设计人员需要及时的了解制板厂家的工艺能力，否则设计出来的PCB就很难在生产上实现。需要注意的是，厚径比这个参数不仅在通孔设计时必须考虑，在盲埋孔设计时也需要考虑。287.外层干膜与图形电镀(DRYFILM&PATTERNPLATING)東莞生益電子有限公司流程外层图形转移与内层图形转移的原理差不多，都是运用感光的干膜和拍照的方法将线路图形印到板子上。外层干膜与内层干膜不同在于：⒈　如果采用减成法，那么外层干膜与内层干膜相同，采用负片做板。板子上被固化的干膜部分为线路。去掉没固化的膜，经过酸性蚀刻后退膜，线路图形因为被膜保护而留在板上。⒉　如果采用正常法，那么外层干膜采用正片做板。板子上被固化的部分为非线路区（基材区）。去掉没固化的膜后进行图形电镀。有膜处无法电镀，而没有膜处，先镀上铜后镀上锡。退膜后进行碱性蚀刻，最后再退锡。线路图形因为被锡的保护而留在板上。298.湿菲林（阻焊）WETFILMSOLDERMASK東莞生益電子有限公司流程1.概念：阻焊工序是在板子的表面增加一层阻焊层。这层阻焊层称为阻焊剂（SolderMask）或称阻焊油墨，俗称绿油。其作用主要是防止导体线路等不应有的上锡，防止线路之间因潮气、化学品等原因引起的短路，生产和装配过程中不良操作造成的断路、绝缘以及抵抗各种恶劣环境，保证印制板的功能等。2.原理：目前PCB厂家使用的这层油墨基本上都采用液态感光油墨。其制作原理与线路图形转移有部分的相似。它同样是利用菲林遮挡曝光，将阻焊图形转移到PCB表面。其具体流程如下：30前处理——涂覆——预烘——曝光——显影——UV固化——热固化東莞生益電子有限公司流程12.湿菲林湿菲林的流程：与此工序相关联的是soldmask文件，其涉及到的工艺能力包含了阻焊对位精度、绿油桥的大小、过孔的制作方式、阻焊的厚度等等参数。同时阻焊油墨的质量还会对后期的表面处理、SMT贴装、保存及使用寿命带来很大的影响。加上其整个工序制作时间长、制作方式多，所以是PCB生产的一个重要工序。目前过孔的设计与制作方式是众多设计工程师比较关心的问题。而阻焊带来的表观问题则是PCB质检工程师重点检查的项目。319.字符（C/MPRINTING)東莞生益電子有限公司流程由于字符精度要求比线路和阻焊要低，目前PCB上的字符基本采用了丝网印刷的方式。工序先按照字符菲林制作出印板用的网，然后再利用网将字符油墨印到板上，最后将油墨烘干。3210.铣外形(PROFILING)東莞生益電子有限公司流程到目前为止，我们制作的PCB一直都属于PANEL的形式，即一块大板。现在因为整个板子的制作已经完成，我们需要将交货图形按照（UNIT交货或SET交货）从大板上分离下来。这时我们将利用数控机床按照事先编好的程序，进行加工。外形边、条形铣槽，都将在这一步完成。如有V-CUT，还需增加V-CUT工艺。在此工序涉及到的能力参数有外形公差、倒角尺