多层板制作流程

1CompanyConfidential多层板制作流程制作：黄炜Apr.26,20122CompanyConfidential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超过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。总而言之，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。3CompanyConfidential材料二.材料:1SYE使用的板材一览表4CompanyConfidential三.能力能力SYE多层板的基本制程能力比内层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7mm最大完成板厚1:1盲孔纵横比28”*42”最大完成板尺寸13：1镀通孔纵横比4-40层层数制程能力项目制程能力项目5CompanyConfidential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：6CompanyConfidential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)7CompanyConfidential流程内层干膜是将内层线路图形转移到PCB板上的过程。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。2.内层干膜：(INNERDRYFILM）8CompanyConfidential流程2.内层干膜前处理9CompanyConfidential流程内层贴膜2.内层干膜10CompanyConfidential流程对位与曝光2.内层干膜11CompanyConfidential流程对位与曝光2.内层干膜12CompanyConfidential流程蚀刻后的AOI检板2.内层干膜13CompanyConfidential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）14CompanyConfidential流程3.黑化和棕化：棕化线黑化线15CompanyConfidential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)16CompanyConfidential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。17CompanyConfidential流程4.层压经过层压后的PCB叠层示意图18CompanyConfidential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。19CompanyConfidential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。20CompanyConfidential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）。21CompanyConfidential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。22CompanyConfidential7.外层干膜与图形电镀(DRYFILM&PATTERNPLATING)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。23CompanyConfidential8.湿菲林（阻焊）WETFILMSOLDERMASK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：24CompanyConfidential前处理——涂覆——预烘——曝光——显影——UV固化——热固化流程8.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。25CompanyConfidential9.字符（C/MPRINTING)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。26CompanyConfidential10.铣外形(PROFILING)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、倒角尺寸、内角尺寸。设计时还需考虑图形到板边的安全距离等等。27CompanyConfidential11.电子测试(E-TEST)流程电子测试即PCB的电气性能测试，通常又称为PCB的通”、“断”测试。在PCB厂家使用的电气测试方式中，最常用的是针床测试和飞针测试两种。1.针床测试需要提前制作专用的针床。由于针床制作的成本非常高，所以主要用于量产产品的测试。其缺点是制作成本高，而且一旦改版，哪怕微小的变动也会导致专用针床的报废。优点是测试速度非常快，在大批量生产时效率高。2.飞针测试使用的是飞针测试机，它通过两面的移动探针（多对）分别测试每个网络的导通情况。由于探针可以自由移动，所以飞针测试也属于通用类测试。其优点是通用性强，任何设计都可以通过改变程序来进行测试；缺点是测试速度非常慢，通常要数十分钟甚至数十小时才能测一块板。28CompanyConfidential流程11.针床与飞针针床测试29CompanyConfidential流程11.针床与飞针飞针测试30CompanyConfidential12.化学沉锡ImmersionTin流程化学镀锡，也称为沉锡。化学镀锡工艺是用化学沉积的方式将锡沉积到PCB表面。其锡厚为0.8μm～1.2μm，呈灰白色到亮色，能很好的保证PCB板面的平整度及连接盘的共面性。由于化学镀锡层是焊料的主要成分。所以化学镀锡层不仅是连接盘的保护镀层，也是直接焊层。由于其不含铅，符合当今的环保要求，所以也是无铅焊接中主要的一种表面处理方式。现在的化学镀锡液中加入了新型的添加剂，反应方程式也得以完全改变，使锡层的树枝状结构结晶变成了颗粒状结晶，已经避免了锡丝的树枝状生长的隐患问题，同时也减少了铜锡合金生