PCB加工基础知识
第一章 PCB基础知识
1、印制电路板的名称
印制电路板的英文名称为：The Printed Cricuit Board，通常缩写为：PCB。在电子产品 中，印制电路板的主要功能为支撑电路元件和互连电路元件，即支撑和互连两大作 用。
2、印制电路板的发展
1、印制电路概念于1936年由英国Eisler博士提出；
2、1953年出现了双面板，并采用电镀工艺使两面导线互连； 3、1960年出现了多层板；
4、1990年出现了积层多层板；
5、一直发展到今天，印制板老的种类提高，新的种类开拓，随着整个科技水平，工业 水平的提高，印制板行业得到了蓬勃发展。
3、印制电路板常用基材
印制电路板常用基材可以分为：
1、单、双面PCB用基板材料（覆铜薄层压板，简称为覆铜板，英文缩写为CCL）； 2、多层PCB用基板材料（内芯薄型覆铜板、半固化片等）；
常用的FR-4覆铜板包括以下几部分：a、玻璃纤维布，b、环氧树脂，c、铜箔。 印制电路板上，PCB用基板材料主要担负着导电、绝缘和支撑三个方面的功能；
铜箔
玻璃布+树脂 铜箔
4、印制电路板的加工流程
多层板常规的加工流程为：1、内层覆铜板下料；2、内层图形；3、内层蚀刻；4、冲定 位孔；5、内层检验；6、棕化；7、层压叠板；8、层压；9、铣边；10、钻孔；11、沉 铜；12、电镀加厚；13、外层图形； 14、图形电镀；15、外层蚀刻；16、外层检验； 17、阻焊印刷、字符；18、表面涂覆；19、铣外形；20、电测试；21、成品检验；22、 终审；23、包装出货；
按照加工原理，分为：机械加工、图形处理和湿法处理三大类；
第二章 PCB加工流程
2.1、下料
目的
依制工程设计要求，选用指定芯板（半固化片、铜箔）按照MI（生产制作指示）指定 的长宽尺寸进行切割，将基板材料裁切成工作所需尺寸供下工序加工。
目的
利用影像转移原理制作内层线路，制作流程为：前处理
贴膜 曝光 显影 内层蚀刻
前处理
利用刷轮去除铜面上的污染物，增加铜面粗糙度，以利于后续的贴膜操作，如下图所示：
铜箔 绝缘层
前处理后铜面状况示意
2.2、内层图形
贴膜
将经处理之基板铜面透过热压方式贴上抗蚀干膜，主要原物料为干膜。 曝光
经光源作用将原始底片上的图像转移到感光底板上，主要原物料为底片。曝光时透光部 分发生光聚合反应，不透光的部分不发生反应；
UV光 干膜
曝光前 曝光后
显影
用化学药水作用将未发生化学反应的干膜部分冲掉，而发生化学反应的干膜则保留在板 面上作为蚀刻时的抗蚀保护层。
显影前 显影后
2.3、内层蚀刻
目的
利用药液将显影后露出的铜蚀掉，然后 利用化学药水将保护铜面之抗蚀干膜层 剥掉，露出铜层，形成内层线路图形。 主要原物料为蚀刻药液。
蚀刻前
蚀刻后
去膜后
2.4、内层检验
目的
通过内层检验，对内层生产板进行检查,挑出异常板并进行处理；收集品质信息并及时反馈 处理，避免重大异常发生。
AOI检验，全称为Automatic Optical Inspection，自动光学检测；
原理为通过光学反射原理将图像回馈至设备处理，与设定的逻辑判断原则或资料图形相比 较，找出缺陷位置。 注意事项
由于AOI所用的测试方式为逻辑比较，一定会存在一些误判的缺点，故需通过人工加以确认。
2.5、棕化
目的
粗化铜面，增加与树脂接触表面积，增强内层铜与半固化片的结合力；主要原物料为棕 化药液。 工艺流程
内层检验来料→（超声波水洗→）酸洗→水洗→除油→水洗→棕化预浸→棕化→水洗→ 烘干→配板
工艺原理
黑化：CU+H2O2+黑化液→CUO+H2O
棕化：CU+H++H2O2+棕化液→铜氮硫有机金属物+H2O 控制重点
过程控制：通过控制反应时间、温度、药水浓度来控制黑化、棕化的厚度。 品质控制：抗拉强度（IPC标准要求抗拉强度大于4.5磅/平方英寸） 注意事项
棕化层很薄，极易发生划伤问题，操作时需注意拿板、放板等动作；
棕化前
棕化后
2.6、层压配板
1、配板
把邦定/铆合后的内层（常规四层板只有一个芯板）按照MI要求配上外层半固化片； 控制要点
防止划伤（棕化层）； 2、定位方式
邦定、铆钉、有销、无销和邦钉＋铆钉 概述
把内层芯板和半固化片按照MI要求定位于工具板上，然后把各层固定在一起； 目的
对需要进行层压的内层板进行预定位。
2.7、层压
叠板概述
把配好的板按要求铺上外层铜箔后放入垫有牛 皮纸的托盘中并用打磨干净的隔离钢板层层隔离 。
压合概述
在适当的升温速率与压力作用下使半固化树脂充 分流动填充芯板图形的同时把芯板粘接在一起。
2.8、钻孔
目的
利用数控钻床选择不同规格的钻头对表面平整 的PCB进行加工以得到MI要求的孔径，在板面 上钻出层与层之间线路连接的导通孔。控制要点
①叠板层数；②钻头规格（钻径、刃磨次数）； ③主轴转速、进给速度、退刀速度。
盖板钻头 垫板
2.9、沉铜
目的
通过化学反应，在已经钻完孔的孔壁上沉积上一 层铜，实现孔金属化。 工艺流程
钻孔来料→刷板→（超声波水洗→）溶胀→ 水洗 →去钻污→水洗→中和→水洗→除油→水洗→ 微蚀→水洗→活化预浸→活化→解胶→化学沉铜 →水洗→（烘干→）电镀
主要反应原理
去钻污：4Mno-4+C+4OH-→4MnO2-4+CO2↑+H2O 再生：MnO2-4-e→ Mno-4
活化中心形成：Pd(SnCl3)-+H2O→ Pd+Sn(OH)2↓+Cl- 沉铜：Cu+2HCHO+ 4OH-→Cu+2HCOO-+ 2H2O+H2 ↑ 过程控制
去钻污厚度、微蚀厚度、沉铜厚度、背光级数； 品质控制
灯芯效应、树脂收缩、层间结合力； 主要缺陷
孔内空洞、层间分离、孔内铜瘤；
2.10、电镀
目的
在化学沉铜的基础上进行电镀铜，实现层与层之间的导通。 工艺流程
掩孔全板电镀（加厚电镀）：沉铜来板→除油→水洗→镀铜预浸→电镀铜→水洗→烘干 →外层图形；图形电镀：加厚完毕后进行下面的流程，外层图形→除油→水洗→微蚀→ 水洗→镀铜预浸→电镀铜→水洗→镀锡预浸→电镀锡→水洗→烘干→碱性蚀刻；
电镀铜层
主要反应原理
铜阳极的电解Cu-e →Cu+（快速），Cu+-e →Cu2+（慢速）； 零件板的电镀Cu2+ +2e →Cu； 过程控制
通过药水作用控制电镀时间、电流密度、电镀面积来获取具有一定延展性能的电镀铜。 品质控制
孔壁铜厚、表面铜厚、铜层延展性 主要缺陷
镀层不均、板面铜粒（孔内铜渣）、电镀凹坑、 孔壁断裂、渗镀
掩孔电镀与图形电镀加工工艺优缺点比较：
掩孔电镀 优点 1.加工流程短，相对产能大； 2.图形分布不影响电镀的加工， 板面、孔镀铜分布较均匀； 3.能较好的控制线条的阻抗加 工； 1.采用负片图形加工，对零件板 的对位程度要求高； 2.镀铜厚度分布均匀性要求高； 3.在电镀后制作图形前需要专门 的设备对板面做处理； 图形电镀 1.采用负片图形加工，对零件板的对 位程度要求低； 2.适合于细密线条的加工； 缺点 1.加工流程长，相对产能小 2.电镀缺陷较多 3.不利于阻抗线条加工的控制 4.加工过程中图形分布较大； 2.11、外层图形
内层图形的目的:经过钻孔及通孔电镀后，内外层已经连通，利用影像转移原理制作外 层线路，以达电性的完整，制作流程为：
前处理
贴膜 曝光 显影 外层蚀刻
前处理
利用刷轮去除铜面上的污染物，增加铜面粗糙度，以利于后续的贴膜操作； 贴膜
将经处理之基板铜面透过热压方式贴上抗蚀干膜，主要原物料为干膜。 曝光
经光源作用将原始底片上的图像转移到感光底板上，最终形成客户需要的导电图形。
显影
把尚未发生聚合反应的区域用显像液冲洗掉 ，已感光部分因已发生聚合反应洗不掉而留 在铜面上成为蚀刻或电镀的保护层。
底片
外层曝光示意图UV光
外层显影示意图
干膜
2.12、外层蚀刻
目的
通过腐蚀反应获取客户所需的板面图形。 工艺流程
酸性蚀刻：外图来板→蚀刻→水洗→退膜→水洗→烘干→外层检验；
碱性蚀刻：图电来板→退膜→水洗→蚀刻→水洗→退锡→水洗→烘干→外层检验；
主要反应原理
酸性蚀刻：Cu+Cu2+→2Cu+ ；
再生：6H++6Cu++ClO-3 →6Cu2+ +Cl-+3H2O HCl提供酸性条件，通过氯酸钠做再生剂。 碱性蚀刻：Cu+Cu2+→ 2Cu+；
再生：氧化剂+ Cu+→ Cu2++H2O；
氨水提供碱性条件，通过特定氧化剂做再生剂。
褪锡：4HNO3+Sn/Pb+OX→Pb(NO3)2+Sn(NO3)2+R； 再生：R+O2→OX；
氧化剂作用在于加速褪锡速率，稳定剂可抑制与铜的反应。 过程控制
铜离子含量、PH值、溶液的比重（溶液的添加均采用自动添加系统）、蚀刻速率； 品质控制
线宽、线距、蚀刻因子；
2.13、外层检验
通过外层检验，对外层生产板进行检查,挑出异常板并进行处理；收集品质信息并及时 反馈处理，避免重大异常发生。
AOI检验：全称为Automatic Optical Inspection，自动光学检测；
通过光学反射原理将图像回馈至设备处理，与设定的逻辑判断原则或资料图形相比较， 找出缺陷位置。
2.14、印绿油（油墨）
目的
A.防焊：防止波焊时造成的短路，并节省焊锡的用量；
B.护板：防止线路被湿气、各种电解质及外来的机械力所伤害；
C.绝缘：由于板子愈来愈小，线路间距愈来愈窄，需要对板面加印绿油达到绝缘的 效果； 加工流程
前处理
印油墨 预烘 曝光 显影 后固化
前处理
去除表面氧化物，增加板面粗糙度，加强板面油墨附着力；主要原物料：磨板机。 印油墨
利用丝网上图案，将油墨准确的印刷在板子上；主要原物料：油墨。 主要控制点：油墨厚度。 预烘
赶走油墨内的溶剂，使油墨部分硬化。 曝光
影像转移；主要设备：曝光机。
显影
将未聚合的感光油墨利用化学反应去除掉。 固化
印油墨后，通过固化主要让油墨彻底硬化。
印油墨后 显影后
油墨
2.15、丝印字符
目的
在板面上，印上各种元器件和导线等位置的标记，便于识别和维修。 加工流程
印一面字符
固化 印另一面字符
2.16、表面涂覆
目的
产生供电气连接及电气互连的可焊性的涂覆层和保护层。 表面涂覆类型
喷锡、化学镍金、镀金手指、化学锡、OSP。
工艺流程 喷锡
阻焊丝印→微蚀→水洗→酸洗→水洗→吹干→涂覆助焊剂→热风整平→软毛磨刷→水 洗→热水洗→水洗→风干→烘干→外形； 化学镍金
阻焊丝印→刷板→酸性除油→水洗→微蚀→水洗→酸洗→水洗→预浸→活化→水洗→ 后浸→化Ni →水洗→化Au →水洗→抗氧化→水洗→清洗烘干； OSP
成检→除油→水洗→微蚀→水洗→ OSP处理→风干→干燥→成检； 镀金手指
阻焊丝印→剪板→贴抗镀胶带→磨刷→水洗→浸酸→活化→镀镍→镀金→热水洗→水 洗→烘干→喷锡；
主要反应机理 化学镍金
H2P2O2+H2O →H++[HPO3]—+2H Ni2++ 2H → Ni↓+2H+
[H2P2O2]—+H → H2O+OH-+P
[H2P2O2]— + H2O → H+ +[HPO3]— +H2↑ 过程中使用离子钯做活化剂； OSP
生成金属有机膜
表面涂覆层
表面涂覆示意图
过程控制 喷锡
Sn / Pb比例、喷锡温度、喷锡停留时间； 化学镍金
过程反应浓度、温度、时间（活化槽、镍槽、金槽）； OSP
微蚀厚度、OSP槽反应温度、时间、PH值、酸度； 镀金手指
与电镀控制参数同； 品质控制
各涂覆层的厚度
Sn/Pb：1~25微米；化学镍金：镍层厚度>2.5微米， 金层厚度>0.05微米； OSP：0.2~0.7微米；
2.17、外形
目的
利用数控铣床机械切割，让板子裁切 成客户所需规格尺寸。
边框 板件
外形前 外形后
2.18、测试和成品检检、包装
测试 目的
用电测的方法判定加工的PCB板能否满足客户电性 能要求，防止不合格的零件流入客户手中； 主要设备
①、专用测试机；②、通用测试机（双面、双密） ；
③、飞针测试机； 测试工作内容
①、绝缘阻值；②、导通阻值、测试电压；③、 针床制作；④、测试资料读取；
成品检验 目的
防止不符合客户外观要求的零件流入客户手中。 依据标准
①、客户要求和协议；②、IPC相关标准； 对于轻微的外观缺陷可以修补。 包装
