pcb板设计与制作的可靠性研究毕业论文(编辑修改稿)

pcb板设计与制作的可靠性研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

产之前，必须要对客户提供的 PCB 布线图进行审核，看能否符合本公司工厂生产的技术指标和参数，以避免无效加工，浪费材料，对效率和利 润造成损害。 资料转换 这一步主要是涉及 CAD/CAM 作业。 工程师将 PCB 布线图输入所使用的 CAM系统中，将 apertures 和 shapes 定义好，就可以设定参数直接输出程式。 同时，目前已经有很多 PCB 的 CAM系统可以接受 ODB++格式，而且使用该格式就可以减少提供 aperture files 的步骤，提高了效率。 而关于 ODB++格式，它是一种可扩充的 ASCⅡ格式， ODB++是一種可扩充的ASCII 格式，它可在单一数据库中保存 PCB 生产和装配所必需的全部工程数据。 单一文件即可包含图形、钻孔 资讯、布线、元件、网表、规格、绘图、工程处理定义、报表功能、 ECO 和 DFM 结果等。 作业人员可改进和改正 DFM 来更新他们的原始 CAD 数据库，并设法在设计达到装配阶段之前识别出所有的布线问题。 ODB++是一种双向格式，允许数据上行和下传。 数据库类似于大多数 CAD 系统的数据库。 一旦数据以 ASCII 形式到达电路板车间，生产者就可实施增值的流程作业，如蚀刻补偿、面板成像及输出钻孔、布线和照相等。 20 菲林制作 制作线路版至少需要以下三种菲林：（如图 7 所示） （ 1） 黄菲林 GⅡ (线路菲林） （ 2） 绿油菲林 （ 3） 白字菲林 线路菲林 绿油菲林 白字菲林 图 7 三种不同的菲林 菲林的制作是根据图形资料转换后得到的布线图等资料加工而来，具体过程在这就不再详细介绍，但是菲林在 PCB制作中占据了一个很重要的地位，在后文会进一步说明。 机械加工 印制板的机械加工包括下料、孔加工和外形加工、开槽、倒角等，它 的加工手段是锯、剪、冲、钻、铣。 在这就数控钻孔、数控铣以及模具冲、 Vcut、斜边几个方面作一下概述。 数控钻孔 在多层板和双面板生产过程中，对钻孔工序有下述三方面的要求： 孔位准确 孔壁质好 生产效率高 印制板表面安装技术以密为核心，向“薄、平”纵深发展，提高表面安装印制板密度，主要方法之一就是减少导通孔的尺寸，因此钻孔的发展趋势主要是导通孔尺寸急剧减小；  →  →  →  →  →  →„„孔的尺寸减小要求，影响数控钻孔的设备及条件向更好的方向发展。 影响钻孔的主要六个方面因素： 3P20116A0 3C601 3C601 3C601 21 （ 1） 钻床； （ 2） 钻头； （ 3） 工艺参数； （ 4） 盖板与垫板； （ 5） 加工板材； （ 6） 加工环境。 本节主要钻孔工艺参数展开讨论。 钻孔工艺参数包括切削速度、进给和每只钻头的钻孔数，要根据数控钻床、钻头、盖板、垫板和被钻材料等的具体情况选择与确定。 1）削切速度 根据钻头的磨损情况判断切削速度是否恰当。 如果横刃磨损太快，表明切削速度太低。 如果主切削刃靠近外径之处磨损太快，表示切削速度太高。 理想的切削速度是钻头横刃与主切削刃磨损相同的速度。 2）进给： 允许的最大进给受钻头的几何形状限制。 钻孔时，钻头所承受的 机械载荷取决于钻削深度和钻头直径之比。 由于钻头中心处的切削速度总是零，而钻头中心和外径的进给相同。 因而钻头中心是往被钻材料里挤压。 所以以钻心厚度为直径的圆形挤压区的产生是不可避免的。 而钻心厚度又不能太薄，否则易断钻头。 3）钻头的钻孔数： 一只钻头的钻孔数与被钻材料的种类，采用的切削速度和进给，孔质量有关。 数控铣 印制电路板的外形加工，即使很复杂的外形如直线、任意斜线、圆、圆弧以及其内部的异形孔都可以利用数控铣方法加工，并可以得到很高的精度及光滑的加工面。 用数控铣的方法，结合使用硬质合金 刀具加工印制板外形及其内部的异形孔，已成为印制板生产的重要技术。 与剪切、冲裁和锯割相比，其被加工面光洁、尺寸精度高，可避免材料的浪费并能缩短加工周期。 多主轴数控铣床的使用，使加工成本大大降低。 随着电子技术的发展，不少印制板上的走线靠近板材边缘，只有用铣的方法加工才能满足这样的要求。 数控铣与其它加工方法相对比，一个重要指标是成本。 在印制板生产技求水平高，数控铣应用广泛的国家、地区，数控铣的成本低于模具冲。 这是由生产效率、设备、刀具、工装等诸因素的成本所决定的。 表 9所示为铣 FR4印制板的工艺参数。 22 表 9所 示为铣 FR4印制板的工艺参数 铣刀直径    板材 厚度 （ mm） 叠板块数 进给 （ m/min） 转速 （ r/min） 叠板块数 进给 （ m/min） 转速 （ r/min） 叠板块数 进给 （ m/min） 转速 （ r/min） 9 24000 6 22020 4 28000 4 24000 3 22020 2 22020 3 24000 2 18000 1 22020 2 24000 1 15000 1 18000 印制冲裁 一、印制板下料，孔和外形加工都可采用模具冲切的方法 冲孔：生产批量大，孔的种类和数量多而单面纸基板和双面非金属化孔的环氧玻璃布基板，通常采 用一付或几付模具冲孔。 外形加工：印制板生产批量大的单面板和双面板的外形，通常采用模具冲。 根据印制板的尺寸大小，可分为上落料模和下落料模。 复合加工：印制板的孔与孔，孔与外形之间要求精度高，同时为了缩短制造周期，提高生产率，采用复合模同时加工单面板的孔和外形。 印制板成型加工的其它方式 一、 V型槽切割（ VCUT） V CUT 是用铣刀片对印制板单只间进行铣槽加工，以达到提高印制板元器件的安装效率，装配完后利用 V CUT线折断成独立的印制板小单元。 （如下图 7） 图 7 VCUT示意图 23 二、斜边 斜边是用专用铣刀将印制板板边用于插装的部位铣成一定角度，以便于印制板与连接器的插接（如图 8斜边示意图） 图 8 斜边 化学镀铜 概述 化学镀铜的历史可以迫朔到 1947年，但是直到 50 年代中期化学镀铜才得到商业上的承认。 到 1959年，化学镀铜才广泛用于双面印制电路板的孔金属化代替机械的空心铆钉连接。 然而早期的化学镀铜溶液的使用寿命只有几个小时，镀液稳定性差，不宜于连续生产。 到 20世纪 60～ 70年代，化学镀铜技术获 得重大进展，世界上一些著名的印制电路制造商和材料供应商成功开发出系列化学镀铜溶液，并在印制电路工业上广泛地使用。 我国于六十年代成功地将化学镀铜工艺应用于双面印制电路板的孔金属化。 华北计算技术研究所、中科院计算机研究所等单位的工程技术人员先后在吸取国外专利技术的基础上，研制开发了各具特色的新型化学镀铜溶液，并成功在国内许多单位推广使用。 化学镀铜工艺流程 双面板化学镀铜典型工艺流程如下：（图 9化学镀铜的工艺流程） 图 9化学镀铜的工艺流程 多层板的化学镀铜工艺流程和双面板的基本相同，不同之处 在于多层板去毛刺后要增加除孔内钻污或凹蚀处理。 24 光致成像 光致成像工艺是对涂覆在印制板基材上的光致抗蚀剂进行曝光，使其硬度、附着力、溶解性与物理性质发生变化，经过显影形成图像的一种方法。 印制板制造进行光化学图像转移的光致抗蚀剂主要有两大类，一类是光致抗蚀干膜（简称干膜），其商品是一种光致成像型感光油墨；另一类是液体光致抗蚀剂，其又包括普通的液体光致抗剂和电沉积液体光致抗蚀剂（简称 ED 抗蚀剂），ED 抗蚀剂是一种水基乳液。 光致抗蚀剂是现代印制电路产业的基石。 光致抗蚀干膜具有工艺流程简单，对洁净度 要求不高和容易操作等特点。 自问世以来，很快受到印制电路企业的欢迎。 几经改进和发展，现在已经在印制电路制造的光致成像工艺中占有大部分份额，成为主流产品。 在光致抗蚀干膜出现之前，液体光致抗蚀剂便是当时成像技术的重要材料。 由于应用中厚度不容易控制，操作速度慢以及因过程环境的清洁性和处理带来板面的缺陷，限制了它的使用。 在干膜问世后，曾一度被干膜工艺取代。 但是，近年来随着电子产品向薄、小、密的方向发展，印制电路企业面临 降低价格的压力，新型高分辨率的液体光致抗蚀剂的出现，以及液体光致抗蚀剂的涂覆设备具有连续大规模生产 的能力，使其在印制电路光致成像领域又重新获得了发展。 丝网印刷 丝网印刷是一门古老的技术。 其基本原理是：丝网模版的部分网孔能够透过油墨，漏印至铜箔表面；模版上其余部分的网孔被堵死，不能透过油墨，在铜箔表面形成空白，从而在铜箔表面形成电路等图像。 丝网印刷是将真丝、合成纤维丝或金属丝编织成网，将其绷紧于网框上，采用手工刻膜或光化学制版的方法制成网版，网版上只有图文部分可以透过油墨，而非图文部分的网眼全被堵死，透不过油墨。 把油墨预先倒在网版框内，用合成塑胶或塑料制成的刮墨板在丝网版面上刮动，使油墨透过网 版的开孔部分附着到承印物上，形成所需要的图文。 丝网印刷具有成本低、操作简便、生产效率高、印料种类多等特点，广泛应用于印制电路和厚膜集成电路的制造。 在印制电路板的生产中，近 90%的单面板生产都采用丝网印刷进行图像转移。 丝网印刷的不足是网版的耐印力差，线路的还原性不好。 表面涂覆 印制板的表面涂覆工艺贯穿于 PCB板的生产全过程，通过不同的表面处理工艺达到对线路板的外观、可焊性、耐蚀性、耐磨性的要求。 它们可以用几条流水线来表示： 孔金属化：现在可以选用化学沉铜工艺，也可以用直接镀铜工艺。 孔金属化以后的 印制板，表面镀有 amp。 ’ (→ ) 的金属铜以巩固孔金属化成果。 25 热风整平或热熔工艺，工艺流程如下： 酸性除油→微蚀→活化→镀铜→镀锡铅→去膜→蚀刻→退锡铅→涂阻焊层→热风整平或：酸性除油→微蚀→活化→镀铜→镀锡铅→去膜→蚀刻→浸亮→热熔 板面镀金工艺，工艺流程如下： 酸性除油→微蚀→活化→镀铜→镀镍→镀金→去膜→蚀刻 插头镀金，工艺流程如下： 酸性除油→微蚀→活化→镀低应力镍→预镀金→镀耐磨金 有机助焊保护膜，工艺流程如下： 酸性除油→微蚀→活化→浸有机助焊保护膜 化学镀镍金，工艺流程如下： 酸性除油→微蚀→ 预浸→钯活化剂→化学镀镍→化学浸金→化学镀厚金 化学镀锡，工艺流程如下： 酸性除油→微蚀→预浸→预镀锡→化学镀锡→中和 化学镀银，工艺流程如下： 酸性除油→铜表面调节→预浸→化学镀银 去钻污工艺：双面板或多层板在孔金属化之前，去除孔内环氧树脂钻污，保证孔金属化质量。 去钻污是孔金属化的预处理工艺，其工艺流程如下： 溶胀→去胶渣→中和 蚀刻 在印制电路板制造中，除了多重布线板（ Multiwire Board）、加成法（ Additive Process）等外，传统的印制电路板都是以化学反应方式将覆铜板上不 需要的部分铜予以除去，使其形成所需要的电路图形。 而作为电路图形部分采用图形转移或网印的方式使有机化合物体系的光致抗蚀剂或采用金属抗蚀层覆盖电路图形的表面，防止金属铜被蚀刻去掉。 因此，蚀刻工艺是目前制造印制电路板不可缺少的一个重要步骤。 特别是随着微电子技术的飞速发展，大规模集成电路和超大规模集成电路的广泛应用，对印制电路板制造技术提出更高的要求，正向着高精度（导线宽度与间距为 ）、高密度（两焊盘间布 45根导线）的方向飞速发展，对蚀刻的线宽公差提出更高更严的技术要求。 所以，要充分了解和掌 握铜在各种类型的蚀刻液中的腐蚀机理，并通过严格的科学试验，测定出铜在各类蚀刻液中的蚀刻比，才能更好的掌握蚀刻这门技术。 要选择适合高密度印制电路板图形蚀刻工艺方法是非常重要的。 特别是蚀刻液的功能和蚀刻方式是确保电路图形尺寸精度的关键。 从当前所采用的工艺仍然以减成法为主流来说，电路图形的抗蚀层有两种，一种是有机膜、一种是抗蚀金属镀层。 在选择蚀刻液时，就需要清楚的了。