标签: pcba工艺

PCBA是英文Printed Circuit Board +Assembly 的简称,也就是说PCB空板经过SMT上件,再经过DIP插件的整个制程,简称PCBA . 　　印刷电路板，又称印制电路板，印刷线路板，常使用英文缩写PCB（Printed circuit board），是重要的电子部件，是电子元件的支撑体，是电子元器件线路连接的提供者。由于它是采用电子印刷技术制作的，故被称为“印刷”电路板。 　　在印制电路板出现之前，电子元件之间的互连都是依靠电线直接连接而组成完整的线路。现在，电路面包板只是作为有效的实验工具而存在，而印刷电路板在电子工业中已经成了占据了绝对统治的地位。 　　20世纪初，人们为了简化电子机器的制作，减少电子零件间的配线，降低制作成本等优点，于是开始钻研以印刷的方式取代配线的方法。三十年间，不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。而最成功的是1925年，美国的Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式，成功建立导体作配线。 　　直至1936年，奥地利人保罗·爱斯勒（Paul Eisler）在英国发表了箔膜技术 ，他在一个收音机装置内采用了印刷电路板；而在日本，宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线方法(特许 119384号)”成功申请专利。 而两者中Paul Eisler 的方法与现今的印刷电路板最为相似，这类做法称为减去法，是把不需要的金属除去；而Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线，称为加成法。虽然如此，但因为当时的电子零件发热量大，两者的基板也难以配合使用 ，以致未有正式的实用作，不过也使印刷电路技术更进一步。 　　1941年，美国在滑石上漆上铜膏作配线，以制作近接信管。 　　1943年，美国人将该技术大量使用于军用收音机内。 　　1947年，环氧树脂开始用作制造基板。同时NBS开始研究以印刷电路技术形成线圈、电容器、电阻器等制造技术。 　　1948年，美国正式认可这个发明用于商业用途。 　　自20世纪50年代起，发热量较低的晶体管大量取代了真空管的地位，印刷电路版技术才开始被广泛采用。而当时以蚀刻箔膜技术为主流 。 　　1950年，日本使用玻璃基板上以银漆作配线；和以酚醛树脂制的纸质酚醛基板（CCL）上以铜箔作配线。 　　1951年，聚酰亚胺的出现，便树脂的耐热性再进一步，也制造了聚亚酰胺基板。 　　1953年，Motorola开发出电镀贯穿孔法的双面板。这方法也应用到后期的多层电路板上。 　　印刷电路板广泛被使用10年后的60年代，其技术也日益成熟。而自从Motorola的双面板面世，多层印刷电路板开始出现，使配线与基板面积之比更为提高。 　　1960年，V. Dahlgreen以印有电路的金属箔膜贴在热可塑性的塑胶中，造出软性印刷电路板。 　　1961年，美国的Hazeltine Corporation参考了电镀贯穿孔法，制作出多层板。 　　1967年，发表了增层法之一的“Plated-up technology”。 　　1969年，FD-R以聚酰亚胺制造了软性印刷电路板。 　　1979年，Pactel发表了增层法之一的“Pactel法”。 　　1984年，NTT开发了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。 　　1988年，西门子公司开发了Microwiring Substrate的增层印刷电路板。 　　1990年，IBM开发了“表面增层线路”（Surface Laminar Circuit，SLC）的增层印刷电路板。 　　1995年，松下电器开发了ALIVH的增层印刷电路板。 　　1996年，东芝开发了B2it的增层印刷电路板。 　　就在众多的增层印刷电路板方案被提出的1990年代末期，增层印刷电路板也正式大量地被实用化，直至现在。 　　为大型、高密度的印刷电路板装配(PCBA, printed circuit board assembly)发展一个稳健的测试策略是重要的，以保证与设计的符合与功能。除了这些复杂装配的建立与测试之外，单单投入在电子零件中的金钱可能是很高的 - 当一个单元到最后测试时可能达到25,000美元。由于这样的高成本，查找与修理装配的问题现在比其过去甚至是更为重要的步骤。今天更复杂的装配大约18 平方英寸，18层；在顶面和底面有2900多个元件；含有6000个电路节点；有超过20000个焊接点需要测试。 　　在朗讯加速的制造工厂(N. Andover, MA)，制造和测试艺术级的PCBA和完整的传送系统。超过5000节点数的装配对我们是一个关注，因为它们已经接近我们现有的在线测试(ICT, in circuit test)设备的资源极限(图一)。我们现在制造大约800种不同的PCBA或“节点”。在这800种节点中，大约20种在5000~6000个节点范围。可是，这个数迅速增长。 　　新的开发项目要求更加复杂、更大的PCBA和更紧密的包装。这些要求挑战我们建造和测试这些单元的能力。更进一步，具有更小元件和更高节点数的更大电路板可能将会继续。例如，现在正在画电路板图的一个设计，有大约116000个节点、超过5100 个元件和超过37800个要求测试或确认的焊接点。这个单元还有BGA在顶面与底面，BGA是紧接着的。使用传统的针床测试这个尺寸和复杂性的板，ICT 一种方法是不可能的。 　　在制造工艺，特别是在测试中，不断增加的PCBA复杂性和密度不是一个新的问题。意识到的增加 ICT测试夹具内的测试针数量不是要走的方向，我们开始观察可代替的电路确认方法。看到每百万探针不接触的数量，我们发现在5000个节点时，许多发现的错误(少于31)可能是由于探针接触问题而不是实际制造的缺陷(表一)。因此，我们着手将测试针的数量减少，而不是上升。尽管如此，我们制造工艺的品质还是评估到整个PCBA。我们决定使用传统的ICT与X射线分层法相结合是一个可行的解决方案。 　　基材 　　基材普遍是以基板的绝缘部分作分类，常见的原料为电木板、玻璃纤维板，以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分，再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”（prepreg）使用。 　　而常见的基材及主要成份有： 　　FR-1 ──酚醛棉纸，这基材通称电木板（比FR-2较高经济性） 　　FR-2 ──酚醛棉纸， 　　FR-3 ──棉纸（Cotton paper）、环氧树脂 　　FR-4 ──玻璃布（Woven glass）、环氧树脂 　　FR-5 ──玻璃布、环氧树脂 　　FR-6 ──毛面玻璃、聚酯 　　G-10 ──玻璃布、环氧树脂 　　CEM-1 ──棉纸、环氧树脂（阻燃） 　　CEM-2 ──棉纸、环氧树脂（非阻燃） 　　CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂 　　CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂 　　CEM-5 ──玻璃布、多元酯 　　AIN ──氮化铝 　　SIC ──碳化硅 　　金属涂层 　　金属涂层除了是基板上的配线外，也就是基板线路跟电子元件焊接的地方。此外，不同的金属也有不同的价钱，不同的会直接影响生产的成本；不同的金属也有不同的可焊性、接触性，也有不同的电阻阻值，也会直接影响元件的效能。 　　常用的金属涂层有： 　　铜 　　锡 　　厚度通常在5至15μm 　　铅锡合金（或锡铜合金） 　　即焊料，厚度通常在5至25μm，锡含量约在63% 　　金 　　一般只会镀在接口 　　银 　　一般只会镀在接口，或以整体也是银的合金 　　 线路设计 　　印制电路板的设计是以电子电路图为蓝本，实现电路使用者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要内部电子元件、金属连线、通孔和外部连接的布局、电磁保护、热耗散、串音等各种因素。优秀的线路设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，但复杂的线路设计一般也需要借助计算机辅助设计（CAD）实现，而着名的设计软件有AutoCAD、 OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。 　　基本制作 　　根据不同的技术可分为消除和增加两大类过程。 　　 减去法 　　减去法（Subtractive），是利用化学品或机械将空白的电路板（即铺有完整一块的金属箔的电路板）上不需要的地方除去，余下的地方便是所需要的电路。 　　丝网印刷：把预先设计好的电路图制成丝网遮罩，丝网上不需要的电路部分会被蜡或者不透水的物料覆盖，然后把丝网遮罩放到空白线路板上面，再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂，把线路板放到腐蚀液中，没有被保护剂遮住的部份便会被蚀走，最后把保护剂清理。 　　感光板：把预先设计好的电路图制在透光的胶片遮罩上（最简单的做法就是用打印机印出来的投影片），同理应把需要的部份印成不透明的颜色，再在空白线路板上涂上感光颜料，将预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟，除去遮罩后用显影剂把电路板上的图案显示出来，最后如同用丝网印刷的方法一样把电路腐蚀。 　　刻印：利用铣床或雷射雕刻机直接把空白线路上不需要的部份除去。 　　加成法 　　加成法（Additive），现在普遍是在一块预先镀上薄铜的基板上，覆盖光阻剂（D/F)，经紫外光曝光再显影，把需要的地方露出，然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格,再镀上一层抗蚀刻阻剂－金属薄锡，最后除去光阻剂（这制程称为去膜），再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。 　　积层法 　　 积层法是制作多层印刷电路板的方法之一。是在制作内层后才包上外层，再把外层以减去法或加成法所处理。不断重复积层法的动作，可以得到再多层的多层印刷电路板则为顺序积层法。 　　内层制作 　　积层编成（即黏合不同的层数的动作） 　　积层完成（减去法的外层含金属箔膜；加成法） 　　钻孔 　　减去法 　　Panel电镀法 　　全块PCB电镀 　　在表面要保留的地方加上阻绝层（resist，防以被蚀刻） 　　蚀刻 　　去除阻绝层 　　Pattern电镀法 　　在表面不要保留的地方加上阻绝层 　　电镀所需表面至一定厚度 　　去除阻绝层 　　蚀刻至不需要的金属箔膜消失 　　加成法 　　令表面粗糙化 　　完全加成法（full-additive） 　　在不要导体的地方加上阻绝层 　　以无电解铜组成线路 　　部分加成法（semi-additive） 　　以无电解铜覆盖整块PCB 　　在不要导体的地方加上阻绝层 　　电解镀铜 　　去除阻绝层 　　蚀刻至原在阻绝层下无电解铜消失 　　增层法 　　增层法是制作多层印刷电路板的方法之一，顾名思义是把印刷电路板一层一层的加上。每加上一层就处理至所需的形状。 　　 ALIVH 　　 　　ALIVH（Any Layer Interstitial Via Hole，Any Layer IVA）是日本松下电器开发的增层技术。这是使用芳香族聚酰胺（Aramid）纤维布料为基材。 　　把纤维布料浸在环氧树脂成为“黏合片”（prepreg） 　　雷射钻孔 　　钻孔中填满导电膏 　　在外层黏上铜箔 　　铜箔上以蚀刻的方法制作线路图案 　　把完成第二步骤的半成品黏上在铜箔上 　　积层编成 　　再不停重覆第五至七的步骤，直至完成 　　B2it 　　 　　B2it（Buried Bump Interconnection Technology）是东芝开发的增层技术。 　　先制作一块双面板或多层板 　　在铜箔上印刷圆锥银膏 　　放黏合片在银膏上，并使银膏贯穿黏合片 　　把上一步的黏合片黏在第一步的板上 　　以蚀刻的方法把黏合片的铜箔制成线路图案 　　再不停重覆第二至四的步骤，直至完成 　　产业现状 　　由于印制电路板的制作处于电子设备制造的后半程，因此被成为电子工业的下游产业。几乎所有的电子设备都需要印制电路板的支持，因此印制电路板是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。目前日本、中国、台湾、西欧和美国为主要的印制电路板制造基地。