PCB板的静电释放(ESD)设计
许多产品设计工程师通常在产品进入到生产环节时才着手考虑抗静电释放(ESD)的问题。如果电子设备不能通过抗静电释放测试,通常较终的方案都要采用昂贵的元器件,还要在制造过程中采用手工装配,甚至需要重新设计。因此,产品的进度势必受到影响。即使经验丰富的设计工程师,也可能并不知道设计中的哪些部分有利于抗静电释放(ESD)。大多数电子设备在生命期内99%的时间都处于一个充满ESD的环境之中,ESD可能不自人体、家具、甚至设备自身内部。电子设备完全遭受ESD损毁比较少见,然而ESD干扰却很常见,它会导致设备锁死、复位、数据丢失和不可靠。其结果可能是在寒冷干燥的冬季电子设备经常出现故障,但是维修时又显示正常,这样势必影响用户对电子设备及其制造商的信心。
详解PCB线路板在工厂的制作加工流程
在电子装配中,印刷电路板是个关键零件。它搭载其它的电子零件并连通电路,以提供一个安稳的电路工作环境。如以其上电路配置的情形可概分为三类:
【单面板】将提供零件连接的金属线路布置于绝缘的基板材料上,该基板同时也是安装零件的支撑载具。
【双面板】当单面的电路不足以提供电子零件连接需求时,便可将电路布置于基板的两面,并在板上布建通孔电路以连通板面两侧电路。
【多层板】在较复杂的应用需求时,电路可以被布置成多层的结构并压合在一起,并在层间布建通孔电路连通各层电路
【内层线路】铜箔基板先裁切成适合加工生产的尺寸大小。基板压膜前通常需先用刷磨、微蚀等方法将板面铜箔做适当的粗化处理,再以适当的温度及压力将干膜光阻密合贴附其上。将贴好干膜光阻的基板送入紫外线曝光机中曝光,光阻在底片透光区域受紫外线照射后会产生聚合反应,而将底片上的线路影像移转到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保护胶膜后,先以碳酸钠水溶液将膜面上未受光照的区域显影去除,再用双氧水混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除,形成线路。最后再以轻氧化纳水溶液将功成身退的干膜光阻洗除。
【压合】完成后的内层线路板须以玻璃纤维树脂胶片与外层线路铜箔黏合。在压合前,内层板需先经黑(氧)化处理,使铜面钝化增加绝缘性;并使内层线路的铜面粗化以便能和胶片产生良好的黏合性能。迭合时先将六层线路﹝含﹞以上的内层线路板用铆钉机成对的铆合。再用盛盘将其整齐迭放于镜面钢板之间,送入真空压合机中以适当之温度及压力使胶片硬化黏合。压合后的电路板以X光自动定位钻靶机钻出靶孔做为内外层线路对位的基准孔。并将板边做适当的细裁切割,以方便后续加工
【钻孔】将电路板以CNC钻孔机钻出层间电路的导通孔道及焊接零件的固定孔。钻孔时用插梢透过先前钻出的靶孔将电路板固定于钻孔机床台上,同时加上平整的下垫板(酚醛树酯板或木浆板)与上盖板(铝板)以减少钻孔毛头的发生
【镀通孔】在层间导通孔道成型后需于其上布建金属铜层,以完成层间电路的导通。先以重度刷磨及高压冲洗的方式清理孔上的毛头及孔中的粉屑,在清理干净的孔壁上浸泡附着上锡
【一次铜】钯胶质层,再将其还原成金属钯。将电路板浸于化学铜溶液中,借着钯金属的催化作用将溶液中的铜离子还原沉积附着于孔壁上,形成通孔电路。再以硫酸铜浴电镀的方式将导通孔内的铜层加厚到足够抵抗后续加工及使用环境冲击的厚度。
【外层线路 二次铜】在线路影像转移的制作上如同内层线路,但在线路蚀刻上则分成正片与负片两种生产方式。负片的生产方式如同内层线路制作,在显影后直接蚀铜、去膜即算完成。正片的生产方式则是在显影后再加镀二次铜与锡铅(该区域的锡铅在稍后的蚀铜步骤中将被保留下来当作蚀刻阻剂),去膜后以碱性的氨水、氯化铜混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除,形成线路。最后再以锡铅剥除液将功成身退的锡铅层剥除(在早期曾有保留锡铅层,经重镕后用来包覆线路当作保护层的做法,现多不用)。
【防焊油墨 文字印刷】较早期的绿漆是用网版印刷后直接热烘(或紫外线照射)让漆膜硬化的方式生产。但因其在印刷及硬化的过程中常会造成绿漆渗透到线路终端接点的铜面上而产生零件焊接及使用上的困扰,现在除了线路简单粗犷的电路板使用外,多改用感光绿漆进行生产。
将客户所需的文字、商标或零件标号以网版印刷的方式印在板面上,再用热烘(或紫外线照射)的方式让文字漆墨硬化。
【接点加工】防焊绿漆覆盖了大部份的线路铜面,仅露出供零件焊接、电性测试及电路板插接用的终端接点。该端点需另加适当保护层,以避免在长期使用中连通阳极(+)的端点产生氧化物,影响电路稳定性及造成安全顾虑。
【成型切割】将电路板以CNC成型机(或模具冲床)切割成客户需求的外型尺寸。切割时用插梢透过先前钻出的定位孔将电路板固定于床台(或模具)上成型。切割后金手指部位再进行磨斜角加工以方便电路板插接使用。对于多联片成型的电路板多需加开X形折断线,以方便客户于插件后分割拆解。最后再将电路板上的粉屑及表面的离子污染物洗净。
【检板 包装】常用包装 PE膜包装 热缩膜包装 真空包装等
线路板PCB加工特殊制程
1、Additive Process 加成法
指非导体的基板表面,在另加阻剂的协助下,以化学铜层进行局部导体线路的直接生长制程(详见电路板信息杂志* 47 期 P.62)。电路板所用的加成法又可分为全加成、半加成及部份加成等不同方式。
2、Backpanels,Backplanes 支撑板
是 一种厚度较厚(如 0.093",0.125")的电路板,专门用以插接联络其它的板子。其做法是先插入多脚连接器(Connector)在紧迫的通孔中,但并不焊锡,而在 连接器穿过板子的各导针上,再以绕线方式逐一接线。连接器上又可另行插入一般的电路板。由于这种特殊的板子,其通孔不能焊锡,而是让孔壁与导针直接卡紧使 用,故其品质及孔径要求都特别严格,其订单量又不是很多,一般电路板厂都不愿也不易接这种订单,在美国几乎成了一种高品级的专门行业。
3、Build Up Process 增层法制程
这 是一种全新领域的薄形多层板做法,较早启蒙是源自 IBM 的SLC 制程,系于其日本的 Yasu 工厂 1989 年开始试产的,该法是以传统双面板为基础,自两外板面先全面涂布液态感光前质如Probmer 52,经半硬化与感光解像后,做出与下一底层相通的浅形"感光导孔"(Photo-Via) ,再进行化学铜与电镀铜的全面增加导体层,又经线路成像与蚀刻后,可得到新式导线及与底层互连的埋孔或盲孔。如此反复加层将可得到所需层数的多层板。此法 不但可免除成本昂贵的机械钻孔费用,而且其孔径更可缩小至10mil以下。过去5~6年间,各类打破传统改采逐次增层的多层板技术,在美日欧业者不断推动 之下,使得此等 Build Up Process 声名大噪,已有产品上市者亦达十余种之多。除上述"感光成孔"外;尚有去除孔位铜皮后,针对**板材的碱性化学品咬孔、雷射烧孔 ( Laser Ablation ) 、以及电浆蚀孔 ( Plasma Etching )等不同"成孔"途径。而且也可另采半硬化树脂涂布的新式"背胶铜箔" (Resin Coated Copper Foil ) ,利用逐次压合方式 ( Sequential Lamination ) 做成更细更密又小又薄的多层板。日后多样化的个人电子产品,将成为这种真正轻薄短小多层板的天下。
4、Cermet 陶金
将陶瓷粉末与金属粉末混合,再加入黏接剂做为种涂料,可在电路板面(或内层上)以厚膜或薄膜的印刷方式,做为"电阻器"的布着安置,以代替组装时的外加电阻器。
5、Co-Firing 共烧
是瓷质混成电路板(Hybrid)的一个制程,将小型板面上已印刷各式贵金属厚膜糊(Thick Film Paste)的线路,置于高温中烧制。使厚膜糊中的各种**载体被烧掉,而留下贵金属导体的线路,以做为互连的导线。
6、Crossover越交,搭交
板面纵横两条导线之立体交叉,交点落差之间填充有绝缘介质者称之。一般单面板绿漆表面另加碳膜跳线,或增层法之上下面布线均属此等"越交"。
7、Discreate Wiring Board散线电路板,复线板
即Multi-Wiring Board的另一说法,是以圆形的漆包线在板面贴附并加通孔而成。此种复线板在高频传输线方面的性能,比一般PCB经蚀刻而成的扁方形线路更好。
8、DYCOstrate电浆蚀孔增层法
是 位于瑞士苏黎士的一家Dyconex公司所开发的Build up Process。系将板面各孔位处的铜箔**蚀除,再置于密闭真空环境中,并充入CF4、N2、O2,使在高电压下进行电离形成活性较高的电浆 (Plasma),用以蚀穿孔位之基材,而出现微小导孔 (10mil以下) 的**方法,其商业制程称为DYCOstrate。
9、Electro-Deposited Photoresist电着光阻,电泳光阻
是一种新式的"感光阻剂"施工法,原用于外形复杂金属物品 的"电着漆"方面,较近才引进到"光阻"的应用上。系采电镀方式将感旋光性带电树脂带电胶体粒子,均匀的镀在电路板铜面上,当成抗蚀刻的阻剂。目前已在内 层板直接蚀铜制程中开始量产使用。此种ED光阻按操作方法不同,可分别放置在阳极或阴极的施工法,称为"阳极式电着光阻"及"阴极式电着光阻"。又可按其 感光原理不同而有"感光聚合"(负性工作Negative Working )及"感光分解"(正性工作Positive Working)等两型。目前负型工作的ED光阻已经商业化,但只能当做平面性阻剂,通孔中因感光因难故尚无法用于外层板的影像转移。至于能够用做外层板 光阻剂的"正型ED"(因属感光分解之皮膜,故孔壁上虽感光不足但并无影响),目前日本业者仍正在加紧努力,希望能够展开商业化量产用途,使细线路的制作 比较容易达成。此词亦称为"电泳光阻"(Electrothoretic Photoresist)。
10、Flush Conductor 嵌入式线路,贴平式导体
是 一外表全面平坦,而将所有导体线路都压入板材之中的特殊电路板。其单面板的做法是在半硬化(Semi Cured)的基材板上,先以影像转移法把板面部份铜箔蚀去而得到线路。再以高温高压方式将板面线路压入半硬化的板材之中,同时可完成板材树脂的硬化作 业,成为线路缩入表面内而呈全部平坦的电路板。通常这种板子已缩入的线路表面上,还需要再微蚀掉一层薄铜层,以便另镀0.3mil的镍层,及20微吋的铑 层,或10微吋的金层,使在执行滑动接触时,其接触电阻得以更低,也更容易滑动。但此法郄不宜做PTH,以防压入时将通孔挤破,且这种板子要达到表面完全 平滑并不容易,也不能在高温中使用,以防树脂膨胀后再将线路**出表面来。此种技术又称为Etch and Push法,其完工的板子称为Flush-Bonded Board,可用于RotarySwitch及Wiping Contacts等特殊用途。
11、Frit玻璃熔料
在厚膜糊 (Poly Thick Film, PTF)印膏中,除贵金属化学品外,尚需加入玻璃粉类,以便在高温焚熔中发挥凝聚与附着效果,使空白陶瓷基板上的印膏,能形成牢固的贵金属电路系统。
12、Fully-Additive Process 全加成法
是在完全绝缘的板材面上,以无电沉积金属法(绝大多数是化学铜),生长出选择性电路的做法,称之为"全加成法"。另有一种不太正确的说法是"Fully Electroless"法。
13、Hybrid Integrated Circuit 混成电路
是 一种在小型瓷质薄基板上,以印刷方式施加贵金属导电油墨之线路,再经高温将油墨中的**物烧走,而在板面留下导体线路,并可进行表面黏装零件的焊接。是一 种介乎印刷电路板与半导体集成电路器之间,属于厚膜技术的电路载体。早期曾用于军事或高频用途,近年来由于价格甚贵且**,且不易自动化生产,再加上 电路板的日趋小型化精密化之下,已使得此种 Hybrid 的成长大大不如早年。
14、Interposer互连导电物
指绝缘物体所承载之任何两层导体间,其待导通处经加填某些导电类填充物而得以导通者,均称为Interposer。如多层板之裸孔中,若填充银膏或铜膏等代替正统铜孔壁者,或垂直单向导电胶层等物料,均属此类Interposer。
15、Laser Direct Imaging,LDI 雷射直接成像
是 将已压附干膜的板子,不再用底片曝光以进行影像转移,而代以计算机指挥激光束,直接在干膜上进行快速扫瞄式的感光成像。由于所发出的是单束能量集中的平行 光,故可使显像后的干膜侧壁更为垂直。但因此法只能对每片板子单独作业,故量产速度远不如使用底片及传统曝光来的快。LDI 每小时只能生产 30 片中型面积的板子,因而只能在雏型打样或高单价的板类中偶有出现。由于先天性的成本高居不下,故很难在业界中推广。
16、Laser Maching 雷射加工法
电 子工业中有许多精密的加工,例如切割、钻孔、焊接、熔接等,亦可用雷射光的能量去进行,谓之雷射加工法。所谓 LASER 是指"Light Amplification Stimulated Emission of Radiation"的缩写,大陆业界译为"激光"为其意译,似较音译更为切题。Laser 是在 1959 年由美国物理学家 T.H.Maiman,利用单束光射到红宝石上而产生雷射光,多年来的研究已创造一种全新的加工方式。除了在电子工业外,尚可用于医疗及军事等方面。
17、Micro Wire Board微封线 (封包线)板
贴附在板面上的圆截面漆包线(胶封线),经制做PTH完成层间互连 的特殊电路板,业界俗称为 Multiwire Board"复线板",当布线密度甚大(160~250in/in2) ,而线径甚小(25mil以下)者,又称为微封线路板。
18、Moulded Circuit模造立体电路板
利用立体模具,以射出成型法(Injection Moulding)或转型法,完成立体电路板之制程,称为 Moulded circuit或 Moulded Interconnection Circuit。左图即为两次射出所完成MIC的示意图。
19、Multiwiring Board(or Discrete Wiring Board)复线板
是 指用较细的漆包线,直接在无铜箔的板面上进行立体交叉布线,再经涂胶固定及钻孔与镀孔后,所得到的多层互连电路板,称之为"复线板"。此系美商PCK 公司所开发,目前日商日立公司仍在生产。此种MWB可节省设计的时间,适用于复杂线路的少量机种 (电路板信息杂志* 60 期有专文介绍)。
20、Noble Metal Paste 贵金属印膏
是厚膜电路印刷用的导电印膏。当其以网版法印在瓷质的基板上,再以高温将其中**载体烧走,即出现固着的贵金属线路。此种印膏所加入的导电金属粉粒必须要为贵金属才行,以避免在高温中形成氧化物。商品中所使用者有金、铂、铑、钯或其它等贵金属。
21、Pads Only Board唯垫板
早 期通孔插装时代,某些高可靠度多层板为保证焊锡性与线路安全起见,特只将通孔与焊环留在板外,而将互连的线路藏入下一内层上。此种多出两层的板类将不印防 焊绿漆,在外观上特别讲究,品检较为严格。目前由于布线密度增大,许多便携式电子产品 (如大哥大手机),其电路板面只留下SMT焊垫或少许线路,而将互连的众多密线埋入内层,其层间也改采高难度的盲孔或"盖盲孔"(Pads On Hole),做为互连以减少全通孔对接地与电压大铜面的破坏,此种SMT密装板也属唯垫板类。
22、Polymer Thick Film (PTF) 厚膜糊
指陶瓷基材厚膜电路板,所用以制造线路的贵金属印膏,或形成印刷式电阻膜之印膏而言,其制程有网版印刷及后续高温焚化。将**载体烧走后,即出现牢固附着的线路系统,此种板类通称为混合电路板(Hybrid Circuits)。
23、Semi-Additive Process半加成制程
是 指在绝缘的底材面上,以化学铜方式将所需的线路先直接生长出来,然后再改用电镀铜方式继续加厚,称为"半加成"的制程。若全部线路厚度都采用化学铜法时, 则称为"全加成"制程。注意上述之定义是出自 1992.7. 发行之较新规范 IPC-T-50E,与原有的 IPC-T-50D(1988.11)在文字上已有所不同。早期之"D版"与业界一般说法,都是指在非导体的裸基材上,或在已有薄铜箔(Thin foil如 1/4 oz或 1/8 oz者)的基板上。先备妥负阻剂之影像转移,再以化学铜或电镀铜法将所需之线路予以加厚。新的50E并未提到薄铜皮的字眼,两说法之间的差距颇大,读者在 观念上似乎也应跟着时代进步才是。阻燃特性:VO板
绝缘层厚度:常规板
层数:多面
基材:铜
绝缘材料:**树脂
绝缘树脂:环氧树脂(EP)
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