第4讲印制电路板制作工艺.ppt

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1、第4讲 印制电路板制作工艺,4.1 PCB文档的打印,对一个PCB设计项目而言，为了保存资料、检查或者是为了交付生产等目的，在设计完成后以及设计过程中，都经常需要将PCB板图打印输出。Protel 2004的打印功能允许各种复杂的设置。从最为实用的角度讲，允许任选一个层单独打印，也允许将多个层作为一组打印，如何合理地进行打印配置将是一个关键的问题。由于PCB的板图文件基于层的设计及管理模式，在默认方式下，Protel 2004会将当前PCB文件中所有激活的工作层(不管你是否真的用到，也不管在编辑区显示与否)一并打印。,除非该文件极其简单，比如少数单层板，否则，在绝大多数情况下，印制导线交叉混叠

2、不会符合设计者的打印意图，结果就可能毫无意义。但这并不意味着把所有的层一一分开打印就是正确的做法。一方面，各层之间存在的或多或少的关联被人为切断，不利于阅读或出于特殊目的的使用。以一块双层板为例，如果将顶层、底层及顶层丝印层等均作单独打印，那么，每层的对象在PCB上的位置以及不同层对象之间的相对位置将很难搞清。另一方面，一些层所包含的信息为生产加工所必须，但对于并不介入生产过程的设计者而言，将它们单独打印出来几乎毫无意义，比如阻焊层、助焊层、多维层及多层板的内部信号层等。,4.1 PCB文档的打印,4.1.1 双层板的打印1、打开文件，在编辑区任意位置右击，系统弹出快捷菜单，选择【PCB板层次

3、颜色】选项，系统弹出【板层和颜色】设置对话框，单击【选择使用的】按钮后，单击【确认】按钮返回，将当前PCB没有使用的层给去掉，只保留当前实际使用的板层。,图4.1 Routed Board 1.pcbdoc的原始板层,图4.2 打开板层设置面板,图4.3 板层设置对话框,图4.4 当前实际使用的板层,2、打印预览及配置单击【文件】|【打印预览】命令，系统弹出打印预览窗口。这是系统默认配置方式下的打印效果图，板层的对象交叉混叠。我们需要打印3份图纸，一份是顶层的布线情况，一份是底层的布线情况，一份是顶层丝印层的元件布局情况。分开打印，每张图纸中包含PCB的轮廓线。PCB的轮廓线没有专门在机械层绘

4、制及标注，禁止布线层的图形充当了所要的轮廓线的角色。因此，我们所要的顶层图纸实际配置为“顶层禁止布线层”，底层图纸实际配置为“底层禁止布线层”，顶层丝印层则为“顶层丝印层禁止布线层”。,图4.5 系统默认配置方式下的打印效果图,具体操作步骤如下：(1)在该预览窗口的任意位置右击，系统弹出快捷菜单，选择【配置】选项。系统弹出【PCB打印输出属性】设置对话框。该对话框显示当前包含一个名为Multilayer Composite Print(多层复合打印)的打印任务，其中包含当前使用的所有板层。(2)将当前打印任务作为顶层。为此需要删除其中无关的3个板层，即底层(BottomLayer)、顶层丝印层

5、(TopOverlay)和多维层(MultiLayer)。先删除底层，用鼠标在BottomLayer上右击，系统弹出快捷菜单，选择【删除】选项。系统弹出确认提示框，单击Yes按钮，底层即被删除。用同样的方法删除顶层丝印层及多维层，此时只剩下顶层(TopLayer)和禁止布线层(KeepOutLayer)。为了打印结果能更接近于真实的PCB视图，应将PCB的钻孔显示出来。为此选中该对话框中的【孔】复选框。至此完成了顶层打印的配置。此时单击【确认】按钮，可以看到顶层打印的效果。,图4.6 打开PCB打印输出属性设置面板,图4.7【PCB打印输出属性】对话框,图4.8 删除底层,图4.9 底层删除确

6、认提示框,图4.10 顶层配置后的结果,图4.11 顶层打印效果,(3)增加底层打印任务。重新打开【PCB打印输出属性】设置对话框，在该对话框任意空白区域右击，系统弹出快捷菜单，选择【插入打印输出】选项。系统新建默认名为New PrintOut 1的打印任务，将鼠标指针移到New PrintOut 1上右击，系统弹出快捷菜单，选择【插入层】选项。系统弹出【层属性】设置对话框，在【打印层次类型】下拉列表框中选择BottomLayer选项。单击【确认】按钮返回，此时底层已经被添加到当前任务中，同样的方法，将禁止布线层添加到当前打印任务中，注意，同样选中【孔】复选框。至此完成了底层打印的配置。(4)

7、增加顶层丝印层打印任务，用同样的方法配置顶层丝印层，至此，3个打印任务的板层配置结束。(5)单击【确认】按钮返回，此时在打印预览窗口中已经可以看到3个打印任务的打印效果图，可以通过按PageUp或PageDown键进行放大或缩小预览，。,图4.12 插入(增加)新的打印任务,图4.13 插入(增加)板层,图4.14 选择BottomLayer选项,图4.15 打印任务的板层配置结果,图4.16 3个打印任务的预览,图4.17 底层打印效果图,图4.18 顶层丝印层打印效果图,3.打印打印之前需要对页面以及打印机进行设置。(1)页面设置打开打印预览窗，在其中的任意地方单击鼠标右键，系统弹出快捷菜

8、单，选择【页面设定】选项。系统弹出页面设置面板，其中包括纸张大小设置、打印方向设置、打印比例模式及比例系数设置、矫正系数设置以及颜色设置等。如设置【刻度模式】设置为Scaled Print(比例打印)，【刻度】设置为1，即11的比例，【修正】设置为1，即无需矫正，【彩色组】设置为单色，A4幅面，横向打印。页面设置结束，单击【确认】按钮返回打印预览窗口。(2)打印机设置在打印预览窗口的任意处右击，系统弹出快捷菜单，选择【打印设定】选项。系统弹出打印机设置面板，其中包括打印机选择、打印机属性设置等，如何设置取决于设备的配置状况及打印的意愿。值得注意的是，在【打印范围】选择组中的【当前页】单选按钮指

9、打印预览窗中高亮显示的任务。单击【确认】按钮确认，返回打印预览窗口。,图4.19 选择【页面设定】选项,图4.20 页面设置,图4.21 选择【打印设定】选项,图4.22 选择【打印设定】选项,(3)打印以上两项正确设置后，即可进行打印。在打印预览窗的任意处右击，系统弹出快捷菜单，选择【打印】选项。系统再次弹出打印机设置面板，单击【确认】按钮，开始打印。,图4.23 选择【打印】选项,4.1.2 单层板及多层板的打印,相对于双层板而言，单层板的打印要简单得多。在单层板比较简单、印制导线密度较低的情况下，可以将所有的层一并打印，通常这不会造成混乱，如果采用彩色打印方式、打印效果将更不成问题，甚至

10、于，当选择灰度打印时，在顶层丝印层本身较淡的情况下，将元件轮廓与印制导线区分开来也并不困难。如果需要的话，当然还可以将底层和顶层丝印层分别打印，与双层板打印类似，描述PCB轮廓的板层应该被配置在任何一个打印任务中。对于多层板，相对而言，能从PCB实物中看到的板层更有打印价值。如果该多层PCB所有元件都集中于顶层一侧，打印任务及配置可以参照双层板。如果PCB元件采用双面安装，应该增加一个打印任务，即将底层丝印层打印出来。当然，也有一些双面板会采用双面安装(通常是双面贴)的方式，处理方法与此相同。,4.2 PCB的交付,PCB项目设计结束后的下一步工作是交付生产厂商制造。向生产商提供什么样的文件受

11、多方面因素的影响，这是很实际的问题。就生产商而言，生产设备和生产技术往往彼此不一，相差悬殊，在此粗略地将其分成两类：一种是工艺设备比较落后的小厂，这些小厂的生产过程大量采用手工操作方式，生产的是档次较低的产品，这类工厂更习惯于接受客户的打印稿。通过照相制版，获取用于制作丝网的负片，进而通过丝网印刷的方式将PCB板图印制到覆铜板上，再通过腐蚀、钻孔等数十个工序完成PCB的生产。制版效果的好坏从根本上决定最终产品的质量，显然，作为最原始样本的打印件，打印质量至关重要。客户提供的打印稿，一般是41的比例放大稿，即PCB的打印长、宽分别是实际长宽的2倍，但这并不绝对，假如PCB印制导线本身较宽并且布线

12、密度又很低，则没有放大的必要。,另一种是专业厂家，拥有先进的设备和强大的技术力量，客户只需提供该PCB的电子文档即可，这里所说的电子文档包含两种情况：一种是设计者本人提供的可以直接为生产所用的文档，包含Gerber(底片)和NC drill(数控钻)等文件，Protel 2004具有自动生成这些文件的功能；另一种是将PCB文档直接交付，由制造工程师作处理，这种处理和实际生产设备直接相关。对于设计人员来讲，往往对生产并不熟悉，所以自行处理的生产文件很可能并不恰当，比如Protel 2004允许设计者自由地设置各种各样的孔径，但是用于钻孔的钻头是标准件，规格不可能是任意的。所以，对于绝大多数设计者

13、而言，直接交付PCB文档即可。目前普遍采用的交付方式，往往是一个简单快捷的E-mail。通常，生产商会首先为客户打样并等待客户的反馈信息，在客户检查及试用没有问题后才开始批量生产。,4.3 印制线路板制作工艺流程,一、手工制作（一）印刷电路板基本制作方法1、用复写纸将布线图复制到复铜板上：复制前应先用锉刀将复铜板四周边缘锉至平直整齐,而且尺寸尽量与设计图纸尺寸相符,并将复写纸裁成与复铜板一样的尺寸,为了防止在复制过程中产生图纸移动,故要求用胶纸将图纸左右两端与印刷板贴紧。2、先用钻床将元件插孔钻好一般插孔直径为0.9-1MM左右,可采用直径为1MM的钻头较适中,如果钻孔太大将影响焊点质量,但对

14、于少数元件脚较粗的插孔,例如电位器脚孔,则需用直径为1.2MM以上的钻头钻孔。3、贴胶纸：先用刀片将封箱胶纸切成0.5-2.0MM,3-4MM多种宽度的胶纸条后再进行贴胶,贴胶时应根据线条所通过的电流大小及线条间的间隙来适当选择线条的宽容。,一般只需采用2-3种宽度即可,为了保证制作工艺水平,尽可能不要采用过宽或过窄,如需要钻孔的线条其宽度应在1.5MM以上,才不致于在钻孔时将线条钻断,贴胶时还应注意控制各相邻线条的间隙不要太小,否则容易造成线条间短接,贴胶时一定超过钻孔1MM左右,这样才能保证焊眯质量。若采用电脑布图及常规制板技术,因设有焊盘,其焊盘直径分为0.05、0.062、0.07英寸

15、等多种尺寸供布图设计时选用,一般设计时大多数取直径为0.062英寸（即为1.55MM）左右的焊盘;线条宽度不仅受插孔孔径的限制,也受到线条外邻近焊盘的限制。4、对IC的脚位的定位要准确,钻孔时不要钻偏,故一般采用钻孔后贴胶的制板方式。5、为了提高手工制版工艺水平,也可在插孔上设置圆形焊盘,这可采圆形贴胶片或采用油漆先在孔位上制作圆形焊盘,待油漆干了,再进行贴线条,也可以采用油漆画线条,一般可用鸭嘴笔作画线条工作。,（二）印刷板制作工艺流程制板工艺程序：修整板周边尺寸-复制-钻孔定位-贴胶-腐蚀-清洗-去胶-细砂纸擦光亮-涂松香水。1、先将符合尺寸要求的复铜板表面用细砂纸擦光亮,再用复写纸将布线

16、图复制到复铜板上。2、用直径1.0mm钻头钻孔、定位口,再进行贴胶（或上油漆）。3、贴完胶后,应在板上垫放一张厚张,用手掌在上面压一压,其目的是使全部贴胶与复铜板粘贴得更加牢靠。必要时还可用吹风筒加热,可使用权贴胶粘度加强,由于所用的贴胶具很好的粘性,而且胶纸又薄,故采用这种贴胶进行制板,效果较好,一般是不须再作加热处理。4、腐蚀一般采用三氯化铁作腐蚀液,腐蚀速度与腐蚀液的浓度,温度及腐蚀过程中采取抖动有关,为保证制板质量及提高腐蚀速度,可采用抖动和加热的方法。5、腐蚀完成后,应用自来水冲洗干净,并将胶纸去掉,把印刷板抹干。6、用细砂布将印刷板复铜面擦至光亮为止,然后立即涂上松香溶液。,二、机

17、械制板机械制板的工艺流程较多，根据雕刻机的选用、板的选用、制板的方式等不多也各有不同，总体说来，印制板的制作可以概括为下列几个主要步骤：光绘、下料及冲钻基准孔、化学镀铜、蚀刻、电气通断检验、通孔及沉铜、覆阻焊层、铣边等。在印制板制作的这些步骤中光绘是极其重要的一个环节。光绘操作中将印制板的所有层面（如Top Layer、Bottom Layer等）通过感光底片制作成生产用的网版底片，每一层都有一张。由于采用了感光材料，因此对印制板本身的布线也有相应要求，如导线之间的间距、覆铜层网格的大小等，不能小于光绘允许的最小分辨率。有了这些底片（菲林）才可以继续下面的各个工艺步骤。,PCB所用材料（又称基

18、材）是由纸基（常用于单面板）或玻璃布基（常用于双层板或多层板）预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜箔再层压固化而成的。在经过电镀、网印、蚀刻一系列操作后，PCB需要进行电气通断性能的检验。怎样理解这个步骤的含义及作用呢？就像我们在布PCB图时经常提到的网络线一样，属于同一个网络的连线必须连接在一起，而非同一个网络的连线不能连接在一起。通过光绘过程中制作形成的一套插针模板对印制板上铜导线的几个网络点之间进行通断检测，任意两个点间的通与断的情况都是唯一的。PCB只有经过电气通断性能检验，其品质性能才能得以保证，因此电气通断性能检验这一操作步骤在PCB制作过程中起着关键作用。,在通孔及沉铜操作

19、中，前者就是将穿孔元器件管脚在印制板上所处位置进行打孔操作，所用钻头有一系列规格，主要按直径进行划分，例如：PCB图上焊盘孔径28mil，打孔钻头就用0.7规格（即0.7mm直径）；焊盘孔径32mil，打孔钻头就用0.8规格；假如焊盘孔径30mil，打孔钻头依然选用0.8规格（取用偏大规格）。过孔的处理方式与打孔相同。沉铜就是在打孔完成后对焊盘孔及过孔进行金属化的操作：打孔操作完成后孔的内壁是裸露的，没有可焊性，在裸露的孔内壁上镀上一层金属铜，使其与两面的焊盘连接。综上所述，由于沉铜的因素，实际焊盘的孔径与设计相比可能会略微偏小一点。,PCB除了需要锡焊的焊盘等部分外，其余部分的表面有一层耐波

20、峰焊的阻焊膜。其表面阻焊膜多数为绿色，有少数采用黄色、黑色、蓝色等。在PCB行业常把阻焊油叫作绿油，其作用是防止波峰焊时产生桥接现象，提高焊接质量和节约焊料等，是印制板的永久性保护层，能起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用。从外观看，表面光滑明亮的绿色阻焊膜，为菲林对板感光热固化绿油，不但外观比较美观，更重要的是其焊盘精确度较高，从而提高了焊点质量的可靠性；相反网印阻焊油就比较差。,印制板在加工步骤中，还需对其规格做作出相关说明，内容包括：板材厚度、铜箔厚度、孔径大小等。板材厚度的种类一般分为：0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.6、2.0、2.5、3.0（单位：mm），在不特殊说明的情况下，默认值为1.6mm；铜箔厚度：1872m，在不特殊说明的情况下，默认值为36m；孔径大小0.3mm。确定了上述各项指标后，就要对其进行铣边操作（外形加工），铣边需要注意应按照印制板的哪一层进行，一般按照机械层进行该项操作。最后的步骤是对印制板进行一次电气通断性能的测试，合格后才能出厂。,