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PCB工艺基础知识

文章出处:正嘉翔科技 / 作者:正嘉翔科技 / 发表时间:2021-11-02

 PCB物料方面: 

1. 覆铜板:COPPER CLAD LAMINATE,简称CCL,或基材 

2. 铜箔:COPPER FOIL 

3. 半固化片:PREPREG,简称PP 

4. 油墨: 

5. 干膜: 

6. 网纱: 

7. 钻头: 

二、  PCB产品特性方面及过程通用知识: 

1. 阻抗:IMPEDANCE 

2. 翘曲度: 

3. RoHS: 

4. 背光: 

5. 阳极磷铜球: 

6. 电镀铜阳极表面积估算方法: 

7. ICD问题 

三、PCB流程方面常识: 

1. 蚀刻因子:Etch Factor 

2. 侧蚀: 

3. 水池效应: 

4. A阶树脂:A-stage resin 

5. B阶树脂:B-stage resin 

6. C阶树脂:C-stage resin 

7. 基材字体颜色: 

8. MSDS: 

9. SGS: 

10.UL: 

11.IPC: 

12.ISO: 

13.MIL: 

14.JPC: 

15.COV: 

16.FR4: 

17.pH值... 

18.赫尔槽试验(Hull Cell Test) 

19.电流密度A/dm2 

20.TP: THROUGH POWER (溶液)分散能力即贯孔能力 

21.置换反应: 

  • 22.EDS:energy dispersive x-ray spectroscopy  X射线能量色散谱 

23.SEM:scanning electron microscope 扫瞄式电子显微镜 

24.邦定:BONDING 

25.贾凡尼效应: 

26. 真空度:vacuum degree;degree of vacuum

一、PCB物料方面:

覆铜板:COPPER CLAD LAMINATE,简称CCL,或板材

● Tg:Glass Transition Temperature, 玻璃态转化温度, 是玻璃态物质在玻璃态和高弹态(通常说的软化)之间相互转化的温度,PCB行业中,此玻璃态物质一般是指由树脂或树脂与玻纤布组成的介质层。我司常用普通TG板材Tg要求大于135℃,中Tg要求大于150℃,高TG要求大于170℃。Tg值越高,通常其耐热能力及尺寸稳定性越好。

● CTI:Comparative Tracking lndex,相对漏电指数(或相比漏电指数、漏电起痕指数)。材料表面能经受住50滴电解液(0.1%氯化铵水溶液)而没有形成漏电痕迹的最高电压值,单位为V。

● CTE:Coefficient of thermal expansion热胀系数,通常衡量PCB板材性能的是线性膨胀系数,定义为:单位温度改变下长度的增加量与的原长度的比值,如Z-CTE。CTE值越低,尺寸稳定性越好,反之越差。

● TD:thermal decomposition temperature热分解温度,是指基材树脂受热失重5%时的温度,为印制板的基材受热引起分层和性能下降的标志。

● CAF:耐离子迁移性能, 印制板的离子迁移是绝缘基材上的电化学绝缘破坏现象,是指在印制板上相互靠近而平行的电路上施加电压后,在电场作用下,导线之间析出树枝状金属的状态,或者是沿着基材的玻璃纤维表面发生金属离子的迁移(CAF),从而降低了导线间的绝缘,

● T288: 是反映印制板基材耐焊接条件的一项技术指标,指印制板的基材在288℃条件下经受焊接高温而不产生起泡、分层等分解现象的最长时间,该时间越对焊接越有利。

● DK: dielectric constant,介质常数,常称介电常数。

● DF: dissipation factor,介质损耗因素,是指信号线中已漏失在绝缘板材中的能量,与尚存在线中能量的比值。

● OZ:oz是符号ounce的缩写,中文称为“盎司”(香港译为安士)是英制计量单位,作为重量单位时也称为英两;1OZ意思是重量1OZ的铜均匀平铺在1平方英尺(FT2)的面积上所达到的厚度,它是用单位面积的重量来表示铜箔的平均厚度。用公式来表示即,1OZ=28.35g/ FT2。

铜箔:COPPER FOIL
● ED铜箔:电解铜箔,PCB常用铜箔,价格便宜,

● RA铜箔:压延铜箔,FPC常用铜箔,

● Drum Side:光面,电解铜箔的光滑面

● Matt side:毛面,电解铜箔的粗糙面

● 铜:元素符号Cu,原子量63.5,密度8.89克/立方厘米,Cu2+的电化当量1.186克/安时。

半固化片:PREPREG,简称PP
● 环氧树脂:树脂分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物,是目前普遍使用的半固化片中所采用的树脂成分

● DICY:双氰胺,一种常见之固化剂

● R.C: resin content 树脂含量

● R.F: resin flow 树脂流动度

● G.T: gel time 凝胶时间

● V.C: volatile content 挥发物含量

● 固化:环氧树脂与固化剂在一定条件下(高温高压或光照)发生交联聚合反应,生成立体网状结构的聚合物。

油墨:

● 粘度:粘度是指流体在流动时,相邻流体层间存在着相对运动,则该两流体层间会产生摩擦阻力;单位:帕斯卡尔.秒(pa.s)。

● 硬度:油墨在预烤完成后的硬度为2B,油墨在曝光完成后的硬度为2H,油墨在后烤完成后的硬度为6H。铅笔硬度。

● 触变性(thixotropic):油墨在静置时呈胶状,而受到触动时粘度发生变化的一种性质,又称摇变性、抗流挂性;是液体的一种物理特性,即在搅拌状态下其粘度下降,待静置后又很快恢复其原来粘度的特性。通过搅拌,触变性的作用持续很长时间,足以使其内部结构重新构成。要达到高质量的网印效果,油墨的触变性是十分重要的。特别是在刮板过程中,油墨被搅动,进而使其液态化。这一作用加快油墨通过网孔的速度,促进原来网线分开的油墨均匀地连成一体。一旦刮板停止运动,油墨回到静止状态,其粘度就又很快地恢复到原来的所要求的数据。

干膜:
● 干膜结构:

图片1.png

● 干膜由三部份组成及成份:  

o 支撑膜 (聚酯膜,Polyester)

o 光阻干膜(Photo-resist Dry Film)

o 覆盖膜 (聚乙稀膜,Polyethylene)

● 主要成分 ①Binder粘结剂(成膜树脂)、 ②光聚合单体Monomer 、③光引发剂Photo-initiator 、 ④增塑剂 Plasticiser、⑤增粘剂 Adhesion  Promoter、⑥热阻聚剂、⑦色料Dye、⑧溶剂

● 干膜种类依照干膜显影和去膜方法的不同分成三类:溶剂型干膜、水溶性干膜和剥离型干膜;根据干膜的用途分成:抗蚀干膜、掩孔干膜和阻焊干膜。

● 感光速度:是指光致抗蚀剂在紫外光照射下,光聚合单体产生聚合反应形成具有一定抗蚀能力的聚合物所需光能量的多少,在光源强度及灯距固定的情况下,感光速度表现为曝光时间 的长短,曝光时间短即为感光速度快。

● 分辨率:是指在1mm的距离内,干膜抗蚀剂所能形成的线条(或间距)的条数,分辨率也可以用线条(或间距)绝对尺寸的大小来表示。


网纱:

● 网密度:

o T数\目数:是指在1厘米长度内的网孔数。

钻头:

● 钻头几何结构名称:

图片2.png

● 钻尖 (Point Angle)

钻尖是由两个窄长的第一钻尖面及两个呈三角形钩状的第二钻尖面所构成的,此四面会合于钻尖点,在中央会合处形成两条短刃称为横刃(Chisel edge),是最先碰触板材之处,此横刃在压力及旋转下即先行定位而钻入stack中,第一尖面的两外侧各有一突出之方形带片称为刃筋(Margin),此刃筋一直随着钻体部份盘旋而上,为钻针与孔壁的接触部份。而刃筋与刃唇交接处之直角刃角(Corner)对孔壁的质量非常重要,钻尖部份介于第一尖面与第二尖面之间有长刃,两长刃在与两横刃在中间部份相会而形成突出之点是为尖点,此两长刃所形成的夹角称钻尖角(Point angle),钻纸质之酚醛树脂基板时因所受阻力较少,其钻尖角约为90 °~ 110 °。钻  FR4的玻纤板时则尖角需稍钝为115 °~ 135 °。最常见者为130 °者。 第一尖面与长刃之水平面所呈之夹面角约为15°称为第一尖面(Primary Face Angle),而第二尖面角则约为30°另有横刃与刃唇所形成的夹角称为横刃角(cheisel Edge Angle)。

● 钻头类型:

图片3.png

二 、PCB产品特性方面及过程通用知识:

阻抗:IMPEDANCE

● 电阻和电抗(容抗、感抗)在向量上的和。常见阻抗类型有特征阻抗和差分阻抗。

翘曲度:

● 使用表面安装组件的印制板的最大弓曲(图a)和扭曲(图b)应小于或等于0.75%

图片4.png

                                                                      a 弓曲                                    b 扭曲

RoHS:

RoHS 是《电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令》(THE RESTRICTION OF THE USE OF CERTAIN HAZARDOUS SUBSTANCES IN ELECTRICAL AND ELECTRONIC EQUIPMENT),为Restriction of Hazardous Substances的英文缩写,RoHS 一共列出六种有害物质,包括:铅 Pb,镉 Cd,汞 Hg,六价铬 Cr6+,多溴二苯醚PBDE,多溴联苯 PBB。

背光:

是一种检查通孔铜壁完好与否的放大目检方法,其做法是将孔壁外的基材自某一方向上小心的予以磨薄,再利用树脂半透明的原理,从背后射入光线。假如化学铜孔壁品质完好而无任何破洞或针孔时,则该铜层必能阻绝光线而在显微镜中呈现黑暗,一旦铜壁有破洞时,则必有光点出现而被观察到,并可放大摄影存证。磨好的样品约4-6MM宽。 

背  光  标  准  图

未标题-1.jpg

图2.jpg


未标题-2.jpg

阳极磷铜球:

● 纯度要求:
元素 含量(%) 元素 含量(%)
Cu ≥99.91 Ni ≤0.002
P 0.040-0.065 Sb ≤0.002
Pb ≤0.002 As ≤0.002
Fe ≤0.0025 S ≤0.002
Sn ≤0.002 O ≤0.002

● 特色:

o 通电后磷铜表面形成一层黑色(或棕黑)的薄膜

o 黑色(或棕黑色)薄膜为Cu3P又称磷铜阳极膜

● 磷铜阳极膜的作用

o 阳极膜本身对(Cu+--E→Cu2+)反应有催化、加速作用,从而减少CU+的积累。

o 阳极膜形成后能抑制Cu+的继续产生

o 阳极膜的电导率为1.5X104-1 CM-1具有金属导电性

o 磷铜较纯铜阳极化小(1A/DM2  P0.04-0.065%磷铜的阳极化比无氧铜低50MV-80MV)不会导致阳极钝化。

o 阳极膜会使微小晶粒从阳极脱落的现象大大减少

o 阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解

电镀铜阳极表面积估算方法:

● 圆形钛篮铜阳极表面积估算方法:pDLF /2

  p=3.14      D=钛篮直径    L=钛篮长度    F=系数

● 方形钛篮铜阳极表面积估算方法:1.33LWF

  L=钛篮长度   W=钛篮宽度      F=系数

● F与铜球直径有关: 

直径=12MM    F=2.2

直径=15MM    F=2.0    直径=25MM   F=1.7

直径=28MM    F=1.6    直径=38MM   F=1.2

ICD问题

Internal Connection Defects内层互联缺陷


三、PCB流程方面常识:
蚀刻因子:Etch Factor

● 用于考虑蚀刻侧蚀量的指标,因不同铜厚侧蚀量会有所差别,所以蚀刻因子是与总铜厚有差。

● 计算方法:

图片1.png

侧蚀:

● 发生在抗蚀层图形下面导线侧壁的蚀刻称为侧蚀,侧蚀的程度是以侧向蚀刻的宽度来表示:

图片2.png

● 侧蚀与蚀刻液种类、组成和使用的蚀刻工艺及设备有关。

水池效应:

在蚀刻过程中,线路板水平通过蚀刻机,因重力作用在上面,新鲜药水被旧液阻挠,无法有效的和铜面反应。

A阶树脂:A-stage resin

某此热固性树脂制造的早期阶段呈液态或加热后呈液态,此时在某此液态中仍能溶解。

B阶树脂:B-stage resin
某此热固性树脂反应的中间阶段加热时能软化,但不能完全溶解或熔化,此时它与某些溶剂接触能 涨或部分溶解。

C阶树脂:C-stage resin

某些热固性树脂反应的后阶段,此时它实际上是不溶或不熔。

基材字体颜色:

红色字体:阻燃级,其它字体:非阻燃级。

MSDS:

Material Safety Data Sheet材料安全数据表,为化学物质及其制品提供了有关安全、健康和环境保护方面的各种信息,并能提供有关化学品的基本知识、防护措施和应急行动等方面的资料。在一些国家,MSDS也称作物质安全技术说明书(SDS),ISO 11014中采用SDS术语。

SGS:

Societe Generale de Surveillance S.A. 的简称,译为“通用公证行”。 它创建于1887年,是目前世界上最大、资格最老的民间第三方从事产品质量控制和技术鉴定的跨国公司。总部设在日内瓦,在世界各地设有251家分支机构,256个专业实验室和 27000名专业技术人员,在142个国家开展产品质检、监控和保证活动。

UL:

UNDER WRITERS LABORATORIES INC美国保险商试验室。

IPC:

The Institute for International and Packaging Electronic Circuits 美国电路互连与封装学会(标准)。

ISO:

International Standards Organization 国际标准化组织。

MIL:

Military Standard 美国军用标准。

JPC:

Japan Printed Circuit Association 日本印制电路学会。

COV:

coefficient of variation 变异系数,一般用于电镀均匀性及蚀刻均匀性的相关指标。

FR4:

Flame Retardant Type 4 的缩写。是由玻璃纤维和环氧树脂的复合材料所构成的难燃性印刷电路板材料的名称,是使用领域最广的印刷电路板。

pH值

● 亦称氢离子浓度指数、酸碱值,是溶液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准,这个概念是1909年由丹麦生物化学家Søren Peter Lauritz Sørensen提出。p代表德语Potenz,意思是力量或浓度,H代表氢离子(H+)。有时候pH也被写为拉丁文形式的pondus hydrogenii。

● 通常情况下(25℃、298K左右),当pH<7的时候,溶液呈酸性,当pH>7的时候,溶液呈碱性,当pH=7的时候,溶液为中性。

赫尔槽试验(Hull Cell Test)

● 1939年Hull设计出赫尔槽,赫尔槽试验只需要少量镀液,经过短时间试验便能得到在较宽的电流密度范围内镀液的电镀效果;由于该试脸对镀液组成及操作条件作用敏感,因此常用来确定镀液各组分的浓度以及pH值,确定获得良好镀层的电流密度范围,同时也常用于镀液的故障分析,因此赫尔槽已成为电镀研究、电镀工艺控制不可缺少的工具。

● 赫尔槽常用有机玻璃或硬聚氯乙烯等绝缘材料制成,底面呈梯形,阴、阳极分别置于不平行的两边,容量有250ml、267ml、320ml、534ml、1000ml 5种,一般常在267mL试验槽中加入 250mL镀液,便于将添加物折算成每升含有多少克。

图片3.png

电流密度A/dm2

A/dm2--每平方分米面积上电流强度是多少安培,1A/dm2这是电镀的电流密度,是指工件电镀面积每平方分米通过的电流为1A;dm是分米的意思,通常我们使用267ml规格的赫尔槽,将试片放在阴极处浸入试验槽液内试片的面积大略就是1dm2

TP: THROUGH POWER (溶液)分散能力即贯孔能力


置换反应:

置换反应是单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应,任何置换反应都属于复分解反应,包括金属与金属盐的反应,金属与酸的反应等;置换反应一定为氧化还原反应,氧化还原反应不一定为置换反应;置换反应是根据金属活泼性顺序表发生的。

EDS:energy dispersive x-ray spectroscopy  X射线能量色散谱

用聚的很细的电子束照射被检测的试样表面,由于电子束与样品的相互作用,产生各种电子或X射线、光子等信息,然后将这些信息通过不同方式的收集与处理,显示出试样的各种特性(形貌、微结构、成分、晶面等)

SEM:scanning electron microscope 扫瞄式电子显微镜

从电子枪阴极发出的直径20mm~30mm的电子束,受到阴阳极之间加速电压的作用,射向镜筒,经过聚光镜及物镜的会聚作用,缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下,电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测,经过放大、转换,变成电压信号,最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描,并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步,这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像,这种图象反映了样品表面的形貌特征。

邦定:BONDING

邦定是芯片生产工艺中一种打线的方式,一般用于封装前将芯片内部电路用金线或铝线与封装管脚或线路板镀金铜箔连接,来自超声波发生器的超声波(一般为40-140KHz),经换能器产生高频振动,通过变幅杆传送到劈刀,当劈刀与引线及被焊件接触时,在压力和振动的作用下,待焊金属表面相互摩擦,氧化膜被破坏,并发生塑性变形,致使两个纯净的金属面紧密接触,达到原子距离的结合,最终形成牢固的机械连接。一般邦定后(即电路与管脚连接后)用黑胶将芯片封装。

贾凡尼效应:

指两种金属由于电位差的缘故,通过介质产生了电流,继而产生了电化学反应,电位高的阳极被氧化。

真空度:vacuum degree;degree of vacuum

● 处于真空状态下的气体稀簿程度,通常用“真空度高”和“真空度低”来表示,真空度高表示真空度“好”的意思,真空度低表示真空度“差”的意思。若所测设备内的压强低于大气压强,其压力测量需要真空表。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值,即:真空度=大气压强-绝对压强;

● 对于真空度的标识通常有两种方法:

o 一是用“绝对压力”、“绝对真空度”(即比“理论真空”高多少压力)标识;在实际情况中,真空泵的绝对压力值介于0~101.325KPa之间。绝对压力值需要用绝对压力仪表测量,在20℃、海拔高度=0的地方,用于测量真空度的仪表(绝对真空表)的初始值为101.325KPa(即一个标准大气压)。

o 二是用“相对压力”、“相对真空度”(即比“大气压”低多少压力)来标识。"相对真空度"是指被测对象的压力与测量地点大气压的差值。用普通真空表测量。在没有真空的状态下(即常压时),表的初始值为0。当测量真空时,它的值介于0到-101.325KPa(一般用负数表示)之间。

● 常用的真空度单位有Pa、Kpa、Mpa、大气压、公斤(Kgf/cm2)、mmHg、mbar、bar、PSI等。近似换算关系如下:

o 1MPa=1000KPa

o 1KPa=1000Pa

o 1大气压=100KPa=0.1MPa

o 1大气压=1公斤(Kgf/cm2)=760mmHg

o 1大气压=14.5PSI

o 1KPa=10mbar

o 1bar=1000mbar


 





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