印刷電路板概念

　　印制電路板{PCB線路板}，又稱印刷電路板，是電子元器件電氣連接的提供者。它的發(fā)展已有100多年的歷史了；它的設(shè)計主要是版圖設(shè)計；采用電路板的主要優(yōu)點是大大減少布線和裝配的差錯，提高了自動化水平和生產(chǎn)勞動率。

　　印制電路板分類

　　1、單面板

　　在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面上。因為導(dǎo)線只出現(xiàn)在其中一面，所以這種PCB叫作單面板（Single-sided）。因為單面板在設(shè)計線路上有許多嚴格的限制（因為只有一面，布線間不能交叉而必須繞獨自的路徑），所以只有早期的電路才使用這類的板子。

　　2、雙面板

　　這種電路板的兩面都有布線，不過要用上兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫做導(dǎo)孔（via）。導(dǎo)孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，雙面板解決了單面板中因為布線交錯的難點（可以通過導(dǎo)孔通到另一面），它更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路上。

　　3、多層板

　　為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印刷線路板，通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計要求進行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了，也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)并不代表有幾層獨立的布線層，在特殊情況下會加入空層來控制板厚，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結(jié)構(gòu)，不過技術(shù)上理論可以做到近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板，不過因為這類計算機已經(jīng)可以用許多普通計算機的集群代替，超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因為PCB中的各層都緊密的結(jié)合，一般不太容易看出實際數(shù)目，不過如果仔細觀察主機板，還是可以看出來。

　　印制電路板特性

　　1）電子元件封裝后，能實現(xiàn)電氣導(dǎo)通。

　　2）要求絕緣部分不可有電流流通。

　　3）要求導(dǎo)通部分必須有電流流通。

　　4）必須達到能貼裝元件的要求，是元器件固定和裝配的機械支撐。

　　5）必須有完整清析的識別字符和元件符號。

　　6）可以固定在機器適當部位。

　　印制電路板作用

　　電子設(shè)備采用印制板后，由于同類印制板的一致性，從而避免了人工接線的差錯，并可實現(xiàn)電子元器件自動插裝或貼裝、自動焊錫、自動檢測，保證了電子設(shè)備的質(zhì)量，提高了勞動生產(chǎn)率、降低了成本，并便于維修。

　　印刷電路板的設(shè)計

　　布局

　　布局，是把電路器件放在印制電路板布線區(qū)內(nèi)。布局是否合理不僅影響后面的布線工作，而且對整個電路板的性能也有重要影響。在保證電路功能和性能指標后，要滿足工藝性、檢測和維修方面的要求，元件應(yīng)均勻、整齊、緊湊布放在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接，以得到均勻的組裝密度。

　　按電路流程安排各個功能電路單元的位置，輸入和輸出信號、高電平和低電平部分盡可能不交叉，信號傳輸路線最短。

　　功能區(qū)分

　　元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字及模擬電路、速度快慢、電流大小等進行分組，以免相互干擾。

　　電路板上同時安裝數(shù)字電路和模擬電路時，兩種電路的地線和供電系統(tǒng)完全分開，有條件時將數(shù)字電路和模擬電路安排在不同層內(nèi)。電路板上需要布置快速、中速和低速邏輯電路時，應(yīng)安放在緊靠連接器范圍內(nèi);而低速邏輯和存儲器，應(yīng)安放在遠離連接器范圍內(nèi)。這樣，有利于減小共阻抗耦合、輻射和交擾的減小。時鐘電路和高頻電路是主要的騷擾輻射源，一定要單獨安排，遠離敏感電路。

　　熱磁兼顧

　　發(fā)熱元件與熱敏元件盡可能遠離，要考慮電磁兼容的影響。

　　工藝性

　?、艑用?/p>

　　貼裝元件盡可能在一面，簡化組裝工藝。

　?、凭嚯x

　　元器件之間距離的最小限制根據(jù)元件外形和其他相關(guān)性能確定，目前元器件之間的距離一般不小于0.2mm～0.3mm，元器件距印制板邊緣的距離應(yīng)大于2mm。

　?、欠较?/p>

　　元件排列的方向和疏密程度應(yīng)有利于空氣的對流?？紤]組裝工藝，元件方向盡可能一致。

　　布線

　　1、導(dǎo)線

　?、艑挾?/p>

　　印制導(dǎo)線的最小寬度，主要由導(dǎo)線和絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。印制導(dǎo)線可盡量寬一些，尤其是電源線和地線，在板面允許的條件下盡量寬一些，即使面積緊張的條件下一般不小于1mm。特別是地線，即使局部不允許加寬，也應(yīng)在允許的地方加寬，以降低整個地線系統(tǒng)的電阻。對長度超過80mm的導(dǎo)線，即使工作電流不大，也應(yīng)加寬以減小導(dǎo)線壓降對電路的影響。

　?、崎L度

　　要極小化布線的長度，布線越短，干擾和串擾越少，并且它的寄生電抗也越低，輻射更少。特別是場效應(yīng)管柵極，三極管的基極和高頻回路更應(yīng)注意布線要短。

　　⑶間距

　　相鄰導(dǎo)線之間的距離應(yīng)滿足電氣安全的要求，串擾和電壓擊穿是影響布線間距的主要電氣特性。為了便于操作和生產(chǎn)，間距應(yīng)盡量寬些，選擇最小間距至少應(yīng)該適合所施加的電壓。這個電壓包括工作電壓、附加的波動電壓、過電壓和因其它原因產(chǎn)生的峰值電壓。當電路中存在有市電電壓時，出于安全的需要間距應(yīng)該更寬些。

　?、嚷窂?/p>

　　信號路徑的寬度，從驅(qū)動到負載應(yīng)該是常數(shù)。改變路徑寬度對路徑阻抗（電阻、電感、和電容）產(chǎn)生改變，會產(chǎn)生反射和造成線路阻抗不平衡。所以，保持路徑的寬度不變。在布線中，避免使用直角和銳角，一般拐角應(yīng)該大于90°。直角的路徑內(nèi)部的邊緣能產(chǎn)生集中的電場，該電場產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲，45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當兩條導(dǎo)線以銳角相遇連接時，應(yīng)將銳角改成圓形。

　　2、孔徑和焊盤尺寸

　　元件安裝孔的直徑應(yīng)該與元件的引線直徑較好的匹配，使安裝孔的直徑略大于元件引線直徑的（0.15～0.3）mm。通常DIL封裝的管腳和絕大多數(shù)的小型元件使用0.8mm的孔徑，焊盤直徑大約為2mm。對于大孔徑焊盤為了獲得較好的附著能力，焊盤的直徑與孔徑之比，對于環(huán)氧玻璃板基大約為2，而對于苯酚紙板基應(yīng)為（2.5～3）。

　　過孔，一般被使用在多層PCB中，它的最小可用直徑是與板基的厚度相關(guān)，通常板基的厚度與過孔直徑比是6：1。高速信號時，過孔產(chǎn)生（1～4）nH的電感和（0.3～0.8）pF的電容的路徑。因此，當鋪設(shè)高速信號通道時，過孔應(yīng)該被保持到的最小。對于高速的并行線（例如地址和數(shù)據(jù)線），如果層的改變是不可避免，應(yīng)該確保每根信號線的過孔數(shù)一樣。并且應(yīng)盡量減少過孔數(shù)量，必要時需設(shè)置印制導(dǎo)線保護環(huán)或保護線，以防止振蕩和改善電路性能。

　　3、地線設(shè)計

　　不合理的地線設(shè)計會使印制電路板產(chǎn)生干擾，達不到設(shè)計指標，甚至無法工作。地線是電路中電位的參考點，又是電流公共通道。地電位理論上是零電位，但實際上由于導(dǎo)線阻抗的存在，地線各處電位不都是零。因為地線只要有一定長度就不是一個處處為零的等電位點，地線不僅是必不可少的電路公共通道，又是產(chǎn)生干擾的一個渠道。

　　一點接地是消除地線干擾的基本原則。所有電路、設(shè)備的地線都必須接到統(tǒng)一的接地點上，以該點作為電路、設(shè)備的零電位參考點（面）。一點接地分公用地線串聯(lián)一點接地和獨立地線并聯(lián)一點接地。

　　公用地線串聯(lián)一點接地方式比較簡單，各個電路接地引線比較短，其電阻相對小，這種接地方式常用于設(shè)備機柜中的接地。獨立地線并聯(lián)一點接地，只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都直接接到這一點上，各電路的地電位只與本電路的地電流基地阻抗有關(guān)，不受其他電路的影響。

　　具體布線時應(yīng)注意以下幾點：

　?、抛呔€長度盡量短，以便使引線電感極小化。在低頻電路中，因為所有電路的地電流流經(jīng)公共的接地阻抗或接地平面，所以避免采用多點接地。

　?、乒驳鼐€應(yīng)盡量布置在印制電路板邊緣部分。電路板上應(yīng)盡可能多保留銅箔做地線，可以增強屏蔽能力。

　?、请p層板可以使用地線面，地線面的目的是提供一個低阻抗的地線。

　?、榷鄬佑≈齐娐钒逯?，可設(shè)置接地層，接地層設(shè)計成網(wǎng)狀。地線網(wǎng)格的間距不能太大，因為地線的一個主要作用是提供信號回流路徑，若網(wǎng)格的間距過大，會形成較大的信號環(huán)路面積。大環(huán)路面積會引起輻射和敏感度問題。另外，信號回流實際走環(huán)路面積小的路徑，其他地線并不起作用。

　?、傻鼐€面能夠使輻射的環(huán)路最小。

　　印制線路板制作流程

　　我們來看一下印刷電路板是如何制作的，以四層為例。四層PCB板制作過程：

　　1.化學(xué)清洗—【ChemicalClean】

　　為得到良好質(zhì)量的蝕刻圖形，就要確保抗蝕層與基板表面牢固的結(jié)合，要求基板表面無氧化層、油污、灰塵、指印以及其他的污物。因此在涂布抗蝕層前首先要對板進行表面清洗并使銅箔表面達到一定的粗化層度。

　　內(nèi)層板材：開始做四層板，內(nèi)層（第二層和第三層）是必須先做的。內(nèi)層板材是由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂基復(fù)合在上下表面的銅薄板。

　　2.裁板壓膜—【CutSheetDryFilmLaminaTIon】

　　涂光刻膠：為了在內(nèi)層板材作出我們需要的形狀，我們首先在內(nèi)層板材上貼上干膜（光刻膠，光致抗蝕劑）。干膜是由聚酯簿膜，光致抗蝕膜及聚乙烯保護膜三部分組成的。貼膜時，先從干膜上剝下聚乙烯保護膜，然后在加熱加壓的條件下將干膜粘貼在銅面上。

　　3.曝光和顯影-【ImageExpose】【ImageDevelop】

　　曝光：在紫外光的照射下，光引發(fā)劑吸收了光能分解成游離基，游離基再引發(fā)光聚合單體產(chǎn)生聚合交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)后形成不溶于稀堿溶液的高分子結(jié)構(gòu)。聚合反應(yīng)還要持續(xù)一段時間，為保證工藝的穩(wěn)定性，曝光后不要立即撕去聚酯膜，應(yīng)停留15分鐘以上，以時聚合反應(yīng)繼續(xù)進行，顯影前撕去聚酯膜。

　　顯影：感光膜中未曝光部分的活性基團與稀堿溶液反應(yīng)生產(chǎn)可溶性物質(zhì)而溶解下來，留下已感光交聯(lián)固化的圖形部分。

　　4.蝕刻-【CopperEtch】

　　在撓性印制板或印制板的生產(chǎn)過程中，以化學(xué)反應(yīng)方法將不要部分的銅箔予以去除，使之形成所需的回路圖形，光刻膠下方的銅是被保留下來不受蝕刻的影響的。

　　5.去膜，蝕后沖孔，AOI檢查，氧化

　　StripResist】【PostEtchPunch】【AOIInspecTIon】【Oxide】

　　去膜的目的是清除蝕刻后板面留存的抗蝕層使下面的銅箔暴露出來。“膜渣”過濾以及廢液回收則須妥善處理。如果去膜后的水洗能完全清洗干凈，則可以考慮不做酸洗。板面清洗后最后要完全干燥，避免水份殘留。

　　6.疊板-保護膜膠片【Layupwithprepreg】

　　進壓合機之前，需將各多層板使用原料準備好，以便疊板（Lay-up）作業(yè)。除已氧化處理之內(nèi)層外，尚需保護膜膠片（Prepreg）-環(huán)氧樹脂浸漬玻璃纖維。疊片的作用是按一定的次序?qū)⒏灿斜Ｗo膜的板子疊放以來并置于二層鋼板之間。

　　7.疊板-銅箔和真空層壓

　　【Layupwithcopperfoil】【VacuumLaminaTIonPress】

　　銅箔-給目前的內(nèi)層板材再在兩側(cè)都覆蓋一層銅箔，然后進行多層加壓（在固定的時間內(nèi)需要測量溫度和壓力的擠壓）完成后冷卻到室溫，剩下的就是一個多層合在一起的板材了。

　　8.CNC鉆孔【CNCDrill】

　　在內(nèi)層的條件下，數(shù)控鉆孔根據(jù)模式鉆孔。鉆孔精度要求很高，以確保孔是在正確位置。

　　9.電鍍-通孔【ElectrolessCopper】

　　為了使通孔能在各層之間導(dǎo)通（使孔壁上之非導(dǎo)體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化），在孔中必須填充銅。第一步是在孔中鍍薄薄一層銅，這個過程完全是化學(xué)反應(yīng)。最終鍍的銅厚為50英寸的百萬分之一。

　　10.裁板壓膜【CutSheet】【DryFilmLaminaTIon】

　　涂光刻膠：我們有一次在外層涂光刻膠。

　　11.曝光和顯影-【ImageExpose】【ImageDevelop】

　　外層曝光和顯影

　　12.線路電鍍：【CopperPatternElectroPlating】

　　此次也成為二次鍍銅，主要目的是加厚線路銅和通孔銅厚。

　　13.電鍍錫【TinPatternElectroPlating】

　　其主要目的是蝕刻阻劑，保護其所覆蓋的銅導(dǎo)體不會在堿性蝕銅時受到攻擊（保護所有銅線路和通孔內(nèi)部）。

　　14.去膜【StripResist】

　　我們已經(jīng)知道了目的，只需要用化學(xué)方法，表面的銅被暴露出來。

　　15.蝕刻【CopperEtch】

　　我們知道了蝕刻的目的，鍍錫部分保護了下面的銅箔。

　　16.預(yù)硬化曝光顯影上阻焊

　　【LPIcoatingside1】【TackDry】【LPIcoatingside2】【TackDry】

　　【ImageExpose】【ImageDevelop】【ThermalCureSoldermask】

　　阻焊層，是為了把焊盤露出來用的，也就是通常說的綠油層，實際上就是在綠油層上挖孔，把焊盤等不需要綠油蓋住的地方露出來。適當清洗可以得到合適的表面特征。

　　17.表面處理

　　【Surfacefinish】

　　》HASL，Silver，OSP，ENIG熱風整平，沉銀，有機保焊劑，化學(xué)鎳金

　　》TabGoldifany金手指

　　熱風整平焊料涂覆ＨＡＬ（俗稱噴錫）過程是先把印制板上浸上助焊劑，隨后在熔融焊料里浸涂，然后從兩片風刀之間通過，用風刀中的熱壓縮空氣把印制板上的多余焊料吹掉，同時排除金屬孔內(nèi)的多余焊料，從而得到一個光亮、平整、均勻的焊料涂層。

　　金手指（GoldFinger，或稱EdgeConnector）設(shè)計的目的，在于藉由connector連接器的插接作為板對外連絡(luò)的出口，因此須要金手指制程。之所以選擇金是因為它優(yōu)越的導(dǎo)電度及抗氧化性。但因為金的成本極高所以只應(yīng)用于金手指，局部鍍或化學(xué)金。

　　最后總結(jié)一下所有的過程：

　　1） Inner Layer 內(nèi)層

　　》 Chemical Clean 化學(xué)清洗

　　》 Cut Sheet Dry Film Lamination 裁板 壓膜

　　》 Image Expose 曝光

　　》 Image Develop 顯影

　　》 Copper Etch 蝕銅

　　》 Strip Resist 去膜

　　》 Post Etch Punch 蝕后沖孔

　　》 AOI Inspection AOI 檢查

　　》 Oxide 氧化

　　》 Layup 疊板

　　》 Vacuum Lamination Press 壓合

　　2） CNC Drilling 鉆孔

　　》 CNC Drilling 鉆孔

　　3） Outer Layer 外層

　　》 Deburr 去毛刺

　　》 Etch back - Desmear 除膠渣

　　》 Electroless Copper 電鍍-通孔

　　》 Cut Sheet Dry Film Lamination 裁板 壓膜

　　》 Image Expose 曝光

　　》 Image Develop 顯影

　　4） Plating 電鍍

　　》 Image Develop 顯影

　　》 Copper Pattern Electro Plating 二次鍍銅

　　》 Tin Pattern Electro Plating 鍍錫

　　》 Strip Resist 去膜

　　》 Copper Etch 蝕銅

　　》 Strip Tin 剝錫

　　5） Solder Mask 阻焊

　　》 Surface prep 前處理

　　》 LPI coating side 1 印刷

　　》 Tack Dry 預(yù)硬化

　　》 LPI coating side 2 印刷

　　》 Tack Dry 預(yù)硬化

　　》 Image Expose 曝光

　　》 Image Develop 顯影

　　》 Thermal Cure Soldermask 印阻焊

　　6） Surface finish 表面處理

　　》 HASL， Silver， OSP， ENIG 熱風整平，沉銀，有機保焊劑，化學(xué)鎳金

　　》 Tab Gold if any 金手指

　　》 Legend 圖例

　　7） Profile 成型

　　》 NC Routing punch

　　8） ET Testing， continuity isolation

　　9） QC Inspection

　　》 Ionics 離子殘余量測試

　　》 100% Visual Inspection 目檢

　　》 Audit Sample Mechanical Inspection

　　》 Pack & Shipping 包裝及出貨