PCB印刷電路板代工及簡介

PCB印刷電路板代工及簡介

印刷電路板,又稱為印製電路板,印刷線路板,常使用英文縮寫是PCBPrinted circuit board)或PWBPrinted wire board),是重要的電子部件,也是電子元件的支撐體,在這其中也有金屬導體連接電子元器件的線路。

傳統的電路板,採用印刷蝕刻阻劑的工法,做出電路的線路及圖面,因此被稱為印刷電路板或印刷線路板。由於電子產品不斷微小化跟精細化,目前大多數的電路板都是採用貼附蝕刻阻劑(壓膜或塗布),經過曝光顯影後,再以蝕刻做出電路板。

基材

基材普遍是以基板的絕緣及強化部分作分類,常見的原料為電木板、玻璃纖維板,以及各式的塑膠板。而PCB的製造商普遍會以一種以玻璃纖維織物料以及環氧樹脂樹脂組成的絕緣預浸漬材料(prepreg),再以和銅箔壓製成銅箔基板備用。

 

而常見的基材及主要成份有:

FR-1 ──酚醛棉紙,這基材通稱電木板(比FR-2較高經濟性)

FR-2 ──酚醛棉紙,

FR-3 ──棉紙、環氧樹脂

FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、環氧樹脂

FR-5 ──玻璃布、環氧樹脂

FR-6 ──毛面玻璃、聚酯

G-10 ──玻璃布、環氧樹脂

CEM-1 ──棉紙、環氧樹脂(阻燃)

CEM-2 ──棉紙、環氧樹脂(非阻燃)

CEM-3 ──玻璃布、環氧樹脂

CEM-4 ──玻璃布、環氧樹脂

CEM-5 ──玻璃布、多元

AIN ──氮化鋁

SIC ──碳化矽

 

金屬塗層

金屬塗層除了是基板上的配線外,也就是基板線路跟電子元件焊接的地方。此外,由於不同的金屬價錢不同,因此直接影響生產的成本。另外,每種金屬的可焊性、接觸性,電阻值等等不同,這也會直接影響元件的效能。

常用的金屬塗層有:

厚度通常在515μm

鉛錫合金(或錫銅合金)

即焊料,厚度通常在525μm,錫含量約在63%

一般只會鍍在接口

一般只會鍍在接口,或以整體也是銀的合金

 

線路設計

印製電路板的設計是以電路原理圖為藍本,實現電路使用者所需要的功能。印刷電路板的設計主要指版圖設計,需要內部電子元件、金屬連線、通孔和外部連結的布局、電磁保護、熱耗散、串音等各種因素。優秀的線路設計可以節約生產成本,達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設計可以用手工實現,但複雜的線路設計一般也需要藉助計算機輔助設計(CAD)實現,而著名的設計軟體有OrCADPads (也即PowerPCB)、Altium designer(也即Protel)、FreePCBCAM350AutoCAD等。

 

電路板的基本組成

目前的電路板,主要由以下組成

線路與圖面(Pattern):線路是做為原件之間導通的工具,在設計上會另外設計大銅面作為接地及電源層。線路與圖面是同時做出的。

介電層(Dielectric):用來保持線路及各層之間的絕緣性,俗稱為基材

(Through hole / via):導通孔可使兩層次以上的線路彼此導通,較大的導通孔則做為零件插件用,另外有非導通孔(nPTH)通常用來作為表面貼裝定位,組裝時固定螺絲用。

 

防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :並非全部的銅面都吃錫上零件,因此非吃錫的區域,會印一層隔絕銅面吃錫的物質(通常為環氧樹脂),避免非吃錫的線路間短路。根據不同的工藝,分為綠油、紅油、藍油

絲印Legend /Marking/Silk screen):此為非必要之構成,主要的功能是在電路板上標各零件的名稱、位置框,方便組裝後維修及辨識用。

表面處理(Surface Finish):由於銅面在一般環境中,很容易氧化,導致無法上錫(焊錫性不良),因此會在要吃錫的銅面上進行保護。保護的方式有噴錫(HASL)化金(ENIG)化銀(Immersion Silver)化錫(Immersion Tin),有機保焊劑(OSP),方法各有優缺點,統稱為表面處理。

 

基本製作

根據不同的技術可分為消除和增加兩大類過程。

減去法

減去法(Subtractive),是利用化學品或機械將空白的電路板(即鋪有完整一塊的金屬箔的電路板)上不需要的地方除去,餘下的地方便是所需要的電路。

絲網印刷:把預先設計好的電路圖製成絲網遮罩,絲網上不需要的電路部分會被蠟或者不透水的物料覆蓋,然後把絲網遮罩放到空白線路板上面,再在絲網上油上不會被腐蝕的保護劑,把線路板放到腐蝕液中,沒有被保護劑遮住的部份便會被蝕走,最後把保護劑清理。

 

感光板:把預先設計好的電路圖制在透光的膠片遮罩上(最簡單的做法就是用印表機印出來的投影片),同理應把需要的部份印成不透明的顏色,再在空白線路板上塗上感光顏料,將預備好的膠片遮罩放在電路板上照射強光數分鐘,除去遮罩後用顯影劑把電路板上的圖案顯示出來,最後如同用絲網印刷的方法一樣把電路腐蝕。

 

刻印:利用銑床或雷射彫刻機直接把空白線路上不需要的部份除去。

 

加成法

加成法(Additive),現在普遍是在一塊預先鍍上薄銅的基板上,覆蓋光阻劑D/F),經紫外光曝光再顯影,把需要的地方露出,然後利用電鍍把線路板上正式線路銅厚增厚到所需要的規格,再鍍上一層抗蝕刻阻劑-金屬薄錫,最後除去光阻劑這製程稱為去膜,再把光阻劑下的銅箔層蝕刻掉。

 

多層製作

積層法

積層法是製作多層印刷電路板的方法之。是在製作內層後才包上外層,再把外層以減去法或加成法所處理。不斷重複積層法的動作,可以得到再多層的多層印刷電路板則為順序積層法。

 

增層法

增層法是製作多層印刷電路板的方法之一,顧名思義是把印刷電路板一層一層的加上。每加上一層就處理至所需的形狀。

 

ALIVH

ALIVHAny Layer Interstitial Via HoleAny Layer IVA)是日本松下電器開發的增層技術。這是使用芳香聚醯胺(Aramid)纖維布料為基材[1]

把纖維布料浸在環氧樹脂成為「黏合片」(prepreg

雷射鑽孔

鑽孔中填滿導電膏

在外層黏上銅

銅箔上以蝕刻的方法製作線路圖案

把完成第二步驟的半成品上在銅箔上

積層編成

再不停重覆第五至七的步驟,直至完成

 

B2itBuried Bump Interconnection Technology)是東芝開發的增層技術。

先製作一塊雙面板或多層板

在銅箔上印刷圓錐銀膏

放黏合片在銀膏上,並使銀膏貫穿黏合片

把上一步的黏合片在第一步的板上

以蝕刻的方法把黏合片的銅箔製成線路圖案

再不停重覆第二至四的步驟,直至完成

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