物理法PCB制作工藝流程

沈花玉 苗艷華 韓彬彬 馮芳 賀艷

摘 要：物理法PCB制作工藝憑借其優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多的重視，比如德國(guó)LPKF快速PCB制作系統(tǒng)，該系統(tǒng)速度快、精度高、無(wú)環(huán)保問(wèn)題。然而其操作過(guò)程較復(fù)雜，涉及的工藝范圍較廣，該文主要依托德國(guó)LPKF快速PCB制作系統(tǒng)的軟硬件條件介紹物理法PCB制作工藝流程。

關(guān)鍵詞：物理法 PCB 工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TB84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-00-01

PCB（Printed Circuit Board）是印刷電路板的簡(jiǎn)稱(chēng)，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。幾乎每種電子設(shè)備，小到電子手表、計(jì)算器，大到計(jì)算機(jī)、通訊電子設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元器件，為了它們之間的電氣互連，都要使用印刷電路板[1]。

印刷電路板按照導(dǎo)體圖形的層數(shù)可以分類(lèi)為：?jiǎn)蚊姘?、雙面板和多層板。常見(jiàn)的多層板一般為4層板或6層板，復(fù)雜的多層板可達(dá)幾十層。單面板是最基本的PCB，電子元器件集中在其中一面，焊盤(pán)和實(shí)現(xiàn)電氣連接的導(dǎo)線則集中在另一面上。雙面板的兩面都有布線，由于要使用兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接，這種電路間的“橋梁”叫做導(dǎo)孔（via）。多層板使用了更多單面板或雙面板，從而進(jìn)一步增加了布線的面積。

國(guó)內(nèi)外對(duì)未來(lái)印刷電路板生產(chǎn)制造技術(shù)發(fā)展動(dòng)向的論述基本是一致的，即向高密度，高精度，細(xì)孔徑，細(xì)導(dǎo)線，細(xì)間距，高可靠，多層化，高速傳輸，輕量，薄型方向發(fā)展，在生產(chǎn)上同時(shí)向提高生產(chǎn)率，降低成本，減少污染，適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)方向發(fā)展。

PCB制作工藝根據(jù)電路板上線條形成的方法不同可劃分為化學(xué)法和物理法兩類(lèi)。物理方法：通過(guò)利用各種刀具和電動(dòng)工具，手工把線路板上不需要的銅刻去?；瘜W(xué)方法：通過(guò)在空白覆銅板上覆蓋保護(hù)層，在腐蝕性溶液里把不必要的銅蝕去。化學(xué)法污染大，周期長(zhǎng)，但價(jià)格相對(duì)便宜，主要應(yīng)用于中小企業(yè)生產(chǎn)，不適于諸如學(xué)校教學(xué)實(shí)踐等小批量生產(chǎn)；物理法周期短，無(wú)污染，但要求專(zhuān)門(mén)人員操作，不適合大批量生產(chǎn)；基于物理法的顯著特點(diǎn)，其主要應(yīng)用于科研單位與企業(yè)的科研項(xiàng)目、電子產(chǎn)品研發(fā)、高校教學(xué)等領(lǐng)域[2]。

化學(xué)法和物理法制作PCB的工藝不同之處主要在于電路板上線條形成的方法不同，物理法通過(guò)利用各種刀具和電動(dòng)工具，手工把線路板上不需要的銅刻去。化學(xué)法通過(guò)在空白覆銅板上覆蓋保護(hù)層，在腐蝕性溶液里把不必要的銅蝕去。

1 物理法PCB制作工藝流程

單面板的制作工藝可概括為：刻頂和底層線路->阻焊->字符->有機(jī)助焊。

雙面板的制作工藝可概括為：鉆孔->孔金屬化->刻頂和底層線路->阻焊->字符->有機(jī)助焊。

多層板的制作工藝可概括為：刻內(nèi)層線路->層壓->鉆孔->孔金屬化->刻頂和底層線路->阻焊->字符->有機(jī)助焊。

其中雙面板工藝流程基本涵蓋了PCB制作的整個(gè)過(guò)程，因此，該文依托速度快、精度高、無(wú)環(huán)保問(wèn)題的德國(guó)LPKF快速PCB制作系統(tǒng)講述物理法PCB制作工藝

流程。

1.1 數(shù)據(jù)處理

用 CircuitCAM 軟件處理 CAD/EDA 數(shù)據(jù)，以生成加工軌跡數(shù)據(jù)，然后驅(qū)動(dòng)電路板刻制機(jī)的加工，具體工作流程為[3]：

2.1.1 導(dǎo)入數(shù)據(jù)。將 CAD/EDA 系統(tǒng)生成的 Gerber、DXF或HP-GL等格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 CircuitCAM軟件中。

2.1.2 編輯、運(yùn)算數(shù)據(jù)。在 CircuitCAM 軟件中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和修改。比如根據(jù)需要修改絕緣溝道與導(dǎo)線、焊盤(pán)隔離等數(shù)據(jù)。

2.1.3 轉(zhuǎn)換輸出至加工界面。加工軌跡的數(shù)據(jù)生成后，CircuitCAM軟件自動(dòng)切換到機(jī)器加工界面，把加工軌跡數(shù)據(jù)輸出到機(jī)器界面中。

1.2 鉆孔

取覆銅箔板做為原料，此銅箔板應(yīng)比所設(shè)計(jì)的電路板尺寸大，并在覆銅箔板上鉆兩個(gè)定位孔將其定位在刻制機(jī)工作臺(tái)面上。由CircuitCAM軟件給出鉆孔命令，刻板機(jī) X、Y 系統(tǒng)帶動(dòng)鉆頭運(yùn)動(dòng)至指定位置后，裝卡有鉆頭的高速馬達(dá)向下運(yùn)動(dòng)并鉆出相應(yīng)大小的孔[4]。

1.3 孔金屬化

根據(jù)CircuitCAM軟件的提示，從刻板機(jī)上取下鉆完孔的覆銅板，在孔金屬化設(shè)備中通過(guò)物理手段在孔壁上沉積上金屬銅，使覆銅板的兩面通過(guò)沉積上銅的孔壁實(shí)現(xiàn)電氣連接。

孔金屬化步驟一般為[5]：孔壁活化，在孔壁上物理沉積一層導(dǎo)電性物質(zhì)；電鍍銅加厚，使孔壁銅層厚至能滿(mǎn)足一定機(jī)械和電氣指標(biāo)。

下面鍍銅的具體操作步驟：開(kāi)機(jī)->2槽噴淋->1槽CL100清洗->2槽噴淋（同步驟2）->3槽CL200清洗->2槽噴淋（同步驟2）->用去離子水噴淋沖洗->干燥電路板->4槽ACT300活化（溫度約20 °C的環(huán)境下）->干燥電路板->6槽鍍銅->7槽噴淋->干燥電路板->取下電路板，鍍銅過(guò)程完畢。

1.4 電路圖形刻制

根據(jù)CircuitCAM軟件的提示，將電路板用定位銷(xiāo)釘和定位孔固定在刻板機(jī)工作臺(tái)上，軟件會(huì)自動(dòng)調(diào)整計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖形，使其位置與覆銅箔板上已有的孔和圖形相對(duì)應(yīng)。軟件自動(dòng)換取相應(yīng)大小的刀具，調(diào)節(jié)好刀深后銑制出絕緣溝道，剝掉不需要的銅箔。

1.5 透銑取下電路板

電路圖形刻制完后，加工頭自動(dòng)換上側(cè)面有刃的透銑銑刀，高速旋轉(zhuǎn)的銑刀沿電路板外輪廓線運(yùn)動(dòng)，把需要的電路板與覆銅箔板其它部分分離，取下電路板。

1.6 阻焊與字符

使用綠油墨阻焊裝置對(duì)刻制好的電路板進(jìn)行阻焊操作，目的是為了保護(hù)電路板的表面及導(dǎo)線，最大限度地保證較小間距的焊盤(pán)和導(dǎo)線之間不出現(xiàn)焊接短路的現(xiàn)象[6]。阻焊工藝流程為：制作阻焊底片；涂覆阻焊油墨；曝光；顯影和固化。

阻焊之后進(jìn)行標(biāo)記、字符的印刷，從而有利于元件的貼裝和檢查。字符印刷工藝方法和阻焊大致相同，只是采用白色油墨，需要打印負(fù)向膠片。

2 結(jié)語(yǔ)

該文依托德國(guó)LPKF快速PCB制作系統(tǒng)軟硬件條件詳細(xì)介紹了物理法PCB制作工藝流程，該工藝憑借其速度快、精度高、無(wú)環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在各行業(yè)的使用具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 王衛(wèi)平.電子產(chǎn)品制造工藝[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 曹學(xué)軍等譯.印制電路板-設(shè)計(jì)、制造、裝配與測(cè)試[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 樂(lè)普科（天津）光電有限公司. CircuitCAM 中文手冊(cè).2008.

[4] 樂(lè)普科（天津）光電有限公司. BoardMaster中文手冊(cè).2008.

[5] 樂(lè)普科（天津）光電有限公司. Manual-contac2中文手冊(cè).2008.

[6] 樂(lè)普科（天津）光電有限公司. EasyQuick SM中文手冊(cè).2008.