1.2 印制电路板生产制作
制造印制电路板最初的一道基本工序是将底图或照相底片上的图形转印到覆铜箔层压板上,最简单的一种方法是印制—蚀刻法,或称为铜箔腐蚀法,即用防护性抗蚀材料在敷铜箔层压板上形成正性的图形,那些没有被抗蚀材料防护起来的不需要的铜箔经化学蚀刻而被去掉,蚀刻后将抗蚀层除去就留下由铜箔构成的所需的图形。
1.2.1 印制电路板制作生产工艺流程
一般印制板的制作要经过CAD辅助设计、照相底版制作、图像转移、化学镀、电镀、蚀刻和机械加工等过程,图1-13为双面板图形电镀-蚀刻法的工艺流程图。
图1-13 双面板图形电镀—蚀刻法的工艺流程图
单面印制板一般采用酚醛纸基覆铜箔板制作,也常采用环氧纸基或环氧玻璃布覆铜箔板,单面板图形比较简单,一般采用丝网漏印正性图形,然后蚀刻出印制板,也可以采用光化学法生产。
双面印制板通常采用环氧玻璃布覆铜箔板制造,双面板的制造一般分为工艺导线法、堵孔法、掩蔽法和图形电镀-蚀刻法。
多层印制板一般采用环氧玻璃布覆铜箔层压板。为了提高金属化孔的可靠性,应尽量选用耐高温的、基板尺寸稳定性好的、特别是厚度方向热线膨胀系数较小的,并和铜镀层热线膨胀系数基本匹配的新型材料。制作多层印制板,先用铜箔蚀刻或电镀法做出内层导线图形,然后根据设计要求,把几张内层导线图形重叠,放在专用的多层压机内,经过热压、粘合工序,就制成了具有内层导电图形的覆铜箔的层压板。
目前已定型的工艺主要有以下两种。
1)减成法工艺。通过有选择性地除去不需要的铜箔部分来获得导电图形的方法。
减成法是印制电路制造的主要方法,其最大优点是工艺成熟、稳定和可靠。
2)加成法工艺。在未覆铜箔的层压板基材上,有选择地淀积导电金属而形成导电图形的方法。
加成法工艺的优点是避免大量蚀刻铜,降低了成本;生产工序简化,生产效率提高;镀铜层的厚度一致,金属化孔的可靠性提高;印制导线平整,能制造高精密度PCB。
1.2.2 采用热转印方式制板
热转印制板的优点是直观、快速、方便及成功率高,但是对激光打印机要求高,需要专用的菲林纸或热转印纸。
热转印制板所需的主要材料有覆铜板、热转印纸、高温胶带、三氯化铁(或工业盐酸+双氧水)和松香水(松香+无水酒精);设备工具有热转印机、激光打印机、裁板机、高速微型钻床、剪刀、锉刀、镊子、细砂纸以及记号笔等。
热转印制板的具体操作流程为:激光打印出图→裁板→PCB图热转印→修板→线路腐蚀→钻孔→擦拭、清洗→涂松香水。
1.激光打印出图
出图一般采用激光打印机,通过设计软件Altium Designer Summer 09将线路层打印在热转印纸的光滑面上,激光打印机出图如图1-14所示。
图1-14 激光打印机出图
一般在打印时,为节约热转印纸,可将几个PCB图合并到同一个文件中再一起打印,打印完毕用剪刀将每一块印制电路板的图样剪开。
2.裁板
板材准备又称为下料,在PCB制作前,应根据设计好的PCB图大小来确定所需PCB基的尺寸规格,然后根据具体需求进行裁板。
裁板机如图1-15所示,裁板时调整好定位尺,将电路板放置在底板上,根据PCB大小确定刀口位置,下压压杆进行裁板。
图1-15 裁板机
裁板时,为了后续贴转印纸方便,电路板上一般要留出贴高温胶带的位置,一般比转印的PCB图长1cm。
3.PCB图热转印
PCB图热转印即通过热转机将热转印纸上的PCB图转印到电路板上。热转印的具体步骤如下。
(1)覆铜板表面处理
在进行热转印前必须先对覆铜板进行表面处理,由于加工、储存等原因,在覆铜板的表面会形成一层氧化层或污物,将影响底图的转印,在转印底图前需用细砂纸打磨覆铜板。
(2)热转印纸裁剪
使用剪刀将带底图的热转印纸裁剪到略小于覆铜板大小,以便进行固定。
(3)高温胶带固定
通过高温胶带将底图的一侧固定在覆铜板上,贴热转印纸如图1-16所示。
图1-16 贴热转印纸
(4)热转印
热转印是通过热转印机将热转印纸上的碳粉转印到覆铜板上,热转印及揭转印纸如图1-17所示,将热转印机进行预热,当温度达到150℃左右时,将用高温胶带贴好热转印纸的覆铜板送入热转印机进行转印(注意贴胶带的位置先送入),热转印机的滚轴将步进转动覆铜板进行转印。
图1-17 热转印及揭转印纸
热转印结束,热转印纸上的碳粉将转印到覆铜板上。
4.揭热转印纸与板修补
热转印完毕,自然冷却覆铜板,当不烫手时,小心揭开热转印纸,此时碳粉已经转印到覆铜板上。
揭开热转印纸后可能会出现部分地方没有转印好,此时需要进行修补,利用记号笔将未转印好的地方补描一下,晾干后即可进行线路腐蚀。
5.线路腐蚀
线路腐蚀主要是通过腐蚀液将没有碳粉覆盖的铜箔腐蚀,而保留下碳粉覆盖部分,即设计好的PCB铜膜线。
线路腐蚀采用双氧水+盐酸+水混合液,双氧水和盐酸的比例为3:1,配制时必须先加水稀释双氧水,再混合盐酸。由于使用的双氧水和盐酸溶液的浓度可能各不相同,腐蚀时可根据实际情况调整用量。这种腐蚀方法速度快,腐蚀液清澈透明,容易观察腐蚀程度,腐蚀完毕要迅速用竹筷或镊子将PCB捞出,再用水进行冲洗,最后烘干。
线路腐蚀也可以采用三氯化铁溶液进行,为提高腐蚀速度,可以适当加热。
腐蚀后的印制电路板如图1-18所示,图中的铜膜线上覆盖有碳粉。
图1-18 腐蚀后的印制电路板
6.钻孔
钻孔的主要目的为在印制电路板上插装元器件,常用的手动打孔设备有高速视频钻床和高速微型台钻,钻孔设备如图1-19所示。
图1-19 钻孔设备
a)高速视频钻床 b)高速微型台钻
钻孔时要对焊盘中心,钻孔过程中要根据需要调整钻头的粗细。为便于钻孔时对准焊盘中心,在打印PCB图时,可将焊盘的孔设置为显示状态(即在打印设置时选中“Holes”)。
7.后期处理
钻孔后,用细砂纸将印制电路板上的碳粉擦除,清理干净后涂上松香水,以便于后期的焊接,防止氧化。