因?yàn)閷I(yè)
所以領(lǐng)先
多層電路板封裝是一個(gè)復(fù)雜且關(guān)鍵的過程,在電子設(shè)備制造中起著重要作用。它涉及到多個(gè)步驟和多種技術(shù)的綜合運(yùn)用,以確保電路板能夠正常工作并滿足各種性能要求。
多層電路板封裝主要是將一級(jí)封裝的元器件組裝到印刷電路板(PCB)上,包括板上封裝單元和器件的互連,同時(shí)要考慮阻抗的控制、連線的精細(xì)程度和低介電常數(shù)材料的應(yīng)用等方面。在這個(gè)過程中,從最初的材料準(zhǔn)備到最后的成品測試,每一個(gè)環(huán)節(jié)都緊密相連,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能影響到整個(gè)多層電路板的性能和質(zhì)量。
基材選擇
在多層PCB的制造過程中,基材的選擇是基礎(chǔ)且至關(guān)重要的一步。基材不僅需要具備優(yōu)良的電氣性能,還需考慮到機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和加工難度。常用的基材包括FR - 4(一種具有優(yōu)良絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂),適用于一般的電子設(shè)備。對(duì)于更高頻率的應(yīng)用,會(huì)使用PTFE(聚四氟乙烯),它在高頻環(huán)境下具有更好的電氣性能。在一些特殊的高頻應(yīng)用,例如某些高端通信設(shè)備或者雷達(dá)系統(tǒng)中,可能還會(huì)用到陶瓷或其它特殊材料,這些材料能夠滿足在特殊頻段下對(duì)信號(hào)傳輸?shù)膰?yán)格要求。
除了基材,還需要準(zhǔn)備銅箔、預(yù)浸料(半固化片)、化學(xué)試劑等。銅箔是電路板上導(dǎo)電線路的主要材料來源,預(yù)浸料(半固化片)在層壓階段用來粘合不同層,對(duì)電路板的電氣性能和結(jié)構(gòu)完整性至關(guān)重要。化學(xué)試劑則用于電路板制造過程中的蝕刻、清洗等工藝環(huán)節(jié)。
多層電路板結(jié)構(gòu)材料
多層電路板在電路板結(jié)構(gòu)中有多個(gè)銅層,因此需要特殊的基材來制造。創(chuàng)建多層電路板需要使用半固化片(PP)和相對(duì)較薄的覆銅層壓板(Core芯板)進(jìn)行組合壓合固化后形成最終的厚度。這種結(jié)構(gòu)使得多層電路板能夠在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的電路連接和功能集成。
層數(shù)確定
根據(jù)電路的復(fù)雜程度、信號(hào)傳輸要求、元件數(shù)量等因素確定多層電路板的層數(shù)。例如,對(duì)于簡單的低頻電路,雙層板可能就足夠滿足需求;但對(duì)于復(fù)雜的高速數(shù)字電路或者含有多種功能模塊的電路,可能就需要四層、六層甚至更多層數(shù)的電路板。例如在智能手機(jī)主板中,由于集成了處理器、內(nèi)存、通信模塊等眾多功能元件,通常采用六層或八層的多層電路板,以滿足信號(hào)完整性、電源分配和空間限制等多方面的要求。
層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵從一定的規(guī)則,如每個(gè)走線層都必須有一個(gè)鄰近的參考層(電源或地層),鄰近的主電源層和地層要保持最小間距,以提供較大的耦合電容。以四層板為例,常見的層疊結(jié)構(gòu)有SIG - GND(PWR)-PWR(GND)-SIG或者GND - SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND。對(duì)于第一種方案,通常應(yīng)用于板上芯片較多的情況,可得到較好的SI(信號(hào)完整性)性能;第二種方案通常應(yīng)用于板上芯片密度足夠低和芯片周圍有足夠面積(放置所要求的電源覆銅層)的場合,從EMI(電磁干擾)控制的角度看是較好的4層PCB結(jié)構(gòu)。
在設(shè)計(jì)層疊結(jié)構(gòu)時(shí),還需要考慮信號(hào)的類型和走向。對(duì)于高速信號(hào),要盡量使其在相鄰的參考層之間傳輸,以減少信號(hào)反射和串?dāng)_。例如時(shí)鐘信號(hào)這種周期性的高速信號(hào),要特別注意其布線和層疊結(jié)構(gòu)中的位置安排,以確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。
布局布線
布局方面,要根據(jù)元件的功能、大小、發(fā)熱量等因素合理安排元件在電路板上的位置。例如,發(fā)熱量大的元件(如功率放大器)要遠(yuǎn)離對(duì)溫度敏感的元件(如某些精密的傳感器),并且要考慮散熱通道的設(shè)計(jì)。對(duì)于集成電路芯片,要按照其引腳功能進(jìn)行合理布局,方便后續(xù)的布線連接。
布線時(shí),要遵循一定的規(guī)則以保證信號(hào)完整性。對(duì)于高速信號(hào),要控制布線的長度、寬度和彎曲程度。例如,差分信號(hào)對(duì)的布線要保證等長、等間距,以減少信號(hào)的偏差。同時(shí),要避免在布線過程中出現(xiàn)銳角,因?yàn)殇J角會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射增加。對(duì)于電源線和地線,要盡量加寬,以降低線路的電阻,提高電源的穩(wěn)定性。
內(nèi)層圖形制作
首先對(duì)芯板進(jìn)行內(nèi)層圖形制作。這一過程包括對(duì)芯板進(jìn)行清洗、光刻、蝕刻等步驟。清洗是為了去除芯板表面的雜質(zhì)和油污,保證后續(xù)工藝的良好附著力。光刻是將設(shè)計(jì)好的電路圖形通過光刻膠轉(zhuǎn)移到芯板上,光刻膠在曝光和顯影后會(huì)形成與電路圖形對(duì)應(yīng)的圖案。蝕刻則是利用化學(xué)試劑將沒有被光刻膠保護(hù)的銅箔去除,從而形成內(nèi)層的電路圖形。
層壓
將制作好內(nèi)層圖形的芯板和半固化片按照設(shè)計(jì)好的層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊放。然后通過熱壓的方式使半固化片固化,將各層緊密地粘合在一起。在層壓過程中,需要控制好溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù)。如果溫度過高,可能會(huì)導(dǎo)致樹脂過度流動(dòng),造成內(nèi)層圖形移位或者板翹等問題;如果壓力不足,則可能會(huì)出現(xiàn)層間結(jié)合不牢固的情況。例如,在層壓四層板時(shí),根據(jù)不同的芯板和半固化片材料,可能需要將溫度控制在170 - 190℃,壓力在200 - 400psi,層壓時(shí)間在60 - 120分鐘之間。
鉆孔
層壓完成后,需要進(jìn)行鉆孔操作,以制作過孔。過孔用于連接不同的層,實(shí)現(xiàn)信號(hào)和電源的傳輸。鉆孔的精度對(duì)于多層電路板的性能至關(guān)重要。隨著電子設(shè)備的小型化和復(fù)雜化,對(duì)鉆孔的要求也越來越高,目前常用的鉆孔技術(shù)包括機(jī)械鉆孔和激光鉆孔。機(jī)械鉆孔適用于較大直徑的過孔,而激光鉆孔能夠?qū)崿F(xiàn)更小直徑的過孔,并且具有更高的精度和更快的速度。例如在一些高端智能手機(jī)的多層電路板制造中,為了滿足高密度布線的需求,會(huì)采用激光鉆孔技術(shù)來制作直徑在0.1 - 0.3mm的過孔。
外層圖形制作
鉆孔完成后,對(duì)外層進(jìn)行圖形制作,這一過程與內(nèi)層圖形制作類似,包括清洗、光刻、蝕刻等步驟,從而在外層形成電路圖形和焊盤等結(jié)構(gòu)。
表面處理
表面處理主要是為了提高電路板的可焊性和抗氧化性。常見的表面處理方法有熱風(fēng)整平、化學(xué)鍍鎳/浸金、有機(jī)可焊性保護(hù)劑(OSP)等。熱風(fēng)整平是將電路板浸入熔融的錫鉛合金中,使電路板表面的銅箔被錫鉛合金覆蓋,這種方法成本較低,但平整度較差。化學(xué)鍍鎳/浸金是先在電路板表面鍍上一層鎳,然后再浸入金溶液中形成一層金層,這種方法具有良好的可焊性和抗氧化性,但成本較高。OSP則是在電路板表面形成一層有機(jī)保護(hù)膜,這種方法成本適中,可焊性也較好,在許多中高端電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。
元器件貼裝
這一階段采用表面貼裝技術(shù)(SMT)或者通孔插裝技術(shù)(THT)將元器件安裝到多層電路板上。SMT是目前最常用的技術(shù),它具有生產(chǎn)效率高、體積小、適合自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。在SMT貼裝過程中,通過貼片機(jī)將元器件準(zhǔn)確地貼裝到電路板上的指定位置。對(duì)于一些小型的無源元件(如電阻、電容等),貼片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的貼裝。而對(duì)于較大的集成電路芯片或者特殊的元器件(如連接器等),可能需要采用手工貼裝或者特殊的貼裝設(shè)備。THT則主要用于一些對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要求較高或者功率較大的元器件的安裝,例如大型的電解電容或者功率晶體管。
焊接
貼裝完成后,進(jìn)行焊接操作將元器件固定在電路板上。焊接方法包括波峰焊和回流焊。波峰焊主要用于THT元器件的焊接,它是將電路板通過熔化的焊錫波峰,使元器件引腳與電路板上的焊盤焊接在一起。回流焊則適用于SMT元器件的焊接,它是通過加熱使預(yù)先涂覆在焊盤上的焊錫膏熔化,從而實(shí)現(xiàn)元器件與焊盤的焊接。在焊接過程中,要控制好焊接溫度、時(shí)間和焊錫量等參數(shù),以確保焊接質(zhì)量。如果焊接溫度過高或者時(shí)間過長,可能會(huì)導(dǎo)致元器件損壞或者焊點(diǎn)出現(xiàn)虛焊、短路等問題。
測試與檢驗(yàn)
焊接完成后,需要對(duì)多層電路板進(jìn)行測試和檢驗(yàn)。測試內(nèi)容包括電氣性能測試(如開路、短路測試,信號(hào)完整性測試等)、功能測試(驗(yàn)證電路板是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能)等。電氣性能測試可以使用專門的測試儀器(如萬用表、示波器等)來檢測電路中的電阻、電容、電感等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求,以及信號(hào)的傳輸是否正常。功能測試則需要根據(jù)電路板的具體功能,通過輸入相應(yīng)的信號(hào)來檢測輸出是否正確。檢驗(yàn)方面,要檢查電路板的外觀是否有缺陷(如焊點(diǎn)是否飽滿、元器件是否安裝正確等),同時(shí)要檢查電路板的尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。
基材采購與檢驗(yàn)
在多層電路板制造中,首先要根據(jù)設(shè)計(jì)要求采購合適的基材。對(duì)于一般的工業(yè)控制電路板,可能會(huì)選擇FR - 4基材,因?yàn)槠湫詢r(jià)比高且能滿足大多數(shù)常規(guī)電氣性能需求。在采購時(shí),要對(duì)基材的厚度、介電常數(shù)、銅箔厚度等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。例如,厚度偏差過大可能會(huì)影響層壓后的電路板整體厚度,從而影響后續(xù)的安裝和使用。對(duì)于介電常數(shù),如果與設(shè)計(jì)值偏差較大,可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸速度和阻抗不匹配等問題。銅箔厚度則直接關(guān)系到電路板的導(dǎo)電能力和承載電流的能力,一般會(huì)使用厚度為1oz(盎司)或2oz的銅箔,在一些高功率應(yīng)用中可能會(huì)選擇更厚的銅箔。
同時(shí),要對(duì)基材的表面質(zhì)量進(jìn)行檢查,確保沒有劃痕、凹坑等缺陷,因?yàn)檫@些缺陷可能會(huì)影響內(nèi)層圖形的制作質(zhì)量。例如,如果基材表面有劃痕,在光刻和蝕刻過程中可能會(huì)導(dǎo)致光刻膠附著不均勻,從而使蝕刻后的電路圖形出現(xiàn)缺陷。
銅箔準(zhǔn)備
銅箔在使用前需要進(jìn)行切割和預(yù)處理。切割要根據(jù)電路板的尺寸要求進(jìn)行精確切割,確保銅箔的尺寸與芯板相匹配。預(yù)處理包括清洗和表面粗化處理。清洗是為了去除銅箔表面的油污和雜質(zhì),一般采用化學(xué)清洗的方法,使用的化學(xué)試劑如氫氧化鈉溶液、酸性清洗劑等。表面粗化處理是為了提高銅箔與半固化片之間的結(jié)合力,通常采用微蝕刻的方法,將銅箔表面蝕刻出一定的微觀粗糙度。
半固化片處理
半固化片在使用前要進(jìn)行干燥處理,以去除其中的水分和揮發(fā)物。如果半固化片中的水分含量過高,在層壓過程中可能會(huì)產(chǎn)生氣泡,影響層間的結(jié)合質(zhì)量。一般會(huì)將半固化片在真空環(huán)境下進(jìn)行干燥處理,干燥溫度和時(shí)間根據(jù)半固化片的型號(hào)和廠家要求而定,例如,有些半固化片可能需要在120℃下干燥2 - 4小時(shí)。干燥后的半固化片要妥善保存,避免再次受潮。
芯板清洗
芯板在進(jìn)行內(nèi)層圖形制作之前,需要進(jìn)行徹底的清洗。清洗的目的是去除芯板表面的油污、灰塵和氧化物等雜質(zhì)。一般采用化學(xué)清洗和物理清洗相結(jié)合的方法?;瘜W(xué)清洗使用的試劑有堿性清洗劑和酸性清洗劑,堿性清洗劑可以去除油污和有機(jī)雜質(zhì),酸性清洗劑可以去除氧化物。物理清洗則包括超聲波清洗,利用超聲波的振動(dòng)作用使雜質(zhì)從芯板表面脫離。例如,在使用氫氧化鈉堿性清洗劑清洗后,再使用稀鹽酸酸性清洗劑進(jìn)行清洗,然后進(jìn)行超聲波清洗,這樣可以確保芯板表面的清潔度。
光刻膠涂覆
清洗后的芯板要進(jìn)行光刻膠涂覆。光刻膠的涂覆方法有旋涂法、噴涂法等。旋涂法是將光刻膠滴在芯板表面,然后通過高速旋轉(zhuǎn)使光刻膠均勻地涂覆在芯板表面。噴涂法則是通過噴槍將光刻膠噴涂在芯板表面。在涂覆過程中,要控制好光刻膠的厚度,光刻膠的厚度會(huì)影響到后續(xù)光刻的分辨率和精度。一般來說,對(duì)于精細(xì)線路的制作,需要較薄的光刻膠層,而對(duì)于一些較大線路的制作,可以使用稍厚一點(diǎn)的光刻膠層。
曝光與顯影
涂覆光刻膠后的芯板要進(jìn)行曝光操作。曝光是將設(shè)計(jì)好的電路圖形通過掩膜版投射到光刻膠上,使光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。曝光的能量和時(shí)間要根據(jù)光刻膠的型號(hào)和掩膜版的透光性等因素進(jìn)行調(diào)整。曝光不足會(huì)導(dǎo)致光刻膠未完全反應(yīng),使得電路圖形轉(zhuǎn)移不完全;曝光過度則可能會(huì)使光刻膠過度反應(yīng),影響電路圖形的精度。曝光后進(jìn)行顯影操作,顯影是將未曝光部分的光刻膠去除,從而在光刻膠上形成與電路圖形對(duì)應(yīng)的圖案。顯影液的濃度和顯影時(shí)間也要嚴(yán)格控制,否則可能會(huì)導(dǎo)致光刻膠圖案的變形或者殘留。
蝕刻與光刻膠去除
顯影后的芯板要進(jìn)行蝕刻操作。蝕刻是利用化學(xué)試劑將沒有被光刻膠保護(hù)的銅箔去除,從而形成內(nèi)層的電路圖形。常用的蝕刻劑有氯化銅蝕刻液、氯化鐵蝕刻液等。在蝕刻過程中,要控制好蝕刻液的濃度、溫度和蝕刻時(shí)間等參數(shù),以確保蝕刻的精度和速度。蝕刻完成后,要去除光刻膠,一般采用有機(jī)溶劑(如丙酮等)進(jìn)行清洗,將光刻膠完全去除,得到干凈的內(nèi)層電路圖形。
疊層準(zhǔn)備
在層壓之前,要根據(jù)設(shè)計(jì)好的層疊結(jié)構(gòu)將制作好內(nèi)層圖形的芯板、半固化片等材料進(jìn)行疊放。在疊放過程中,要注意各層的方向和順序,確保與設(shè)計(jì)要求一致。例如,對(duì)于有電源層和地層要求的層疊結(jié)構(gòu),要準(zhǔn)確放置電源層和地層的芯板和半固化片。同時(shí),要避免在疊放過程中引入雜質(zhì),如毛發(fā)、灰塵等,因?yàn)檫@些雜質(zhì)可能會(huì)在層壓后造成層間短路或者其他電氣性能問題。
層壓參數(shù)設(shè)置
層壓過程中的參數(shù)設(shè)置非常關(guān)鍵。溫度、壓力和時(shí)間是三個(gè)主要的參數(shù)。不同的材料組合和電路板厚度要求會(huì)有不同的最佳參數(shù)設(shè)置。例如,對(duì)于由FR - 4芯板和特定半固化片組成的四層電路板,層壓溫度可能設(shè)置在180℃左右,壓力在300psi左右,層壓時(shí)間為90分鐘左右。如果溫度過高,可能會(huì)導(dǎo)致半固化片中的樹脂過度流動(dòng),造成內(nèi)層圖形移位或者層間短路;如果壓力不足,可能會(huì)使層間結(jié)合不緊密,影響電路板的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能;如果層壓時(shí)間過短,則可能會(huì)導(dǎo)致半固化片固化不完全。
層壓過程操作
將疊放好的材料放入層壓機(jī)中進(jìn)行層壓操作。在層壓過程中,層壓機(jī)要保持穩(wěn)定的溫度、壓力和時(shí)間控制。同時(shí),要注意層壓機(jī)的加熱和加壓方式,確保各層材料能夠均勻受熱和受壓。例如,有些層壓機(jī)采用上下加熱板同時(shí)加熱的方式,這樣可以使層間溫度分布更加均勻。在層壓過程中,還要對(duì)層壓過程進(jìn)行監(jiān)控,例如通過壓力傳感器和溫度傳感器來監(jiān)測壓力和溫度的變化,確保層壓過程符合設(shè)定的參數(shù)要求。
鉆孔設(shè)計(jì)與編程
在進(jìn)行鉆孔操作之前,要根據(jù)電路設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行鉆孔設(shè)計(jì)。確定過孔的位置、直徑和數(shù)量等參數(shù)。然后根據(jù)鉆孔設(shè)備的類型(如機(jī)械鉆床或激光鉆孔機(jī))進(jìn)行編程,設(shè)置鉆孔的路徑、速度和深度等參數(shù)。對(duì)于高密度多層電路板,鉆孔的設(shè)計(jì)和編程要更加精細(xì),以確保在有限的空間內(nèi)能夠準(zhǔn)確地鉆出所需的過孔。例如,在一些手機(jī)主板的多層電路板中,過孔的直徑可能只有0.1 - 0.3mm,而且數(shù)量眾多,需要精確的鉆孔編程來避免過孔之間的干涉。
鉆孔操作與質(zhì)量控制
根據(jù)編程設(shè)置進(jìn)行鉆孔操作。在鉆孔過程中,要控制好鉆孔的速度和進(jìn)給量,以確保鉆孔的質(zhì)量。對(duì)于機(jī)械鉆孔,鉆孔速度過快可能會(huì)導(dǎo)致鉆頭磨損加劇,鉆孔精度下降,甚至可能會(huì)造成鉆頭折斷;進(jìn)給量過大則可能會(huì)使孔壁粗糙,影響過孔的電氣性能。對(duì)于激光鉆孔,要控制好激光的功率和脈沖頻率等參數(shù)。同時(shí),在鉆孔過程中要進(jìn)行質(zhì)量控制,例如通過顯微鏡檢查鉆出的過孔是否符合設(shè)計(jì)要求,如孔的直徑、垂直度等。如果發(fā)現(xiàn)過孔存在缺陷,如孔徑偏差過大或者孔壁不光滑等問題,要及時(shí)調(diào)整鉆孔參數(shù)或者更換鉆頭。
外層清洗與預(yù)處理
鉆孔完成后,對(duì)外層進(jìn)行清洗和預(yù)處理。清洗是為了去除鉆孔過程中產(chǎn)生的碎屑和油污等雜質(zhì)。預(yù)處理包括對(duì)孔壁進(jìn)行金屬化處理,以提高孔壁的導(dǎo)電性。孔壁金屬化處理的方法有化學(xué)
PCBA電路板/線路板清洗劑W3000介紹
電路板/線路板清洗劑W3000 是針對(duì) PCBA 焊后清洗開發(fā)的一款堿性水基清洗劑,是一款環(huán)保洗板水。能夠快速有效的去除焊后錫膏、助焊劑及油污、灰塵等殘留物質(zhì)。適用于超聲波和噴淋清洗工藝。該產(chǎn)品采用我公司專利技術(shù)研發(fā),清洗力強(qiáng),氣味清淡,不含鹵素,無閃點(diǎn)。溫和的配方使其對(duì)敏感金屬合金具有良好的材料兼容性,是一款理想的環(huán)保型水基清洗劑。
電路板/線路板清洗劑W3000的產(chǎn)品特點(diǎn):
1、清洗負(fù)載能力高,可過濾性好,具有超長的使用壽命,維護(hù)成本低。
2、能夠有效清除元器件底部細(xì)小間隙中的殘留物,清洗之后焊點(diǎn)保持光亮。
3、配方溫和,特別適用于較長接觸時(shí)間的清洗應(yīng)用。對(duì) PCBA 上各種零器件無影響,材料兼容性好。
4、不含鹵素,無閃點(diǎn),使用安全,不需要額外的防爆措施。
5、無泡沫,適合用在噴淋清洗工藝中。
6、不含固態(tài)物質(zhì),被清洗件和清洗設(shè)備上無殘留,無發(fā)白現(xiàn)象。
電路板/線路板清洗劑W3000的適用工藝:
W3000環(huán)保洗板水適用在超聲波清洗工藝和噴淋清洗工藝中。
電路板/線路板清洗劑W3000產(chǎn)品應(yīng)用:
W3000環(huán)保洗板水主要用于去除PCBA 焊接工藝后的錫膏、助焊劑殘留。對(duì)油污也有一定的溶解性。
超聲波清洗工藝:
W3000用在超聲波清洗工藝中,可批量清洗結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電子組裝件,對(duì)于底座低間隙的助焊劑殘留物也能達(dá)到很好的清洗效果。在超聲波清洗工藝中,將待清洗件浸沒在清洗槽中,利用超聲波在清洗劑中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用,和清洗劑對(duì)污垢的超強(qiáng)溶解性相結(jié)合,使污垢層被溶解、分散、乳化,或剝離而達(dá)到清洗目的。