PCB入門教程一

1、概述
PCB（Printed Circuit Board），中文名稱為印制線路板，簡稱印制板，是電子工業(yè)的重要部件之一。幾乎每種電子設備，小到電子手表、計算器，大到計算機，通訊電子設備，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，都要使用印制板。在較大型的電子產品研究過程中，最基本的成功因素是該產品的印制板的設計、文件編制和制造。印制板的設計和制造質量直接影響到整個產品的質量和成本，甚至導致商業(yè)競爭的成敗。

一．印制電路在電子設備中提供如下功能：

提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支撐。

實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣。

提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。

為自動焊錫提供阻焊圖形，為元件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。

二．有關印制板的一些基本術語如下：

在絕緣基材上，按預定設計，制成印制線路、印制元件或由兩者結合而成的導電圖形，稱為印制電路。

在絕緣基材上，提供元、器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路。它不包括印制元件。

印制電路或者印制線路的成品板稱為印制電路板或者印制線路板，亦稱印制板。

印制板按照所用基材是剛性還是撓性可分成為兩大類：剛性印制板和撓性印制板。今年來已出現(xiàn)了剛性-----撓性結合的印制板。按照導體圖形的層數(shù)可以分為單面、雙面和多層印制板。

導體圖形的整個外表面與基材表面位于同一平面上的印制板，稱為平面印板。

有關印制電路板的名詞術語和定義，詳見國家標準GB/T2036-94“印制電路術語”。

電子設備采用印制板后，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，保證了電子設備的質量，提高了勞動生產率、降低了成本，并便于維修。

印制板從單層發(fā)展到雙面、多層和撓性，并且仍舊保持著各自的發(fā)展趨勢。由于不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展，不斷縮小體積、減輕成本、提高性能，使得印制板在未來電子設備地發(fā)展工程中，仍然保持強大的生命力。三．印制板技術水平的標志：

印制板的技術水平的標志對于雙面和多層孔金屬化印制板而言：既是以大批量生產的雙面金屬化印制板，在2.50或2.54mm標準網(wǎng)格交點上的兩個焊盤之間 ，能布設導線的根數(shù)作為標志。

在兩個焊盤之間布設一根導線，為低密度印制板，其導線寬度大于0.3mm。在兩個焊盤之間布設兩根導線，為中密度印制板，其導線寬度約為0.2mm。在兩個焊盤之間布設三根導線，為高密度印制板，其導線寬度約為0. 1-0.15mm。在兩個焊盤之間布設四根導線，可算超高密度印制板，線寬為0.05--0.08mm。

國外曾有雜志介紹了在兩個焊盤之間可布設五根導線的印制板。

對于多層板來說，還應以孔徑大小，層數(shù)多少作為綜合衡量標志。

四、PCB先進生產制造技術的發(fā)展動向。

綜述國內外對未來印制板生產制造技術發(fā)展動向的論述基本是一致的，即向高密度，高精度，細孔徑，細導線，細間距，高可靠，多層化，高速傳輸，輕量，薄型方向發(fā)展，在生產上同時向提高生產率，降低成本，減少污染，適應多品種、小批量生產方向發(fā)展。印制電路的技術發(fā)展水平，一般以印制板上的線寬，孔徑，板厚/孔徑比值為代表，其發(fā)展歷程和水平如下表：

印制電路的技術發(fā)展水平

????????????孔徑（mm）??????線寬（mm）????板厚/孔徑比???? 孔密度，孔數(shù)/CM2??????????????????????????????????
1970?????? 1.0?????????????????? 0.25???????????????? 1.5????????????????4????????????????????????
1975????????0.8??????????????????0.17??????????????????2.5??????????????7.5
1980????????0.6??????????????????0.13??????????????????5?????????????????? 15????????
1985????????0.4??????????????????0.10???????????????? 10???????????????? 25??????
1990????????0.3??????????????????0.08???????????????? 20??????????????????40
1995????????0.15???????????????? 0.05????????????????40???????????????? 55

2、PCB工程制作
一、PCB制造工藝流程：

一>、菲林底版。

菲林底版是印制電路板生產的前導工序，菲林底版的質量直接影響到印制板生產質量。在生產某一種印制線路板時，必須有至少一套相應的菲林底版。印制板的每種導電圖形（信號層電路圖形和地、電源層圖形）和非導電圖形（阻焊圖形和字符）至少都應有一張菲林底片。通過光化學轉移工藝，將各種圖形轉移到生產板材上去。

菲林底版在印制板生產中的用途如下：

圖形轉移中的感光掩膜圖形，包括線路圖形和光致阻焊圖形。

網(wǎng)印工藝中的絲網(wǎng)模板的制作，包括阻焊圖形和字符。

機加工（鉆孔和外型銑）數(shù)控機床編程依據(jù)及鉆孔參考。

隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對印制板的要求也越來越高。印制板設計的高密度，細導線，小孔徑趨向越來越快，印制板的生產工藝也越來越完善。在這種情況下，如果沒有高質量的菲林底版，能夠生產出高質量的印制電路板?，F(xiàn)代印制板生產要求菲林底版需要滿足以下條件：

菲林底版的尺寸精度必須與印制板所要求的精度一致，并應考慮到生產工藝所造成的偏差而進行補償。

菲林底版的圖形應符合設計要求，圖形符號完整。

菲林底版的圖形邊緣平直整齊，邊緣不發(fā)虛；黑白反差大，滿足感光工藝要求。

菲林底版的材料應具有良好的尺寸穩(wěn)定性，即由于環(huán)境溫度和濕度變化而產生的尺寸變化小。

雙面板和多層板的菲林底版，要求焊盤及公共圖形的重合精度好。

菲林底版各層應有明確標志或命名。

菲林底版片基能透過所要求的光波波長，一般感光需要的波長范圍是3000--4000A。

以前制作菲林底版時，一般都需要先制出照相底圖，再利用照相或翻版完成菲林底版的制作。今年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，菲林底版的制作工藝也有了很大發(fā)展。利用先進的激光光繪技術，極大提高了制作速度和底版的質量，并且能夠制作出過去無法完成的高精度、細導線圖形，使得印制板生產的CAM技術趨于完善。

二>、基板材料。

覆銅箔層壓板（Copper Clad Laminates，簡寫為CCL），簡稱覆銅箔板或覆銅板，是制造印制電路板（以下簡稱PCB）的基板材料。目前最廣泛應用的蝕刻法制成的PCB，就是在覆銅箔板上有選擇的進行的蝕刻，得到所需的線路的圖形。覆銅箔板在整個印制電路板上，主要擔負著導電、絕緣和支撐三個方面的功能。印制板的性能、質量和制造成本，在很大程度上取決于覆銅箔板。

三>、基本制造工藝流程。

印制板按照導體圖形的層數(shù)可以分為單面、雙面和多層印制板。單面板的基本制造工藝流程如下：

覆箔板-->下料-->烘板（防止變形）--&g制模-->洗凈、烘干-->貼膜(或網(wǎng)印) —>曝光顯影(或抗腐蝕油墨) -->蝕刻-->去膜--->電氣通斷檢測-->清潔處理-->網(wǎng)印阻焊圖形（印綠油）-->固化-->網(wǎng)印標記符號-->固化-->鉆孔-->外形加工-->清洗干燥-->檢驗-->包裝-->成品。

雙面板的基本制造工藝流程如下：

近年來制造雙面孔金屬化印制板的典型工藝是SMOBC法和圖形電鍍法。在某些特定場合也有使用工藝導線法。

1．圖形電鍍工藝流程。

覆箔板-->下料-->沖鉆基準孔-->數(shù)控鉆孔-->檢驗-->去毛刺-->化學鍍薄銅-->電鍍薄銅-->檢驗-->刷板-->貼膜(或網(wǎng)印)-->曝光顯影(或固化)-->檢驗修板---->圖形電鍍(Cn十Sn／Pb)-->去膜-->蝕刻-->檢驗修板-->插頭鍍鎳鍍金-->熱熔清洗-->電氣通斷檢測-->清潔處理-->網(wǎng)印阻焊圖形-->固化-->網(wǎng)印標記符號-->固化-->外形加工 -->清洗干燥-->檢驗-->包裝-->成品。

流程中“化學鍍薄銅 --> 電鍍薄銅”這兩道工序可用“化學鍍厚銅”一道工序替代，兩者各有優(yōu)缺點。圖形電鍍--蝕刻法制雙面孔金屬化板是六、七十年代的典型工藝。八十年代中裸銅覆阻焊膜工藝(SMOBC）逐漸發(fā)展起來，特別在精密雙面板制造中已成為主流工藝。

2．裸銅覆阻焊膜（SMOBC）工藝。

SMOBC板的主要優(yōu)點是解決了細線條之間的焊料橋接短路現(xiàn)象，同時由于鉛錫比例恒定，比熱熔板有更好的可焊性和儲藏性。

制造SMOBC板的方法很多，有標準圖形電鍍減去法再退鉛錫的SMOBC工藝；用鍍錫或浸錫等代替電鍍鉛錫的減去法圖形電鍍SMOBC工藝；堵孔或掩蔽孔法SMOBC工藝；加成法SMOBC工藝等。下面主要介紹圖形電鍍法再退鉛錫的SMOBC工藝和堵孔法SMOBC工藝流程。

圖形電鍍法再退鉛錫的SMOBC工藝法相似于圖形電鍍法工藝。只在蝕刻后發(fā)生變化。

雙面覆銅箔板-->按圖形電鍍法工藝到蝕刻工序-->退鉛錫-->檢查---->清洗

--->阻焊圖形-->插頭鍍鎳鍍金-->插頭貼膠帶-->熱風整平---->清洗

--->網(wǎng)印標記符號--->外形加工--->清洗干燥--->成品檢驗-->包裝-->成品。

堵孔法主要工藝流程如下：

雙面覆箔板-->鉆孔-->化學鍍銅-->整板電鍍銅-->堵孔-->網(wǎng)印成像(正像)

-->蝕刻-->去網(wǎng)印料、去堵孔料-->清洗-->阻焊圖形-->插頭鍍鎳、鍍金

-->插頭貼膠帶-->熱風整平-->下面工序與上相同至成品。

此工藝的工藝步驟較簡單、關鍵是堵孔和洗凈堵孔的油墨。

在堵孔法工藝中如果不采用堵孔油墨堵孔和網(wǎng)印成像，而使用一種特殊的掩蔽型干膜來掩蓋孔，再曝光制成正像圖形，這就是掩蔽孔工藝。它與堵孔法相比，不再存在洗凈孔內油墨的難題，但對掩蔽干膜有較高的要求。

SMOBC工藝的基礎是先制出裸銅孔金屬化雙面板，再應用熱風整平工藝。二、PCB工程制作：

對于PCB印制板的生產來說，因為許多設計者并不了解線路板的生產工藝，所以其設計的線路圖只是最基本的線路圖，并無法直接用于生產。因此在實際生產前需要對線路文件進行修改和編輯，不僅需要制作出可以適合本廠生產工藝的菲林圖，而且需要制作出相應的打孔數(shù)據(jù)、開模數(shù)據(jù)，以及對生產有用的其它數(shù)據(jù)。它直接關系到以后的各項生產工程。這些都要求工程技術人員要了解必要的生產工藝，同時掌握相關的軟件制作，包括常見的線路設計軟件如：Protel、Pads2000、Autocad等等，更應熟悉必要的CAM軟件如：View2001、CAM350；GCCAM等等，CAM應包括有PCB設計輸入，可以對電路圖形進行編輯、校正、修理和拼版，以磁盤為介質材料，并輸出光繪、鉆孔和檢測的自動化數(shù)據(jù)。

宇之光公司在激光光繪機市場成功的一個重要方面就是在工程制作方面為廠家提供了大量的技術力量。同時我們也看到了許多線路板生產廠家對工程制作人員的大量需求，以及對工程技術人員的水平要求也越來越高。因此促使我們不斷的提高自身的技術水平，以備滿足更多更高的需求。學員在我公司培訓學習期間，一方面要熟練掌握我公司的激光光繪機及其配套產品和激光光繪系統(tǒng)軟件的使用，另一方面應該盡快熟悉各種電子CAD/CAM軟件的基本應用。在這里首先祝大家在本公司期間學習順利，生活愉快！

一>、PCB工程制作的基本要求。

PCB工程制作的水平，可以體現(xiàn)出設計者的設計水準，也可以反映出印制板生產廠家的生產工藝能力和技術水平。同時由于PCB工程制作融計算機輔助設計和輔助制造于一體，要求極高的精度和準確性，否則將影響到最終板載電子品的電氣性能，嚴重時可能引起差錯，進而導致整批印制板產品報廢而延誤生產廠家合同交貨時間，并且蒙受經(jīng)濟損失。因此作為PCB工程制作者，必須時刻謹記自身的責任重大，切勿掉以輕心，務必仔細、認真、再仔細、再認真。在處理PCB設計文件時，應該仔細檢查：

接收文件是否符合設計者所制定的規(guī)則？能否符合PCB制造工藝要求？有無定位標記？

線路布局是否合理？線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，能否滿足生產要求。元件在二維、三維空間上有無沖突？

印制板尺寸是否與加工圖紙相符？后加在PCB圖形中的圖形（如圖標、注標）是否會造成信號短路

對一些不理想的線形進行編輯、修改。

在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質量。等等…

二>、光繪數(shù)據(jù)的產生。

1、拼版。

PCB設計完成因為PCB板形太小，不能滿足生產工藝要求，或者一個產品由幾塊PCB組成，這樣就需要把若干小板拼成一個面積符合生產要求的大板，或者將一個產品所用的多個PCB拼在一起而便于生產電裝。前者類似于郵票板，它既能夠滿足PCB生產工藝條件也便于元器件電裝，在使用時再分開，十分方便；后者是將一個產品的若干套PCB板拼裝在一起，這樣便于生產，也便于對一個產品齊套，清楚明了。

2、光繪圖數(shù)據(jù)的生成。

PCB板生產的基礎是菲林底版。早期制作菲林底版時，需要先制作出菲林底圖，然后再利用底圖進行照相或翻版。底圖的精度必須與印制板所要求的一致，并且應該考慮對生產工藝造成的偏差進行補償。底圖可由客戶提供也可由生產廠家制作，但雙方應密切合作和協(xié)商，使之既能滿足用戶要求，又能適應生產條件。在用戶提供底圖的情況下，廠家應檢驗并認可底圖，用戶可以評定并認可原版或第一塊印制板產品。底圖制作方法有手工繪制、貼圖和CAD制圖。隨著計算機技術的發(fā)展，印制板CAD技術得到極大的進步，印制板生產工藝水平也不斷向多層，細導線，小孔徑，高密度方向迅速提高，原有的菲林制版工藝已無法滿足印制板的設計需要，于是出現(xiàn)了光繪技術。使用光繪機可以直接將CAD設計的PCB圖形數(shù)

據(jù)文件送入光繪機的計算機系統(tǒng)，控制光繪機利用光線直接在底片上繪制圖形。然后經(jīng)過顯影、定影得到菲林底版。使用光繪技術制作的印制板菲林底版，速度快，精度高，質量好，而且避免了在人工貼圖或繪制底圖時可能出現(xiàn)的人為錯誤，大大提高了工作效率，縮短了印制板的生產周期。使用我公司的激光光繪機，在很短的時間內就能完成過去多人長時間才能完成的工作，而且其繪制的細導線、高密度底版也是人工操作無法比擬的。按照激光光繪機的結構不同，可以分為平板式、內滾桶式（Internal Drum）和外滾桶式（External Drum）。宇之光公司的系列光繪機產品均為國際流行的外滾筒式。

光繪機使用的標準數(shù)據(jù)格式是Gerber-RS274格式，也是印制板設計生產行業(yè)的標準數(shù)據(jù)格式。Gerber格式的命名引用自光繪機設計生產的先驅者---美國Gerber公司。

光繪圖數(shù)據(jù)的產生，是將CAD軟件產生的設計數(shù)據(jù)轉化稱為光繪數(shù)據(jù)（多為Gerber數(shù)據(jù)），經(jīng)過CAM系統(tǒng)進行修改、編輯，完成光繪預處理（拼版、鏡像等），使之達到印制板生產工藝的要求。然后將處理完的數(shù)據(jù)送入光繪機，由光繪機的光柵（Raster）圖象數(shù)據(jù)處理器轉換成為光柵數(shù)據(jù)，此光柵數(shù)據(jù)通過高倍快速壓縮還原算法發(fā)送至激光光繪機，完成光繪。

3、光繪數(shù)據(jù)格式。

光繪數(shù)據(jù)格式是以向量式光繪機的數(shù)據(jù)格式Gerber數(shù)據(jù)為基礎發(fā)展起來的，并對向量式光繪機的數(shù)據(jù)格式進行了擴展，并兼容了HPGL惠普繪圖儀格式，Autocad DXF、TIFF等專用和通用圖形數(shù)據(jù)格式。一些CAD和CAM開發(fā)廠商還對Gerber數(shù)據(jù)作了擴展。

以下對Gerber數(shù)據(jù)作一簡單介紹。

Gerber數(shù)據(jù)的正式名稱為Gerber RS-274格式。向量式光繪機碼盤上的每一種符號，在Gerber數(shù)據(jù)中，均有一相應的D碼（D-CODE）。這樣，光繪機就能夠通過D碼來控制、選擇碼盤，繪制出相應的圖形。將D碼和D碼所對應符號的形狀，尺寸大小進行列表，即得到一D碼表。此D碼表就成為從CAD設計，到光繪機利用此數(shù)據(jù)進行光繪的一個橋梁。用戶在提供Gerber光繪數(shù)據(jù)的同時，必須提供相應的D碼表。這樣，光繪機就可以依據(jù)D碼表確定應選用何種符號盤進行曝光，從而繪制出正確的圖形。

在一個D碼表中，一般應該包括D碼，每個D碼所對應碼盤的形狀、尺寸、以及該碼盤的曝光方式。以國內最常用的電子CAD軟件Protel的某D碼表為例，其擴展名為.APT，為ACSII文件，可以用任意非文本編輯軟件進行編輯。

D11 CIRCULAR 7.333 7.333 0.000 LINE

D12 CIRCULAR 7.874 7.874 0.000 MULTI

D13 SQUARE 7.934 7.934 0.000 LINE

D14 CIRCULAR 8.000 8.000 0.000 LINE

D15 CIRCULAR 10.000 10.000 0.000 LINE

D16 CIRCULAR 11.811 11.811 0.000 LINE

D17 CIRCULAR 12.000 12.000 0.000 MULTI

D18 CIRCULAR 16.000 16.000 0.000 MULTI

D19 CIRCULAR 19.685 19.685 0.000 MULTI

D20 ROUNDED 24.000 24.000 0.000 MULTI

D21 CIRCULAR 29.528 29.528 0.000 MULTI

D22 CIRCULAR 30.000 30.000 0.000 FLASH

D23 ROUNDED 31.000 31.000 0.000 MULTI

D24 ROUNDED 31.496 31.496 0.000 FLASH

D25 ROUNDED 39.000 39.000 0.000 MULTI

D26 ROUNDED 39.370 39.370 0.000 MULTI

D27 ROUNDED 47.000 47.000 0.000 MULTI

D28 ROUNDED 50.000 50.000 0.000 FLASH

D29 ROUNDED 51.496 51.496 0.000 FLASH

D30 ROUNDED 59.055 98.425 0.000 FLASH

D31 ROUNDED 62.992 98.000 0.000 FLASH

D32 ROUNDED 63.055 102.425 0.000 FLASH

在上表中，每行定義了一個D碼，包含了有6種參數(shù)。

第一列為D碼序號，由字母‘D’加一數(shù)字組成。

第二列為該D碼代表的符號的形狀說明，如CIRCULAR表示該符號的形狀為圓形，SQUARE表示該符號的形狀為方型。

第三列和第四列分別定義了符號圖形的X方向和Y方向的尺寸，單位為mil；1mil=1/1000英寸，約等于0.0254毫米。

第五列為符號圖形中心孔的尺寸，單位也是mil。

第六列說明了該符號盤的使用方式，如LINE表示這個符號用于劃線，F(xiàn)LASH表示用于焊盤曝光，MULTI表示既可以用于劃線又可以用于曝光焊盤。

在Gerber RS-274格式中除了使用D碼定義了符號盤以外，D碼還用于光繪機的曝光控制；另外還使用了一些其它命令用于光繪機的控制和運行。不同的CAD軟件產生的Gerber數(shù)據(jù)格式可能有一些小的區(qū)別，但總體框架為Gerber-RS0274格式?jīng)]有變化。

3、 計算機輔助制造（CAM）
計算機輔助制造技術，英文名稱為Computer Aided Manufacturing，簡稱CAM，是一種由計算機控制完成生產的先進技術。計算機技術的發(fā)展和激光繪圖機的出現(xiàn)，使得PCB的計算機輔助制造技術走向了使用。CAM技術使印制板的設計生產上了一個新的臺階，一些過去無法實現(xiàn)的功能得以實現(xiàn)。各種CAM系統(tǒng)一般都能對光繪數(shù)據(jù)（Gerber數(shù)據(jù)）進行處理，排除設計中的各種缺陷，使設計更易于生產，大大提高了生產質量。

CAM系統(tǒng)的主要功能如下：

1、編輯功能：

1）添加焊盤、線條、圓弧、字符等元素，生成水滴焊盤。

2）修改焊盤、線條尺寸。

3）移動焊盤、線條、尺寸等。

4）刪除各種圖形，自動刪除沒有電氣聯(lián)接的焊盤和過氣孔。

5）阻焊漏線自動處理。

6）網(wǎng)印字符蓋焊盤自動處理。

2、拼版、旋轉和鏡像。