PCB制作過程的計算機輔助制造處理技術CAM和光繪工藝介紹

PCB制作技術，包含計算機輔助制造處理技術，也即是CAD/CAM，還有光繪技術，光繪工藝的一般流程是：檢查文件一確定工藝參數(shù)一CAD文件轉(zhuǎn)Gerber文件一CAM處理和輸出。

一、計算機輔助制造處理技術

計算機輔助制造（CAM）是根據(jù)所定工藝進行各種工藝處理。前面所講的各項工藝要求，都要在光繪之前做出必要的準備工作。比如鏡像、阻焊擴大、工藝線、工藝框、線寬調(diào)整、中心孔、外形線等問題都要在CAM這道工序來完成。特別需要注意，用戶文件中間距過小地方，必須做出相應的處理。

因為每個廠的工藝流程和技術水平各不相同，要達到用戶的最終要求，必須在制作工藝中做出必要的調(diào)整，以滿足用戶有關精度等各方面的要求。因此CAM處理是現(xiàn)代印制電路制造中必不可少的工序。

1．CAM所完成的工作

①焊盤大小的修正，合拼D碼。

②線條寬度的修正，合拼D碼。

③最小間距的檢查，焊盤與焊盤之間、焊盤與線之間、線條與線條之間。

④孔徑大小的檢查，合拼。

⑤最小線寬的檢查。

⑥確定阻焊擴大參數(shù)。

⑦進行鏡像。 、

⑧添加各種工藝線，工藝框。

⑨為修正側(cè)蝕而進行線寬校正。

⑩形成中心孔。

⑩添加外形角線。

⑥加定位孔。

⑩拼版，旋轉(zhuǎn)，鏡像。

⑩拼片。

⑩圖形的疊加處理，切角切線處理。

⑩添加用戶商標。

2．CAM工序的組織

由于現(xiàn)在市面上流行的CAD軟件多達幾十種，因此對于CAD工序的管理必須首先從組織上著手，好的組織將達到事半功倍的效果。由于Gerber數(shù)據(jù)格式已成為光繪行業(yè)的標準，所以在整個光繪工藝處理中都應以Gerber數(shù)據(jù)為處理對象。如果以CAD數(shù)據(jù)作為對象會帶來以下問題。

（1）CAD軟件種類太多，如果各種工藝要求都要在CAD軟件中完成，就要求每個操作員都要熟練掌握每一種CAD軟件的操作。這將要求一個很長的培訓期，才能使操作員成為熟練工，才能達到實際生產(chǎn)要求。這從時間和經(jīng)濟角度都是不合算的。

（2）由于工藝要求繁多，有些要求對于某些CAD軟件來講是無法實現(xiàn)的。因為CAD軟件是做設計用的，沒有考慮到工藝處理中的特殊要求，因而無法達到全部的要求。而CAM軟件是專門用于進行工藝處理的，做這些工作是最拿手的。

（3）CAM軟件功能強大，但全部是對Getber文件進行操作，而無法對CAD文件操作。

（4）如果用CAD進行工藝處理，則要求每個操作員都要配備所有的CAD軟件，并對每一種CAD軟件又有不同的工藝要求。這將對管理造成不必要的混亂。

綜上所述，CAM組織應該是以下結(jié)構(gòu)（尤其是大中型的企業(yè)）。

①所有的工藝處理統(tǒng)一以Gerber數(shù)據(jù)為處理對象。

②每個操作員須掌握CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Gerber數(shù)據(jù)的技巧。

③每個操作員須掌握一種或數(shù)種CAM軟件的操作方法。

④對Gerber數(shù)據(jù)文件制定統(tǒng)一的工藝規(guī)范。

⑤CAM工序可以相對集中由幾個操作員進行處理，以便管理。

合理的組織機構(gòu)將大大提高管理效率、生產(chǎn)效率，并有效地降低差錯率，從而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。

二、光繪工藝

光繪工藝的一般流程是：檢查文件一確定工藝參數(shù)一CAD文件轉(zhuǎn)Gerber文件一CAM處理和輸出。

1．檢查文件

（1）檢查用戶的文件 用戶拿來的文件，首先要進行如下檢查。

①檢查磁盤文件是否完好。

②檢查該文件是否帶有病毒，有病毒則必須先殺毒。

③檢查用戶數(shù)據(jù)格式。

④如果是Gerber文件，則檢查有無D碼表或內(nèi)含D碼（RS274-X格式）。

用戶提供的原始數(shù)據(jù)，通常的格式如下。

Gerber （RS274D&RS274X）；

HPGL1/2 （HP Graphic Layer）；

Dxf&Dwg （Autocad for Windows）；

Protel format（DDB＼pcb＼sch＼prj）；

Oi5000 （Orbotech output format）；

Excellon1/2 （drill\rot）；

IPC-D350 （netlist）；

Pads2000 （job）。

所以要能正確的分析出某個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式。特別是對Gerber中的RS274D的格式要深入了解，要分析和理解正確、標準的Aperture，對它們之間的關系作詳細的分析。有一點非常重要的是要仔細閱讀Ap eture文件，因為有時會有一些特殊的情況出現(xiàn)，比如，有時用戶會提出把一個 Aperture從圓形換成長方形、從長方形換成散熱盤等。如果打開Gerber的原始文件，會發(fā)現(xiàn)它的數(shù)據(jù)只有D碼與坐標，因為圖形文件由三部分組成：坐標、大小、形狀，而Gerber文件中只有坐標，所以需要另外兩個條件，如果接到的文件中有Apertuer文件，那么打開它，會發(fā)現(xiàn)其中有需要的數(shù)據(jù)，如果能將其很好的結(jié)合起來，那么將能讀人用戶的原始數(shù)據(jù)。

（2）檢查設計是否符合本廠的工藝水平

①檢查客戶文件中設計的各種間距是否符合本廠工藝，線與線之問的間距、線與焊盤之間的間距、焊盤與焊盤之間的間距，以上各種間距應大于本廠生產(chǎn)工藝所能達到的最小間距。

②檢查導線的寬度，要求導線的寬度應大于本廠生產(chǎn)工藝所能達到的最小線寬。

③檢查導通孔大小，以保證本廠生產(chǎn)工藝的最小孔徑。

④檢查焊盤大小與其內(nèi)部孔徑，以保證鉆孔后的焊盤邊緣有一定的寬度。

2．確定工藝參數(shù)

根據(jù)用戶要求確定各種工藝參數(shù)。工藝參數(shù)可能有如下幾種情況。

（1）根據(jù)后序工藝的要求，確定光繪底片是否鏡像

①底片鏡像的原則 為了減小誤差，藥膜面（即乳膠面）必須直接貼在感光膠的藥膜面。

②底片鏡像的決定因素 如果是網(wǎng)印工藝或干膜工藝，則以底片藥膜面貼基板銅表面為準。如果是用重氮片曝光，由于重氮片拷貝時鏡像，所以其鏡像應為底片藥膜面不貼基板銅表面。如果光繪時為單元底片，而不是在光繪底片上拼版，則需多加一次鏡像。

（2）確定阻焊圖形擴大的參數(shù)

① 確定原則 阻焊圖形的增大以不露出焊盤旁邊的導線為準；阻焊圖形的縮小以不蓋住焊盤為原則。由于操作時的誤差，阻焊圖形對線路可能產(chǎn)生偏差。如果阻焊圖形太小，偏差的結(jié)果可能使焊盤邊緣被掩蓋，因此要求阻焊圖形加大一些；但如果阻焊圖形擴大太多，由于偏差的影響可能露出旁邊的導線。

② 阻焊圖形擴大的決定因素 本廠阻焊工藝位置的偏差值，阻焊圖形的偏差值。由于各種工藝所造成的偏差不一樣，所以對應各種工藝的阻焊圖形擴大值也不同。偏差大的阻焊圖形擴大值應選得大些。板子導線密度大，焊盤與導線之間的問距小，阻焊圖形擴大值應選小些；板子導線密度小，阻焊圖形擴大值可選得大些。

（3）根據(jù)板子上是否需要插頭鍍金（俗稱金手指）確定是否要增加工藝導線。

（4）根據(jù)電鍍工藝要求確定是否要增加電鍍用的導電邊框。

（5）根據(jù)熱風整平（俗稱噴錫）工藝的要求確定是否要加導電工藝線。

（6）根據(jù)鉆孔工藝確定是否要加焊盤中心孔。

（7）根據(jù)后序工藝確定是否要加工藝定位孔。

（8）根據(jù)板子外型確定是否要加外形角線。

（9）當用戶高精度板子要求線寬精度很高時，要根據(jù)本廠生產(chǎn)水平，確定是否進行線寬校正，以調(diào)整側(cè)蝕的影響。

3．底版的光繪制作一輸出

由于許多印制板廠家都不把光繪機繪制的底片直接用于成像生產(chǎn)，而是用它來翻拍工作底片，這里我們把光繪底片稱之為底版。在新開始光繪之前，首先要調(diào)整光繪機的各參數(shù)，使之處于適宜的工作狀態(tài)。

（1）光繪機參數(shù)的設置

① 光源強度的設置 在光繪過程中，如果光源強度過高，則繪制的圖形會出現(xiàn)光暈；如果光源的強度過低，則繪制的圖形會曝光不足，因此無論是矢量光繪機還是激光光繪機都存在一個光強調(diào)節(jié)問題。在高檔的光繪機中設置有一個光強檢測電路，當光強不足時，光繪機將拒絕工作或快門不打開，并且將錯誤提示在屏幕上。有時激光光繪機繪制過的底片一點也沒有曝光的跡象，就是由于光強不足所致。通?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)光器件的電壓來控制光源的強度，每當更換一次發(fā)光器件或更換一次顯影液之后，應用光繪試驗片來檢查光強是否適當。

②光繪速度的調(diào)節(jié) 光繪機，特別是矢量光繪機，其繪圖的速度也是影響繪片質(zhì)量的重要因素。在矢量光繪機劃線時，若繪圖速度過快，即光束在底片上停留時間過短，則會產(chǎn)生曝光不足現(xiàn)象；若繪圖速度過慢，即光束在底片上停留時間過長，則會曝光過度出現(xiàn)光暈現(xiàn)象。不僅光繪速度會影響繪片效果，而且光繪時的加速度和曝光時快門打開和關閉的延遲時間都會對結(jié)果有影響，這些參數(shù)也需認真調(diào)節(jié)。

③ 光繪時底片的放置 由于各種外界因素的變化，光繪底片會發(fā)生微小的伸縮變形，一般情況下它對印制電路板的加工不會產(chǎn)生多大的影響，但有時也會使底片不能用。因此，除了盡量消除外界環(huán)境因素的影響外，在光繪操作時也應加以注意。在放置底片時，應盡量保證要繪制的同一印制電路圖不同層（如元件面和焊接面）的 X、y方向和一張底片的X、y方向是一致的，這樣變起形來多少有點同一性。對有些精度不是很高的光 繪機，繪片時盡可能從繪圖臺面的原點開始，繪制同一電路不同層次的圖形時，盡量在臺面的相同坐標范圍上，放置底片時也相應要加以注意。另外，放底片時應保持底片的藥膜面朝上對著光源，以減小底片介質(zhì)對光的衍射作用。

④底片臺面的保養(yǎng) 繪圖臺面（或弧面）的清潔平整是繪圖質(zhì)量的重要保證，在底片的臺面（弧面）上除了需繪制的底片外不應有其他物品，也不要劃傷工作面，真空吸附底片的小孔應保持暢通，這樣才能繪出高精度的底片。

（2） 圖形底版的繪制 當光繪處于正常工作狀態(tài)時它通過磁盤、RS232口或磁帶（目前磁帶方式已很少采用）輸入光繪數(shù)據(jù)，然后就在底片上繪出這些數(shù)據(jù)所描述的圖形。事實上，在光繪機上除了簡單的操作外，并不需要做更多的工作，光繪圖形的大量工作是在光繪文件的產(chǎn)生和處理方面。

①線路片的繪制 一般只需對審查合格的設計圖形直接生成光繪數(shù)據(jù)，把光繪數(shù)據(jù)輸入光繪機即可。通常線路片應是1：1的，對于某些比

較復雜的電路，應注意光繪底片上的圖元尺寸與設計值的誤差是否會給生產(chǎn)造成影響，如果有影響，應修改設計的圖元尺寸以彌補光繪值的偏差。

②阻焊片的繪制 對阻焊片要求比線路片低，但根據(jù)不同的工藝要求，阻焊片的焊盤應比線路片放大一些，在生成阻焊片的光繪數(shù)據(jù)就應加以注意。

③字符片的繪制 對字符片的要求稍低一些，不過由于器件的字符往往是布局時隨著器件從庫中調(diào)出來的，其字符的大小，構(gòu)成字符的線寬往往參差不齊。有的字符太小，用油墨印出時會模糊不清；有的線太細，絲印效果也不好，這就要求在生成字符的光繪文件前對字符進行認真檢查，在生成字符的光繪文件時，盡量把字符的線寬歸并為一種或幾種，使之符合工藝要求。

④鉆孔片的繪制 一般情況下并不需要繪制鉆孔底片，但有時為了更好地檢驗鉆孔情況或清楚地區(qū)分孔徑，也可以繪一張鉆孔片。對于矢量光繪機，在繪制區(qū)分孔徑的鉆孔時，應考慮到節(jié)省光繪時間，即生成光繪數(shù)據(jù)時應注意采用簡單的符號來標識孔徑。

⑤ 大面積覆銅的電源、地層的繪制 對于標準設計的電源、地層，按照設計繪制的底片與印制板上圖形是相反的，也就是說底片上沒曝光的部分才是銅箔，而底片上有圖形的部分在印制板上是隔離部分，沒有銅層。由于工藝的需要，在繪制電源、地層時，隔離盤應比線路層的焊盤大一些，對于與電源或地層相連接的孔，最好不要什么都不繪，而應繪出專門的花焊盤，這不僅僅是保證可焊性的問題，更重要的是有利于底片的檢查，哪個位置有孔、哪個位置無孔，哪個孔接電源或接地，一目了然。

⑥鏡像繪片 由于在印制電路板成像工序中需要將底片的藥膜面（圖形面）貼在印制板銅箔附著的干膜上。因此在繪片時就應考慮到圖形的相位（即圖形面的正反）問題，不提倡通過把底片的藥膜面反放來實現(xiàn)調(diào)圖形相位的方法，而且當幾個小圖形繪在一張大底片上時，用此方法也不能使它們的相位不同，應當在生成光繪數(shù)據(jù)文件時就加以注意。一般情況下，由于在用底片成像前需要翻一次片，因此對印制電路板的單數(shù)層（1、3、5、…、層）圖形，生成的光繪數(shù)據(jù)應該為正相位，面對雙數(shù)層圖形，生成的光繪數(shù)據(jù)所描述的圖形應該為鏡像圖形。如果直接用光繪底片進行印制板成像加工，則前面說的相位應反過來。

⑦圖形層次的標識標識出底片圖形所對應的印制板層次相當重要，例如一個最簡單的單面板，如果不標識出圖形所在的面（層），可能會把焊接面做成元件面，到頭來將會導致器件不好安裝，雙面板及多層板更是如此。有的印制板輔助設計軟件可以生成光繪文件時自動加上圖形所在的層次，這無疑帶來許多方便。但在應用時應注意兩點，首先是印制電路布線時的層次是否就是加工所安排的層次；其次，設計時圖形的零點往往遠離坐標原點，而自動加上的層次標記是在坐標原點附近，這樣在層次標記與圖形之間會有很大的間隔，這不僅會影響標識的效果，而且會造成底片的浪費。

⑧光圈的匹配 無論是矢量光繪機還是激光光繪機，都存在光圈匹配問題。如果設計圖形中用的是40mil的焊盤，而光繪時用50mil的光圈，顯然繪出的圖形會有差異，但是由于在圖形設計時圖元（線段、焊盤）的尺寸可以隨便制定，因此若要求光繪機的光圈與之完全相符，對于矢量光繪機來說是做不到的，對于激光光繪機來說也是麻煩的，而且從加工角度來看大都沒這個必要，就是做到了光圈完全相配，由于聚焦及顯影等因素的影響，繪出底片上的圖元尺寸還是會與設計值有一點差別。因此，在實際的處理過程中只要加工工藝允許，完全可以選用現(xiàn)有的光圈（對矢量光繪機）或已設置好的光圈（對激光光繪機）。在許多時候用50mil的光圈去對應46mil或55mil的設計值，甚至用60mil的光圈去對應40mil的設計值都是允許的。