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PCB板材基础知识介绍

发表时间:2021-06-30

一. PCB材质简介
(一)印制电路板的概念和功能及背景
1、印制电路板的英文:Printed  Circuit  Board
2、印制电路板的英文简写:PCB
3、印制电路板的主要功能:支撑电路元件和互连电路元件,即支撑和互连两大作用.
4、 PCB诞生于上世纪四、五十年代,发展于上世纪八、九十年代。        伴随半导体技术和计算机技术的进步,印刷电路板向着高密度,细导线,更多层数的方向发展,其设计技术也从最初的手工绘制发展到计算机辅助设计(CAD)和电子设计自动化(EDA).
(二)PCB分类(覆铜板)
覆铜板的定义
a、覆铜板:英文简称CCL,它是制作电路板最基本的材料,其为一面或两面覆有金属铜箔的层压板.
b、覆铜板分刚性和挠性两类.
c、覆铜板的基材是不导电的绝緣材料.
d、覆铜板是由铜箔/粘结树脂/纸或纤维布在加温加压的条件下形成的层压制品.
(二)PCB分类(覆铜板)-单面板
1、纸基材酚醛树脂-纸质板:
a、组成特征:由纸质碎沫与酚醛树脂压合而成,表面上看,呈纸一样平整.
b、包括:FR-1、FR-2、FR-3、XBC、HB
(目前TPV多使用FR-1/FR-2,FR-1多用于MNT、FR-2多用于TV,FR-2较FR-1电气性能要求较高、价格较高外,其他性能无多大差别).
c、优点:原材料成本低,因其质地较软可以冲孔,故在電路板制程中孔,加工成本低.
d、硬度相对较差,在潮湿环境下容易吸收水分,受高温热膨胀及冷却后收缩变化较大,且电器性能较纤维板低.(例:过波峰焊易变形)

2、纸基材环氧树脂-复合纤维板:
a、组成特征:基材由纸质碎沫和环氧树脂混合,表层是玻璃纤维,压合而成,表面上看,有纹路.
b、包括:CEM-1(纸芯),CEM-3(玻纤芯).(目前TPV多使用CEM-1)
CEM-1构成为:铜箔+纸(芯)+环氧树脂(芯)+玻纤布(面)
CEM-3构成为:铜箔+玻纤非织布(芯)+环氧树脂(芯)+玻纤布(面)
CEM-3比CEM-1板料中所含的纤维层数量更多,故CEM-3的耐燃性,绝缘性,硬度等高于CEM-1,且可用于代替FR-4用于部分双面板及多层板.
c、优点:复合纤维板成本较玻璃纤维板低,解决了纸板的硬度不足和纤维板不易冲孔问题.
d、缺点:电气性能虽接近玻璃纤维板,但仍不可完全替代FR-4材料,仅有部分要求不高的电路板可用此材料替代FR-4使用.

(二)PCB分类(覆铜板)-双面板、多层板
1、玻璃纤维布基材环氧树脂-玻璃纤维板:
a、组成特征:基材由玻璃纤维布和环氧树脂混合,表层也是玻璃纤维布, 压合而成,表面上看,有纹路,侧面看去,有纤维丝、呈交叉层叠状.
b、包括:FR-4等.(目前TPV双面板及多层板皆使用FR-4)
c、优点:高强度、抗热与火(不会燃烧)、抗化(不易腐蚀、不易长霉菌)、防潮、 热性(膨胀系数低、热传导系数高)、电性(不导电,绝缘)
d、缺点:成本高,制作工艺要求高(例:不能冲孔).

2、陶瓷、金属材质:如铁基、铝基、铜基,主要应用于军事、航空航天领域.
(二)PCB分类(覆铜板)-材质辨识
PCB料件编码规则第34条:

特殊需求码第三码代表使用材质:1――FR-1;2――FR-2;
3――CEM-1;4――FR-4双层板;5――FR-4四层板;6――FR-4六层板;7――FPC(软板)
例:715G5713-M01-000-005K              使用材质:FR-4四层板
(二)PCB分类(覆铜板)-板面处理
1.OSP工艺:OSP意为可悍性有机铜面保护剂,其制程原理是通过一种替代咪唑衍生的活性组分与金属铜表面发生的化学反应,使线路板的焊盘和通孔焊接位置形成均匀,极薄,透明的有机涂层,该涂层具有优良的耐热性,保护膜厚度通常0.2-0.5μm。
(目前TPV要求OSP厚度可满足回流焊两次,波峰焊一次.厂家可以做到0.2~0.35μm)焊接时保护膜分解、挥发、熔解到焊膏或酸性焊剂中,露出铜表面,使焊锡与干净的铜发生反应,因其制作成本较低,且技术成熟,故目前已被行广泛使用.
(二)PCB分类(覆铜板)-板面处理
2.OSP工艺优缺点和应用
a、优点:平整、便宜, OSP只钟情于铜表面,对其他表面如阻焊层没有亲和力,不会附着在其表面,应用广泛.
b、缺点:
 ①保存时间短,在真空包装条件下保存期为3月。存储时,不能接触酸性物质,温度不能太高,否则会挥发。
②检测困难,无色、透明。
③ OSP本身绝缘,Imidazole类OSP,形成较厚的涂覆层,会影响电气测试,不能作为电气接触表面如金手指、键盘按键、测试点等表面的涂层。
④不能多次进行回流焊接,一般3次,在双面回流焊接以及返修中需要考虑。经过几代改良,其耐热性和存储寿命、助焊剂的兼容性大大提高。
 ⑤焊接温度相对提高为225℃,焊接过程中需加更强劲(酸性成分)的助焊剂消除保护膜,否则导致焊接缺陷。
二.PCB成产流程简介
(一)单面板生产流程

PCB生产流程简介-单面板

使用材料:
FR1—纸基板
CEM-1--复合纤维板,也叫半玻纤板

(二)双面板生产流程
PCB生产流程简介-双面板

使用材料:
FR4—玻璃布基板

盖板(铝板):防止钻孔披锋;防止钻孔上表面毛刺保护覆铜箔层不被压伤;提高孔位精度;冷却钻头,降低钻孔温度。厚度:0.15-0.2mm.
垫板(复合板):在制程中起保护钻机台面;防出口性毛头;降低钻针温度及清洁钻针沟槽胶渣作用.
钻头:碳化钨,钴及有机黏着剂组合而成.
TPV要求孔壁粗糙度需≤25μm

(三)多层板生产流程
PCB生产流程简介-多层板
使用材料:
FR4—玻璃布基板
 
三.PCB原材不良案列
(一)兴达短路不良
1、不良描述:兴达715G5935K01000004I D/C1316,1317 均发现该点位多集中在⑨-⑧且点位固定线路短路不良,不良率:21/1800=1.17%
2、原因分析:发现1菲林(1PNL 中有6SET)中有1SET 中有1PCS 位置上有暗线。
此不良为线路生产用黑菲林复制黄菲林时,曝光机上麦拉上有黑点未清洁干净,导致复制出来的黄菲林上有暗线,黄菲林对位曝光菲林上的暗线形成定位短路不良
(二)三照整板发黑不良
1、不良描述:2013年7月18日福清TPV反馈在生产机种715G5074P02002002S  
D/C:1325在SMT发现板黑不良,不良率:12/300=4%
2、原因分析:酸水洗槽后段的水洗槽有一自动补水的装置,但由于作业员的疏忽,这个开关在生产时没有被打开,使水槽的水无法通过溢流口流动,使磨刷轮后段过滤网堵塞,致使马达过载,导致马达自动跳闸,控制显示灯之前有坏掉(正常作业未全部亮灯),水洗槽停止作业,操作员没有及时发现,导致水洗槽里面的酸浓度越来越高,故微蚀液留在板面,带到输送滚轮和吸干海绵棒上,致使酸液越沉积越多的存留在输送滚轮和海绵棒上;
水洗槽水被微蚀药水污染
(三)福强孔小难插不良
1、不良描述:2013年6月6日福清TPV反应715G3834-M02-000-004F孔径偏小难插件,不良率:3.9%
2、原因分析:我司钻孔工序生产该板时发生断钻(断钻时机器会自动停止报警,待处理后开始继续执行)。
待程序完成后方可进行补钻,生产人员进行标识处理后便进行二次补钻,钻孔操作员对板进行补钻过程中人为操作错误,拿错钻头导致补钻后的孔径偏小不良。
故钻孔工序生产人员二次补钻时用错钻头,且补钻后未将补钻板与好板区分开,流入下工序。
(四)三照通孔爬锡不良
1、不良描述:6月26日,福清冠捷投诉三照公司双面板715G5870M01001004S在M线有未焊不良,不良率200/800=25%,D/C1321Z5
2、原因分析:6月17号因曝光房空调故障,室内温度比较高,温度高达28.7℃(标准湿度:22±5℃,平时一般控制在20-24℃左右),在印刷时孔口处油墨相对较薄(因孔口与孔壁会形成角度,所以在印刷时拐角处油墨会相对较薄且会渗透至孔口),故在预烤OK后将板放置在曝光房待生产时时间过长,没有管制放置时间,因室内温度较高,导致焊环边上的油墨会烤死固化,最终在显影时有一层薄薄的绿油残留在焊环上不易显影掉,形成孔口有绿油,进而造成波峰焊不爬锡
(五)景旺测试点未焊不良
1、不良描述:量产715G3834-M02-000-0H4KPCB时,出现测试点不上锡现象(红点),D/C:1131
2、原因分析:不良因属两方面的综合因素引起的,PCB板的个别板板塞孔过于饱满,造成板面油墨略厚,与PAD的焊盘形成一定的落差,由于测试PAD的面积较小,在焊接过程中,上限的OSP膜厚度在浸锡前较难分解,造成吃锡不良现象
PCB原材不良案列-其他
(一)开路不良
(二)锡洞不良
(三)短路不良
(四)起泡不良
(五)绿油不良
(六)外观不良
(七)V-cut不良
四. PCB检验标准
参考文献:
lIPC-A-600G           PCB之品质允收性
lIPC-6011               硬板之概述性性能规范
lIPC-6012               硬板之资格认可与性能检验规范
lIPC-TM-650            PCB试验方法手册
lPERFAG 3C            多层板之品质规范(丹麦)
(一)基材
(二)线路
(三)孔
(四)防焊绿油
(五)喷锡
(六)字符
(七)OSP
(八)成型
(九)板曲
 

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