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PCB板材基礎知識介紹

發(fā)表時間:2021-06-30

一. PCB材質簡介
(一)印制電路板的概念和功能及背景
1、印制電路板的英文:Printed  Circuit  Board
2、印制電路板的英文簡寫:PCB
3、印制電路板的主要功能:支撐電路元件和互連電路元件,即支撐和互連兩大作用.
4、 PCB誕生于上世紀四、五十年代,發(fā)展于上世紀八、九十年代。        伴隨半導體技術和計算機技術的進步,印刷電路板向著高密度,細導線,更多層數的方向發(fā)展,其設計技術也從最初的手工繪制發(fā)展到計算機輔助設計(CAD)和電子設計自動化(EDA).
(二)PCB分類(覆銅板)
覆銅板的定義
a、覆銅板:英文簡稱CCL,它是制作電路板最基本的材料,其為一面或兩面覆有金屬銅箔的層壓板.
b、覆銅板分剛性和撓性兩類.
c、覆銅板的基材是不導電的絕緣材料.
d、覆銅板是由銅箔/粘結樹脂/紙或纖維布在加溫加壓的條件下形成的層壓制品.
(二)PCB分類(覆銅板)-單面板
1、紙基材酚醛樹脂-紙質板:
a、組成特征:由紙質碎沫與酚醛樹脂壓合而成,表面上看,呈紙一樣平整.
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較FR-1電氣性能要求較高、價格較高外,其他性能無多大差別).
c、優(yōu)點:原材料成本低,因其質地較軟可以沖孔,故在電路板制程中孔,加工成本低.
d、硬度相對較差,在潮濕環(huán)境下容易吸收水分,受高溫熱膨脹及冷卻后收縮變化較大,且電器性能較纖維板低.(例:過波峰焊易變形)

2、紙基材環(huán)氧樹脂-復合纖維板:
a、組成特征:基材由紙質碎沫和環(huán)氧樹脂混合,表層是玻璃纖維,壓合而成,表面上看,有紋路.
b、包括:CEM-1(紙芯),CEM-3(玻纖芯).(目前TPV多使用CEM-1)
CEM-1構成為:銅箔+紙(芯)+環(huán)氧樹脂(芯)+玻纖布(面)
CEM-3構成為:銅箔+玻纖非織布(芯)+環(huán)氧樹脂(芯)+玻纖布(面)
CEM-3比CEM-1板料中所含的纖維層數量更多,故CEM-3的耐燃性,絕緣性,硬度等高于CEM-1,且可用于代替FR-4用于部分雙面板及多層板.
c、優(yōu)點:復合纖維板成本較玻璃纖維板低,解決了紙板的硬度不足和纖維板不易沖孔問題.
d、缺點:電氣性能雖接近玻璃纖維板,但仍不可完全替代FR-4材料,僅有部分要求不高的電路板可用此材料替代FR-4使用.

(二)PCB分類(覆銅板)-雙面板、多層板
1、玻璃纖維布基材環(huán)氧樹脂-玻璃纖維板:
a、組成特征:基材由玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂混合,表層也是玻璃纖維布, 壓合而成,表面上看,有紋路,側面看去,有纖維絲、呈交叉層疊狀.
b、包括:FR-4等.(目前TPV雙面板及多層板皆使用FR-4)
c、優(yōu)點:高強度、抗熱與火(不會燃燒)、抗化(不易腐蝕、不易長霉菌)、防潮、 熱性(膨脹系數低、熱傳導系數高)、電性(不導電,絕緣)
d、缺點:成本高,制作工藝要求高(例:不能沖孔).

2、陶瓷、金屬材質:如鐵基、鋁基、銅基,主要應用于軍事、航空航天領域.
(二)PCB分類(覆銅板)-材質辨識
PCB料件編碼規(guī)則第34條:

特殊需求碼第三碼代表使用材質:1――FR-1;2――FR-2;
3――CEM-1;4――FR-4雙層板;5――FR-4四層板;6――FR-4六層板;7――FPC(軟板)
例:715G5713-M01-000-005K              使用材質:FR-4四層板
(二)PCB分類(覆銅板)-板面處理
1.OSP工藝:OSP意為可悍性有機銅面保護劑,其制程原理是通過一種替代咪唑衍生的活性組分與金屬銅表面發(fā)生的化學反應,使線路板的焊盤和通孔焊接位置形成均勻,極薄,透明的有機涂層,該涂層具有優(yōu)良的耐熱性,保護膜厚度通常0.2-0.5μm。
(目前TPV要求OSP厚度可滿足回流焊兩次,波峰焊一次.廠家可以做到0.2~0.35μm)焊接時保護膜分解、揮發(fā)、熔解到焊膏或酸性焊劑中,露出銅表面,使焊錫與干凈的銅發(fā)生反應,因其制作成本較低,且技術成熟,故目前已被行廣泛使用.
(二)PCB分類(覆銅板)-板面處理
2.OSP工藝優(yōu)缺點和應用
a、優(yōu)點:平整、便宜, OSP只鐘情于銅表面,對其他表面如阻焊層沒有親和力,不會附著在其表面,應用廣泛.
b、缺點:
 ①保存時間短,在真空包裝條件下保存期為3月。存儲時,不能接觸酸性物質,溫度不能太高,否則會揮發(fā)。
②檢測困難,無色、透明。
③ OSP本身絕緣,Imidazole類OSP,形成較厚的涂覆層,會影響電氣測試,不能作為電氣接觸表面如金手指、鍵盤按鍵、測試點等表面的涂層。
④不能多次進行回流焊接,一般3次,在雙面回流焊接以及返修中需要考慮。經過幾代改良,其耐熱性和存儲壽命、助焊劑的兼容性大大提高。
 ⑤焊接溫度相對提高為225℃,焊接過程中需加更強勁(酸性成分)的助焊劑消除保護膜,否則導致焊接缺陷。
二.PCB成產流程簡介
(一)單面板生產流程

PCB生產流程簡介-單面板

使用材料:
FR1—紙基板
CEM-1--復合纖維板,也叫半玻纖板

(二)雙面板生產流程
PCB生產流程簡介-雙面板

使用材料:
FR4—玻璃布基板

蓋板(鋁板):防止鉆孔披鋒;防止鉆孔上表面毛刺保護覆銅箔層不被壓傷;提高孔位精度;冷卻鉆頭,降低鉆孔溫度。厚度:0.15-0.2mm.
墊板(復合板):在制程中起保護鉆機臺面;防出口性毛頭;降低鉆針溫度及清潔鉆針溝槽膠渣作用.
鉆頭:碳化鎢,鈷及有機黏著劑組合而成.
TPV要求孔壁粗糙度需≤25μm

(三)多層板生產流程
PCB生產流程簡介-多層板
使用材料:
FR4—玻璃布基板
 
三.PCB原材不良案列
(一)興達短路不良
1、不良描述:興達715G5935K01000004I D/C1316,1317 均發(fā)現該點位多集中在⑨-⑧且點位固定線路短路不良,不良率:21/1800=1.17%
2、原因分析:發(fā)現1菲林(1PNL 中有6SET)中有1SET 中有1PCS 位置上有暗線。
此不良為線路生產用黑菲林復制黃菲林時,曝光機上麥拉上有黑點未清潔干凈,導致復制出來的黃菲林上有暗線,黃菲林對位曝光菲林上的暗線形成定位短路不良
(二)三照整板發(fā)黑不良
1、不良描述:2013年7月18日福清TPV反饋在生產機種715G5074P02002002S  
D/C:1325在SMT發(fā)現板黑不良,不良率:12/300=4%
2、原因分析:酸水洗槽后段的水洗槽有一自動補水的裝置,但由于作業(yè)員的疏忽,這個開關在生產時沒有被打開,使水槽的水無法通過溢流口流動,使磨刷輪后段過濾網堵塞,致使馬達過載,導致馬達自動跳閘,控制顯示燈之前有壞掉(正常作業(yè)未全部亮燈),水洗槽停止作業(yè),操作員沒有及時發(fā)現,導致水洗槽里面的酸濃度越來越高,故微蝕液留在板面,帶到輸送滾輪和吸干海綿棒上,致使酸液越沉積越多的存留在輸送滾輪和海綿棒上;
水洗槽水被微蝕藥水污染
(三)福強孔小難插不良
1、不良描述:2013年6月6日福清TPV反應715G3834-M02-000-004F孔徑偏小難插件,不良率:3.9%
2、原因分析:我司鉆孔工序生產該板時發(fā)生斷鉆(斷鉆時機器會自動停止報警,待處理后開始繼續(xù)執(zhí)行)。
待程序完成后方可進行補鉆,生產人員進行標識處理后便進行二次補鉆,鉆孔操作員對板進行補鉆過程中人為操作錯誤,拿錯鉆頭導致補鉆后的孔徑偏小不良。
故鉆孔工序生產人員二次補鉆時用錯鉆頭,且補鉆后未將補鉆板與好板區(qū)分開,流入下工序。
(四)三照通孔爬錫不良
1、不良描述:6月26日,福清冠捷投訴三照公司雙面板715G5870M01001004S在M線有未焊不良,不良率200/800=25%,D/C1321Z5
2、原因分析:6月17號因曝光房空調故障,室內溫度比較高,溫度高達28.7℃(標準濕度:22±5℃,平時一般控制在20-24℃左右),在印刷時孔口處油墨相對較?。ㄒ蚩卓谂c孔壁會形成角度,所以在印刷時拐角處油墨會相對較薄且會滲透至孔口),故在預烤OK后將板放置在曝光房待生產時時間過長,沒有管制放置時間,因室內溫度較高,導致焊環(huán)邊上的油墨會烤死固化,最終在顯影時有一層薄薄的綠油殘留在焊環(huán)上不易顯影掉,形成孔口有綠油,進而造成波峰焊不爬錫
(五)景旺測試點未焊不良
1、不良描述:量產715G3834-M02-000-0H4KPCB時,出現測試點不上錫現象(紅點),D/C:1131
2、原因分析:不良因屬兩方面的綜合因素引起的,PCB板的個別板板塞孔過于飽滿,造成板面油墨略厚,與PAD的焊盤形成一定的落差,由于測試PAD的面積較小,在焊接過程中,上限的OSP膜厚度在浸錫前較難分解,造成吃錫不良現象
PCB原材不良案列-其他
(一)開路不良
(二)錫洞不良
(三)短路不良
(四)起泡不良
(五)綠油不良
(六)外觀不良
(七)V-cut不良
四. PCB檢驗標準
參考文獻:
lIPC-A-600G           PCB之品質允收性
lIPC-6011               硬板之概述性性能規(guī)范
lIPC-6012               硬板之資格認可與性能檢驗規(guī)范
lIPC-TM-650            PCB試驗方法手冊
lPERFAG 3C            多層板之品質規(guī)范(丹麥)
(一)基材
(二)線路
(三)孔
(四)防焊綠油
(五)噴錫
(六)字符
(七)OSP
(八)成型
(九)板曲
 

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