双面印制电路板的制作

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1、双 面 印 制 电 路 板 的 制 作 实 验 指 导 ： 王 守 绪 、 张 敏实 验 地 点 ： 微 固 楼 457印 制 电 路 原 理 和 工 艺 一 .实 验 目 的 1.了 解 多 面 板 的 应 用 基 本 常 识 。 2.掌 握 多 面 板 的 制 作 工 序 。 3.理 解 各 工 序 的 基 本 原 理 。 4.了 解 多 面 板 与 单 面 板 工 艺 上 的 差 异 。 二 .实 验 内 容 1.利 用 CR-5000软 件 设 计 印 制 电 路 板并 获 得 相 应 的 制 作 文 件 ； 2.利 用 RF-4基 板 制 作 一 件 双 面 印 制 电路 板 三 .

2、实 验 原 理 双 层 印 制 电 路 板 （ printed circuit board 即 PCB） 是 指 在 PCB基 板 两 面 都 具 有 导 电图 形 （ 线 路 ） ， 两 面 导 电 图 形 通 过 通 孔 导通 的 印 制 电 路 板 。 制 造 方 法 也 有 若 干 种 ， 基 本 上 分 为 两大 类 ： 减 成 法 和 加 成 法 。 本 实 验 主 要 应 用 传 统 的 减 成 法 制 作 双 面印 制 电 路 板 。 1.工 艺 流 程 （ 1） 基 本 过 程照 相 底 片 制 作 开 料 钻 孔 孔 金 属 化贴 膜 图 形 转 移电 镀 蚀 刻形 成 阻

3、 焊 层 印 制 字 符 产 品 检 测 成 品 （ 2） 双 面 板 工 艺 过 程 图 示开 料钻 孔孔 金 属 化 （ 电 镀 ） 图 形 转 移 及 刻 蚀 线 路 印 制 阻 焊 层印 制 字 符 （ 正 面 ）印 制 字 符 （ 反 面 ）产 品 检 测 等 2.基 本 工 艺 介 绍 （ 1） 底 版 制 作 所 需 的 电 路(光 路 ） 银 盐 感 光 材 料 原 版 或 母 版 （ 负 像 ） 副 版 （ 正 像 ） 子 版 （ 生 产 ） 放 大 缩 微 成 像 显 影 复 制 复 制 图 像 反 转 冲 洗 工 艺 工 艺 流 程 图（ 1） 第 一 次 显 影 液 应

4、 具 备 下 列 特 点 ： 在 显 影 液 中 的 对 苯二 酚 含 量 较 高 ； 为 尽 量 减 少 灰 雾 ， 防 灰 雾 剂 含 量 也 较 高 ；显 影 液 中 还 有 一 定 量 的 硫 氰 化 钠 或 硫 氰 化 钾 。（ 2） 漂 白 液 一 般 为 强 氧 化 剂 水 溶 液 。（ 3） 除 斑 液 为 亚 硫 酸 氢 钠 溶 液 或 10%的 亚 硫 酸 钠 溶 液 。 实 验 注 意 点 第 一 次 显 影 后 ， 应 进 行 第 一 次 充 分 水 洗 ， 彻 底 除 去 乳 剂中 残 留 的 显 影 以 免 它 与 下 一 工 序 的 漂 白 液 作 用 ， 生 成

5、 黄色 污 染 物 使 图 像 质 量 变 坏 。 水 洗 时 间 为 5 6分 钟 。 第 二 次 水 洗 是 将 残 留 在 乳 剂 中 的 漂 白 液 全 部 洗 除 。 待 全部 显 影 的 黑 色 银 影 漂 白 、 洗 净 后 就 可 在 白 炽 灯 下 操 作 。 第 二 次 曝 光 是 将 乳 剂 中 所 余 的 卤 化 银 全 部 感 光 。 这 一 步应 使 感 光 材 料 的 各 个 部 位 均 匀 曝 光 。 曝 光 时 间 应 长 一 些 ，达 到 充 分 ， 以 防 不 足 引 起 图 像 明 暗 密 度 的 失 真 。 经 过 第 二 次 曝 光 显 影 后 的

6、感 光 材 料 已 不 存 在 未 曝 光 的 残余 卤 化 银 。 为 了 安 全 起 见 ， 仍 需 定 影 ， 除 去 实 际 上 仍 存在 的 微 量 卤 化 银 。 （ 2） 钻 孔 本 实 验 采 用 的 数 控 机 械 钻 孔 。 数 控 钻 孔 是 在 电 脑 的 控 制 下利 用 不 同 直 径 的 钻 头 按 相 应 的 工 艺 参 数 （ 钻 数 、 进 刀 速 率 、退 刀 速 率 ） 在 印 制 电 路 板 上 得 到 所 需 的 导 通 孔 。 通 过CircuitCAM软 件 将 数 据 转 换 成 Easy Quick DM40刻 板 机 能加 工 的 数 据

7、。 数 据 通 过 DKJMaster软 件 将 数 据 传 至 刻 板 机 ，并 对 其 进 行 数 据 控 制 。 刻 板 机 通 过 数 控 可 以 实 现 钻 孔 、 铣外 形 、 刻 板 等 功 能 。 在 切 削 过 程 中 ， 钻 床 装 夹 作 用 钻 刀 旋 转 力 r，使 钻 刀 与 覆 铜 板 材 料 之 间 产 生 相 对 旋 转 运 动 ，钻 刀 主 副 切 刃 在 材 料 上 形 成 切 削 速 度 。 同 时 ，钻 床 装 夹 部 分 作 用 钻 刀 向 下 的 进 给 力 F， 使 得钻 刀 横 刃 不 断 地 向 下 切 削 覆 铜 板 材 料 。 由 于 钻

8、刀 在 材 料 表 面 产 生 高 速 的 r主 旋 转 运 动 ， 进 给 运 动 F又 使 切 削 面 不 断 投 入 切 削 ， 所 以 钻 刀 就 可以 不 断 地 或 连 续 地 切 除 切 屑 ， 直 到 通 孔 完 成 ，如 图 1所 示 。 （ 3） 孔 金 属 化 孔 金 属 化 工 艺 是 印 制 电 路 板 制 造 技 术 中 最 为 重 要的 工 序 之 一 ， 它 关 系 到 多 层 印 制 电 路 板 内 在 的 质量 的 好 坏 。 主 要 的 工 作 是 孔 内 的 钻 污 去 除 （ 孔 清 洗 ） 、 化 学镀 （ 或 黑 孔 技 术 ） 在 孔 壁 上 沉

9、 积 上 一 层 导 电 金 属铜 、 电 镀 加 厚 铜 层 等 工 序 。 孔 金 属 化 不 好 就 会 造 成 孔 内 无 铜 或 者 只 有 很 薄 的铜 ， 一 经 测 试 就 造 成 开 路 。 电 镀 及 孔 金 属 化 系 统 1. 除 油 槽 2. 除 油 后 水 洗 槽 3. 微 蚀 槽 4. 微 蚀 后 水 洗 槽 5. 黑 孔 槽 6. 干 燥 槽 7. 镀 铜 槽 8. OSP槽 9. 除 油 槽 温 控 器 10. 除 油 槽 定 时 器 11. 除 油 槽 蜂 鸣 器 12. 微 蚀 槽 定 时 器 13.微 蚀 槽 蜂 鸣 器 14. 黑 孔 槽 定 时 器

10、15. 黑 孔 槽 蜂 鸣 器 16. 电 镀 电 流 表 及 旋 钮 17.镀 铜 槽 定 时 器 18. 镀 铜 槽 蜂 鸣 器 19. OSP槽 定 时 器 20. OSP槽 蜂 鸣 器 21.设 备 总 开 关 22. 摆 动 电 机 开 关 23. OSP槽 加 热 开 关 24. 镀 铜 槽 过 滤 开 关 25.镀 铜 槽 鼓 泡 开 关 26. OSP槽 加 热 器 电 源 插 座 27. 镀 铜 槽 鼓 泡 气 流 量 控 制 28.镀 铜 槽 过 滤 泵 29. 镀 铜 槽 过 滤 泵 流 量 控 制 阀 30. 镀 铜 槽 过 滤 器 31. 摆 动 架除 油 槽 用 于

11、 除 去 表 面 有 机 油 污 、 孔 内 壁形 成 电 荷 。 微 蚀 液 用 于 微 量 蚀 刻 表 面 氧化 铜 及 铜 箔 ， 黑 孔 槽 用 于 孔 的 黑 化 。 镀铜 槽 用 于 表 面 加 厚 铜 。 OSP用 于 表 面 铜箔 防 氧 化 处 理 。 定 时 器 用 于 对 用 槽 处 理所 用 的 时 间 。 鼓 泡 、 过 滤 由 于 镀 铜 工 序 、提 高 镀 铜 效 果 。 摆 动 架 用 于 提 高 各 个 工序 溶 液 的 流 动 ， 提 高 处 理 效 果 。 （ 4） 贴 膜 与 图 形 转 移 印 制 电 路 制 作 过 程 中 ， 很 重 要 的 一

12、道 工 序 就 是 用具 有 一 定 抗 蚀 性 能 的 感 光 树 脂 涂 覆 到 覆 铜 板 上 ； 然 后 用 光 化 学 反 应 或 “ 印 刷 ” 的 方 法 ， 把 电 路 底图 或 照 像 底 版 上 的 电 路 图 形 “ 转 印 ” 在 覆 铜 箔 板上 。 这 个 工 艺 过 程 就 是 “ 印 制 电 路 的 图 形 转 移 工 艺 ”简 称 “ 图 形 转 移 ” 。 图 形 转 移贴 膜 曝 光 显 影 贴 膜 工 序 贴 膜 的 装 置 为 贴 膜 机 ， 用 于 印 刷 电 路 板 干 膜贴 附 。 利 用 由 内 而 外 的 加 热 方 式 ， 加 热 两 支

13、压 膜 滚轮 ， 由 两 组 红 外 线 测 温 感 应 器 探 测 压 膜 轮 的表 面 温 度 ， 再 由 精 密 电 子 温 度 控 制 器 控 制 加热 器 的 加 热 ， 使 得 压 膜 轮 外 表 的 温 度 在 压 膜过 程 中 能 过 于 稳 定 ， 使 整 个 感 光 膜 牢 牢 的 沾附 在 板 上 。 曝 光 在 UV光 下 ， 感 光 性 树 脂 在 吸 收 光 量 子 后 ， 引发 化 学 反 应 ， 使 高 分 子 内 部 或 高 分 子 之 间 的 化学 结 构 发 生 变 化 ， 从 而 导 致 感 光 性 高 分 子 的 物性 发 生 变 化 ， 其 化 学

14、活 性 较 差 。未 照 射 的 不 发 生化 学 反 应 ， 活 性不 变 ， 发 生 反 应部 分 化 学 活 性 较低 ， 在 显 影 中 不去 掉 ， 留 下 设 计所 需 的 图 形 。 图 1 曝 光 原 理 图 显 影 显 影 时 使 用 化 学 试 剂 将 没 有 进 行 光 化 学 反 应 的 部分 除 去 而 留 下 需 要 保 护 线 路 的 部 分 。 在 显 影 中 ， 主 要 使 用 Na2CO3作 为 显 影 液 ， 干 膜 中未 发 生 光 化 学 反 应 的 与 Na2CO3发 生 反 应 并 溶 解 在显 影 液 中 。 显 影 工 序 工 作 原 理 （

15、5） 线 路 制 作 线 路 制 作 包 含 蚀 刻和 去 干 膜 两 个 工 序 ，是 PCB制 作 中 的 关键 之 一 ；线 路制 作 刻 蚀去 干 膜PCB的 蚀 刻 工 艺 包 括 两 类 ， 一 类 是 静 态 蚀 刻 ， 一 类 是 喷淋 蚀 刻 ， 喷 淋 蚀 刻 又 有 水 平 喷 淋 蚀 刻 和 垂 直 喷 淋 蚀 刻 两类 ， 现 在 工 厂 大 部 分 以 喷 淋 蚀 刻 工 艺 为 主 。 实 验 室 使 用的 垂 直 喷 淋 蚀 刻 。 1.紧 急 停 止 开 关 ;2. 紧 急 停 止 开 关 ; 3.蚀 刻 槽 温控 表 ; 4.结 束 时 蜂 鸣 提 示 ;5

16、.温 控 表 开 关 ;6. 蚀 刻（ 去 膜 ） 槽 、 水 洗 槽 液 位 指 示 灯 ;7.传 动 电 机调 速 器 ; 8.设 备 总 开 关 ; 9.入 口 残 液 回 收 槽 ; 10.出 口 残 液 回 收 槽 ;11.蚀 刻 区 ; 12.水 洗 区 ; 13.蚀刻 液 （ 去 膜 液 ） 槽 ; 14.水 洗 液 槽蚀 刻 机 、 去 膜 机 结 构 示 意 图 蚀 刻 工 序 在 蚀 刻 过 程 中 ， 主 要 是 蚀 刻 液 与 金 属 箔 之 间 发 生氧 化 还 原 化 学 反 应 。 由 于 金 属 箔 被 附 在 介 质 材 料 上 ， 并 有 一 部 分 被 抗

17、蚀 层 保 护 ， 在 蚀 刻 过 程 中 必 然 出 现 侧 蚀 以 及 由 于侧 蚀 而 带 来 的 “ 突 沿 ” 现 象 ， 因 此 在 选 择 蚀 刻 液和 制 定 蚀 刻 工 艺 时 必 须 考 虑 如 下 几 个 方 面 的 因 素 ：A.蚀 刻 液 要 与 抗 蚀 层 材 料 相 匹 配 ;B.蚀 刻 速 率 及 其 速 率 的 控 制 能 力 ;C.蚀 刻 废 液 的 溶 铜 量 ;D.蚀 刻 液 对 设 备 的 影 响 ;E.蚀 刻 液 的 再 生 与 补 加 ， 废 液 的 污 染 等 ; 典 型 刻 蚀 液 配 方 本 实 验 室 使 用 三 氯 化 铁 蚀 刻 液 体

18、 系 制 作 线 路 。 组 份 工 艺 参 数FeCl3 45.2 53.0HCl(%) 0.25波 美 度 38 42pH值 5 脱 干 膜 工 序 由 于 干 膜 力 学 性 能 较 差 ， 在 后 续 过 程中 容 易 脱 落 。 因 此 ， 线 路 蚀 刻 完 成 后必 须 将 干 膜 去 掉 。 去 膜 工 艺 参 数 ： 去 膜 液 1% 2%的 氢 氧化 钠 溶 液 ； 温 度 20 30 ； 强 碱 能 够 破 坏 已 曝 光 的 干 膜 ， 使 干 膜溶 解 。 (6)线 路 保 护 技 术 由 于 铜 是 非 常 容 易 氧 化 的 金 属 ， 因 此 ， 干 膜 去 掉

19、后 ， 必 须 使 用 阻 焊 剂 将 线 路 保 护 起 来 。 一 般 阻 焊剂 有 两 类 ， 一 类 是 挠 性 板 上 用 PI覆 盖 膜 阻 焊 材 料 ，该 材 料 不 需 要 固 化 ， 只 需 要 在 将 覆 盖 膜 贴 上 去 之后 进 行 快 压 ； 另 一 类 是 大 部 分 刚 性 板 使 用 绿 油 阻焊 剂 。 绿 油 阻 焊 剂 首 先 要 将 绿 油 油 墨 与 固 化 剂 进 行 混 合 ，然 后 将 阻 焊 剂 印 刷 到 线 路 板 上 ， 阻 焊 剂 经 过 一 段时 间 流 延 ， 短 时 间 固 化 ， 在 曝 光 机 中 曝 光 、 显 影得 到

20、 需 要 阻 焊 的 图 形 。 阻 焊 剂 此 时 固 化 度 不 够 ，需 要 在 高 温 ， 长 时 间 下 固 化 ， 才 能 有 较 强 的 防 腐防 摩 擦 等 性 能 。 （ 7） 印 制 板 检 测 技 术 电 路 板 品 质 的 好 坏 、 问 题 的 发 生 与 解 决 、 制 程 改进 的 评 估 ， 在 都 需 要 微 切 片 作 为 客 观 检 查 、 研 究与 判 断 的 根 据 (Micro sectioning)。 实 验 室 中 一 般需 要 测 试 线 路 的 蚀 刻 因 子 、 镀 铜 的 厚 度 、 孔 的 粗糙 度 等 。 实 验 室 蚀 刻 因 子

21、、 金 属 化 孔 效 果 检 测 使 用 的 设 备是 金 相 测 试 系 统 ， 包 括 研 抛 机 、 金 相 显 微 镜 和 软件 等 部 分 。（ 1） 磨 抛 机 （ 2） 金 相 显 微 镜 四 .实 验 器 材 1.实 验 设 备钻 孔 机 、 孔 金 属 化 设 备 、 贴 膜 机 、 曝 光 机 、 显 影 剂 、蚀 刻 机 、 脱 膜 机 、 阻 焊 、 磨 板 机 、 下 料 机 、 恒 温 恒湿 机 、 污 水 处 理 机 、 电 子 烘 箱 ；双 面 覆 铜 板 、 钻 孔 刀 具 、 各 种 化 学 药 水 、 干 膜 、阻 焊 油 墨 、 Na 2CO3、 硫

22、酸 铜 等 其 它 低 值 易 耗 品 ；2.实 验 材 料 四 .实 验 过 程 1.底 片 制 作实 验 采 用 光 绘 机 FILMSTAR系 统 制作 底 片 。第 一 步 .设 计 电 路 转 化 为 光 绘 机 机 码第 二 步 .光 绘 图 像 （ 光 绘 机 参 数 如 下 ）第 三 步 .冲 片 光 绘 工 艺 参 数 最 大 光 绘 面 积 ： 380 x 300 mm ；X 方 向 分 辨 率 ： 1024, 1344, 2032, 4064 dpi 可 调 ；Y方 向 分 辨 率 ： 3000dpi；光 绘 速 度 ： 10 mmFilm breite / Min. 分

23、 辨 率 为 1024 dpi 光 源 ： 二 极 管 泵 浦 的 激 光 器 ， 波 长 670 nm ； 2.开 料 及 钻 孔 本 实 验 采 用 RF-4双 面 覆 铜 板 为 基 板 ， 采 用ProtoMat S62电 路 板 刻 制 机 制 作 通 孔 。钻 孔 基 板 工 艺 参 数 ：最 小 钻 孔 直 径 ： 0.15mm；X,Y分 辨 率 ： 0.25 um；换 刀 方 式 ： 电 控 10刀 位 ； 3.孔 清 洗 及 孔 金 属 化 微 孔 采 用 超 声 波 工 艺 清 洗 。 即 将 钻 有 微 孔 的 电 路板 放 入 超 声 波 清 洗 槽 中 ， 清 洗 。

24、 微 孔 活 化 采 用 “ 黑 孔 工 艺 ” ； 孔 金 属 层 采 用 电 镀 加 厚 技 术 ；控 制 因 素 技 术 参 数清 洗 温 度 45 ；清 洗 时 间 10min；清 洗 液 配 方 洗 洁 精 ： 400cm 3/dm3、特 种 添 加 剂 ： 40g/dm3；操 作 方 式 ： 恒 温 清 洗 ； 4.贴 膜 与 图 形 转 移 基 本 步 骤 ： 第 一 步 ： 板 表 面 清 洗 。 刷 板 清 洗 烘 干 ； 第 二 步 ： 板 表 面 贴 膜 （ 在 暗 室 中 进 行 ） ； 第 三 步 ： 将 底 片 与 基 板 对 准 放 入 曝 光 机 内 曝 光 ；

25、 第 四 步 ： 显 影 ；贴 膜 工 艺 参 数压 膜 宽 度 ： 400mm ；传 送 宽 度 ： 440 ； 进 板 速 度 ： 1.0m/min ；压 辊 温 度 范 围 ： 20 199 曝 光 工 艺 参 数曝 光 级 数 ： 5.线 路 制 作 刻 蚀 工 艺 本 实 验 采 用 Easy Quick SU1线 路 刻 蚀 系 统 完 成 ； 第 一 步 ： 刻 蚀 系 统 预 热 ； 第 二 步 ： 将 印 制 放 入 支 架 上 ， 开 动 系 统 ； 第 三 步 ： 刻 蚀 线 路 ； 第 四 步 ： 检 查 刻 蚀 效 果 ； 第 五 步 ： 去 干 膜 ；工 作 参 数

26、工 作 宽 度 为 510mm；传 动 速 度 0 - 1.5 m/min可 调 ；腐 蚀 泵 的 流 量 为 200 l/min；双 面 腐 蚀 4 x 14 喷 嘴 ； 6.线 路 保 护 等 工 序 由 于 铜 是 非 常 容 易 氧 化 的 金 属 ， 因 此 ， 干 膜 去 掉后 ， 必 须 使 用 阻 焊 剂 将 线 路 保 护 起 来 。 一 般 阻 焊 剂 有 两 类 ， 一 类 是 挠 性 板 上 用 PI覆 盖 膜阻 焊 材 料 ， 该 材 料 不 需 要 固 化 ， 只 需 要 在 将 覆 盖膜 贴 上 去 之 后 进 行 快 压 ； 另 一 类 是 大 部 分 刚 性

27、板使 用 绿 油 阻 焊 剂 。 绿 油 阻 焊 剂 首 先 要 将 绿 油 油 墨 与 固 化 剂 进 行 混 合 ，然 后 将 阻 焊 剂 印 刷 到 线 路 板 上 ， 阻 焊 剂 经 过 一 段时 间 流 延 ， 短 时 间 固 化 ， 在 曝 光 机 中 曝 光 、 显 影得 到 需 要 阻 焊 的 图 形 。 阻 焊 剂 此 时 固 化 度 不 够 ，需 要 在 高 温 ， 长 时 间 下 固 化 ， 才 能 有 较 强 的 防 腐防 摩 擦 等 性 能 。 7.印 制 字 符 ， 外 形 加 工 等 第 一 步 ： 使 用 丝 网 印 刷 在 PCB板 上 印 制 字 符 ； 第 二 步 ： 使 用 裁 板 机 与 刻 制 机 加 工 PCB外 形 ； 第 四 步 ： 产 品 质 量 检 测 ； 五 .实 验 结 果 与 结 论 通 过 本 实 验 可 以 获 得 设 计 好 的 PCB产 品 ；