印制電路板常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

1、印制電路板常見(jiàn)結(jié)構(gòu)以及PCB抄板PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 印制電路板（PCB）的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)可以分為單層板（single Layer PCB）、雙層板（Double Layer PCB）和多層板（Multi Layer PCB）三種。     一、單層板single Layer PCB    單層板（single Layer PCB）是只有一個(gè)面敷銅，另一面沒(méi)有敷銅的電路板。元器件一般情況是放置在沒(méi)有敷銅的一面，敷銅的一面用于布線和元件焊接，如圖所示。    二、雙層板Double Layer

2、PCB    雙層板（Double Layer PCB）是一種雙面敷銅的電路板，兩個(gè)敷銅層通常被稱為頂層（Top Layer）和底層（Bottom Layer），兩個(gè)敷銅面都可以布線，頂層一般為放置元件面，底層一般為元件焊接面，如圖所示。    三、多層板Multi Layer PCB    多層板（Multi Layer PCB）就是包括多個(gè)工作層面的電路板，除了有頂層（Top Layer）和底層（Bottom Layer）之外還有中間層，頂層和底層與雙層面板一樣，中間層可以是導(dǎo)線層、信號(hào)層、電源層或接

3、地層，層與層之間是相互絕緣的，層與層之間的連接往往是通過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以四層板為例，如圖2 3 4 所示。這個(gè)四層板除了具有頂層和底層之外，內(nèi)部還具有一個(gè)地層和一個(gè)圖2 3 4 四層板結(jié)構(gòu)    盡管Protel DXP支持72層板的設(shè)計(jì)，但在實(shí)際的應(yīng)用中，一般六層板已經(jīng)能夠滿足電路設(shè)計(jì)的要求，不必將電路板設(shè)計(jì)成更多層結(jié)構(gòu)。Prepreg&corePrepreg：半固化片，又稱預(yù)浸材料，是用樹(shù)脂浸漬并固化到中間程度(B 階)的薄片材料。半固化片可用作多層印制板的內(nèi)層導(dǎo)電圖形的黏結(jié)材料和層間絕緣。在層壓時(shí)，半固化片的環(huán)氧樹(shù)脂融化、流動(dòng)、凝固，將各層電路毅合在一

4、起，并形成可靠的絕緣層。core:芯板，芯板是一種硬質(zhì)的、有特定厚度的、兩面包銅的板材，是構(gòu)成印制板的基礎(chǔ)材料。通常我們所說(shuō)的多層板是由芯板和半固化片互相層疊壓合而成的。而半固化片構(gòu)成所謂的浸潤(rùn)層，起到粘合芯板的作用，雖然也有一定的初始厚度，但是在壓制過(guò)程中其厚度會(huì)發(fā)生一些變化。    通常多層板最外面的兩個(gè)介質(zhì)層都是浸潤(rùn)層，在這兩層的外面使用單獨(dú)的銅箔層作為外層銅箔。外層銅箔和內(nèi)層銅箔的原始厚度規(guī)格，一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ約為35um或1.4mil)三種，但經(jīng)過(guò)一系列表面處理后，外層銅箔的最終厚度一般會(huì)增加將近1 OZ左右。內(nèi)層銅箔即為芯板兩面

5、的包銅，其最終厚度與原始厚度相差很小，但由于蝕刻的原因，一般會(huì)減少幾個(gè)um。    多層板的最外層是阻焊層，就是我們常說(shuō)的“綠油”，當(dāng)然它也可以是黃色或者其它顏色。阻焊層的厚度一般不太容易準(zhǔn)確確定，在表面無(wú)銅箔的區(qū)域比有銅箔的區(qū)域要稍厚一些，但因?yàn)槿鄙倭算~箔的厚度，所以銅箔還是顯得更突出，當(dāng)我們用手指觸摸印制板表面時(shí)就能感覺(jué)到。    當(dāng)制作某一特定厚度的印制板時(shí)，一方面要求合理地選擇各種材料的參數(shù)，另一方面，半固化片最終成型厚度也會(huì)比初始厚度小一些。下面是一個(gè)典型的6層板疊層結(jié)構(gòu)（iMX255coreboard）：PCB的參數(shù)：&#

6、160;  不同的印制板廠，PCB的參數(shù)會(huì)有細(xì)微的差異，需要與電路板廠的工程師溝通，得到該廠的一些參數(shù)數(shù)據(jù)，主要是介電常數(shù)和阻焊層厚度兩個(gè)參數(shù)各個(gè)板廠會(huì)有差別。   表層銅箔：可以使用的表層銅箔材料厚度有三種：12um、18um和35um。加工完成后的最終厚度大約是44um、50um和67um，大致相當(dāng)于銅厚1 OZ、1.5 OZ、2 OZ。注意：在用阻抗計(jì)算軟件進(jìn)行阻抗控制時(shí)，外層的銅厚沒(méi)有0.5 OZ的值。   芯板：我們常用的板材是S1141A，標(biāo)準(zhǔn)的FR-4，兩面包銅，可選用的規(guī)格可與廠家聯(lián)系確定。   半固化片：規(guī)

7、格（原始厚度）有7628（0.185mm/7.4mil），2116（0.105mm/4.2mil），1080（0.075mm/3mil），3313（0.095mm/4mil ），實(shí)際壓制完成后的厚度通常會(huì)比原始值小10-15um左右（即0.5-1mil），因此疊層設(shè)計(jì)的最小介質(zhì)層厚不得小于3mil。同一個(gè)浸潤(rùn)層最多可以使用3個(gè)半固化片，而且3個(gè)半固化片的厚度不能都相同，最少可以只用一個(gè)半固化片，但有的廠家要求必須至少使用兩個(gè)。如果半固化片的厚度不夠，可以把芯板兩面的銅箔蝕刻掉，再在兩面用半固化片粘連，這樣可以實(shí)現(xiàn)較厚的浸潤(rùn)層。半固化片的介電常數(shù)與厚度有關(guān)，下表為不同型號(hào)的半固化片厚度和介電常數(shù)

8、參數(shù)：型號(hào)厚度介電常數(shù)10802.8mil4.333133.8mil4.321164.5mil4.576286.8mil4.7 板材的介電常數(shù)與其所用的樹(shù)脂材料有關(guān)，F(xiàn)R4板材其介電常數(shù)為4.24.7,并且隨著頻率的增加會(huì)減小。   阻焊層：銅箔上面的阻焊層厚度C28-10um，表面無(wú)銅箔區(qū)域的阻焊層厚度C1根據(jù)表面銅厚的不同而不同，當(dāng)表面銅厚為45um時(shí)C113-15um，當(dāng)表面銅厚為70um時(shí)C117-18um，在用SI9000進(jìn)行計(jì)算時(shí)，阻焊層的厚度取0.5OZ即可。   導(dǎo)線橫截面：由于銅箔腐蝕的關(guān)系，導(dǎo)線的橫截面不是一個(gè)矩形，實(shí)際上是

9、一個(gè)梯形。以TOP層為例，當(dāng)銅箔厚度為1OZ時(shí)，梯形的上底邊比下底邊短1MIL。比如線寬5MIL，那么其上底邊約4MIL，下底邊5MIL。上下底邊的差異和銅厚有關(guān)，下表是不同情況下梯形上下底的關(guān)系。線寬銅厚（OZ）上線寬（mil）下線寬（mil）內(nèi)層0.5W-0.5W內(nèi)層1W-1W內(nèi)層2W-1.5W-1外層0.5W-1W外層1W-0.8W-0.5外層2W-1.5W-1 說(shuō)明：上表中的W表示設(shè)計(jì)的理想線寬。 通常阻抗計(jì)算采用的模型為：   上面兩個(gè)模型為基本的微帶線模型和帶狀線模型。  在微帶線模型中，還有如下幾種：無(wú)涂覆層的

10、模型一般不采用。上圖右邊的模型中的介電常數(shù)Er1和Er2根據(jù)采用的半固化片的具體型號(hào)確定，主要型號(hào)已經(jīng)在上面列出。具體的參數(shù)需要向板廠咨詢。  下面解釋板廠給我們的疊層圖的含義：   我們的板是六層板，從上圖可以看出有兩個(gè)表層銅箔，兩個(gè)芯板，因此有六個(gè)銅箔層，中間的波浪線表示半固化片，含義和型號(hào)也在上面的介紹中解釋清楚了。 如果要進(jìn)一步了解阻抗控制和SI9000的用法，請(qǐng)參考本人的另一篇日志：?jiǎn)蚊姘宓牧鞒? 單面PCB是只有一面有導(dǎo)電圖形的印制板。一般采用酚醛紙基覆銅箔板制作，也常采用環(huán)氧紙基或環(huán)氧玻璃布覆銅板。 單面PCB主要用于民

11、用電子產(chǎn)品，如：收音機(jī)、電視機(jī)、電子儀器儀表等。 單面板的印制圖形比較簡(jiǎn)單，一般采用絲網(wǎng)漏印的方法轉(zhuǎn)移圖形，然后蝕刻出印制板，也有采用光化學(xué)法生產(chǎn)的，其生產(chǎn)工藝流程如圖所示。雙面板的生產(chǎn)流程: 雙面PCB是兩面都有導(dǎo)電圖形的印制板。顯然，雙面板的面積比單面板大了一倍，適合用于比單面板更復(fù)雜的電路。 雙面印制板通常采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔板制造。它主要用于性能要求較高的通信電子 設(shè)備、高級(jí)儀器儀表以及電子計(jì)算機(jī)等。 雙面板的生產(chǎn)工藝一般分為工藝導(dǎo)線法、堵孔法、掩蔽法和圖形電鍍一蝕刻法等幾種，圖形電鍍一蝕刻法生產(chǎn)雙面PcB的工藝流程如圖所示。再有一個(gè)就是多層板的,無(wú)論是四層八層,還是更多的層數(shù)年,都是

12、如下所列的資料相似: 多層板生產(chǎn)流程: 多層PCB是有三層或三層以上導(dǎo)電圖形和絕緣材料層壓合成的印制板。 它實(shí)際上是使用數(shù)片雙面板，并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后粘牢(壓合)而成。它的層數(shù)通常都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。從技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)可以做到近100層的PCB板，但目前計(jì)算機(jī)的主機(jī)板都是48層的結(jié)構(gòu)。 多層印制板般采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板。為了提高金屬化孔的可靠性，應(yīng)盡量選用耐高溫的、基板尺寸穩(wěn)定性好的、特別是厚度方向熱膨脹系數(shù)較小的，且與銅鍍層熱膨脹系數(shù)基本匹配的新型材料。 制作多層印制板，先用銅箔蝕刻法做出內(nèi)層導(dǎo)線圖形，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，把幾張內(nèi)層導(dǎo)線圖形重疊，放在專用的多層壓機(jī)內(nèi)，

13、經(jīng)過(guò)熱壓、粘合工序，就制成了具有內(nèi)層導(dǎo)電圖形的覆銅箔的層壓板，以后加工工序與雙面孔金屬化印制板的制造工序基本相同，其工藝流程如圖所示。雙面錫板/沉金板制作流程:開(kāi)料-鉆孔-沉銅-線路-圖電-蝕刻-阻焊-字符-噴錫(或者是沉金)-鑼邊v割(有些板不需要)-飛測(cè)-真空包裝雙面鍍金板制作流程:開(kāi)料-鉆孔-沉銅-線路-圖電-鍍金-蝕刻-阻焊-字符-鑼邊-v割-飛測(cè)-真空包裝 多層錫板/沉金板制作流程:開(kāi)料-內(nèi)層-層壓-鉆孔-沉銅-線路-圖電-蝕刻-阻焊-字符-噴錫(或者是沉金)-鑼邊v割(有些板不需要)-飛測(cè)-真空包裝 多層板鍍金板制作流程:開(kāi)料-內(nèi)層-層壓-鉆孔-沉銅-線路-圖電-鍍金-蝕刻-阻焊-

14、字符-鑼邊-v割-飛測(cè)-真空包裝1.1 PCB扮演的角色 PCB的功能為提供完成第一層級(jí)構(gòu)裝的組件與其它必須的電子電路零件接 合的基地，以組成一個(gè)具特定功能的模塊或成品。所以PCB在整個(gè)電子產(chǎn) 品中，扮演了整合連結(jié)總其成所有功能的角色，也因此時(shí)常電子產(chǎn)品功能故 障時(shí)，最先被質(zhì)疑往往就是PCB。圖1.1是電子構(gòu)裝層級(jí)區(qū)分示意。 1.2 PCB的演變 1.早于1903年Mr. Albert Hanson首創(chuàng)利用"線路"(Circuit)觀念應(yīng)用于電話交換機(jī)系統(tǒng)。它是用金屬箔予以切割成線路導(dǎo)體，將之黏著于石蠟紙上，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現(xiàn)今PCB的機(jī)構(gòu)雛型。見(jiàn)圖1.2 2.

15、 至1936年，Dr Paul Eisner真正發(fā)明了PCB的制作技術(shù)，也發(fā)表多項(xiàng)專利。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術(shù)，就是沿襲其發(fā)明而來(lái)的。 1.3 PCB種類(lèi)及制法 在材料、層次、制程上的多樣化以適 合 不同的電子產(chǎn)品及其特殊需求。 以下就歸納一些通用的區(qū)別辦法，來(lái)簡(jiǎn)單介紹PCB的分類(lèi)以及它的制造方 法。 1.3.1 PCB種類(lèi) A. 以材質(zhì)分 a. 有機(jī)材質(zhì) 酚醛樹(shù)脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。 b. 無(wú)機(jī)材質(zhì) 鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能 B.

16、以成品軟硬區(qū)分 a. 硬板 Rigid PCB b.軟板 Flexible PCB 見(jiàn)圖1.3 c.軟硬板 Rigid-Flex PCB 見(jiàn)圖1.4 C. 以結(jié)構(gòu)分 D. 依用途分：通信/耗用性電子/軍用/計(jì)算機(jī)/半導(dǎo)體/電測(cè)板,見(jiàn)圖1.8 BGA. 另有一種射出成型的立體PCB，因使用少，不在此介紹。 1.3.2制造方法介紹 A. 減除法，其流程見(jiàn)圖1.9 B. 加成法，又可分半加成與全加成法，見(jiàn)圖1.10 1.11 C. 尚有其它因應(yīng)IC封裝的變革延伸而出的一些先進(jìn)制程，本光盤(pán)僅提及但不詳加介紹，因有許多尚屬機(jī)密也不易取得，或者成熟度尚不夠。 本光盤(pán)以傳統(tǒng)負(fù)片多層板的制程為主軸，深入淺出的

17、介紹各個(gè)制程，再輔以先進(jìn)技術(shù)的觀念來(lái)探討未來(lái)的PCB走勢(shì)。 2.3.1客戶必須提供的數(shù)據(jù)： 電子廠或裝配工廠，委托PCB SHOP生產(chǎn)空板（Bare Board）時(shí)，必須提供下列數(shù)據(jù)以供制作。見(jiàn)表料號(hào)數(shù)據(jù)表-供制前設(shè)計(jì)使用. 上表數(shù)據(jù)是必備項(xiàng)目，有時(shí)客戶會(huì)提供一片樣品, 一份零件圖，一份保證書(shū)（保證制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質(zhì)）等。這些額外數(shù)據(jù)，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機(jī)。 2.3.2 .資料審查 面對(duì)這么多的數(shù)據(jù)，制前設(shè)計(jì)工程師接下來(lái)所要進(jìn)行的工作程序與重點(diǎn)，如下所述。 A. 審查客戶的產(chǎn)品規(guī)格，是否廠內(nèi)制程能力可及，審查項(xiàng)目見(jiàn)承接料號(hào)制程能力檢查表. B.原物料需求

18、（BOM-Bill of Material） 根據(jù)上述資料審查分析后，由BOM的展開(kāi)，來(lái)決定原物料的廠牌、種類(lèi)及規(guī)格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、膠片（Prepreg）、銅箔（Copper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等。另外客戶對(duì)于Finish的規(guī)定,將影響流程的選擇,當(dāng)然會(huì)有不同的物料需求與規(guī)格，例如：軟、硬金、噴钖、OSP等。 表歸納客戶規(guī)范中，可能影響原物料選擇的因素。 C. 上述乃屬新數(shù)據(jù)的審查, 審查完畢進(jìn)行樣品的制作.若是舊數(shù)據(jù),則須Check有無(wú)戶ECO (Engineering Change Order) ,然后再

19、進(jìn)行審查. D.排版 排版的尺寸選擇將影響該料號(hào)的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕铣杀荆ㄅ虐孀罴鸦?，可減少板材浪費(fèi)）；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。 有些工廠認(rèn)為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多.下列是一些考慮的方向： 一般制作成本，直、間接原物料約占總成本3060%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬（銅、钖、鉛），化學(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時(shí)，會(huì)做連片設(shè)計(jì)，以使裝配時(shí)能有最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)計(jì)人員，應(yīng)和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL時(shí)可

20、有最佳的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以下幾個(gè)因素。 a.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進(jìn)去）。 b.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免浪費(fèi)。 c.連片時(shí)，piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。 d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸. e.不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考慮，其測(cè)試治具或測(cè)試次序規(guī)定也不一樣。 較大工作尺寸，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升，如何取得一個(gè)平衡點(diǎn)，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)是相當(dāng)重要的。

21、2.3.3 著手設(shè)計(jì) 所有數(shù)據(jù)檢核齊全后，開(kāi)始分工設(shè)計(jì)： A. 流程的決定(Flow Chart) 由數(shù)據(jù)審查的分析確認(rèn)后，設(shè)計(jì)工程師就要決定最適切的流程步驟。 傳統(tǒng)多層板的制作流程可分作兩個(gè)部分:內(nèi)層制作和外層制作.以下圖標(biāo)幾種代 表性流程供參考.見(jiàn)圖2.3 與 圖2.4 B. CAD/CAM作業(yè) a. 將Gerber Data 輸入所使用的CAM系統(tǒng)，此時(shí)須將apertures和shapes定義好。目前，己有很多PCB CAM系統(tǒng)可接受IPC-350的格式。部份CAM系統(tǒng)可產(chǎn)生外型NC Routing 檔，不過(guò)一般PCB Layout設(shè)計(jì)軟件并不會(huì)產(chǎn)生此文件。 有部份專業(yè)軟件或獨(dú)立或配合N

22、C Router,可設(shè)定參數(shù)直接輸出程序. Shapes 種類(lèi)有圓、正方、長(zhǎng)方,亦有較復(fù)雜形狀，如內(nèi)層之thermal pad等。著手設(shè)計(jì)時(shí)，Aperture code和shapes的關(guān)連要先定義清楚，否則無(wú)法進(jìn)行后面一系列的設(shè)計(jì)。 b. 設(shè)計(jì)時(shí)的Check list 依據(jù)check list審查后，當(dāng)可知道該制作料號(hào)可能的良率以及成本的預(yù)估。 c. Working Panel排版注意事項(xiàng)： PCB Layout工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，為協(xié)助提醒或注意某些事項(xiàng)，會(huì)做一些輔助的記號(hào)做參考，所以必須在進(jìn)入排版前，將之去除。下表列舉數(shù)個(gè)項(xiàng)目，及其影響。 排版的尺寸選擇將影響該料號(hào)的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕?/p>

23、成本（排版最佳化，可減少板材浪費(fèi)）；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。 有些工廠認(rèn)為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多.下列是一些考慮的方向： 一般制作成本，直、間接原物料約占總成本3060%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬（銅、钖、鉛、金），化學(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時(shí)，會(huì)做連片設(shè)計(jì)，以使裝配時(shí)能有最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)計(jì)人員，應(yīng)和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL時(shí)可有最佳的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以下幾個(gè)因素。 1.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進(jìn)去）。 2.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免浪費(fèi)。 3.連片時(shí)，piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。 4.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸. 5不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考慮，其測(cè)試治具或測(cè)試次序規(guī)定也不一樣。 較大工作尺寸，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升，如何取得一個(gè)平衡點(diǎn)，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)是相當(dāng)重要的。 進(jìn)行w