电路板微切片手册

efan00221 · 发表于 2007-1-28 13:49:21

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本帖最后由 svw0936 于 2010-3-15 09:34 编辑

<<电路板微切片手册>>!很不容易才找到的！

[ 本帖最后由 Paul_peng 于 2007-2-8 00:19 编辑 ]

efan00221 · 发表于 2007-1-28 14:11:20

OZ盎司在线路板中的含义
1OZ意思是1平方英尺的面积上平均铜箔的重量在在28.35g,用单位面积的重量来表示铜薄的平均厚度！

换算方法：

1平方英尺=929。0304平方厘米，

铜箔的重量除以铜的密度和表面积即为铜箔厚度！

Cu密度=8.9kg/dm^3

设Copper厚T

Tx929。0304平方厘米x8.9克/立方厘米=1oz=28.35克/平方厘米,

T=0.0034287厘米=34.287um

efan00221 · 发表于 2007-1-28 14:16:07

首先：PCB（印刷电路板）的原料是什么呢？大家知道有种东西叫"玻璃纤维"吧，这种材料我们在日常生活中出处可见，比如防火布、防火毡的核心就是玻璃纤维，玻璃纤维很容易和树脂相结合，我们把结构紧密、强度高的玻纤布浸入树脂中，硬化就得到了隔热绝缘、不易弯曲的PCB基板了--如果把PCB板折断，边缘是发白分层，足以证明材质为树脂玻纤。然后呢？光是绝缘板我们可不能传递电信号，于是需要在表面覆铜。所以我们把PCB板也称之为覆铜基板。在工厂里，常见覆铜基板的代号是FR-4（可不是F4啊:），这个在各家板卡厂商里面一般没有区别，所以我们可以认为大家都处于同一起跑线上，当然，如果是高频板卡，最好用成本较高的覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。

覆铜工艺很简单，一般可以用压延与电解的办法制造，所谓压延就是将高纯度（>99.98％）
的铜用碾压法贴在PCB基板上--因为环氧树脂与铜箔有极好的粘合性，铜箔的附着强度和工作温度较高，可以在260℃的熔锡中浸焊而无起泡。这个过程颇像擀饺子皮，不过饺子皮可是很薄很薄的喔，最薄可以小于1mil（工业单位：密耳，即千分之一英寸，相当于0.0254mm）呢！如果饺子皮这么薄的话，下锅肯定漏馅！所谓电解铜个在初中化学已经学过，CuSo4电解液能不断制造一层层的"铜箔"，这个更容易控制厚度，时间越长铜箔越厚！通常厂里对铜箔的厚度有很严格的要求，一般在0.3mil和3mil之间，有专用的铜箔厚度测试仪检验其品质。像古老的收音机和业余爱好者用的PCB上覆铜特别厚，比起电脑板卡工厂里品质差了很远。

为什么要让铜箔这么薄呢？主要是基于两个理由：一个是均匀的铜箔可以有非常均匀的电阻温度系数，介电常数低，这样能让信号传输损失更小，这和电容要求不同，电容要求介电常数高，这样才能在有限体积下容纳更高的容量，电容为什么比铝电容个头要小，归根结底是介电常数高啊！其次，薄铜箔通过大电流情况下温升较小，这对于散热和元件寿命都是有很大好处的，数字集成电路中铜线宽度最好小于0.3cm也是这个道理。制作精良的PCB成品板非常均匀，光泽柔和（因为表面刷上阻焊剂），这个用肉眼能看出来，不过老实说光看覆铜基板能看出好坏的人还真不多，除非你是厂里经验丰富的品检。

有朋友问了，对于一块全身包裹了铜箔的PCB基板，我们如何才能在上面安放元件，实现元件--元件间的信号导通而非整块板的导通呢？那我要问一句了，你有没有看到一块主板表面都是铜的--回答当然是：没有！！板上都是弯弯绕绕的铜线，电信号就是通过铜线来传递的，那么答案很简单，把铜箔蚀掉不用的部分，留下铜线部分不就OK了？

好，那么这一步是如何完成的呢？好的，我们需要涉及一个概念：那就是"线路底片"或者称之为"线路菲林"，我们将板卡的线路设计用光刻机印成胶片，然后把一种主要成分对特定光谱敏感而发生化学反应的感光干膜覆盖在基板上，干膜分两种，光聚合型和光分解型，光聚合型干膜在特定光谱的光照射下会硬化，从水溶性物质变成水不溶性而光分解型则正好相反。好，这里我们就用光聚合型感光干膜先盖在基板上，上面再盖一层线路胶片让其曝光，曝光的地方呈黑色不透光，反之则是透明的（线路部分）。光线通过胶片照射到感光干膜上--结果怎么样了？凡是胶片上透明通光的地方干膜颜色变深开始硬化，紧紧包裹住基板表面的铜箔，就像把线路图印在基板上一样，接下来我们经过显影步骤(使用碳酸钠溶液洗去未硬化干膜)，让不需要干膜保护的铜箔露出来，这称作脱膜（Stripping）工序。接下来我们再使用蚀铜液(腐蚀铜的化学药品)对基板进行蚀刻，没有干膜保护的铜全军覆没，硬化干膜下的线路图就这么在基板上呈现出来。这整个过程有个叫法叫"影像转移"，它在PCB制造过程中占非常重要的地位。

接下来自然是制作多层板啦！按照上述步骤制作只是单面板，即使两面加工也是双面板而已，但是我们常常可以发现自己手中的板卡是四层板或者六层板（甚至有8层板），这究竟是怎么制造出来的呢？

有了上面的基础，我们明白其实不难，做两块双面板然后"粘"起来就行啦！比如我们做一块典型的四层板（按照顺序分1～4层，其中1/4是外层，信号层，2/3是内层，接地和电源层），先呢分别做好1/2和3/4（同一块基板），然后把两块基板粘一块不就OK了？不过这个粘结剂可不是普通的胶水，而是软化状态下的树脂材料，它首先是绝缘的，其次很薄，与基板粘合性良好。我们称之为PP材料，它的规格是厚度与含胶（树脂）量。当然，一般四层板和六层板我们是看不出来的，因为六层板的基板厚度比较薄，即使要用两层PP三块双面基板，也未见得比一层PP两块双面基板的四层板能增加多少厚度--板卡的厚度都有一定规范，否则就插不进各种卡槽中了。
说到这里，读者又会产生疑问，那个多层板之间信号不是要导通吗？现在PP是绝缘材料，如何实现层与层之间的互联？别急，我们在粘结多层板之前还需要钻孔！钻了孔可以将电路板上下位置相应铜线对起来，然后让孔壁带铜，那么不是相当于导线将电路串联起来了吗？这种孔我们称之为导通孔（Plating hole，简称PT孔，我喜欢叫扑通孔，呵呵）。这些孔需要钻孔机钻出来，现代钻孔机能钻出很小很小的孔和很浅的孔，一块主板上有成百上千个大小迥异深浅不一的孔，我们用高速钻孔机起码要钻一个多小时才能钻完。钻完孔后，我们再进行孔电镀（该技术称之为镀通孔技术，Plated-Through-Hole technology，PTH），让孔导通。

孔也钻了，里外层都通了，多层板粘好了，是不是完事了呢？我们的回答是No，因为主板生产需要大量进行焊接，如果直接焊接，会产生两个严重后果：一、板卡表面铜线氧化，焊不上；二、搭焊现象严重--因为线与线之间的间距实在太小了啊！所以我们必须在整个PCB基板外面再包上一层装甲--这就是防焊漆，也就是俗称阻焊剂的的东东，它对液态的焊锡不具有亲和力，并且在特定光谱的光照射下会发生变化而硬化，这个特性和干膜类似，我们看到的板卡颜色，其实就是防焊漆的颜色，如果防焊漆是绿色，那么板卡就是绿色，相应五颜六色怎么来的大家都清楚了吧？
最后大家不要忘了网印、金手指镀金（对于显卡或者PCI等插卡来说）和质检，测试PCB是否有短路或是断路的状况，可以使用光学或电子方式测试。光学方式采用扫描以找出各层的缺陷，电子测试则通常用飞针探测仪（Flying-Probe）来检查所有连接。电子测试在寻找短路或断路比较准确，不过光学测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题。

总结一下，一家典型的PCB工厂其生产流程如下所示：

下料→内层制作→压合→钻孔→镀铜→外层制作→防焊漆印刷→文字印刷→表面处理→外形加工。

至此，整个PCB制造流程已经全面介绍完毕，下面我们就结合图片来参观精英鑫华宝讯厂--迄今为止国内最大的PCB板制造基地之一。

这是对PCB做中检，如果不合格可是要返工的哦！看工人一丝不苟的样子，要经过目检和工具检测两大关，结合探针，能检查出线路板的通断。

室内温度必须保持在24±2℃、相对湿度40％～65％，这是为了保证PCB基板和底片的尺寸稳定。因为板子和底片的组成材料都是有机高分子材料，对温湿度十分敏感。只有整个生产过程中都在相同的温湿度下，才能保证板子和底片不会发生涨缩现象，所以现在的PCB工厂中生产区都装有中央空调控制温湿度。如果超过温度极限，这个东东兼起报警器的作用。

这个仪器叫AOI（Automatic Optical Inspection，自动光学检验），比较高级，除了高倍放大外，AOI能进行裸板外观品质测试。AOI是集光学、计算机图形识别、自动控制多学科于一身的高技术产品，它的内部存有上百种板面缺陷的图样特征。工作时操作人员先将待检板固定在机台上，AOI会用激光定位器精确定位CCD镜头来扫描全板面。将得到的图样抽象出来与缺欠图样比对，以此来判断PCB的线路制作是否有问题。像常见的线路缺口、短断路、蚀刻不全等都可以凭借AOI找出来。AOI可以指出问题类型以及在板子上的位置。核心是它的分析软件。AOI技术的世界领跑者是以色列人，之所以这样据说是因为以色列处于阿拉伯各国环视之中，戒备心理极强，所以其雷达图像识别技术首屈一指（怕人家偷袭嘛），在20世纪70～80年代微电子技术大发展时，电子工业越来越需要一种高精度的外观检验装置，以色列抓住机遇军品转民品大大地赚了一票。这种单价在30万美元以上的设备早期被认为是PCB工厂品管严格的象征，由于采用AOI后可有效地提高成品率，防止产品报废，对于多层板生产还是十分合算的，所以现在AOI设备也是PCB厂的必备装置了。

压膜和对片，这张照片不大清楚，内部用UV紫外线爆光

这就是专门用来曝光的万级无尘室，曝光机完成影像转移工作，为什么要在无尘室内进行呢？原因是灰尘会折射光线，这必然会导致转移到干膜上的线路图失真。更为严重的是灰尘颗粒会粘在板面上阻挡光照造成杂质断路或短路。那么无尘室的灯光是黄色的，这又是为了什么？原来感光干膜对黄光不敏感，不会曝光，这和照相底片不能暴露在阳光下而在暗室的小绿灯下却没事是一个道理

这是在第二道成检，必须把表面清理干净，检查是否脱膜和线路过分细，如果PCB出厂就来不及了。
这就是多钻头精密数控钻床，一排排整齐列兵演出非常有气势。平面精度高达±3mil左右，这个东东国内售价单台就价值百万人民币！看PCB厂有没有实力主要就看有多少台钻床了，一般称得上大厂的起码有百台以上。这个“小小”车间就拥挤着46台，但这只是宝讯的一小部分而已！

每块主板根据孔的多少在钻孔，越精细的孔所花时间越多，通常有数百孔的主板要加工足一个小时！所以孔径是个个兼辛苦啊！

纯聪允酒魃霞庸ぞ龋昃返叫∈愫笕唬ǖノ籱m），数控机床精度非常高，工人采用了人工装夹的方法，自然有一定误差，但机床完全数控，误差取决于机器本身的精度，在设计时PCB布线需要考虑到这一点。

钻头使用不久就需检测（是几次我需要再做进一步了解），因为磨损的钻头严重影响其寿命和钻孔精度，使用程度都用不同颜色表示。很科学合理。

efan00221 · 发表于 2007-1-28 15:40:16

分享]ICT在线测试原理摘要：本文介绍在线测试的基本知识和基本原理。

1 慨述

1.1 定义
   在线测试，ICT，In-Circuit Test，是通过对在线元器件的电性能及电气连接进行测试来检查生产制造缺陷及元器件不良的一种标准测试手段。它主要检查在线的单个元器件以及各电路网络的开、短路情况，具有操作简单、快捷迅速、故障定位准确等特点。

   飞针ICT基本只进行静态的测试，优点是不需制作夹具，程序开发时间短。
针床式ICT可进行模拟器件功能和数字器件逻辑功能测试，故障覆盖率高，但对每种单板需制作专用的针床夹具，夹具制作和程序开发周期长。

1.2 ICT的范围及特点
   检查制成板上在线元器件的电气性能和电路网络的连接情况。能够定量地对电阻、电容、电感、晶振等器件进行测量，对二极管、三极管、光藕、变压器、继电器、运算放大器、电源模块等进行功能测试，对中小规模的集成电路进行功能测试，如所有74系列、Memory 类、常用驱动类、交换类等IC。
   它通过直接对在线器件电气性能的测试来发现制造工艺的缺陷和元器件的不良。元件类可检查出元件值的超差、失效或损坏，Memory类的程序错误等。对工艺类可发现如焊锡短路，元件插错、插反、漏装，管脚翘起、虚焊，PCB短路、断线等故障。
测试的故障直接定位在具体的元件、器件管脚、网络点上，故障定位准确。对故障的维修不需较多专业知识。采用程序控制的自动化测试，操作简单，测试快捷迅速，单板的测试时间一般在几秒至几十秒。

1。3意义
   在线测试通常是生产中第一道测试工序，能及时反应生产制造状况，利于工艺改进和提升。ICT测试过的故障板,因故障定位准，维修方便，可大幅提高生产效率和减少维修成本。因其测试项目具体，是现代化大生产品质保证的重要测试手段之一。

ICT测试理论做一些简单介绍

1基本测试方法

1.1模拟器件测试
   利用运算放大器进行测试。由“A”点“虚地”的概念有：

∵Ix = Iref
∴Rx = Vs/ V0*Rref
Vs、Rref分别为激励信号源、仪器计算电阻。测量出V0，则Rx可求出。
若待测Rx为电容、电感，则Vs交流信号源，Rx为阻抗形式，同样可求出C或L。

1.2 隔离（Guarding）
   上面的测试方法是针对独立的器件，而实际电路上器件相互连接、相互影响，使Ix笽ref，测试时必须加以隔离（Guarding）。隔离是在线测试的基本技术。

   在上电路中，因R1、R2的连接分流，使Ix笽ref ，Rx = Vs/ V0*Rref等式不成立。测试时，只要使G与F点同电位，R2中无电流流过，仍然有Ix=Iref，Rx的等式不变。将G点接地，因F点虚地，两点电位相等，则可实现隔离。实际实用时，通过一个隔离运算放大器使G与F等电位。ICT测试仪可提供很多个隔离点，消除外围电路对测试的影响。

1.2 IC的测试

   对数字IC，采用Vector（向量）测试。向量测试类似于真值表测量，激励输入向量，测量输出向量，通过实际逻辑功能测试判断器件的好坏。
如:与非门的测试
   对模拟IC的测试，可根据IC实际功能激励电压、电流，测量对应输出，当作功能块测试。

2 非向量测试
   随着现代制造技术的发展，超大规模集成电路的使用，编写器件的向量测试程序常常花费大量的时间，如80386的测试程序需花费一位熟练编程人员近半年的时间。SMT器件的大量应用，使器件引脚开路的故障现象变得更加突出。为此各公司非向量测试技术，Teradyne推出MultiScan；GenRad推出的Xpress非向量测试技术。

2.1 DeltaScan模拟结测试技术

   DeltaScan利用几乎所有数字器件管脚和绝大多数混合信号器件引脚都有的静电放电保护或寄生二极管，对被测器件的独立引脚对进行简单的直流电流测试。当某块板的电源被切断后，器件上任何两个管脚的等效电路如下图中所示。
1 在管脚A加一对地的负电压，电流Ia流过管脚A之正向偏压二极管。测量流过管脚A的电流Ia。
2 保持管脚A的电压，在管脚B加一较高负电压，电流Ib流过管脚B之正向偏压二极管。由于从管脚A和管脚B至接地之共同基片电阻内的电流分享，电流Ia会减少。
3 再次测量流过管脚A的电流Ia。如果当电压被加到管脚B时Ia没有变化（delta），则一定存在连接问题。

   DeltaScan软件综合从该器件上许多可能的管脚对得到的测试结果，从而得出精确的故障诊断。信号管脚、电源和接地管脚、基片都参与DeltaScan测试，这就意味着除管脚脱开之外，DeltaScan也可以检测出器件缺失、插反、焊线脱开等制造故障。
GenRad类式的测试称Junction Xpress。其同样利用IC内的二极管特性，只是测试是通过测量二极管的频谱特性（二次谐波）来实现的。
DeltaScan技术不需附加夹具硬件，成为首推技术。

2.2 FrameScan电容藕合测试

   FrameScan利用电容藕合探测管脚的脱开。每个器件上面有一个电容性探头，在某个管脚激励信号，电容性探头拾取信号。如图所示：
1 夹具上的多路开关板选择某个器件上的电容性探头。
2 测试仪内的模拟测试板（ATB）依次向每个被测管脚发出交流信号。
3 电容性探头采集并缓冲被测管脚上的交流信号。
4 ATB测量电容性探头拾取的交流信号。如果某个管脚与电路板的连接是正确的，就会测到信号；如果该管脚脱开，则不会有信号。
GenRad类式的技术称Open Xpress。原理类似。
此技术夹具需要传感器和其他硬件，测试成本稍高。

3 Boundary-Scan边界扫描技术
   ICT测试仪要求每一个电路节点至少有一个测试点。但随着器件集成度增高，功能越来越强，封装越来越小，SMT元件的增多，多层板的使用，PCB板元件密度的增大，要在每一个节点放一根探针变得很困难，为增加测试点，使制造费用增高；同时为开发一个功能强大器件的测试库变得困难，开发周期延长。为此，联合测试组织（JTAG）颁布了IEEE1149.1测试标准。

   IEEE1149.1定义了一个扫描器件的几个重要特性。首先定义了组成测试访问端口（TAP）的四（五〕个管脚：TDI、TDO、TCK、TMS，（TRST）。测试方式选择（TMS）用来加载控制信息；其次定义了由TAP控制器支持的几种不同测试模式，主要有外测试（EXTEST）、内测试（INTEST）、运行测试（RUNTEST）；最后提出了边界扫描语言（Boundary Scan Description Language），BSDL语言描述扫描器件的重要信息，它定义管脚为输入、输出和双向类型，定义了TAP的模式和指令集。
具有边界扫描的器件的每个引脚都和一个串行移位寄存器（SSR）的单元相接，称为扫描单元，扫描单元连在一起构成一个移位寄存器链，用来控制和检测器件引脚。其特定的四个管脚用来完成测试任务。
   将多个扫描器件的扫描链通过他们的TAP连在一起就形成一个连续的边界寄存器链，在链头加TAP信号就可控制和检测所有与链相连器件的管脚。这样的虚拟接触代替了针床夹具对器件每个管脚的物理接触，虚拟访问代替实际物理访问，去掉大量的占用PCB板空间的测试焊盘，减少了PCB和夹具的制造费用。
   作为一种测试策略，在对PCB板进行可测性设计时，可利用专门软件分析电路网点和具扫描功能的器件，决定怎样有效地放有限数量的测试点，而又不减低测试覆盖率，最经济的减少测试点和测试针。
   边界扫描技术解决了无法增加测试点的困难，更重要的是它提供了一种简单而且快捷地产生测试图形的方法，利用软件工具可以将BSDL文件转换成测试图形，如Teradyne的Victory，GenRad的Basic Scan和Scan Path Finder。解决编写复杂测试库的困难。
用TAP访问口还可实现对如CPLD、FPGA、Flash Memroy的在线编程（In-System Program或On Board Program）。
4 Nand-Tree
Nand-Tree是Inter公司发明的一种可测性设计技术。在我司产品中，现只发现82371芯片内此设计。描述其设计结构的有一一般程*.TR2的文件，我们可将此文件转换成测试向量。

   ICT测试要做到故障定位准、测试稳定，与电路和PCB设计有很大关系。原则上我们要求每一个电路网络点都有测试点。电路设计要做到各个器件的状态进行隔离后，可互不影响。对边界扫描、Nand-Tree的设计要安装可测性要求。

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PCB制造大揭密 --写得很有趣

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