聊斋志异典故:pcb板的制造工艺

摘自PCB信息网络中心

PROTEL中有关PCB工艺的条目简介
　 不少初学者感到Protel软件本身简单易学，容易上手，但较难理解的反倒是软件以外的一些概念和术语。为推广这一强有力的EDA工具，国内出版了该软件的使用手册等等，但遗憾的是，这些读物往往都是针对软件使用方法本身而编写的，对读者颇感困惑的PCB 工艺中有关概念鲜有解释。笔者拟就软件涉及到的与PCB工艺的条目。撷摘若干，略加解释，以便人们更好地理解和使用这一软件。要想设计出合乎要求的印板图，必须先了解现代印刷
电路板的一般工艺流程，否则将是闭门造车。

　　一般而言，印板有单面、双面和多层板之分。单面印板的工艺过程较简单，通常是下
料——丝网漏印——腐蚀——去除印料——孔加工——印标记——涂助焊剂——成品。多
层印板的工艺较为复杂，即：内层材料处理——定位孔加工——表面清洁处理——制内层
走线及图形——腐蚀——层压前处理——外内层材料层压——孔加工——孔金属化——制
外层图形——镀耐腐蚀可焊金属——去除感光胶——腐蚀——插头镀金——外形加工——
热熔——涂焊剂——成品。双面板的工艺复杂情况介于二者之间，此处不赘述。

　 1、“层(Layer) ”的概念

　 与字处理或其它许多软件中为实现图、文、色彩等的嵌套与合成而引入的“层”的概念
有所同，rotel的“层”不是虚拟的，而是印刷板材料本身实实在在的各铜箔层。现今，由
于电子线路的元件密集安装。防干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印
刷板不仅有上下两面供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔，例如，现在的
计算机主板所用的印板材料多在4层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为
简单的电源布线层（如软件中的Ground Dever和Power Dever），并常用大面积填充的办法
来布线（如软件中的ExternaI P1a11e和Fill）。上下位置的表面层与中间各层需要连通的
地方用软件中提到的所谓“过孔（Via）”来沟通。有了以上解释，就不难理解“多层焊
盘”和“布线层设置”的有关概念了。举个简单的例子，不少人布线完成，到打印出来时
方才发现很多连线的终端都没有焊盘，其实这是自己添加器件库时忽略了“层”的概念，
没把自己绘制封装的焊盘特性定义为”多层（Mulii一Layer)的缘故。要提醒的是，一旦选
定了所用印板的层数，务必关闭那些未被使用的层，免得惹事生非走弯路。

　　2、过孔(Via）

　　为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的文汇处钻上一个公共孔，这就是过
孔。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需
要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，
也可不连。一般而言，设计线路时对过孔的处理有以下原则：（1）尽量少用过孔，一旦选
用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相
连的线与过孔的间隙，如果是自动布线，可在“过孔数量最小化”（ Via Minimiz8tion）
子菜单里选择“on”项来自动解决。（2）需要的载流量越大，所需的过孔尺寸越大，如电
源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。

　　3、丝印层（Overlay）

　　为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字
代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。不少初学者
设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际制出的PCB效果。
他们设计的印板上，字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊，还有的把元件标号
打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符
布置原则是：”不出歧义，见缝插针，美观大方”。

　　4、SMD的特殊性

　　Protel封装库内有大量SMD封装，即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特
点是单面分布元引脚孔。因此，选用这类器件要定义好器件所在面，以免“丢失引脚
（Missing Plns）”。另外，这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。

　　5、网格状填充区（External Plane ）和填充区(Fill)

　　正如两者的名字那样，网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的，填充区仅是完
整保留铜箔。初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别，实质上，只要你把图
面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的区别，所以使用时更不注意对二
者的区分，要强调的是，前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用，适用于需做大
面积填充的地方，特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。
后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。

　 6、焊盘( Pad）

　 焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，但初学者却容易忽视它的选择和修正，
在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大
小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同
大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自
己编辑。例如，对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”，在大家
熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中，不少厂家正是采用的这种形式。一般而
言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外，还要考虑以下原则：

（1）形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大；
　 （2）需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍；
　 （3）各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直
径大0．2- 0．4毫米。

　 7、各类膜（Mask) 这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的
必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面（或焊接面）助焊膜
（TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOp or BottomPaste Mask）两类。顾名
思义，助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的
各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板
子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这
些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。由此讨论，就不难确定菜单中类似
“solder Mask En1argement”等项目的设置了。

　　8、飞线，飞线有两重含义：
　　（1）自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线，在通过网络表调入元件并做了初
步布局后，用“Show 命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况，不断调整元件的位
置使这种交叉最少，以获得最大的自动布线的布通率。这一步很重要，可以说是磨刀不误
砍柴功，多花些时间，值！另外，自动布线结束，还有哪些网络尚未布通，也可通过该功
能来查找。找出未布通网络之后，可用手工补偿，实在补偿不了就要用到“飞线”的第二
层含义，就是在将来的印板上用导线连通这些网络。要交待的是，如果该电路板是大批量
自动线生产，可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计.

PCB业余制作基本方法和工艺流程
印刷电路板基本制作方法
1.用复写纸将布线图复制到复铜墙铁壁板上：复制前应先用锉刀将复铜板四周边缘锉至平直整齐，而且尺寸尽量与设计图纸尺寸相符，并将复写纸裁成与复铜板一样的尺寸，为了防止在复制过程中产生图纸移动，故要求用胶纸将图纸左右两端与印刷板贴紧。
2.先用钻床将元件插孔钻好—一般插孔直径为0.9-1MM左右，可采用直径为1MM的钻头较适中,如果钻孔太大将影响焊点质量,但对于少数元件脚较粗的插孔,例如电位器脚孔,则需用直径为1.2MM以上的钻头钻孔。
3.贴胶纸：先用刀片将封箱胶纸切成0.5-2.0MM,3-4MM多种宽度的胶纸条后再进行贴胶，贴胶时应根据线条所通过的电流大小及线条间的间隙来适当选择线条的宽容。一般只需采用2-3种宽度即可，为了保证制作工艺水平，尽可能不要采用过宽或过窄，如需要钻孔的线条其宽度应在1.5MM以上，才不致于在钻孔时将线条钻断，贴胶时还应注意控制各相邻线条的间隙不要太小，否则容易造成线条间短接，贴胶时一定超过钻孔1MM左右，这样才能保证焊眯质量。
若采用电脑布图及常规制板技术，因设有焊盘，其焊盘直径分为0.05、0.062、0.07英寸等多种尺寸供布图设计时选用，一般设计时大多数取直径为0.062英寸（即为1.55MM）左右的焊盘；线条宽度不仅受插孔孔径的限制，也受到线条外邻近焊盘的限制。
4.对IC的脚位的定位要准确，钻孔时不要钻偏，故一般采用钻孔后贴胶的制板方式。
5.为了提高手工制版工艺水平，也可在插孔上设置圆形焊盘，这可采圆形贴胶片或采用油漆先在孔位上制作圆形焊盘，待油漆干了，再进行贴线条，也可以采用油漆画线条，一般可用鸭嘴笔作画线条工作。
二、印刷板制作工艺流程
制板工艺程序：修整板周边尺寸--复制--钻孔定位--贴胶--腐蚀--清洗--去胶--细砂纸擦光亮--涂松香水。
1.先将符合尺寸要求的复铜板表面用细砂纸擦光亮,再用复写纸将布线图复制到复铜板上。
2.用直径1.0mm钻头钻孔、定位口，再进行贴胶（或上油漆）。
3.贴完胶后，应在板上垫放一张厚张，用手掌在上面压一压，其目的是使全部贴胶与复铜板粘贴得更加牢靠。必要时还可用吹风筒加热，可使用权贴胶粘度加强，由于所用的贴胶具很好的粘性，而且胶纸又薄，故采用这种贴胶进行制板，效果较好，一般是不须再作加热处理。
4.腐蚀一般采用三氯化铁作腐蚀液，腐蚀速度与腐蚀液的浓度，温度及腐蚀过程中采取抖动有关，为保证制板质量及提高腐蚀速度，可采用抖动和加热的方法。
5.腐蚀完成后，应用自来水冲洗干净，并将胶纸去掉，把印刷板抹干。
6.用细砂布将印刷板复铜面擦至光亮为止，然后立即涂上松香溶液。（涂松香水时应将印刷电路板倾斜放轩再涂以松香水，以免松香水经钻孔流至背面）。
附注：(1)松香水的作用是防氧化，助焊及增加焊点的光亮度等；松香溶液是用松香粉末与酒精或天寻水按一定比例配制面成，其浓度应适中，以用感有一定粘性即可。
(2)三氯化铁溶液对人体皮肤不会有不良影响，但三氯化若搞到衣服上或地面上，寻是难以洗掉的，所以使用时一定要特别小心。

4层板 6层板 8层板