PCB制作工艺（精选7篇）
PCB制作工艺 第1篇
关键词：PCB新工艺,电子产品,应用价值
0前言
现代化进程的加快和科技行业的快速发展,为电子产品提供了广阔的制作和应用空间。它逐渐向智能化和小巧化转变。企业更加注重对电子元件进行集成化和批量化生产。同时,它的组装过程也更加简便。在电子产品制作中应用PCB新工艺,不仅提高了它的处理速度,而且处理过程也更加直观。技术人员要在满足功能诉求的前提下,对它的成本进行控制,提高受众认可度,将它的市场效益发挥到最优。
1 PCB的组成
PCB即印刷电路板,它的结构比较复杂,主要部件包括裸板、导线、插座和边接头等。将其应用到电子设备中,能够对电子元器件进行固定和装配。也能够对各种电子元器件进行布线、信号连接和电绝缘等,使电气特性满足具体要求。它也为自动装配提供了阻焊图形,在元器件工作过程中,满足图形和字符识别要求。
裸板。它简称PWB,别称基板。没有安装电器件。主要材质特征是绝缘、隔热、不容易弯曲。
导线。别名,布线。它是一种细小的线路,分布在基板表面,主要材料是铜箔,对铜箔进行蚀刻处理制作。它的应用原理是接焊在元器件接脚处,并在PCB上对它进行固定,以实现电路连接。
零件面与焊接面。零件面是指在PCB结构上,把零件集中焊制在一个面上;焊接面是指集中分布导线的面。它们的分布过程都比较集中。
图标面。图标面又被称为丝网印刷面。它的上部印有文字、符号和零件位置标示等[1]。
插座。印刷电路板上,零件的拆卸情况比较普遍。插座在PCB零件的拆卸过程中应用比较普遍。技术人员在板子上对插座进行直接焊接,很大程度上增加了零件拆装便利度。
边接头。边接头一般被称为金手指,是指在两块PCB的连结背景下,借助裸露的铜垫对电路进行连接。而PCB布线过程中也包括边接头上的铜垫。连接过程中,技术人员要在另一片PCB上相应的插槽中对PCB的边接头进行插入。
2 PCB的分类
根据不同的特性、功能和应用范围,将PCB分为单面板、双面板和多层板三个类别。
单面板。单面板在早期印刷电路板设计过程中应用比较普遍。印刷电路板中,元器件和导线分别集中在不同的两个面上。单面板在应用过程中存在很多局限性。它在布线过程中,必须结合自身需求,对布线路径进行选择,避免在布线过程中,产生路径相交情况。
双面板。双面板的两个板面上都会对布线进行设计。它在应用过程中,需要在两面对适当的电路连接进行配置。电路之间的连接物被称为导孔。它呈小洞状分布,并在内部充填物体或者涂抹金属,以与两面的导线都进行连接。相较于单面板,双面板的面积更大,对线路的适应性比较好。因此,它在复杂线路中应用极为普遍。
多层板。多层板的应用原理是对数个双面板进行粘结,并在每层之间压入绝缘层,它能够有效增加布线的面积。板层数即独立布线层的数量,一般为4-8层(包含外侧两层)。技术人员可以结合具体的技术原理将其层数控制在100层[2]。
3 PCB新工艺在电子产品制作中的应用
3.1 单面板制作工艺流程
单面板的性能决定了它的制作流程比较简单。工艺流程:覆盖箔板—下料—烘板—洗净和烘干模板—贴膜—曝光显影—蚀刻—去膜—检测电气通断情况—清洁和处理—网印阻焊图形—固化—网印标记符号—固化—钻孔—外观加工—清洗—干燥—检验—包装—成品。
3.2 双面板制作工艺流程
相较于单面板,双面板的性能要求比较高。因此,它的制作工艺和制作流程更加复杂,制作方法也更加多样化。当前,裸铜覆阻焊膜法在双面板制作过程中应用比较普遍。本文以该制作方法为例,进行论述。
裸铜覆阻焊膜法简称SMOBC法。堵孔法是该工艺中的重要组成部分,制作流程为:双面覆盖箔板—钻孔—镀铜(应用化学法)—整板电镀铜—堵孔—网印成像(正面)—蚀刻—去除网印料和堵孔料—清洗—网印标记符号—外观加工—清洗—干燥—检验—包装—成品。
双面板与单面板的制作流程大体相同。在细节上有所革新和升级。
3.3 PCB新工艺
工艺水平的提高和技术的革新,使得PCB工艺逐渐升级。包括增层法制作高密度内层连接印刷板制造工艺、热固油墨积层法技术、高档次特殊材料印刷板制造技术等。
3.3.1 增层法制作高密度内层连接(HDI)技术
增层法又被称SBU层,它的应用原理是借助传统加工方法进行内层加工,然后分别在上下部进行层数叠加。SBU层和其邻层的连通方法主要是通过盲孔实现的。
1)激光钻孔技术。激光钻孔技术应用比较复杂,能够钻出2mil-8mil的盲孔。技术人员要将材料、板厚和孔径作为主要参考指标,对激光能量进行确定。同时,通过实验对不同电板的钻孔参数进行确定,以提高钻孔质量。
2)微通孔电镀技术HDI。印刷电路板中的埋孔和盲孔孔径分别为0.3mm和0.1-0.15mm。一般的PCB中不存在盲孔,且最小通孔孔径是0.5mm。技术人员要对盲孔电镀问题进行解决,以满足HDI板的工艺要求。
设计过程中,对正反脉冲电镀电源和电镀线进行同步应用和改进,使盲孔表面和孔内的镀层厚度接近,确保HDI板达到良好的应用效果[3]。
3)制作精细线条。高密度线路板的线宽和线间距都比较小。技术人员要对DES线和干膜及曝光技术进行同步应用,分别对3mil/3mil、2mil/3mil、2mil/2mil的线宽线距进行制作。
3.3.2 热固油墨积层技术(TCD)
热固油墨积层技术的应用原理是借助丝印热固型油墨进行全板无电沉铜对HDI板中的SBU层进行制作。
1)网印技术。网印质量直接影响TCD技术应用效果。技术人员要对印油厚度、平整度、胀缩情况和翘曲度等进行控制。
2)印油层表面粗化技术。对印油层表面进行粗化处理,使油层和铜层之间达到良好的衔接效果。确保铜层制出线路后期,线拉应力≥1.0kg/cm[4]。
3)无电沉铜技术。保持孔内情况导通,正盲孔和它的表面均匀沉积,经过电镀加厚支护,使其与油层的线拉力符合具体要求。并且对其进行热冲击之后,消除分层情况。技术人员要对无电沉铜过程中的起始反应和它的内应力进行控制,避免其经过热冲击后发生分层现象。
4 结语
在电子产品制作中应用PCB新工艺,能够保障电子产品的稳定和高效。当前,技术层面的局限性,使PCB在应用过程中仍然存在诸多问题。设计人员要结合电子产品制作要求,对其进行开发应用,降低生产成本,获取广阔的市场空间。
参考文献
[1]郭春宇.浅析高度集成化电子产品中PCB的制造工艺[J].科技创新与应用,2012(16):37.
[2]李莹.关于电子产品制作实训的教学思考与实践[J].科技资讯,2015(04):153-154.
[3]杨华,陈少昌,朱凤波.高速数字电路PCB中串扰问题的研究与仿真[J].电光与控制,2012(03):90-94.
PCB制作实训报告 第2篇
实训报告
应用电子1121 姓名: 学号：
指导老师：冯薇 王颖
实训时间：2012.12.29----2013.1.6 实训地点:6407 目录
实训目的实训内容
（1）电路简介
（2）手绘电路图（包括测绘数据）
（3）bom表
（4）原理图库文件
（5）原理图绘制
（6）封装库
（7）pcb板绘制
一、实训目的增加我们对pcb制板工艺流程的熟悉程度，增强我们的实际动手操作能力，为以后的工作奠定良好的基础。
二、实训内容（1）电路简介
（2）手绘电路图（包括测绘数据）
1、原理图设计
打开protel99se,建立库文件,通过file/new/project/pcb project建立,然后在file/new/schemotic建立原理图将此原理图移到库里面并通过file/save as保存到u盘里面首先打开prtoel99e软件，新建一个名位17张准.ddb文件，会生成design team recycle bi表，为以后的pcb图及自动布线，做好铺垫。要注意的是： a.画导线要用连线工具。因为这样才有电气属性，b.放置网络标号。放置网络标号要用连线工具栏的网络连接工具，不要用画图工具去自己制作。.（3）bom表 篇二：电路板设计制作实习报告
电路板设计制作实习报告
一、实习时间：200x.1.2——200x.1.11
二、实习地点：xx工业大学电气楼
三、指导老师：
四、实习目的：
通过二个星期的电子实习，对绘制原理图pcb图打印曝光显影腐蚀钻孔焊接门铃电路工作原理等有了一个基本的了解，对制作元器件收音机的装机与调试有一定的感性和理性认识，打好了日后学习计算机硬件基础。同时实习使我获得了收音机的实际生产知识和装配技能，培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。1.熟悉手工焊锡常用工具的使用及其维护与修理。2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能够根据电路原理图，元器件实物设计并制作印制电路板。4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表。.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。
五、实习内容：
1.用protel绘制作品的原理图.pcb图打印曝光 2.显影腐蚀钻孔焊接门铃电路测试验收 3.收音机的焊接组装测试与验收 4.实习结束，写实习报告
六、焊接顺序与辨认测量
辨认测量：①学会了怎样利用色环来读电阻，然后用万用表来验证读数和实际情况是否一致，再将电阻别在纸上，标上数据，以提高下一步的焊接速度;②学会了怎样测量二极管及怎样辨认二极管的“+”，“—”极，③学会了怎样利用万用表测量三极管的放大倍数，怎样辨认三极管的“b”,“e”,“c”的三个管脚;④学会了电容的辨认及读数，“╫”表示元片电容，不分“+”、“—”极;“┥┣+”表示电解电容(注意：电解电容的长脚为“+”，短脚为“—”)。
焊接顺序：①焊接中周，为了使印刷电路板保持平衡，我们需要先焊两个对角的中周，在焊接之前一定要辨认好中周的颜色，以免焊错，千万不要一下子将四个中周全部焊在上面，这样以后的小元件就不好安装→②焊接电阻，前面我们已经将电阻别在纸上，我们要按r1——r13的顺序焊接，以免漏掉电阻，焊接完电阻之后我们需要用万用表检验一下各电阻是否还和以前的值是一样(检验是否有虚焊)→③焊接电容，先焊接元片电容，要注意上面的读数(要知道223型元片电阻&103型元片电阻的区别,元片电容的读数方法——前两数字表示电容的值，后面的数字表示零的个数)，紧接着就是焊电解电容了，特别要注意长脚是“+”极，短脚是“—”极→④焊接二极管，红端为“+”，黑端为“—”→⑤焊接三极管，一定要认清“e”,“b”,“c”三管脚按放大倍数从大到小的顺序焊接)→⑥剩下的中周和变压器及开关都可以焊了→⑦最需要细心的就是焊接天线线圈了，用四根线一定要按照电路图准确无误的焊接好→⑧焊接印刷电路板上“”状的间断部分，我们需要用焊锡把它们连接起来→⑨焊接喇叭和电池座。
七、对印制电路板图的设计实习的感受
印制电路板图的设计则是挑战我的快速接受新知识的能力。在我过去一直没有接触过印制电路板图的前提下，用一天的时间去接受、消化老师讲的内容，不能不说是对我的一个极大的挑战。在这过程中主要是锻炼了我与我与其他同学的团队合作的精神。因为我对电路知识不是很清楚，可以说是模糊。但是当我有什么不明白的地方去向其他同学请教时，即使他们正在忙于思考，也会停下来帮助我，消除我得盲点。在实习过程中，我熟悉了印制电路板的工艺流程、设计步骤和方法。最终虽说我的收音机组装与验收成功了，但是这个实习迫使我认识到自己的知识还不健全，动手设计能力还有待提高。这次实习，使我更深刻地了解到了实践的重要性”，通过实习他们更加体会到了“学以致用”这句话的道理，终于体会到“实习前的自大，实习时的迷惘，实习后的感思”这句话的含义了，有感思就有收获，有感思就有提高篇三：pcb实验报告
《电子线路印刷版（pcb）设计cad》
实践报告
题目： 单片机最小系统pcb设计
姓 名：
学 号：
系 别： 信息工程系 专 业： 通信工程
年 级： 2013年 1月 9日
一、设计的任务与要求
学习掌握一种电路设计与制板软件（课堂主要使用 protel 99se，或其他软
件 altium designer、pads、orcad、proteus 等），掌握软件使用的基本技巧的基础，结合专业相关电路方面知识来设计pcb板。根据参考系统设计一个小型的单片机系统，以 89c51 为核心单片机，具备如下主要功能模块：电源模块、isp（in-system programming）下载模块，时钟和复位模块、ad 采集模块、键盘模块、数码管和 led显示模块等，画出 sch原理图和对应的 pcb 印刷电路板。
主要设计内容：
1、根据需要绘制或创建自己的元件符号，并在原理图中使用；
2、sch原理图设计步骤与编辑技巧总结；
3、绘制或创建和元件封装，并在原理图中调用；
4、生成项目的 bom（bill of material）；
5、设置 pcb 设计规则（安全距离、线宽、焊盘过孔等等），以及 pcb 设 计步骤和布局布线思路和技巧总结；
6、最终完整的 sch电路原理图；
7、元器件布局图；
8、最终完整的 pcb 版图。
二、实验仪器
pc机，protel 99se软件
三、原理图元件库设计 3.1 6段数码管模块 led数码管（led segment displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管有八个小led发光二极管，常用段数一般为7段有的另加一个小数点，通过控制不同的led的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个led的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个led的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个led的阳极连在一起。(1)、具体外观及引脚：
（2）设计步骤：
a)b)c)d)e)f)g)新建原理图库文件。对新建的原理图命名。
打开自带的一位数码管的原理图库文件将其复制到上部新建的原理图库上。将矩形框拉大成6位数码管的大小。
复制8段数码管符号粘贴5次构成6位数码管。
点右键放置引脚，放置14个引脚，按tab键编辑管脚属性，引脚序号如图。保存。3.2 74ls14（有施密特触发的六触发反相器）74ls14 为有施密特触发器的六反相器，共有54/7414、54/74ls14 两种线路结构型式，其
（1）具体外观及引脚：
（2）设计步骤： a)b)c)d)图。e)在前面新建的原理图库中建新器件。对新建的原理图命名。放置合适大小的矩形框。
点右键放置引脚，放置14个引脚，按tab键编辑管脚属性，引脚序号如 点右键放置文本字符串，按tab键编辑文本属性，输入74ls14。f)保存。
其他元件系统库自带无需自行创建元件原理图
四、元件封装库创建
４.1 六段数码管模块封装（1）具体外观、引脚及尺寸：(2)设计步骤
a)新建pcb元件库文件。b)对新建的pcb元件命名 c)打开自带的一位数码管的pcb元件库文件将其复制到上部新建的pcb元件库
上。
d)将矩形框拉大成6位数码管的大小。e)复制8段数码管符号粘贴5次构成6位数码管。f)点右键放置焊盘，放置14焊盘，按tab键编辑管脚属性，焊盘为2行，每行7个，2行的间隔为400mil，同行中相邻焊盘的间隔为100mil。焊盘顺序为左下角为1，左上角为14。g)保存。
其他元件系统库自带无需自行创建元件原理图
五、系统设计方案及原理图设计步骤与编辑技巧总结
设计一个基于单片机控制的通用嵌入式平台，具有以下功能模块：按键、adc 和数码显示。篇四：pcb版制作实训报告
目录: 第一章 软件介绍
第二章 原理图绘制 出现问题，解决方法
第三章 库文件添加
第四章 pcb电路绘制
第五章 封装库文件添加
第六章 一周学习心得总结
第一章： 软件介绍
1、简介
2、protel99se中主要功能模块如下：
⑴advanced schematic 99se（原理图设计系统）
该模块主要用于电路原理图设计、原理图元件设计和各种原理图报表生成等。⑵advanced pcb 99se（印刷电路板设计系统）
该模块提供了一个功能强大和交互友好的pcb设计环境，主要用于pcb设计、元件封装设计、报表形成及pcb输出。
⑶advanced route 99se（自动布线系统）
该模块是一个集成的无网格自动布线系统，布线效率高。⑷advanced integrity 99se（pcb信号完整性分析）
该模块提供精确的板级物理信号分析，可以检查出串扰、过冲、下冲、延时和阻抗等问题，并能自动给出具体解决方案。⑸advanced sim 99se（电路仿真系统）
该模块是一个基于最新spice3.5标准的仿真器，为用户的设计前端提供了完整、直观的解决方案。
⑹advanced pld 99se（可编程逻辑器件设计系统）
该模块是一个集成的pld开发环境，可使用原理图或cupl硬件描述语言作为设计前端，能提供工业标准jedec输出。
第二章原理图绘制
1、新建
2、设置原理图图纸 标准纸张大小
3、元件的放置
4、元件的删除
选中元件后，按delete键删除。
5、元件的放置形式调整
双击元件： 篇五：pcb板制作实验报告 pcb板制作实验报告
姓 名： 任晓峰 08090107 陈 琛 08090103 符登辉 08090111 班 级： 电信0801班
指导老师： 郭杰荣
一 实验名称
pcb印刷版的制作
二 实习目的通过pcb板的制作，了解制板工艺流程，掌握制板的原理知识，并熟悉制板工具的使用以及维护，锻炼实践动手的能力，更好的巩固制板知识的应用，具备初步制作满足需求，美观、安全可靠的板。
三 pcb板的制作流程(1)原稿制作（喷墨【硫酸纸】、激光【硫酸纸/透明菲林】、光绘非林）把用protel设计好的电路图用激光（喷墨）打印机用透明、半透明或70g复印纸打印出。
注意事项：打印原稿时选择镜像打印，电路图打印墨水（碳粉）面必须与绿色的感光膜面紧密接触，以获得最高的解析度。稿面需保持清洁无污物，线路部分如有透光破洞，应用油性黑笔修补。(2)曝光: 首先将pcb板裁剪成适当大小的板，然后撕掉保护膜，将打印好的线路图的打印面（碳粉面/墨水面）贴在感光膜面上，在用透明胶将原稿和pcb板的感光面贴紧，把pcb板放在曝光箱中进行曝光。曝光时间根据pcb板子而确定。本次制作的板子约为三分钟。
曝光注意事项：请保持感光板板面及原稿清洁和整齐，若曝光时间不足则容易在下个环节容易使线路腐蚀掉。(3)显影：调制显像剂：显像剂：水（1：20），即1包20g显像剂配400cc水。显影：膜面朝上放感光板在盆里。
(4)蚀刻：块状三氯化铁：热水（1：3）的比例调配。蚀刻时间在10-30分钟。
注意事项：感光膜可以直接焊接不必去除，如需要去处的可以用酒精。三氯化铁蚀刻液越浓蚀刻越慢，太稀也慢。蚀刻时间不可过长或过短。蚀刻完毕后，用清水将蚀刻后的pcb板进行清洗，等待水干后在进行下一个步骤。(5)二次曝光：将蚀刻好的pcb板放进曝光箱中进行二次曝光。此次曝光是将已经进行蚀刻的pcb板上的线路进行曝光。(6)二次显影：将二次曝光的pcb板再次进行显影。将进行了二次曝光的pcb板进行显影，将pcb板上的线路进行显影，去掉线路上的感光膜，让铜箔线显露出来。(7)打孔：使用钻头在已经制作好的pcb板上进行打孔。在本次实践过程中不进行，因为在打孔过程中容易造成打孔钻头断裂或者pcb板损坏，工艺有一定难度。
四 制作成品展示
PCB制作工艺 第3篇
关键词 PROTEUS ARES模块 PCB
中图分类号：G71 文献标识码：A
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件，它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了EDA技术无法解决的问题。Proteus可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。本文以单片机流水灯PCB板的制作为例详细介绍PROTEUS实现印制电路板的设计制作过程。
1原理图设计及调试
制作PCB板之前要设计好原理图，Proteus的ISIS（Intelligent Schematic Input System）模块主要提供原理图设计与仿真平台，用于电路原理图的设计以及交互式仿真。下面介绍在ISIS模块中设计单片机流水灯原理图的详细步骤。
1.1启动ISIS
启动ISIS后可打开ISIS工作界面，可发现ISIS的工作界面完全是Windows软件风格，主要包括标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、方位控制按钮、仿真进程控制按钮、对象选择窗口、原理图编辑窗口和预览窗口等。
1.2绘制单片机流水灯电路原理图
从ISIS的元件库中选择所需的元器件：单片机AT89C51、晶振CRYSTAL、电容CAP、电解电容CAP-ELEC、发光二极管LED-YELLOW、排阻RESPACK-8，并放置在原理图编辑窗口中，进行布局，设计单片机时钟电路、复位电路构成单片机最小系统，用P0口扩展8位LED灯，利用ISIS的布线功能在元器件之间连线，完成电路原理图的设计，以*.DSN格式保存设计文件。
1.3编写程序
在Keil中编写C语言程序，进行编译、调试，生成hex文件。
1.4给单片机加载程序
双击原理图中的AT89C51单片机芯片，在弹出的标签对话框中单击“Program File”参数框后面的文件夹按钮，在文件夹中找到可执行的hex文件，单击“OK”按钮结束加载过程。
1.5软硬件联调，仿真运行
程序加载完成后，启动仿真运行功能即可观察到具有真实运行效果的仿真结果。流水灯按照预期的各种花样实时显示，其效果如同在真实电路板上实验一样。
2 PCB板设计及制作
ARES的主要功能是完成PCB相关设计工作，包括网络表导入、元器件布局、布线、铺铜及输出光绘文件等。下面以上面所设计的单片机流水灯电路的PCB设计为例来说明ARES模块在单片机系统开发过程中制作PCB电路板的方法和步骤。
2.1核实元器件的PCB封装
在利用ARES模块进行PCB设计前，需要检查原理图中的所有元器件是否都有PCB封装模型。双击编辑窗口中的每一个元器件，可弹出该元器件的属性对话框。例如双击发光二极管D0弹出其属性对话框。可以看出，此时在“PCBPackage”参数框中显示Not Specified，表明尚未指定PCB封装。单击该参数框后面的问号按钮，可弹出PCB封装选择对话框。
在“Keywords”框中输入字符“LED”，下部窗口里将出现LED的封装图形，右部窗口中则出现满足检索要求的选项说明。双击满足检索要求的选项，可关闭PCB封装选择对话框，并将此封装添加到D0元件的属性对话框中。
单击“OK”按钮，可结束D0的PCB封装设置。采用此类方法可对原理图中所有元器件的PCB封装进行相应设置。
2.2导入元器件网络表
单击ISIS模块菜单栏“工具”中的“网表到ARES”可启动ARES模块。或者，单击工作界面右上角的“Nelist Transfor To ARES”工具按钮也可启动ARES，打开ARES工作界面。ARES的编辑界面也是Windows风格，主要包含预览窗口、菜单栏、命令工具栏、列表窗口、板层选择栏、旋转/镜像选择栏、编辑工作区和状态栏。其中列表窗口中为原理图中的元器件清单。
2.3元器件布局
单击编辑工具栏中的2D矩形图框按钮，单击工作窗口左下方的下拉图层工具栏，选中黄色的“Board Edge”板框选项，按住鼠标左键，在编辑工作区上拖拽画出一个黄色的方框，这个方框是PCB板的元器件布局区，可根据需要调整大小。
单击编辑工具栏中的“Component Mode”按钮，在列表框中指定某一元件后，预览窗口中将显示该元件的封装图形。单击编辑工作区，可将选种的元件摆放到适当的位置。通过正、反向旋转900，水平反转，垂直反转等方法可以调整元件摆放的方向。用同样方法将所有元器件逐一摆放到布局区中，在摆放过程中，按照原理图中的连接关系，元件之间会自动产生“飞线”。
元件布局时最好先放置具有标志性的元件，元件布局完成后，可以根据需要对元件摆放区边框形状及尺寸进行调整。
2.4元件布线
单击工具栏左上部的“Auto Router”按钮，可以弹出自动布线设置窗口。如果无须更改设置，单击“OK”按钮开始自动布线，此时“飞线”将被正式的引线所取代，自动布线后需要利用手动方式进行局部调整，使原理图布局合理、美观。
2.5铺铜
铺铜是指将布线之间的空白区域进行铜箔填充。单击左侧编辑工具栏中的“Zone Mode”按钮，光标变为笔形状，按住鼠标左键在黄色边框线内拖曳出一块矩形铺铜区，松开鼠标后，可弹出铺铜编辑框，单击“OK”按钮，完成顶层铺铜操作。按住鼠标左键，在靠近黃色边框线附近再拖曳一块巨型铺铜区。松开鼠标后，铺铜编辑框可再次弹出，单击“Layer/Colour”下拉工具栏，选择“Bottom Copper”，完成底层铺铜操作。
2.6预览三维PCB效果
ARES支持PCB三维预览功能，设计者可在制作实物之前看到焊接元件后的PCB板效果图。打开“Output”菜单，选中“3D Visualization”选项，可启动三维预览功能，拖动鼠标可以从不同角度观察PCB的设计效果（见图1）。
3结束语
Proteus功能强大，在单片机教学中大大提高了教学的灵活性和自主性。目前高校均广泛应用ISIS模块进行单片机应用系统的设计与开发，而对于PCB板的设计主要运用PROTEL来实现，而对于单片机系统如果先再Proteus中设计原理图仿真通过后再利用PROTEL来制作电路板，需要重新再绘制原理图，这样就很麻烦，所以利用Proteus中的ARES模块来设计单片机PCB板既保证了效果，又提高了设计效率。
参考文献：
[1] 孔维功.C51单片机编程与应用[M].北京： 电子工业出版社，2013.
[2] 侯玉宝，陈忠平，李成群.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2008.
PCB不良设计对印刷工艺的影响 第4篇
利用《PCB可制造性设计》课程进行《基于元认知学习策略的学生自主学习的研究与应用》课题时, 通过与学生进行调查问卷、在线自测和疑点讨论后发现不少初学者对于PCB设计中一些与印刷工艺相关的细节问题重视不足或易忽视, 从而有可能对正在进行的印刷工艺或其它相关制造或维修工艺造成不便, 影响生产的可行性、效率性和经济性。故本文将一些易被设计人员忽视或不重视的与印刷工艺相关的PCB不良设计予以归纳, 以便相关设计人员尽快掌握好PCB设计。
1 工艺边设计
PCB最常见且最适宜印刷设备工作的外形是矩形, 故而对PCB进行外形设计时, 在满足产品结构对PCB外形尺寸的要求下, 一般会尽可能将一些不是矩形的特殊形状通过添加适宜的虚拟板将其添补为矩形, 如图1所示。
但是仅将PCB的外形设计为矩形并不能保证PCB板一定能适宜印刷设备。因为印刷设备多采用边固定的方式来固定PCB板, 因此, 若板上元件布局过于靠近PCB板边缘则有可能在制造过程中损坏板边的元件或焊盘, 也可能因为元件与板边间隙过小无法满足设备的固定要求。所以一般情况下需要在PCB外围设计适宜的工艺边。
工艺边就是为了辅助PCB在生产设备中走板和固定而在PCB板两边或者四边增加的部分, 主要为了辅助生产, 不属于PCB板的一部分, 生产完成后需去除。
进行工艺边设计之前应先确定PCB的传输方向。一般情况下, PCB的长边对应SMT生产时的传输方向, 这样印刷的行程最短, 并且PCB在生产过程中的形变最小。对于拼板时也将长边方向作为传送方向, 但对短边与长边之比大于80%的PCB, 也可以用短边传送。
由于不同SMT设备制造商对工艺边的要求不同, 如欧美SMT设备制造商的工艺边为3mm, 日本SMT设备制造商的工艺边为5-8mm, 韩国SMT设备制造商的工艺边为5mm。因此, 若条件允许, 可将工艺边的宽度设为8-10mm, 如图2所示。
对于PCB长边只一侧的元件外侧距板边缘小于3mm的, 则只需在对应侧边加工艺边即可, 即工艺边并不需成对加, 如图2.8右图所示。
2 Mark点设计
利用印刷机等自动化设备进行大批量电子产品的生产时, 多使用Mark点来保证每批用于生产的PCB板面正确、位置精准。Mark点是一种特殊的光学定位符号, 生产时, 印刷机利用自身的摄像头照射Mark点, 将得到的影像坐标与之前在系统中所预设的标准数据进行比较。若坐标与标准数据一致或者在其允许的范围内, 则机器判定该PCB板为当前需要进行生产的, 并让PCB板进入机器内开始相应的工序;反之, 则认为进板错误, 停止进板并进行报警。
但Mark若设计不良则可能影响机器的识别, 出现误判。一般说来, 设计人员能设计正确的Mark点外形和尺寸, 但在Mark点布局时却不一定合理。例如同形状的Mark点按对称方式放置于PCB板的对角处, 一旦PCB板面反转1800以错误方向进板时, 机器也会误认为是正确的, 从而出现误报的情况, 如图4所示。
对此情况, 可以将同形状的Mark点按不对称方式设计, 也可以使用不同形状Mark点, 如图5和图6所示, 这样的防呆设计可以保证机器正确识别PCB板。
3 焊盘设计
在进行PCB电路设计时, 元件所用封装一般会尽可能使用系统自带封装库内的元件封装。但是由于各元件制造企业生产的元件外形尺寸不一定完全一致, 且各电子制造企业所用设备的生产能力各有不同, 因此, 系统自带封装中的焊盘设计不一定能满足所有元件的生产需求, 需要根据产品试生产的结果来进行调整。例如, 某细间距SOP封装元件在印刷和焊接时易出现桥连缺陷, 若设计人员仅调整工艺或设备参数, 而不仔细核对焊盘图形与所需焊接的元器件的封装外形、焊端、引脚、中心距等与焊接有关的尺寸匹配性, 一味照抄照搬系统封装库内的焊盘设计参数, 则有可能一直无法解决此缺陷。但不加分析或随意抄用或调用封装库内焊盘图形是许多设计人员易出现的设计问题, 且在出现制造缺陷后又容易被忽略掉。
例如, 当如图所示的某细间距SOP封装元件在印刷和焊接时易出现桥连缺陷时, 可以将原有元件焊盘宽度适当减小 (但不得小于引脚本体宽度) 并延长焊盘长度方向尺寸, 这样一来, 可以加大焊盘间的有效间距并扩展焊膏长度方向的延伸范围, 减少桥连缺陷。若桥连易在焊接过程中发生于SOP封装末端, 则可在封装末端增设偷锡焊盘, 以吸纳多余焊料, 如图7所示。
若发生桥连缺陷的是插件且元件每排引脚较多时, 当相邻焊盘边缘间距为0.6mm-1.0mm时, 则可以考虑将插件焊盘由常用的圆形焊接改为椭圆形焊盘, 既加大焊盘间的有效间距又不影响引脚焊接后的可靠性, 如图8所示。
4 结束语
除了在文中提到的一些在印刷环节中易忽视的设计问题外, 还有其它一些易被设计人员忽视的设计细节问题, 比如选择阻焊膜材料和涂敷方式时, 不考虑材料性能和工艺特点, 出现如绿油太厚造成锡膏印刷工艺难控;阻焊膜在基板制造时固化不良而泄气, 形成焊点气孔;材料吸湿而造成阻焊膜在回流时的脱离等。由于电子产品制造技术发展迅速, 与之相关的制造工艺和制造设备也不断更新变化, 了解并掌握工艺、材料和设备对电路设计方面的要求, 将有助于更加合理地设计电路, 提高产品的可制造性。
参考文献
[1]彭琛, 郝秀云, 刘克能.Mark点的不良设计对PCB印刷质量的影响[J].丝网印, 2014 (12) :28-31.
[2]许耀山.PCB排板布局焊盘及导线的可制造性设计[J].电子科技, 2014 (01) :157-159.
PCB制作工艺 第5篇
关键词：PCB设计及制作 电子专业 CAD教学 互助教学
目前，我国许多职业院校的电子专业普遍开设PCB设计及制作课程。PCB即Printed Circuit Board，是印制电路板的简称，是电子元器件的支撑体和电气连接的提供者。PCB设计及制作课程是一门理论与实践紧密结合的综合课程，它的教学目标是培养学生的电路设计能力、开发创新能力、资源整合能力和解决实际问题的能力。PCB设计及制作课程在职业院校电子专业的发展和实际专业课教学中起着不可替代的作用。
一、行业发展的需要
随着我国制造业的转型升级，电子制造业逐步成为支柱产业，各类电子产品随着科技的进步不断更新换代，而在庞大的电子领域中，PCB却以无可取代的位置引领着电子行业的发展。目前，全球PCB产业产值占电子产业总产值的四分之一以上，产业规模达400亿美元，已经成为当代电子产业中最活跃的部分。
PCB的制造品质是电子产品可靠性的基础，它直接影响电子产品整体质量和竞争力。我国作为电子制造业的大国，已经成为世界第二大PCB产出国，PCB产业在世界上拥有举足轻重的地位。但随着电子产品向微型化、集成化、高速传输、高频方向的不断发展，在对PCB抗干扰能力、工艺上和可制造性上要求越来越高。因此，培养大批具有较高PCB设计应用能力和PCB制造工艺水平的高级应用型人才，是职业院校电子专业目前所面临的一项艰巨任务。培养具有PCB设计及制造能力的高级应用型人才，不仅满足电子行业发展的需求，还将进一步拓宽职业院校电子专业学生的就业渠道。
二、专业发展的需要
目前，各级职业院校的电子专业教学都开设了基础专业课，针对基础专业课也开设了与之相对应的实验课程，这些实验课程的教学目的是使学生通过电路仿真或者实验手段来验证课堂上所学习的理论知识，而在学生的专业技能和创新能力上的培养收效甚微。在职业院校的教学中，电子专业学生开设PCB设计与制作课程，必将引领教学由基础型向综合型、应用型和创新型发展。
第一，PCB设计及制作课程可以发挥其实践性强的优势，在学生巩固所学的专业基础知识上，由最初的电路原理图仿真上升到PCB电路板的设计与制作。这一阶段的教学将使学生对电路的理解，不是简单地停留在抽象层面，而是提高到了具象层面。
第二，通过对PCB电路板的设计也可以使学生更深入地理解每个元器件的特性、功能、管脚分布和封装形式。
第三，在PCB设计制作过程中引入相关规范标准比如ISO9000标准、CCEE认证、FDA认证、UL认证等，能够有效地培养学生的规范意识、标准意识和质量意识，同时大型PCB板的设计及制作还有利于培养学生的团队协作意识。
第四，在以培养技能型、应用型人才为教学目标的职业院校，技能大赛和创新大赛成果永远是衡量一个学校教学水平的标尺。PCB设计及制作课程有利于培养学生的动手能力、创新能力和解决实际问题的能力，为今后学生参加省市级或全国电子产品设计大赛、创新大赛、就业或继续深造都打下了良好的专业技术基础。
三、CAD教学的需要
根据电子专业的专业课程标准，在电子CAD课程教学中一般按照电路原理图的绘制、电子元件库的建设、印制电路板设计、元件封装库的建设几个方面进行。在实际教学中往往会出现以下两个方面的问题：
一是以上各个功能模块之间的教学缺乏项目性和整体性，学生往往认为它们是孤立的知识点，不能很好地将各个部分进行有机整合。
二是由于部分任课教师缺乏实际PCB研发和制板经验，所以在教学中多注重对CAD软件的具体操作，而忽略对线路板设计可靠性、制作工艺的可行性以及测试方法的实用性教学。教学与生产实际相脱离，导致学生在CAD课程学习结束后，仅仅掌握了使用软件绘制电路原理图和利用软件自动生成功能设计简单的PCB电路板，至于设计的PCB板是否符合行业规范，是否具有可制造性、可生产性则不得而知。
因此，在职业院校电子专业教学中开设PCB设计与制作课程是对电子CAD课程教学的补充和完善。PCB设计与制作课程的教学内容须以项目为载体，学生通过对项目任务的完成将CAD教学中的各个环节进行有机整合。学生首先利用绘图软件进行PCB的设计，然后进行PCB实物的制作、元件的购置、电路的安装与焊接、电路的调试和功能验证，最终以实物的形式呈现项目成果。项目实施的过程使学生认识到学习CAD软件的意义，熟悉了项目开发的流程、掌握了PCB设计的各种规范，对于学生来说将具有更重要的意义。
四、互助教学的需要
在电子专业课的教学中，受教学理念、课程改革、教学条件等诸多因素的影响，专业课的教学往往都是各自为政，互不干涉，课程之间缺乏必要的互动互助。最终学生的学习就停留在实验的模仿和原理的验证上，不能将所学的知识应用于实际，很难培养他们的动手能力和独立思考、解决问题的能力，所以改变传统的孤立教学模式探索新模式是必要的。
目前在一些职业院校电子专业的教学中正在试行一种互助教学模式，这种模式是将两个或多个独立学科的实验联系起来，如在笔者所在学院的教学中，模拟电子技术实验课和PCB设计及制作课就是这种互助教学模式的典型。学生运用PCB设计及制作完成模拟电子技术实验课中所需的印制电路板如基本放大电路、晶体管串联稳压电路、晶闸管直流调光电路、OTL功放电路等，将学生制作的电路板作为模拟电子技术实验课的基础材料，然后在其电路板上完成元件的插装、焊接、调试测试工作。这种教学模式不仅能将抽象的理论变成活生生的实物，降低了学习难度，而且让学生感到新颖，能够激发学生学习兴趣和学习思维，有助于学生对不同学科知识之间的掌握和融会贯通。
五、小结
本文从多个方面阐述了PCB设计与制作课程在职业院校电子专业教学中的重要性。PCB设计及制作课程的开设体现了职业院校重视应用型、综合型和创新型人才培养的教学理念，使学生通过该门课程的学习将理论与实践紧密结合，提升了学生的专业技术能力，为今后参加各类电子设计大赛、创新大赛、继续深造或走上工作岗位都奠定了良好的专业技术基础。
参考文献：
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[3]王永利，史国栋，龚方红.浅谈工科大学生实践创新能力培养体系的构建[J].中国高等教育，2010（19）.
[4]柳燕君.以工作过程为导向的课程模式研究与课程开发实践[J].中国职业技术教育，2009（9）.
[5]徐涵.以工作过程为导向的职业教育[J].职业技术教育，2007（34）.
贴片生产中的PCB板印刷工艺研究 第6篇
20世纪80年代中期以来,贴片技术进入高速发展阶段。90年代初已成为完全成熟的新一代电路组装技术,并逐步取代通孔插装技术。据国外资料报道,进入90年代以来,全球采用通孔组装技术的电子产品正以年11%的速度下降,而采用贴片技术的电子产品正以8%的速度递增。到目前为止,日、美等国已有80%以上的电子产品采用了贴片技术。
贴片技术涉及领域:大屏幕彩电和小型通讯机、磁盘驱动器、程控交换机、传真机、蜂窝移动电话、笔记本计算机、摄像机、数码照相机和军用电子设备等。随着时代和技术的要求,军用电子装备也朝着小型化、智能化的方向发展,大型武器装备中采用贴片技术生产的电子设备越来越多。掌握和应用好贴片技术对于采用贴片生产的军用电子设备性能、质量、可靠性的提高有着重要意义。
1 贴片生产中工艺的重要性
贴片技术中的关键是贴片工艺,工艺的好坏直接决定了最后产品的质量。贴片本身就是一项复杂的系统工程,它由贴片机、焊膏印刷机、回流焊机等一系列工艺装备,印刷、贴装、焊接、清洗等一系列工艺技术,焊膏、网板、清洗剂等工艺材料组织管理组成。若想大量、廉价地贴装并焊接出优质的贴片线路板组件,除必须配备性能优良的贴焊设备、选择合适的工艺材料、制订严格的管理制度以外,还要注意工艺技术研究。许多人认为贴片设备、材料很重要但是,工艺技术在贴片中才是最重要的。贴片生产中的工艺技术包括焊膏印刷工艺、片式元器件贴装工艺、焊接工艺、清洗工艺等。而其中焊膏印刷工艺与焊接工艺是整个贴片过程中的难点,也是贴片生产中的关键工艺。由于篇幅限制,本文只详细介绍贴片生产中的印刷工艺。
2 印刷工艺
印刷工艺的三个要素,即焊膏的质量、设备参量和印刷工艺参量。下面分别对三个要素进行详细说明。
焊膏是一种匀质混合物,实质上是由处于浓缩焊剂载体的金属粉颗粒组成,制作金属粉末和膏剂配方的工艺步骤大多数属于专利性质。但一般是把具有所需成分的熔化焊料在旋转的轮上迅速冷却,形成微小焊料颗粒。为使焊膏中金属保持化学上的干净,金属表面的氧化物是非常低的,过量的氧化物将严重影响产品的性能,导致产生焊球。该工艺过程在惰性环境中进行,以便尽量减少颗粒的氧化。
焊膏在焊接I型(完全表面安装)和II型(混合)表面安装部件中起着多重关键作用。由于焊膏还包含有效焊接所需的焊剂,故无需像插装部件单独加入焊剂控制焊剂的活性和密度。在进行再流焊接期间,焊剂在表面安装组件的贴放和传送期间还起着临时的固定作用。显然,正确选用焊膏对于生产无缺陷的可靠表面安装部件是十分重要的。
3 焊膏选用原则
(1)焊膏的活性可根据印制板表面清洁度而定,对于锡清洗选用RMA级。
(2)根据不同的涂敷方式选择不同黏度的焊膏,黏度一般为100~300PaS,且焊膏与焊盘间黏结力应大于焊膏与丝网间黏结力。从印刷的观点来看,中等程度的黏稠度是最适宜的,低黏稠度的焊膏容易产生焊膏的坍边,而高黏度的焊膏可能黏挂在网板上。
(3)精细间距印刷时选用球形细料度焊膏,间距小于等于0.5mm时,焊膏颗粒尺寸应当在20~38μm之间。
(4)良好的可印刷性、流动性及触变性。
(5)印刷后坍边小且放置时间长。
(6)焊接时,保证第一面焊膏熔点比第二面高30℃~40℃,以防止焊第二面时,第一面已焊组件脱落。
(7)对锡清洗,要用不含氯离子或其他强腐蚀性的焊膏。
印刷机工艺参数的设定:
一般情况下,对于每种PCB除了尺寸及可印刷的最小节距等性能参数外,还有多个工艺参数(如刮刀速度、刮刀压力和漏印间隙等)需要调整与设定。
在PCB焊点上的焊料厚度一般为0.08mm。由于焊膏在印刷时,体积大致有其最终形成的焊点两倍,因此焊膏在印刷时厚度大概为0.18~0.12mm这样才能产生足够的焊料量。
刮刀速度慢利于网板的回弹,但同时会阻碍焊膏向PCB焊盘上传递,而速度过慢会引起焊盘上焊膏的分辨率不良。另一方面刮刀的速度和焊膏的粘滞度有很大的关系,刮刀速度越慢焊膏的黏稠度越大;同样,刮刀速度越快,焊膏的粘稠度越小。通常对于细间距印刷速度范围为12~40mm/S,而较大间距适合的速度为50~150mm/S。当在印刷时,刮刀虽然和网板表面平行移动,但只涂上了小量的焊膏,这是由刮刀速度及网板设计两方面造成的。造成焊膏没有充分涂上的原因是刮刀通过网板孔的时间太短,焊膏不能充分渗入网板。假设刮刀以12m/S的印刷速度通过0.3mm的网孔的话,它通过网孔的时间其实只有25ms。因此,适当降低刮刀的印刷速度,能够增加印制板的焊膏量。有一点很明显:降低刮刀的速度等于提高刮刀的压力;相反,提高了刮刀的速度等于降低了刮刀的压力。快速印刷时刮刀的压力要比慢速时大。刮压力的变化,对印刷的质量来说影响重大,太小的压力,一般为0.2~0.4N/mm。对于刮的宽度:如果刮刀相对于网板过宽,那么刮刀就需要更多的压力。刮刀的变化主要是材料和形状。当印刷间距大于0.3mm时,金属刮刀是最佳的材料而聚氨酯刮刀会被压入网板开口内而把焊膏挖走使得焊训的高度不一致。例如,当印刷只有0.13mm宽的开口时,金属刮刀趋于横向剪切焊膏,而聚氨酯刮刀趋于推动焊膏进入网板开口使焊膏得以顺利地沉积到焊盘上。
刮刀的参数包括刮刀的材料、厚度和宽度、刮刀相对于刀架的弹力以及刮刀相对于网板的角度等这些均不同程度地影响着焊膏的分配。其中刮刀相对于网板的角度θ影响着印刷的焊膏量以及焊膏的分辨率。一般认为刮刀的运行角度为60°~65°时,焊膏印刷的品质最佳。
在印刷的同时考虑到开口尺寸和刮刀走向的关系。焊膏的传统印刷方法是刮刀沿着板的X或Y方向以90°角运行,这往往导致了器件在开口不同走向上焊膏量不同。经实验认证,当开口长方向与刮刀方向平行时刮出的焊膏厚度比两者垂直时刮出的焊膏厚度多了约60%。刮刀以45°的方向进行印刷,可明显改善焊膏在不同网板凳开口走向上的失衡现象,同时还可以减少刮刀对细间距的网板开口的损坏。
4 设备参量
现代印刷机和钢板使得流动更加充满活力,但是在线路板上的组件大小范围和脚间之间必须综合考虑。通常最大的问题是焊膏印刷量的控制。量太小,焊点可能开路,特别是当组件脚不在同一平面时;量太多,则可能产生桥接和锡桥。
很明显,钢板的厚度和开口面积决定着焊膏印刷量,但流动中还有第二种影响因子起着部分作用。若电路板的垫板不良,那么在钢板下可能挤出过量的焊膏,这将直接导致桥接危险,同时,由于部分焊膏在阻焊膜上,也可能产生焊球。再者,在钢板下面的焊膏将使印刷质量和轮廓逐渐变坏。即使钢板的厚度和开口尺寸一致达到理想的结合,然而刮刀的种类和条件也影响结果。有刃刮刀印刷重现性通常比硬刮刀的重现性更好。如果刃是软的,可能会发生铲出焊膏现象,厚度降低。根据贴片生产中出现的问题和经验总结了下面关于设备的工艺规程。
5 工艺规程
(1)检查模板设计是否配套。在模板固定到印刷机之前,检查模板是否清洁,开孔是否被堵塞,要确保金属箔的表面没有损坏。
(2)将PCB固定到工作台上,并检查是否对准。PCB恰好与模板表面接触,然后将PCB图像与其板图像对准,按工程设定表中的规定调节好印刷间隙。
(3)装好干净的扁平的橡胶刮刀的印刷机,调节下落行程和刮刀的压力。每天必须使用新鲜的焊膏,一定要检查焊膏是否超过了使用期限,如果超过就不能使用,并通知主管人员。如果印刷后检测到缺陷,必须用没用过的旧刮刀刮掉多余的焊膏,然后在清洗系统里清洗PCB并重新印刷,所有这些工作应在批量印刷之前完成。
(4)工作参数编入产品例行检测卡片以后,应先印刷一PCB,然后检查印刷质量,并按照检测标准记录参数。只有在印刷质量令人满意以后,才可在卡片上签署合格。批量印刷PCB时,应依循这一程序检测每一次印刷。
(5)印刷结束后,拆下刮刀并彻底清洗,检查模板是否损坏,然后储藏起来,还应彻底清洗印刷机。
(6)签署检测卡以表明这一批印刷已完成。
6 结束语
贴片生产中的印刷工艺是整个贴片生产中的关键工艺,印刷质量直接影响到后面贴片焊接的效果和整个电路板的总体质量。因此在批量生产前对印刷工艺应该重点掌握、理解、提炼和总结出一套针对自己产品最好的工艺规程,这样才能保证整个贴片生产中这道关键工序的质量,才能给后续工序提供好的生产条件,最终才能确保生产出合格的产品。
参考文献
[1]周德俭,吴兆华.表面组装工艺技术[M].北京:国防工业出版社,2002.
[2]贾忠中.SMT核心工艺解析与案例分析[M].北京:电子工业出版社,2010.
[3]顾霭云,等.表面组装技术(SMT)基础与可制造性设计(DFM)[M].北京:电子工业出版社,2008.
PCB制作工艺 第7篇
关键词：矿用PCB板组件,三防漆,涂覆,工艺改进
0引言
由于煤矿井下环境多盐雾、潮湿,电子元器件及焊点易腐蚀造成短路和断路,对电子设备的寿命影响很大,因此,矿用电子设备必须采取三防工艺进行处理。矿用PCB板组件的三防处理材料种类较多,其中聚氨酯漆性能可靠、成本低廉、使用方便,但在实际应用中,其操作工艺仍存在一些问题,且受环境影响较大,实际涂覆效果并不理想,有必要进行改进。
1影响PCB板涂覆效果的主要因素
影响PCB板涂覆效果的因素有很多,主要包含工艺及环境、材料2大类。
1.1 工艺及环境影响
传统三防漆工艺:清洗人工刷涂室温干燥成膜第二次刷涂增加漆膜厚度室温干燥成膜。该工艺存在以下不足:
(1) 如果PCB板清洗不彻底,刷涂次数多时毛刷易将PCB板上的脏污带入容器造成三防漆污染。
(2) 在三防漆未干燥成膜前不绝缘,毛刷摩擦起电易造成静电敏感元器件的损坏。
(3) 均匀性、一致性差,且易造成免漆元器件进漆或窄间距元器件之间涂覆不完全,引起局部破坏形成蝴蝶效应,引发整机性能下降或损坏[1]。
(4) 在低温条件下操作易留下明显刷痕,漆膜暗淡无光泽。
(5) 刷完A面再刷B面的翻板过程中,易造成流挂以及因油漆的流动造成免漆元器件进漆。
(6) 当室温<10 ℃、湿度>85%时,PCB板易受潮,漆膜光洁度不佳且在后期使用中漆膜易起包脱落。
(7) 多次涂覆时,室温下自然干燥受温度、湿度影响大,漆膜干燥时间不确定,若前一层漆膜干燥不彻底就进行第2次刷涂易造成漆膜结合不良,且在第1次刷涂后暴露在空气内自然干燥时间长易在表面结尘,影响第2次刷涂效果。
1.2 材料影响
影响PCB板组件涂覆质量的材料性能主要包括粘稠度、防护性、电绝缘性、热性能、机械强度、固化放热、固化应力等,而材料的配比及杂质污染不仅影响易涂覆性,而且会影响油漆中的固化成份生成立体网状结构、固化时间等。
2三防漆涂覆工艺及材料选择
2.1 涂覆方法的选择
目前三防漆有刷涂、淋涂、喷涂、浸涂等4种涂覆方法。
刷涂法是目前采用较多的方法,其缺陷为可控度不高,涂覆一致性差;浸涂法投资小,可完全涂覆整个产品而无遮蔽效应,但材料易受污染且免漆部分的防护难度很大;淋涂法若涂膜较厚,漆膜容易出现气泡,若涂膜较薄,产品就会出现露底,淋涂不均匀防护难度也很大;喷涂法是业界最常用的涂覆方法,又分为选择性喷涂和手工喷涂2种。其中手工喷涂一般是使用手持式喷枪+气管+空压机的组合,成本低,但气压不稳定,三防漆雾化不好,容易拉丝或起泡,涂覆一致性差,且免漆元器件需要遮覆。而选择性喷涂适用于大规模生产,精确度高、均匀、效益高、成膜质量好、漆膜厚度可控、有光泽、免漆元器件无需遮覆。
综合现有的三防漆涂覆工艺特点,目前选择性喷涂最符合要求。
2.2 涂覆材料的选择
目前主要的涂覆材料可分为丙烯酸类(AR)、有机硅类(SR)、环氧树脂类(ER)、聚氨酯类(UR)[2]。进行材料选择时需综合考虑工作环境、电气要求、散热性、漆后易维修、经济性等因素。
有机硅类的三防漆其分子间距和表层气孔大,固化过程会吸收空气中的水汽,易形成漆层鼓起现象[3],影响防护效果,故排除在外;环氧树脂类三防漆柔韧性差,固化时材料本身会产生应力造成元器件或者焊接损伤且漆后不易维修[3],故排除在外;丙烯酸类与聚氨酯类在体电阻率、相对介电常数、工作温度、散热性、易维修等参数上没有明显区别,但聚氨酯类耐磨度更高,附着力更强,多年的使用也证明了其优良的三防性能。
聚氨酯类又分为单组份与双组份,查询资料并经高低温、盐雾试验证明了单组份与双组份防护性能相当,但单组份价钱为双组份的10～20倍。目前一般厂家喷涂过程均使用单组份三防漆,通过调查发现弃用双组份三防漆的原因:① 双组份三防漆混合后失效时间短,一般为9 h;② 固化时间短,在喷涂过程易堵塞管路。然而1个工作日连同午休时间不超过9 h,混合后失效时间短不成问题。经测试,若油漆、固化剂、稀释剂按1∶1∶1比例混合,正常喷涂过程中不会造成管路堵塞。若短时间不喷涂,胶阀浸泡在稀释剂8 h内也不会固化,超过8 h不喷涂时,灵活运用阀门控制,用稀释剂清洗全部油漆输送管路就不会造成输送管路堵塞。
测试证明双组份聚氨酯漆只要调配比例适当,喷涂效果完全满足需要,可用于选择性喷涂,且在满足防护要求条件下可以节约成本,因此,矿用PCB板组件三防漆最终选择了双组份聚氨酯漆。
3涂覆工艺的研究
3.1 涂覆要求
涂覆全面、厚度均匀、速度快,漆膜无流挂、起泡、失光及明显桔皮现象,免漆元器件不能着漆,漆膜表干时间短,不能有元器件损坏[4,5]。
3.2 喷涂工艺研究方法及内容
使用ATLD-450U自动喷涂机喷涂,ATLD-450K2固化炉固化,通过先在铜板纸上喷涂,后在PCB板B面喷涂,确定合理的油漆配比、雾化阀气压、胶阀出胶速度、胶阀移动速度、胶阀高度、单次喷涂宽度、固化时间和温度等。
(1) 油漆配比(表1)。油漆采用双组份聚氨酯清漆,稀释剂为醋酸丁酯,为保证成膜质量,固化剂与油漆比例限定为1∶1,稀释剂比例可调。
注:以雾化阀门压力为0.5 MPa,距离PCB板15 mm为例。
经过实验验证,通过调节稀释剂以及雾化阀门压力可达到彻底雾化的效果,但流平程度以及边缘是否流滴则很大程度上取决于稀释剂的比例,最终得出最佳配比为油漆∶固化剂∶稀释剂=1∶1∶1。
(2) 雾化阀门压力(表2)。当雾化阀门压力0.4 MPa,将三防漆喷涂在铜板纸上时,能明显感觉到喷涂轨迹的中央润湿重,边缘润湿轻;当雾化阀门压力达到0.5 MPa时,除却最边缘没有明显差别;当雾化阀门压力≥0.7 MPa时,会有飞溅,故最终选择0.5 MPa雾化阀门压力。
注:以雾化阀门距离PCB板15 mm,油漆∶固化剂∶稀释剂=1∶1∶1为例。
(3) 当油漆∶固化剂∶稀释剂=1∶1∶1,雾化阀门压力为0,储浇桶压力为0.5 MPa,胶阀移动速度为40 000 μm/min,雾化阀千分尺刻度为3.13 mm(雾化阀出胶速度调整为连续滴下),点胶阀千分尺刻度为3.85 mm(点胶阀选择0.41 mm内径,距离点胶阀出口5～10 mm范围内胶水应不断流,在此范围外变成连续滴落状态),漆膜厚度比较均匀,速度每增加20 000 μm/s,胶阀千分尺刻度应加0.01 mm。
(4) 雾化阀门高度(表3)。实验证明,雾化喷阀运行高度距离PCB板15 mm时喷涂效果比较理想。
注:以雾化阀门压力为0.5 MPa,油漆∶固化剂∶稀释剂=1∶1∶1为例。
(5) 喷涂速度(表4)。从表4数据可以看出,A面喷涂时间长,同时无论是A面还是B面喷涂耗时与胶阀移动速度都不完全成正比。A面喷涂时间长,一方面是由于A面免漆元器件较多,喷涂轨迹转折点较多,停滞占用时间过多;另一方面是由于A面点胶阀使用过多,点胶阀单次涂覆宽度较窄。转折点每次停滞占用时间基本固定,与胶阀移动速度关系不大,综合考虑速度与精度,最终选择A面速度为60 000 μm/min,B面速度为100 000 μm/min。提高喷涂速度的关键为减少点胶阀的应用,优化喷涂轨迹,尽量少拐弯。
(6) 为确保PCB板表面不留白,2道喷涂轨迹之间距离略小于单次喷涂宽度,重叠1 mm漆面可流平。当雾化阀门横向距离免漆元器件大于1次喷涂宽度时,胶阀距离PCB板为15 mm,喷涂轨迹横向移动距离为6 mm;当雾化阀门距离免漆元器件小于1个喷涂宽度时,可适当降低胶阀高度,喷涂横向移动距离等于剩余宽度而不必是6 mm。
(7) 固化时间。为了避免元器件损坏,应使固化温度80 ℃;为了不造成喷涂效率瓶颈,应使固化时间5 min。
(8) 漆膜厚度测量。测量仪器为螺旋测微器,先测量光板厚度H1,然后正反两面分别喷涂,待完全固化后再喷涂1次,第2次喷涂完全固化后测量厚度H2,得出单层膜厚度H=(H2-H1)/4,在满足条件(1)(6)的情况下,成膜厚度均值为35～40 μm,约为人工刷涂的2倍,满足25～50 μm的漆膜最佳厚度。
3.3 涂覆工艺中的其他问题
(1) 从给板至PCB板到位时间约为5s,给板占用时间比例较高,因此,采用拼板方式以提高效率。考虑到PCB板组件的多样性设计了一款通用型夹具,该夹具可根据PCB板的大小灵活调整拼板数量,这样单次给板喷涂时间长,可实现单人操作,在喷涂过程中可完成拼板和收板工作。
(2) 当温度低于5℃,湿度>90%时,可对PCB板进行50 ℃、5 min的预热,防止PCB板吸潮造成漆膜暗淡和脱落。
(3) 管路清洗。在喷涂结束后,为防止输胶管路(图1)长时间不用造成堵塞,应进行及时清洗,步骤:① 打开储胶罐泄压阀,释放掉储胶罐内压缩气体,打开储胶罐上盖,取出内桶,倒出剩余三防漆(喷涂过程应控制调胶量,避免剩余)。② 打开稀释剂罐进气阀,压缩空气进入稀释剂罐,然后打开阀门1、2、3,稀释剂流过阀门3及钢管和滤网后将其洗净,然后关闭储胶罐泄压阀,合上储胶罐上盖。③ 保持阀门1、2开,关闭阀门3,打开阀门4,清洗特氟龙胶管以及点胶阀、雾化阀。④ 清洗结束关闭所有阀门,打开稀释剂罐泄压阀释放掉压缩空气后关闭泄压阀即可。
4结语
通过对喷涂工艺的研究,将选择性喷涂工艺应用到PCB板的涂覆过程中,既可避免人工刷漆中出现的诸多不可控因素,减少维修等工作量,又可提高生产效率,缩短涂覆干燥时间,且涂覆效果一致性好,漆膜厚度均匀,漆面光亮,漆面厚度易控制。
参考文献
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