PCB入门_硬件工程师入门
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包括一些特殊需求,如原物料需求,特性阻抗控 制,防焊,文字种类,颜色,尺寸容差,层次等.
B.钻孔图: 此图通常标示孔位及孔号.
C.连片工程图: 包含每一小片的位置,尺寸,折断边,工具孔相关 规格,特殊符号以及特定制作流程和容差.
D.迭合结构图: 包含各导体层,绝缘层厚度,阻抗要求,总厚度等.
和Drawing一起或另有一Text檔. HPGL及Post Script.
晶圓
第0層次
第1層次 (Module)
第4層次 (Gate)
第3層次 (Board)
第2層次 (Card)
圖1.1
1.2 PCB的演變 1.早於1903年Mr. Albert Hanson首創利用“線路”(Circuit)觀念應用於電
話 交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上 ，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今PCB的機構雛型。見圖1.2 2. 至1936年，Dr Paul Eisner真正發明了PCB的製作技術，也發表多項專利 。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術，就是沿襲其發明 而來的。
2.3.2 .资料审查
面对这么多的数据，制前设计工程师接下来所要进行的工作程序与重点 ，如下所述。
A.审查客户的产品规格，是否厂内制程能力可及，审查项目见承接料号制 程能力检查表.
料 号资料表
项目
内容
格式
1.料号资料 (Part Number) 2.工程图 (Drawing)
包含此料号的版别,更改历史,日期以及发行信息. A.料号工程图:
圖1.2
1.3PCB种类及制法
在材料、层次、制程上的多样化以适合不同的电子产品及其特殊需求。 以下就归纳一些通用的区别办法,来简单介绍PCB的分类以及它的制造方法。
1.3.1PCB种类 A.以材质分 a.有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆属之。 b.无机材质 铝、Copper-invar-copper、ceramic等皆属之。主要取其散热功能 B.以成品软硬区分 a.硬板Rigid PCB b.软板Flexible PCB见图1.3 c.软硬板Rigid-Flex PCB见图1.4 C.以结构分 a.单面板见图1.5 b.双面板见图1.6 c.多层板见图1.7
E. Laser Plotter
見圖2.1,輸入Gerber format或IPC-350 format以繪製Artwork
F. Aperture List and D-Codes
見表 2.1 及圖2.2,舉一簡單實例來說明兩者關係,Aperture的定義亦見 圖2.1
图2.2
图2.1
Gerber资料代表意义
a.基材裁切最少刀数与最大使用率（裁切方式与磨边处理须考虑进去。
b.铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好，以免浪 费。
c.连片时,piece间最小尺寸,以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸。
d.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.
e.不同產品結構有不同製作流程，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量，其測試治具或測試次序規定也不一樣 。 較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多,而且設備 製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相 當重要的。
HPGL及Post Script. HPGL及Post Script.
HPGL及Post Script.
3.底片资料 (Artwork Data) A:线路层B:防焊层C:文字层
Gerber (RS-274)
4.Aperture List
定义:各种pad的形状,一些特别的如thermal pad 并须特别定义construction方法.
X002Y002D02* D11*
移至(0.2,0.2),快门开关 选择Aperture 2
D03*
闪现所选择Aperture
D10*
选择Aperture 1
X002Y0084D01* 移至(0.2,0.84),快门开关
D11* D03*
选择Aperture 2 闪现所选择Aperture
D10*
选择Aperture 1
P.C.B.制 程 综 览
LONG WIDTH VIOLATION
NICKS
Missing Junction FINE OPRFACE SHORT
WIDE SHORT Missing Open FINE SHORT
SPACING WIDTH VIOLATION
圖1.3 圖1.5 圖1.7
圖1.4 圖1.6 圖1.8
D.依用途分：通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板…,见图1.8 BGA.
另有一种射出成型的立体PCB，因使用少，不在此介绍。
1.3.2制造方法介绍
A.减除法，其流程见图1.9 B.加成法，又可分半加成与全加成法，见图1.10 1.11 C.尚有其它因应IC封装的变革延伸而出的一些先进制程，本光盘仅提及但不 详加介绍，因有许多尚属机密也不易取得，或者成熟度尚不够。本光盘以传统负 片多层板的制程为主轴，深入浅出的介绍各个制程，再辅以先进技术的观念来探 讨未来的PCB走势。
一般制作成本，直、间接原物料约占总成本30~60%，包含了基板、胶片、铜 箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、钖、铅），化学耗品等。而这些原物 料的耗用，直接和排版尺寸恰当与否有关系。大部份电子厂做线路Layout时 ，会做连片设计，以使装配时能有最高的生产力。因此，PCB工厂之制前设计 人员，应和客户密切沟通，以使连片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可 有最佳的利用率。要计算最恰当的排版，须考虑以下几个因素。
PINHOLE
NICK
SHAVED PAD
OVERETCHED PAD
COPPER SPLASH
MISSING PAD
一. PCB演變
1.1 PCB扮演的角色 PCB的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電子電路零件接
合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以PCB在整個電子產品中 ，扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時， 最先被質疑往往就是PCB。圖1.1是電子構裝層級區分示意。
C.上述乃属新资料的审查, 审查完毕进行样品的制作.若是旧资料,则须 Check有无户ECO (EngineeringChangeOrder) ,然后再进行审查.
D.排版
排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。因为基板是主要原料成本（排版 优化，可减少板材浪费）；而适当排版可提高生产力并降低不良率。
有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力，但原物料成本 增加很多.下列是一些考虑的方向：
减除法
铜箔基板
钻孔
化铜+镀铜
影像转移
蚀刻
防焊
图 1.9
全加成法
树脂积层板 (不含铜箔)
钻孔
树脂表面活化
印阻剂 (抗镀也抗焊)
化学铜析镀
防焊
图 1.10
半加成法
铜箔基板
钻孔
化铜+镀铜
影像转移
镀铜,锡铅
蚀刻
防焊
图 1.11
二.制前准备
2.1.前言
台湾PCB产业属性，几乎是以ＯＥＭ，也就是受客户委托制作空板（ Bare Board）而已，不像美国，很多PCB Shop是包括了线路设计，空板制作 以及装配(Assembly)的Turn-Key业务。以前，只要客户提供的原始数据如 Drawing, Artwork, Specification，再以手动翻片、排版、打带等作业， 即可进行制作，但近年由于电子产品日趋轻薄短小，PCB的制造面临了几个 挑战:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速 (5) 产品周期缩短（6 ）降低成本等。以往以灯桌、笔刀、贴图及照相机做为制前工具，现在己被 计算机、工作软件及激光绘图机所取代。过去，以手工排版，或者还需要 Micro-Modifier来修正尺寸等费时耗工的作业，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人员取得客户的设计资料，可能几小时内，就可 以依设计规则或DFM(Design For Manufacturing)自动排版并变化不同的生 产条件。同时可以output如钻孔、成型、测试治具等资料。
B. CAD/CAM作业
a.将Gerber Data输入所使用的CAM系统，此时须将apertures和shapes定 义好。目前，己有很多PCB CAM系统可接受IPC-350的格式。部份CAM系统可产 生外型NC Routing档，不过一般PCB Layout设计软件并不会产生此文件。有部 份专业软件或独立或配合NC Router,可设定参数直接输出程序.
表 2.1
2.3.制前设计流程：
2.3.1客户必须提供的数据：
电子厂或装配工厂，委托PCB SHOP生产空板（Bare Board）时，必须提 供下列数据以供制作。见表料号数据表-供制前设计使用.
上表数据是必备项目，有时客户会提供一片样品,一份零件图，一份保证书（ 保证制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物质）等。这些额外数据， 厂商须自行判断其重要性，以免误了商机。
B. RS-274D 是Gerber Format的正式名称，正确称呼是EIA STANDARD RS-274D
(Electronic Industries Association)主要两大组成：1.Function Code： 如G codes, D codes, M codes等。2.Coordinate data：定义图像(Imaging）
Text file文本文件
5.钻孔资料 6.钻孔工具档
定义:A:孔位置,B:孔号,C:PTH & NPTH D:盲孔或埋孔层
定义:A:孔径,B:电镀状态,C:盲埋孔 D:檔名
Excellon Format Text file文本文件
list资料
定义线路的连通
IPC-356 or其它从CAD输出之各种 格式
8.制作规范
1.指明依据之国际规格,如IPC,MIL 2.客户自己PCB进料规范 3.特殊产品必须meet的规格如PCMCIA
Text file文本文件
B.原物料需求（BOM-BillofMaterial） 根据上述资料审查分析后，由BOM的展开，来决定原物料的厂牌、种类及 规格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、胶片（Prepreg）、铜 箔（Copper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等 。另外客户对于Finish的规定,将影响流程的选择,当然会有不同的物料需 求与规格，例如：软、硬金、喷钖、OSP等。 表归纳客户规范中，可能影响原物料选择的因素。
X0104Y0084D01* D11*
移至(1.04,0.84),快门开关 选择Aperture 2
D03* D12* X0104Y0048D02*
闪现所选择Aperture 选择Aperture 3 移至(1.04,0.48),快门开关
D03* X0064Y0048D02*
D03*
闪现所选择Aperture 移至(0.64,0.48),快门开关 闪现所选择Aperture
2.2.相关名词的定义与解说
A Gerber file 这是一个从PCB CAD软件输出的数据文件做为光绘图语言。1960年代一家名
叫Gerber Scientific（现在叫Gerber System）专业做绘图机的美国公司所发 展出的格式，尔后二十年，营销于世界四十多个国家。几乎所有CAD系统的发展 ，也都依此格式作其Output Data，直接输入绘图机就可绘出Drawing或Film， 因此Gerber Format成了电子业界的公认标准。
C. RS-274X 是RS-274D的延伸版本，除RS-274D之Code以外，包括RS-274X Parameters
，或称整个extended Gerber format它以两个字母为组合，定义了绘图过程的 一些特性。
D. IPC-350
IPC-350是IPC發展出來的一套neutral format,可以很容易由PCB CAD/CAM產生,然後依此系統,PCB SHOP再產生NC Drill Program,Netlist,並 可直接輸入Laser Plotter繪製底片.
2.3.3 著手設計
所有資料檢核齊全後，開始分工設計：
A. 流程的決定(Flow Chart) 由資料審查的分析確認後，設計工程師就要 決定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分:內層製作和 外層製作.以下圖示幾種代表性流程供參考.見圖2.3 與 圖2.4
多层盲/埋孔制程
图2.3 图2.4
B.钻孔图: 此图通常标示孔位及孔号.
C.连片工程图: 包含每一小片的位置,尺寸,折断边,工具孔相关 规格,特殊符号以及特定制作流程和容差.
D.迭合结构图: 包含各导体层,绝缘层厚度,阻抗要求,总厚度等.
和Drawing一起或另有一Text檔. HPGL及Post Script.
晶圓
第0層次
第1層次 (Module)
第4層次 (Gate)
第3層次 (Board)
第2層次 (Card)
圖1.1
1.2 PCB的演變 1.早於1903年Mr. Albert Hanson首創利用“線路”(Circuit)觀念應用於電
話 交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上 ，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今PCB的機構雛型。見圖1.2 2. 至1936年，Dr Paul Eisner真正發明了PCB的製作技術，也發表多項專利 。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術，就是沿襲其發明 而來的。
2.3.2 .资料审查
面对这么多的数据，制前设计工程师接下来所要进行的工作程序与重点 ，如下所述。
A.审查客户的产品规格，是否厂内制程能力可及，审查项目见承接料号制 程能力检查表.
料 号资料表
项目
内容
格式
1.料号资料 (Part Number) 2.工程图 (Drawing)
包含此料号的版别,更改历史,日期以及发行信息. A.料号工程图:
圖1.2
1.3PCB种类及制法
在材料、层次、制程上的多样化以适合不同的电子产品及其特殊需求。 以下就归纳一些通用的区别办法,来简单介绍PCB的分类以及它的制造方法。
1.3.1PCB种类 A.以材质分 a.有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆属之。 b.无机材质 铝、Copper-invar-copper、ceramic等皆属之。主要取其散热功能 B.以成品软硬区分 a.硬板Rigid PCB b.软板Flexible PCB见图1.3 c.软硬板Rigid-Flex PCB见图1.4 C.以结构分 a.单面板见图1.5 b.双面板见图1.6 c.多层板见图1.7
E. Laser Plotter
見圖2.1,輸入Gerber format或IPC-350 format以繪製Artwork
F. Aperture List and D-Codes
見表 2.1 及圖2.2,舉一簡單實例來說明兩者關係,Aperture的定義亦見 圖2.1
图2.2
图2.1
Gerber资料代表意义
a.基材裁切最少刀数与最大使用率（裁切方式与磨边处理须考虑进去。
b.铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好，以免浪 费。
c.连片时,piece间最小尺寸,以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸。
d.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.
e.不同產品結構有不同製作流程，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量，其測試治具或測試次序規定也不一樣 。 較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多,而且設備 製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相 當重要的。
HPGL及Post Script. HPGL及Post Script.
HPGL及Post Script.
3.底片资料 (Artwork Data) A:线路层B:防焊层C:文字层
Gerber (RS-274)
4.Aperture List
定义:各种pad的形状,一些特别的如thermal pad 并须特别定义construction方法.
X002Y002D02* D11*
移至(0.2,0.2),快门开关 选择Aperture 2
D03*
闪现所选择Aperture
D10*
选择Aperture 1
X002Y0084D01* 移至(0.2,0.84),快门开关
D11* D03*
选择Aperture 2 闪现所选择Aperture
D10*
选择Aperture 1
P.C.B.制 程 综 览
LONG WIDTH VIOLATION
NICKS
Missing Junction FINE OPRFACE SHORT
WIDE SHORT Missing Open FINE SHORT
SPACING WIDTH VIOLATION
圖1.3 圖1.5 圖1.7
圖1.4 圖1.6 圖1.8
D.依用途分：通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板…,见图1.8 BGA.
另有一种射出成型的立体PCB，因使用少，不在此介绍。
1.3.2制造方法介绍
A.减除法，其流程见图1.9 B.加成法，又可分半加成与全加成法，见图1.10 1.11 C.尚有其它因应IC封装的变革延伸而出的一些先进制程，本光盘仅提及但不 详加介绍，因有许多尚属机密也不易取得，或者成熟度尚不够。本光盘以传统负 片多层板的制程为主轴，深入浅出的介绍各个制程，再辅以先进技术的观念来探 讨未来的PCB走势。
一般制作成本，直、间接原物料约占总成本30~60%，包含了基板、胶片、铜 箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、钖、铅），化学耗品等。而这些原物 料的耗用，直接和排版尺寸恰当与否有关系。大部份电子厂做线路Layout时 ，会做连片设计，以使装配时能有最高的生产力。因此，PCB工厂之制前设计 人员，应和客户密切沟通，以使连片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可 有最佳的利用率。要计算最恰当的排版，须考虑以下几个因素。
PINHOLE
NICK
SHAVED PAD
OVERETCHED PAD
COPPER SPLASH
MISSING PAD
一. PCB演變
1.1 PCB扮演的角色 PCB的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電子電路零件接
合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以PCB在整個電子產品中 ，扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時， 最先被質疑往往就是PCB。圖1.1是電子構裝層級區分示意。
C.上述乃属新资料的审查, 审查完毕进行样品的制作.若是旧资料,则须 Check有无户ECO (EngineeringChangeOrder) ,然后再进行审查.
D.排版
排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。因为基板是主要原料成本（排版 优化，可减少板材浪费）；而适当排版可提高生产力并降低不良率。
有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力，但原物料成本 增加很多.下列是一些考虑的方向：
减除法
铜箔基板
钻孔
化铜+镀铜
影像转移
蚀刻
防焊
图 1.9
全加成法
树脂积层板 (不含铜箔)
钻孔
树脂表面活化
印阻剂 (抗镀也抗焊)
化学铜析镀
防焊
图 1.10
半加成法
铜箔基板
钻孔
化铜+镀铜
影像转移
镀铜,锡铅
蚀刻
防焊
图 1.11
二.制前准备
2.1.前言
台湾PCB产业属性，几乎是以ＯＥＭ，也就是受客户委托制作空板（ Bare Board）而已，不像美国，很多PCB Shop是包括了线路设计，空板制作 以及装配(Assembly)的Turn-Key业务。以前，只要客户提供的原始数据如 Drawing, Artwork, Specification，再以手动翻片、排版、打带等作业， 即可进行制作，但近年由于电子产品日趋轻薄短小，PCB的制造面临了几个 挑战:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速 (5) 产品周期缩短（6 ）降低成本等。以往以灯桌、笔刀、贴图及照相机做为制前工具，现在己被 计算机、工作软件及激光绘图机所取代。过去，以手工排版，或者还需要 Micro-Modifier来修正尺寸等费时耗工的作业，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人员取得客户的设计资料，可能几小时内，就可 以依设计规则或DFM(Design For Manufacturing)自动排版并变化不同的生 产条件。同时可以output如钻孔、成型、测试治具等资料。
B. CAD/CAM作业
a.将Gerber Data输入所使用的CAM系统，此时须将apertures和shapes定 义好。目前，己有很多PCB CAM系统可接受IPC-350的格式。部份CAM系统可产 生外型NC Routing档，不过一般PCB Layout设计软件并不会产生此文件。有部 份专业软件或独立或配合NC Router,可设定参数直接输出程序.
表 2.1
2.3.制前设计流程：
2.3.1客户必须提供的数据：
电子厂或装配工厂，委托PCB SHOP生产空板（Bare Board）时，必须提 供下列数据以供制作。见表料号数据表-供制前设计使用.
上表数据是必备项目，有时客户会提供一片样品,一份零件图，一份保证书（ 保证制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物质）等。这些额外数据， 厂商须自行判断其重要性，以免误了商机。
B. RS-274D 是Gerber Format的正式名称，正确称呼是EIA STANDARD RS-274D
(Electronic Industries Association)主要两大组成：1.Function Code： 如G codes, D codes, M codes等。2.Coordinate data：定义图像(Imaging）
Text file文本文件
5.钻孔资料 6.钻孔工具档
定义:A:孔位置,B:孔号,C:PTH & NPTH D:盲孔或埋孔层
定义:A:孔径,B:电镀状态,C:盲埋孔 D:檔名
Excellon Format Text file文本文件
list资料
定义线路的连通
IPC-356 or其它从CAD输出之各种 格式
8.制作规范
1.指明依据之国际规格,如IPC,MIL 2.客户自己PCB进料规范 3.特殊产品必须meet的规格如PCMCIA
Text file文本文件
B.原物料需求（BOM-BillofMaterial） 根据上述资料审查分析后，由BOM的展开，来决定原物料的厂牌、种类及 规格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、胶片（Prepreg）、铜 箔（Copper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等 。另外客户对于Finish的规定,将影响流程的选择,当然会有不同的物料需 求与规格，例如：软、硬金、喷钖、OSP等。 表归纳客户规范中，可能影响原物料选择的因素。
X0104Y0084D01* D11*
移至(1.04,0.84),快门开关 选择Aperture 2
D03* D12* X0104Y0048D02*
闪现所选择Aperture 选择Aperture 3 移至(1.04,0.48),快门开关
D03* X0064Y0048D02*
D03*
闪现所选择Aperture 移至(0.64,0.48),快门开关 闪现所选择Aperture
2.2.相关名词的定义与解说
A Gerber file 这是一个从PCB CAD软件输出的数据文件做为光绘图语言。1960年代一家名
叫Gerber Scientific（现在叫Gerber System）专业做绘图机的美国公司所发 展出的格式，尔后二十年，营销于世界四十多个国家。几乎所有CAD系统的发展 ，也都依此格式作其Output Data，直接输入绘图机就可绘出Drawing或Film， 因此Gerber Format成了电子业界的公认标准。
C. RS-274X 是RS-274D的延伸版本，除RS-274D之Code以外，包括RS-274X Parameters
，或称整个extended Gerber format它以两个字母为组合，定义了绘图过程的 一些特性。
D. IPC-350
IPC-350是IPC發展出來的一套neutral format,可以很容易由PCB CAD/CAM產生,然後依此系統,PCB SHOP再產生NC Drill Program,Netlist,並 可直接輸入Laser Plotter繪製底片.
2.3.3 著手設計
所有資料檢核齊全後，開始分工設計：
A. 流程的決定(Flow Chart) 由資料審查的分析確認後，設計工程師就要 決定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分:內層製作和 外層製作.以下圖示幾種代表性流程供參考.見圖2.3 與 圖2.4
多层盲/埋孔制程
图2.3 图2.4