PCB制作過程的計(jì)算機(jī)輔助制造處理技術(shù)CAM和光繪工藝介紹

PCB制作技術(shù)，包含計(jì)算機(jī)輔助制造處理技術(shù)，也即是CAD/CAM，還有光繪技術(shù)，光繪工藝的一般流程是：檢查文件一確定工藝參數(shù)一CAD文件轉(zhuǎn)Gerber文件一CAM處理和輸出。

一、計(jì)算機(jī)輔助制造處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）是根據(jù)所定工藝進(jìn)行各種工藝處理。前面所講的各項(xiàng)工藝要求，都要在光繪之前做出必要的準(zhǔn)備工作。比如鏡像、阻焊擴(kuò)大、工藝線、工藝框、線寬調(diào)整、中心孔、外形線等問題都要在CAM這道工序來完成。特別需要注意，用戶文件中間距過小地方，必須做出相應(yīng)的處理。

因?yàn)槊總€(gè)廠的工藝流程和技術(shù)水平各不相同，要達(dá)到用戶的最終要求，必須在制作工藝中做出必要的調(diào)整，以滿足用戶有關(guān)精度等各方面的要求。因此CAM處理是現(xiàn)代印制電路制造中必不可少的工序。

1．CAM所完成的工作

①焊盤大小的修正，合拼D碼。

②線條寬度的修正，合拼D碼。

③最小間距的檢查，焊盤與焊盤之間、焊盤與線之間、線條與線條之間。

④孔徑大小的檢查，合拼。

⑤最小線寬的檢查。

⑥確定阻焊擴(kuò)大參數(shù)。

⑦進(jìn)行鏡像。 、

⑧添加各種工藝線，工藝框。

⑨為修正側(cè)蝕而進(jìn)行線寬校正。

⑩形成中心孔。

⑩添加外形角線。

⑥加定位孔。

⑩拼版，旋轉(zhuǎn)，鏡像。

⑩拼片。

⑩圖形的疊加處理，切角切線處理。

⑩添加用戶商標(biāo)。

2．CAM工序的組織

由于現(xiàn)在市面上流行的CAD軟件多達(dá)幾十種，因此對于CAD工序的管理必須首先從組織上著手，好的組織將達(dá)到事半功倍的效果。由于Gerber數(shù)據(jù)格式已成為光繪行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，所以在整個(gè)光繪工藝處理中都應(yīng)以Gerber數(shù)據(jù)為處理對象。如果以CAD數(shù)據(jù)作為對象會帶來以下問題。

（1）CAD軟件種類太多，如果各種工藝要求都要在CAD軟件中完成，就要求每個(gè)操作員都要熟練掌握每一種CAD軟件的操作。這將要求一個(gè)很長的培訓(xùn)期，才能使操作員成為熟練工，才能達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)要求。這從時(shí)間和經(jīng)濟(jì)角度都是不合算的。

（2）由于工藝要求繁多，有些要求對于某些CAD軟件來講是無法實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)镃AD軟件是做設(shè)計(jì)用的，沒有考慮到工藝處理中的特殊要求，因而無法達(dá)到全部的要求。而CAM軟件是專門用于進(jìn)行工藝處理的，做這些工作是最拿手的。

（3）CAM軟件功能強(qiáng)大，但全部是對Getber文件進(jìn)行操作，而無法對CAD文件操作。

（4）如果用CAD進(jìn)行工藝處理，則要求每個(gè)操作員都要配備所有的CAD軟件，并對每一種CAD軟件又有不同的工藝要求。這將對管理造成不必要的混亂。

綜上所述，CAM組織應(yīng)該是以下結(jié)構(gòu)（尤其是大中型的企業(yè)）。

①所有的工藝處理統(tǒng)一以Gerber數(shù)據(jù)為處理對象。

②每個(gè)操作員須掌握CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Gerber數(shù)據(jù)的技巧。

③每個(gè)操作員須掌握一種或數(shù)種CAM軟件的操作方法。

④對Gerber數(shù)據(jù)文件制定統(tǒng)一的工藝規(guī)范。

⑤CAM工序可以相對集中由幾個(gè)操作員進(jìn)行處理，以便管理。

合理的組織機(jī)構(gòu)將大大提高管理效率、生產(chǎn)效率，并有效地降低差錯(cuò)率，從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。

二、光繪工藝

光繪工藝的一般流程是：檢查文件一確定工藝參數(shù)一CAD文件轉(zhuǎn)Gerber文件一CAM處理和輸出。

1．檢查文件

（1）檢查用戶的文件 用戶拿來的文件，首先要進(jìn)行如下檢查。

①檢查磁盤文件是否完好。

②檢查該文件是否帶有病毒，有病毒則必須先殺毒。

③檢查用戶數(shù)據(jù)格式。

④如果是Gerber文件，則檢查有無D碼表或內(nèi)含D碼（RS274-X格式）。

用戶提供的原始數(shù)據(jù)，通常的格式如下。

Gerber （RS274D&RS274X）；

HPGL1/2 （HP Graphic Layer）；

Dxf&Dwg （Autocad for Windows）；

Protel format（DDB＼pcb＼sch＼prj）；

Oi5000 （Orbotech output format）；

Excellon1/2 （drill\rot）；

IPC-D350 （netlist）；

Pads2000 （job）。

所以要能正確的分析出某個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式。特別是對Gerber中的RS274D的格式要深入了解，要分析和理解正確、標(biāo)準(zhǔn)的Aperture，對它們之間的關(guān)系作詳細(xì)的分析。有一點(diǎn)非常重要的是要仔細(xì)閱讀Ap eture文件，因?yàn)橛袝r(shí)會有一些特殊的情況出現(xiàn)，比如，有時(shí)用戶會提出把一個(gè) Aperture從圓形換成長方形、從長方形換成散熱盤等。如果打開Gerber的原始文件，會發(fā)現(xiàn)它的數(shù)據(jù)只有D碼與坐標(biāo)，因?yàn)閳D形文件由三部分組成：坐標(biāo)、大小、形狀，而Gerber文件中只有坐標(biāo)，所以需要另外兩個(gè)條件，如果接到的文件中有Apertuer文件，那么打開它，會發(fā)現(xiàn)其中有需要的數(shù)據(jù)，如果能將其很好的結(jié)合起來，那么將能讀人用戶的原始數(shù)據(jù)。

（2）檢查設(shè)計(jì)是否符合本廠的工藝水平

①檢查客戶文件中設(shè)計(jì)的各種間距是否符合本廠工藝，線與線之問的間距、線與焊盤之間的間距、焊盤與焊盤之間的間距，以上各種間距應(yīng)大于本廠生產(chǎn)工藝所能達(dá)到的最小間距。

②檢查導(dǎo)線的寬度，要求導(dǎo)線的寬度應(yīng)大于本廠生產(chǎn)工藝所能達(dá)到的最小線寬。

③檢查導(dǎo)通孔大小，以保證本廠生產(chǎn)工藝的最小孔徑。

④檢查焊盤大小與其內(nèi)部孔徑，以保證鉆孔后的焊盤邊緣有一定的寬度。

2．確定工藝參數(shù)

根據(jù)用戶要求確定各種工藝參數(shù)。工藝參數(shù)可能有如下幾種情況。

（1）根據(jù)后序工藝的要求，確定光繪底片是否鏡像

①底片鏡像的原則 為了減小誤差，藥膜面（即乳膠面）必須直接貼在感光膠的藥膜面。

②底片鏡像的決定因素 如果是網(wǎng)印工藝或干膜工藝，則以底片藥膜面貼基板銅表面為準(zhǔn)。如果是用重氮片曝光，由于重氮片拷貝時(shí)鏡像，所以其鏡像應(yīng)為底片藥膜面不貼基板銅表面。如果光繪時(shí)為單元底片，而不是在光繪底片上拼版，則需多加一次鏡像。

（2）確定阻焊圖形擴(kuò)大的參數(shù)

① 確定原則 阻焊圖形的增大以不露出焊盤旁邊的導(dǎo)線為準(zhǔn)；阻焊圖形的縮小以不蓋住焊盤為原則。由于操作時(shí)的誤差，阻焊圖形對線路可能產(chǎn)生偏差。如果阻焊圖形太小，偏差的結(jié)果可能使焊盤邊緣被掩蓋，因此要求阻焊圖形加大一些；但如果阻焊圖形擴(kuò)大太多，由于偏差的影響可能露出旁邊的導(dǎo)線。

② 阻焊圖形擴(kuò)大的決定因素 本廠阻焊工藝位置的偏差值，阻焊圖形的偏差值。由于各種工藝所造成的偏差不一樣，所以對應(yīng)各種工藝的阻焊圖形擴(kuò)大值也不同。偏差大的阻焊圖形擴(kuò)大值應(yīng)選得大些。板子導(dǎo)線密度大，焊盤與導(dǎo)線之間的問距小，阻焊圖形擴(kuò)大值應(yīng)選小些；板子導(dǎo)線密度小，阻焊圖形擴(kuò)大值可選得大些。

（3）根據(jù)板子上是否需要插頭鍍金（俗稱金手指）確定是否要增加工藝導(dǎo)線。

（4）根據(jù)電鍍工藝要求確定是否要增加電鍍用的導(dǎo)電邊框。

（5）根據(jù)熱風(fēng)整平（俗稱噴錫）工藝的要求確定是否要加導(dǎo)電工藝線。

（6）根據(jù)鉆孔工藝確定是否要加焊盤中心孔。

（7）根據(jù)后序工藝確定是否要加工藝定位孔。

（8）根據(jù)板子外型確定是否要加外形角線。

（9）當(dāng)用戶高精度板子要求線寬精度很高時(shí)，要根據(jù)本廠生產(chǎn)水平，確定是否進(jìn)行線寬校正，以調(diào)整側(cè)蝕的影響。

3．底版的光繪制作一輸出

由于許多印制板廠家都不把光繪機(jī)繪制的底片直接用于成像生產(chǎn)，而是用它來翻拍工作底片，這里我們把光繪底片稱之為底版。在新開始光繪之前，首先要調(diào)整光繪機(jī)的各參數(shù)，使之處于適宜的工作狀態(tài)。

（1）光繪機(jī)參數(shù)的設(shè)置

① 光源強(qiáng)度的設(shè)置 在光繪過程中，如果光源強(qiáng)度過高，則繪制的圖形會出現(xiàn)光暈；如果光源的強(qiáng)度過低，則繪制的圖形會曝光不足，因此無論是矢量光繪機(jī)還是激光光繪機(jī)都存在一個(gè)光強(qiáng)調(diào)節(jié)問題。在高檔的光繪機(jī)中設(shè)置有一個(gè)光強(qiáng)檢測電路，當(dāng)光強(qiáng)不足時(shí)，光繪機(jī)將拒絕工作或快門不打開，并且將錯(cuò)誤提示在屏幕上。有時(shí)激光光繪機(jī)繪制過的底片一點(diǎn)也沒有曝光的跡象，就是由于光強(qiáng)不足所致。通?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)發(fā)光器件的電壓來控制光源的強(qiáng)度，每當(dāng)更換一次發(fā)光器件或更換一次顯影液之后，應(yīng)用光繪試驗(yàn)片來檢查光強(qiáng)是否適當(dāng)。

②光繪速度的調(diào)節(jié) 光繪機(jī)，特別是矢量光繪機(jī)，其繪圖的速度也是影響繪片質(zhì)量的重要因素。在矢量光繪機(jī)劃線時(shí)，若繪圖速度過快，即光束在底片上停留時(shí)間過短，則會產(chǎn)生曝光不足現(xiàn)象；若繪圖速度過慢，即光束在底片上停留時(shí)間過長，則會曝光過度出現(xiàn)光暈現(xiàn)象。不僅光繪速度會影響繪片效果，而且光繪時(shí)的加速度和曝光時(shí)快門打開和關(guān)閉的延遲時(shí)間都會對結(jié)果有影響，這些參數(shù)也需認(rèn)真調(diào)節(jié)。

③ 光繪時(shí)底片的放置 由于各種外界因素的變化，光繪底片會發(fā)生微小的伸縮變形，一般情況下它對印制電路板的加工不會產(chǎn)生多大的影響，但有時(shí)也會使底片不能用。因此，除了盡量消除外界環(huán)境因素的影響外，在光繪操作時(shí)也應(yīng)加以注意。在放置底片時(shí)，應(yīng)盡量保證要繪制的同一印制電路圖不同層（如元件面和焊接面）的 X、y方向和一張底片的X、y方向是一致的，這樣變起形來多少有點(diǎn)同一性。對有些精度不是很高的光 繪機(jī)，繪片時(shí)盡可能從繪圖臺面的原點(diǎn)開始，繪制同一電路不同層次的圖形時(shí)，盡量在臺面的相同坐標(biāo)范圍上，放置底片時(shí)也相應(yīng)要加以注意。另外，放底片時(shí)應(yīng)保持底片的藥膜面朝上對著光源，以減小底片介質(zhì)對光的衍射作用。

④底片臺面的保養(yǎng) 繪圖臺面（或弧面）的清潔平整是繪圖質(zhì)量的重要保證，在底片的臺面（弧面）上除了需繪制的底片外不應(yīng)有其他物品，也不要劃傷工作面，真空吸附底片的小孔應(yīng)保持暢通，這樣才能繪出高精度的底片。

（2） 圖形底版的繪制 當(dāng)光繪處于正常工作狀態(tài)時(shí)它通過磁盤、RS232口或磁帶（目前磁帶方式已很少采用）輸入光繪數(shù)據(jù)，然后就在底片上繪出這些數(shù)據(jù)所描述的圖形。事實(shí)上，在光繪機(jī)上除了簡單的操作外，并不需要做更多的工作，光繪圖形的大量工作是在光繪文件的產(chǎn)生和處理方面。

①線路片的繪制 一般只需對審查合格的設(shè)計(jì)圖形直接生成光繪數(shù)據(jù)，把光繪數(shù)據(jù)輸入光繪機(jī)即可。通常線路片應(yīng)是1：1的，對于某些比

較復(fù)雜的電路，應(yīng)注意光繪底片上的圖元尺寸與設(shè)計(jì)值的誤差是否會給生產(chǎn)造成影響，如果有影響，應(yīng)修改設(shè)計(jì)的圖元尺寸以彌補(bǔ)光繪值的偏差。

②阻焊片的繪制 對阻焊片要求比線路片低，但根據(jù)不同的工藝要求，阻焊片的焊盤應(yīng)比線路片放大一些，在生成阻焊片的光繪數(shù)據(jù)就應(yīng)加以注意。

③字符片的繪制 對字符片的要求稍低一些，不過由于器件的字符往往是布局時(shí)隨著器件從庫中調(diào)出來的，其字符的大小，構(gòu)成字符的線寬往往參差不齊。有的字符太小，用油墨印出時(shí)會模糊不清；有的線太細(xì)，絲印效果也不好，這就要求在生成字符的光繪文件前對字符進(jìn)行認(rèn)真檢查，在生成字符的光繪文件時(shí)，盡量把字符的線寬歸并為一種或幾種，使之符合工藝要求。

④鉆孔片的繪制 一般情況下并不需要繪制鉆孔底片，但有時(shí)為了更好地檢驗(yàn)鉆孔情況或清楚地區(qū)分孔徑，也可以繪一張鉆孔片。對于矢量光繪機(jī)，在繪制區(qū)分孔徑的鉆孔時(shí)，應(yīng)考慮到節(jié)省光繪時(shí)間，即生成光繪數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意采用簡單的符號來標(biāo)識孔徑。

⑤ 大面積覆銅的電源、地層的繪制 對于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的電源、地層，按照設(shè)計(jì)繪制的底片與印制板上圖形是相反的，也就是說底片上沒曝光的部分才是銅箔，而底片上有圖形的部分在印制板上是隔離部分，沒有銅層。由于工藝的需要，在繪制電源、地層時(shí)，隔離盤應(yīng)比線路層的焊盤大一些，對于與電源或地層相連接的孔，最好不要什么都不繪，而應(yīng)繪出專門的花焊盤，這不僅僅是保證可焊性的問題，更重要的是有利于底片的檢查，哪個(gè)位置有孔、哪個(gè)位置無孔，哪個(gè)孔接電源或接地，一目了然。

⑥鏡像繪片 由于在印制電路板成像工序中需要將底片的藥膜面（圖形面）貼在印制板銅箔附著的干膜上。因此在繪片時(shí)就應(yīng)考慮到圖形的相位（即圖形面的正反）問題，不提倡通過把底片的藥膜面反放來實(shí)現(xiàn)調(diào)圖形相位的方法，而且當(dāng)幾個(gè)小圖形繪在一張大底片上時(shí)，用此方法也不能使它們的相位不同，應(yīng)當(dāng)在生成光繪數(shù)據(jù)文件時(shí)就加以注意。一般情況下，由于在用底片成像前需要翻一次片，因此對印制電路板的單數(shù)層（1、3、5、…、層）圖形，生成的光繪數(shù)據(jù)應(yīng)該為正相位，面對雙數(shù)層圖形，生成的光繪數(shù)據(jù)所描述的圖形應(yīng)該為鏡像圖形。如果直接用光繪底片進(jìn)行印制板成像加工，則前面說的相位應(yīng)反過來。

⑦圖形層次的標(biāo)識標(biāo)識出底片圖形所對應(yīng)的印制板層次相當(dāng)重要，例如一個(gè)最簡單的單面板，如果不標(biāo)識出圖形所在的面（層），可能會把焊接面做成元件面，到頭來將會導(dǎo)致器件不好安裝，雙面板及多層板更是如此。有的印制板輔助設(shè)計(jì)軟件可以生成光繪文件時(shí)自動加上圖形所在的層次，這無疑帶來許多方便。但在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)，首先是印制電路布線時(shí)的層次是否就是加工所安排的層次；其次，設(shè)計(jì)時(shí)圖形的零點(diǎn)往往遠(yuǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)，而自動加上的層次標(biāo)記是在坐標(biāo)原點(diǎn)附近，這樣在層次標(biāo)記與圖形之間會有很大的間隔，這不僅會影響標(biāo)識的效果，而且會造成底片的浪費(fèi)。

⑧光圈的匹配 無論是矢量光繪機(jī)還是激光光繪機(jī)，都存在光圈匹配問題。如果設(shè)計(jì)圖形中用的是40mil的焊盤，而光繪時(shí)用50mil的光圈，顯然繪出的圖形會有差異，但是由于在圖形設(shè)計(jì)時(shí)圖元（線段、焊盤）的尺寸可以隨便制定，因此若要求光繪機(jī)的光圈與之完全相符，對于矢量光繪機(jī)來說是做不到的，對于激光光繪機(jī)來說也是麻煩的，而且從加工角度來看大都沒這個(gè)必要，就是做到了光圈完全相配，由于聚焦及顯影等因素的影響，繪出底片上的圖元尺寸還是會與設(shè)計(jì)值有一點(diǎn)差別。因此，在實(shí)際的處理過程中只要加工工藝允許，完全可以選用現(xiàn)有的光圈（對矢量光繪機(jī)）或已設(shè)置好的光圈（對激光光繪機(jī)）。在許多時(shí)候用50mil的光圈去對應(yīng)46mil或55mil的設(shè)計(jì)值，甚至用60mil的光圈去對應(yīng)40mil的設(shè)計(jì)值都是允許的。