pcb生產(chǎn)技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

1、PCB生產(chǎn)技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì) 1 推動(dòng)PCB技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的主要?jiǎng)恿呻娐罚↖C）等元件的集成度急速發(fā)展，迫使PCB向高密度化發(fā)展。從目前來(lái)看，PCB高密度化還跟不上IC集成度的發(fā)展。如表1所示表1。 年 IC的線寬 PCB的線寬 比 例 1979 導(dǎo)線3m 300 m 1100 2000 0、18m 10030m 156o 1170 2010 0、05m 10m(HDI/BUM?) 1200 注：導(dǎo)通孔尺寸也隨著導(dǎo)線精細(xì)化而減小，一般為導(dǎo)線寬度尺寸的35 倍組裝技術(shù)進(jìn)步也推動(dòng)著PCB走向高密度化方向表2組裝技術(shù)通孔插裝技術(shù)（THT）表面安裝技術(shù)（SMT）芯片級(jí)封裝（CSP） 系統(tǒng)封裝 代表器件

2、DIPQFPBGABGA元件集成 代表器件 I/o數(shù)16643230412116001000？ 信號(hào)傳輸高頻化和高速數(shù)字化，迫使PCB走上微小孔與埋/盲孔化，導(dǎo)線精細(xì)化，介質(zhì)層均勻薄型化等，即高密度化發(fā)展和集成元件PCB發(fā)展。 特性阻抗空控制 RFI EMI世界主導(dǎo)經(jīng)濟(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)（信產(chǎn)業(yè)等）的迅速發(fā)展，決定做著PCB工業(yè)在21世紀(jì)中的發(fā)展讀地位和慎重生產(chǎn)力。世界主導(dǎo)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展 20世紀(jì)80年代90年代21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)工業(yè)經(jīng)濟(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)美國(guó)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)走在最前面的國(guó)家。所以在2000年占全球PCB市場(chǎng)銷售量的45%，左右著PCB工業(yè)的發(fā)展與市場(chǎng)。隨著其他國(guó)家的掘起，特別是中國(guó)和亞洲國(guó)家的發(fā)展（中國(guó)科

3、技產(chǎn)值比率占3040%，美國(guó)為7080%）美國(guó)的“超級(jí)”地位會(huì)削弱下去。（3）中國(guó)將成為世界PCB產(chǎn)業(yè)的中心，23年后，中國(guó)大陸的PCB產(chǎn)值由現(xiàn)在的11%上升20%以上。2PCB生產(chǎn)技術(shù)的主要進(jìn)步與發(fā)展趨勢(shì)。自PCB誕生以來(lái)（1903年算起100年整），以組裝技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展可把PCB工業(yè)已走上了三個(gè)階段。而PCB生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步一直圍繞著“孔”、“線” 、“層” 、和“面”等而發(fā)展著。2.1 PCB產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展和進(jìn)階段2.1.1 導(dǎo)通孔插裝技術(shù)（THT）用PCB產(chǎn)品 （1）主要特點(diǎn)：通孔起著電氣互連和政治字支撐元件的作用通孔尺寸受到限制，應(yīng)0.8mm。原因元件的引腳剛性要求 自動(dòng)插裝

4、要求以多角形截面為主，提高剛性降低尺寸 . （2）高密度化：通孔尺寸受到元件引腳尺寸限制，不能好象懷想風(fēng)向換很小。導(dǎo)線的L/S細(xì)小化，最小達(dá)到0.1mm，大多在0.20.3mm。 增加層數(shù)，最多達(dá)到64層。但孔化，特別是電鍍的困難。2.1.2表面安裝技術(shù)（SMT）用PCB產(chǎn)品 主要特點(diǎn)：通孔僅起電氣互連作用，即孔徑可盡量?。ūＷC電性能下）；PCB產(chǎn)品共面性能要求，即PCB板面翹曲度要小，焊盤表面共面性要好。高密度化（主要）： 導(dǎo)通孔經(jīng)尺寸迅速走向微小化。 由0.80.50.30.20.150.10（mm）加工方法由數(shù)控鉆孔激光鉆孔。 埋/盲孔的出現(xiàn) 不需要連接的層，不通過(guò)導(dǎo)通孔 不設(shè)隔離盤 提

5、高布線自由度。 縮短導(dǎo)線或孔深 提高密度至少1/3。 改善電器性能。盤內(nèi)孔結(jié)構(gòu)的誕生。由“狗骨”結(jié)構(gòu)盤內(nèi)連接，節(jié)省連線，同樣達(dá)到 之 目的板面平整度：PCB整體板面共面性程度，或翹曲度和板面上焊盤的共面性。PCB翹曲度高了，由1%0.7%0.5%元器件貼裝要求。焊（連接）盤共面性。高密度化，焊盤上平面性的重要性越高。由HAL（或HASL）OSP，化學(xué)Ni/Au，Ag,Sn等。2.1.3芯片級(jí)封裝（CSP）用PCB產(chǎn)品主要特點(diǎn)：HDI/BOM板集成元件的HDI板高密度化：孔，線，層，盤等全面走向高密度化 導(dǎo)通孔走向150um。 導(dǎo)線的L/S80um。介質(zhì)層厚度80um。焊直徑盤300um。 （3

6、)板面平整度：板面不平整度（指高密度基板，如150150mm2的尺寸）以m計(jì)。 30m20m10m5m。 2 導(dǎo)通孔急速走向微小化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化 （1）導(dǎo)通孔的作用電器互連和支撐元器件兩個(gè)作用僅電器互連作用。 （2）導(dǎo)通孔尺寸微小化 0.80.50.30.20.10.050.03（mm） 機(jī)械（數(shù)控）鉆孔 | 激光成孔導(dǎo)通孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。 全通孔埋/盲孔/通孔盤內(nèi)孔，埋/盲孔HDI/BUM導(dǎo)通孔微小化的加工方法機(jī)械鉆微小孔 （A）提高鉆床主軸的轉(zhuǎn)速n。 大孔小孔時(shí)， 孔壁切削速度V 1=2R1 n1 2=2R2n2.小孔轉(zhuǎn)速n2 （得到同樣生產(chǎn)率和同樣質(zhì)量孔的話）. n2.= n1R1/ R2.根

7、本出路提高主軸轉(zhuǎn)速68萬(wàn)轉(zhuǎn)/分1012萬(wàn)轉(zhuǎn)/分1618萬(wàn) 轉(zhuǎn)/分25萬(wàn)轉(zhuǎn)/分。（B）提高數(shù)控鉆床的穩(wěn)定性。 整個(gè)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)夾鉆頭部分轉(zhuǎn)動(dòng)。m，降低動(dòng)能1/2 mv2 18磅16盎司。 臺(tái)面移動(dòng)：由絲桿傳動(dòng)（慢且磨損）線性馬達(dá)移動(dòng)（特穩(wěn)定）。（C）改進(jìn)微小鉆頭改進(jìn)微小鉆頭組成：o和WC比例改變。韌性。減小WC的粒度，由m.m.5m. (D)常規(guī)E玻纖布基材扁平(MS或LD)E-玻纖布基材.采用單絲排列原理形成的扁平E-玻纖布.共有均勻玻纖密度和樹脂密度的介質(zhì)層基材. (E)降低孔壁粗造度:孔密度化和CAF等要求. 常規(guī)孔壁粗造度4050m2025m1015m.激光鉆孔技術(shù).激光成孔技術(shù)的出現(xiàn)機(jī)械鉆

8、孔面臨挑戰(zhàn). *鉆孔能力100m. *生產(chǎn)率低 *成本高(特別是鉆孔).激光波長(zhǎng)與被吸收 *光波分布 *銅、玻纖布和樹脂對(duì)波長(zhǎng)的吸收.激光成孔類型. * CO2激光成孔. 200m100m50m30m* UV激光成孔 CO2 激光成孔UV激光成孔 * 混合激光成孔 混合激光成孔 （B）CO2激光成孔 連接機(jī)械鉆孔，100200m孔為最佳加工范圍。 成孔原理：*波長(zhǎng)為10.6m 9.4m 紅外波長(zhǎng)。 *熱效率、燒蝕之、熱加工 優(yōu)缺點(diǎn)： *功率大、生產(chǎn)率高。 *易存殘留物和引起下面連接盤分離，不能加工銅金屬 等 *光束直徑大，適宜加工大孔徑（100200m）。 （C）UV激光成孔 適于連接CO2激

9、光成微孔（100m） 成孔原理 *波長(zhǎng) 355nm 266nm *破壞結(jié)合鍵（金屬鍵、公價(jià)鍵、離子鍵）冷加工。 優(yōu)缺點(diǎn)： *適宜于更小的微孔如100m孔，成本高，效率低 （D）CO2激光和UV激光的優(yōu)缺點(diǎn)（表3所示） 表3項(xiàng) 目CO2激光成孔UV激光成孔 蝕孔機(jī)理熱加工(燒蝕,需O2氣)冷加工(破壞結(jié)構(gòu)鍵) 敷開窗口是不要 蝕孔功率大小 發(fā)射波長(zhǎng)長(zhǎng)(10.6 、9.4m)短(0.355或0.266m) 加工微小孔尺寸大(80m)小(100m) 加工厚徑比小C0.5大C1.0 加工銅箔需氧化處理后的薄銅箔是 加工玻纖布扁平E玻纖布是 去鉆污處理是可不要 生產(chǎn)率 孔徑100m高低 孔徑100m低高

10、 生產(chǎn)成本 孔徑100m低高 孔徑1/3）；縮小板的尺寸或?qū)訑?shù)；改善了電氣性能和可靠性等。一般采用多次鉆孔，孔化電鍍和層壓等的順序?qū)訅悍▉?lái)制造埋/盲孔多層板：其次是注意或采用填充埋孔問(wèn)題（充值度應(yīng)75%）。2.4.4HDI/BUM板。20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)并發(fā)展起來(lái)的HDI/BUM板，現(xiàn)已成熟并量產(chǎn)化生產(chǎn)階段。已占PCB總產(chǎn)值12.7%(2001年)。2006年約占40%之多。 有芯板的HDIBUM芯板上積層以RCC來(lái)形成以MS布來(lái)形成以AGSP方法來(lái)形成以ALIVH方法來(lái)形成 無(wú)芯板的HDI/BUM板目前有三種類型：ALIVH技術(shù)（無(wú)需孔化、電鍍）B2It技術(shù)（無(wú)需鉆孔、孔化、電鍍）PALA

11、P（patterned prepreg lay up process）方法（熱塑性屬環(huán)保型） 特點(diǎn)：工藝過(guò)程縮短，但互連電阻大。非萬(wàn)能型的產(chǎn)品。2.4.5集成元件印制板目前僅埋入無(wú)源元件，又稱埋入無(wú)源元件印制板，或“埋入什么就稱謂什么”。如埋入平面電容印制板等。 無(wú)源元件使用量急劇的增加。 埋入無(wú)源元件的優(yōu)點(diǎn)。 集成無(wú)源元件PCB類型與結(jié)構(gòu)。2.4.6多層板層間對(duì)位度 層間對(duì)位度誤差的來(lái)源。底片方面基板方面定位方面 層間對(duì)位度的改進(jìn) 消除底片帶來(lái)的偏差 A玻璃底片 B激光直接成像 減小基材引起的尺寸偏差 A解決基材內(nèi)的殘面應(yīng)力和充分固化 B SPC統(tǒng)計(jì)，尺寸變化分檔應(yīng)用 CHJ 附加定位槽定來(lái)

12、限制基材尺寸變化 改進(jìn)定位系統(tǒng)，光與機(jī)械定位相結(jié)合。 層間電器互連 高厚徑比（8:1）和微盲孔等應(yīng)采用脈沖電鍍2.4.7高頻信號(hào)和高速數(shù)字化信號(hào)的傳輸用高密度多層板方面 應(yīng)注意解決三個(gè)主要問(wèn)題：特性阻抗值控制問(wèn)題 除了材料介電常數(shù)外，應(yīng)控制好介質(zhì)層厚度、導(dǎo)線寬度和厚度。甚至阻焊厚度和鍍Ni層厚度的影響。注意PCB在制板加工過(guò)程引起CAF問(wèn)題。除了材料會(huì)引起CAF問(wèn)題，高密度化加工引起CAF將越來(lái)越嚴(yán)重。特別是孔孔之間的CAF問(wèn)題，鉆孔的質(zhì)量和粗糙度已經(jīng)突出起來(lái)。 走向集成元件多層板是下一步出路。2.5連接（焊）盤表面涂覆技術(shù)與發(fā)展 表面涂覆可分為非電氣連接的阻焊膜涂覆和電氣連接用涂覆兩大類。前

13、者屬于表 面保護(hù)性涂覆。如起阻焊（防止導(dǎo)線之間、盤間和線盤之間搭焊）和三防（防潮、防腐蝕和防霉）為主的作用，后者屬于連接盤上的可焊性（或粘結(jié)性）的表面涂覆，如焊盤銅表面防氧化，可焊性等的涂覆。下面內(nèi)容僅限于后者。2.5.1熱風(fēng)整平 HAL或HASL具有優(yōu)良的可焊性，其組成（Sn/Pb=63/37）和厚度（57m35m）可控，因而在可焊性焊盤上涂覆占有絕對(duì)地位（90%于是以上）。但是，由于THT走向SMT后，加上高密度化發(fā)展，特別是焊盤（墊）迅速走向精細(xì)化便受到了挑戰(zhàn)，其占有率迅速下降下來(lái)，目前約占50%左右。HASL會(huì)形成龜背現(xiàn)象，威脅著焊接可靠性。因?yàn)槿廴诘暮噶暇哂写蟮谋砻鎻埩?。薄的Sn/P

14、b層會(huì)形成不可焊層（2m時(shí)，會(huì)形成Cu3Sn）。只有形成Cu6Sn5或Sn/Pb才是可焊性的2.5.2有機(jī)可焊性保護(hù)劑（OSP） 機(jī)理。新鮮Cu表面與烷基苯咪唑（ABI）絡(luò)合成0.30.5um厚度的牢固化合物，并具有很高的熱分解溫度（300）。 工藝流程（略） 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：很好的薄而平的平整度；工藝簡(jiǎn)便、易于操作與維護(hù)、且環(huán)境友好；成本低廉。缺點(diǎn)：容易損傷；多次可焊性差；存儲(chǔ)周期較短2.5.3化學(xué)鍍鈀化學(xué)鍍上0.30.6m的Pd層，其優(yōu)點(diǎn)：高溫焊接穩(wěn)定性好。不與焊料接觸時(shí)，可經(jīng)過(guò)多次焊接溫度。在焊接時(shí)，焊料中熔解度僅為金的1/65。同時(shí)，熔入焊料中的Pd不與焊料作用而漂浮在焊料表面上而保護(hù)焊料

15、。而金會(huì)熔入焊料中形成脆性的AuSn4合金，影響焊接可靠性。起著阻檔層作用。2.5.4 鍍覆Ni/Au層PCB連接盤（墊）涂覆Ni/Au層功用有三種類型2.5.4.1 插件板插接部位鍍Ni/Au（金手指）一般采用電鍍Ni/Au。屬耐磨硬金。先電鍍57m（現(xiàn)為35m）Ni層。再鍍上1.53m現(xiàn)為0.1 1.3m的 硬 金特點(diǎn) Ni層為阻擋層（隔離開Cu與Au）， Au層為電氣互連外，具有耐磨特性，屬硬金和低應(yīng)力之特點(diǎn)。2.5.4.2高溫焊接用焊盤上的Ni/ Au。 目前大多采用化學(xué)鍍Ni/沉Au（EN/IG）。 化學(xué)鍍Ni層為36m厚度，沉Au厚度為0.O50.15m（目前大多數(shù)為0.020.0

16、5m）。 特點(diǎn)：Ni除作阻檔層外，還用來(lái)與焊料起焊接作用；Au層僅起保護(hù)Ni層表面不氧化作用。焊接時(shí)Au會(huì)熔入焊料中，并會(huì)形成脆性的AuSn4化合物，應(yīng)控制Au含量，Au在焊點(diǎn)中超過(guò)3%重量會(huì)影響焊點(diǎn)可靠性2.5.4.3金屬絲搭接（Wire bonding）用焊盤上鍍Ni/Au 鍍Ni層35m厚度，鍍Au層0.52.0m厚度。 金屬絲（金絲或 Al絲）搭接（WB）是在Au層上形成焊接的。2.5.5化學(xué)鍍銀少量Au和Sn可形成低共熔點(diǎn)化合物：即重量比Ag/Sn=3.5/96.5,熔化溫度為221，所以化學(xué)鍍Ag有利于無(wú)Pb焊接?；瘜W(xué)鍍0.13m（目前大多數(shù)為0.05m）A厚度，既能很好保護(hù)銅表面

17、，又具有好的可靠性。化學(xué)鍍Ag溶液中加入添加劑，使沉積Ag層中也含有13%的添加劑，可防止氧化和離子遷移問(wèn)題。避免與硫（或硫化物，會(huì)發(fā)黑），與鹵素（或鹵化物，會(huì)發(fā)黃）接觸。從速處理（少與空氣接觸）用無(wú)硫紙包裝。2.5.6化學(xué)鍍錫Sn與Cu可形成低共熔點(diǎn)化合物，即重量比Uc/Sn=0.8/99.2,熔點(diǎn)為227C化學(xué)鍍錫有利于無(wú)鉛焊接?；瘜W(xué)鍍錫前焊盤上經(jīng)過(guò)新的調(diào)整劑處理清潔Cu表面使Cu表面形成能量均勻的等級(jí)，從而可形成同質(zhì)而致密的鍍Su層，為Sn厚度0.85m,可大大延緩Cu3Sn、Cu6Sn等IMC和SnOx（SnO、SnO2）的形成過(guò)程，可以多次通過(guò)高溫焊接（1001000以上。（已有20

18、00產(chǎn)品了）。 用于埋入電容上，今后數(shù)量會(huì)大量增加。2.6.3耐CAF或耐離子遷移之。 產(chǎn)生CAF是兩大方面：（一）CCL本身；（二）CCL的加工，隨著PCB高密度化， 這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越突出了，（孔與孔，線與線） 基材方法改進(jìn)：新型結(jié)構(gòu)玻纖布，常規(guī)E-玻纖布開纖布扁平布 耐CAF，弱強(qiáng)提高樹脂浸潤(rùn)性減小樹脂中的離子含量HH4 和Cl為主 CCL加工方面。 改進(jìn)鉆孔質(zhì)量：粗糙度由50m30m20m 改進(jìn)去鉆污條件與方法：重量損失控制在 0.20.3mg/cm2 或金相剖析來(lái)確定。2.6.4介質(zhì)層厚度均勻性和表面平整度。 介質(zhì)層厚度均勻性 介質(zhì)層厚度尺寸均勻性，尺寸（厚度）偏差要小。10%5% 介質(zhì)

19、層內(nèi)部結(jié)構(gòu)（厚度）均勻性即增強(qiáng)材料和樹脂分布均勻性，常規(guī)玻纖布開纖布扁平布。 介質(zhì)層表面平整度。 常規(guī)E玻纖布會(huì)造成“結(jié)點(diǎn)”和“空格子”現(xiàn)象，充填樹脂固化后會(huì)形成不平的表面，影響精細(xì)導(dǎo)線的生產(chǎn)與制造。2.6.6 特種CCL材料 高導(dǎo)熱性CCL材料金屬基CCL材料：銅；鋁；殷鋼；鉬板；炭素板等。在介質(zhì)中加入導(dǎo)熱性絕緣材料，正在開發(fā)中。 平面無(wú)源元件用CCL材料平面電容用CCL材料平面電阻用CCL材料平面電感用CCL材料（很少應(yīng)用）2.6.7扁平（MS）E玻纖布材料。扁平E玻纖布結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)項(xiàng) 目常規(guī)E玻纖布材料開纖布材料扁平布材料 介質(zhì)層內(nèi)部均勻性 差好 圖 形 隆 起 大小 樹 脂 裂 紋 可能不會(huì) 激光加工性 差好 尺寸穩(wěn)定性 差好 積層項(xiàng) 目RCC材料常規(guī)E玻纖布材料扁平布材料 介質(zhì)層內(nèi)部均勻性好差好 圖 形 隆 起大中小 樹 脂 裂 紋可能不多不會(huì) 激光加工性好可用優(yōu) 尺寸穩(wěn)定性差好優(yōu) 積層層數(shù)12層中多 扁平E玻纖布的優(yōu)點(diǎn)。適用于微小化孔的加工。機(jī)械加工。激光加工精細(xì)導(dǎo)線的加工。表面有好的平整度。好的精細(xì)導(dǎo)線陡直度。增加表面