PCB工藝與技術

1、PCB生產(chǎn)過程與技術1PCB 分類、特點和地位（用途）1.1PCB 分類可按 PCB 用途、基材類型、結(jié)構(gòu)等三種來分類，一般采用 PCB 結(jié)構(gòu)來分類。1.1.1剛性 PCB單面 PCB。雙面 PCB多層 PCB常規(guī)多層 PCB埋/盲孔多層 PCB積層（HDI/BUMPCBA 有“芯板”的積層 PCBB 無“芯板”的積層 PCB1.1.2撓性 PCB隨著撓性 PCB（FPC）應用領域迅速擴大，撓性印制板已最快速度發(fā)展著。單面 FPC雙 FPC多層 FPC1.1.3剛-撓性 PCB這是指由剛性部分和撓性部分共同組成的 PCB 剛性部分主要用于焊接或組裝元器件，而撓性部分主要起著剛性部分之間的連接、

2、信號傳輸和可撓曲性機械安裝的作用。剛性部分主要為剛性多層板結(jié)構(gòu)，但中間夾入撓性部分，通過層壓、鉆孔和孔化與電鍍等形成剛性部分與撓性部分之間連接。撓性部分由撓性板組成。為了保持可撓曲性機械安裝，撓性部分大多為單、雙面撓性板或多組的單、雙面撓性板等組成。1.1.4特種 PCB這是指高頻微波 PCB 金屬基（芯）PCm 某些特殊 PCB 而言的。高頻微波 PCB這是指應用于高頻（頻率大于 300MH 迎波長小于 1 米）與微波（頻率大于 3G或波長小于 0.1 米）領域的 PCB 其主要要求如下。低介電常數(shù)r 的基材。A 聚四氟已烯（PTFE 又稱 Teflon,其 er=2.1,形成 CCL 的r

3、 為 2.6 左右。B“空氣珠”或“微泡”結(jié)構(gòu)的 CCL 材料，其r 為 1.15S1.35 之間（Arlon 公司）。低介質(zhì)損耗角正切 tanB。PTFE 基材的 tanB 為 0.002,僅為 FR-4 的 1/10。金屬基（芯）PCB 在組裝有大功率組件的 PCB 內(nèi)埋入金屬板，以提高導熱或散熱為主要目的（還有改善 CTE 和尺寸穩(wěn)定性等）的 PCB 所采用的金屬材料有：薄 Al 板；薄 Fe 板；薄 Cu板；殷鋼；鴇鋁合金。還有非金屬的炭素板等。其它特殊 PCB 如厚銅箔 PCB 復合材料 PC 斷口特大尺寸（面積或厚度等）PCB厚銅箔 PCB 這是指鍍通孔和導線的銅厚度 35s200

4、 之間的 PCB 主要應用于大電流通過的場合，如電源用的 PCBo復合材料 PCB 這是指不同材料壓合在一起的 PCB 如把 PTFE 材料和 FR-4材料壓合在一起的 PCB 既解決了高頻信號傳輸問題，又解決了使用時的剛性與尺寸穩(wěn)定性問題。特大尺寸 PCB 這是指厚度很厚、面積很大的 PCB,如 600X800X。800X1800X12（mm 的背板或底板（又稱母板）。1.1.5集成元件 PCB這是指把無源元件（電阻、電容和電感等）、有源元件（各種集成電路等）分別或復合埋入到 PCB 內(nèi)部的產(chǎn)品。由于目前技術水平和發(fā)展過程的原因，目前主要是埋入無源元件的 PCB 為主，其工藝也比較成熟。埋入

5、無源元件 PCB為何要埋入無源元件到 PCB 內(nèi)部去呢？A 無源元件數(shù)量與有源元件數(shù)量比率越來越大。由（6s15）:1 上升到（15s33）:1,如手機的無源元件的數(shù)量已超過 500 只，而臺式電腦主板（奔騰 D）的無源元件數(shù)量已達 2000 只以上。這種增加趨勢還在繼續(xù)。B 促進 PCB 高密度化發(fā)展。如能埋入 50 嫩量的無源元件，則可使 PCB 板面縮小 25 蛆上。C 提高 PCBm 裝的可靠性。減少了大量的焊接。埋入無源元件受到“保護”，避免大氣中的濕氣、有害氣體、塵粒等侵蝕，性能穩(wěn)定。D 提高了 PCBfi 裝件的電氣性能。消除了無源元件焊接所形成的大量回路，及其引起的寄生效應。減

6、少無源元件功能失效率，提高無源元件功能穩(wěn)定性。埋入電阻 PCB 把電阻以平面形式埋入到 PCB 內(nèi)部的方法，以 CCL 電阻、網(wǎng)印油墨電阻、噴墨打印和燒結(jié)等工藝來形成。1埋入電容 PCB 把電容以平面形式埋入到 PCB 內(nèi)部的方法，同樣以 CCL 電容、網(wǎng)印油墨電容、噴墨打印和燒結(jié)等工藝來形成。2埋入電感 PCB 把電感以平面形式埋入到 PCB 內(nèi)部的方法。由于數(shù)量很少，加上電感較大，埋入效果不理想。3復合埋入無源元件 PCB 即同時埋入電阻和電容等的 PCBPCB 特點過去、現(xiàn)在和未來，PCB 之所以能越來越得到廣泛地應用，這是因為它有好多獨特的優(yōu)點，概括如下?？筛呙芏然?。100 多年來，P

7、CB 的高密度化是隨著集成電路集成度的提高和安裝技術的進步而發(fā)展著?？煽啃?。通過一系列標準和規(guī)定的檢查、測試和老化試驗等可保證 PCB 產(chǎn)品長期（使用期，一般為 20 年）而可靠地工作著。可設計性。對 PCB 產(chǎn)品的各種性能（電氣、物理、化學、機械等）的要求，可以通過設計標準化、規(guī)范化等來實現(xiàn) PC 眼計，時間短、效率高?？缮a(chǎn)性?？刹捎矛F(xiàn)代化生產(chǎn)管理，可進行標準化、規(guī)模（量產(chǎn)）化、自動化生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性?？蓽y試性。建立了比較完整的測試方法、測試標準、各種測試設備與儀器等來檢驗，并鑒定 PCB 產(chǎn)品的合格性和使用壽命?？山M裝性 PCB 產(chǎn)品既便于各種元件進行標準化組裝，又可以進行自動化

8、、規(guī)模化的組裝生產(chǎn)。同時，PC 環(huán)口各種元件組裝的部件還可以組裝形成更大的部件、系統(tǒng)，直至整機產(chǎn)品?？删S護性。由于 PCB 產(chǎn)品和各種元件組裝形成的部件是以標準化設計與規(guī)模化生產(chǎn)的，因而，這些部件也是標準化的。所以，一旦系統(tǒng)或整機發(fā)生故障，可以快速、方便、靈活地進行更換，迅速恢復工作。當然，還可以舉例說得更多些。如系統(tǒng)小型化、輕量化，消息傳輸高速化等。2.%2 .3PCB 地位在所有的電子工業(yè)領域中都離不開 PCB 產(chǎn)品，PCB 產(chǎn)品已成為三大電子元件一。其應用領域有五大方面。家用電子產(chǎn)品方面。如電視機、洗衣機、VCD 等?；宀牧?。主要采用紙基酚醛樹脂的單面板，少量采用紙基或玻纖布基環(huán)氧樹脂

9、的單、雙面板。主要特點：利潤低；靠量產(chǎn)。便攜式電子產(chǎn)品方面。如手機（移動電話）、攝象機、錄象機等?；宀牧希簞傂圆牧?FR-4、CEM-3；撓性材料 PI、PE 等。主要特點：高密度化（HDI）；量產(chǎn)化。高性能電子產(chǎn)品方面。如電腦、游戲機等基板材料：FR-4（或高 Tg 的 FR-4）、CEM-3 等。主要特點：高密度化（HDI）；量產(chǎn)化。超高性能電子產(chǎn)品方面。如超級（巨型）計算機、大型工作站等?；宀牧希築T 樹脂基材；PI 樹脂基材。主要特點：高密度化高層化；技術與工藝難度大，量少，昂貴（附加值局）。汽車領域電子產(chǎn)品方面。基板材料：剛性材料 FR-4、CEM-3,撓性材料 PI、PE 等。

10、主要特點：安全、可靠3.%2 PCB 生產(chǎn)工藝與技術PCB 原材料薄銅箔材料。FPC 用銅箔材料。采用高延展性銅箔，如冷軋的銅箔等，其厚度為 35wm（1OZ）、18m（1/2OZ）、12m（3/8OZ）、9m（1/40Z）、等。剛性 PCB 用銅箔材料。采用電鍍高延展性銅箔，其厚度為 35m18m12m9（1m 等。半固化片（粘結(jié)片）材料。一般是由玻纖布或紙和樹脂來組成的。常規(guī)半固化片。它是由常規(guī)玻纖布與樹脂形成的半固化片。扁平或特種半固化片。它是由扁平玻纖布（玻纖與樹脂均勻分布）與樹脂形成的，主要用于鉆微、激光蝕孔，精細導線制作等。剛性覆銅板（CCL 材料。它是由銅箔和半固化片于高溫高壓下

11、而形成的，可以形成不同類型與不同厚度的系列產(chǎn)品供客戶選用。FR-4 材料。這是由玻纖布（可用不同類型與活動厚度）與環(huán)氧樹脂形成的CCL 材料，是目前 PCBX 業(yè)應用最廣泛的材料。CEM-3 材料。芯料為玻纖紙半固化片、面料為玻纖布半固化片，然后在與銅箔形成的材料。它有利于機械沖切加工，價格也便宜些，但某些性能（如彎曲強度）比 FR-4 稍差。RCC 涂樹脂銅箔）材料。在處理過的銅箔表面上涂覆一定厚度樹脂形成（半固化狀態(tài)）的材料。應用于 HDI/BUM 板的激光形成微孔方面。其它方面材料。如 CEM-1 材料（芯料為纖維紙，面料為玻纖布），F(xiàn)R-1 與 FR-2（紙基酚醛樹脂）材料，F(xiàn)R-3（

12、紙基環(huán)氧樹脂）材料，還有 BT,PI,PTFE 等等形成的 CCL 材料。特種基板材料。如金屬基覆銅箔材料，陶瓷基覆銅板材料等。撓性覆銅板材料。撓性 CCL 的最大特點是介質(zhì)層中沒有增強材料，可成卷訂貨。主要有 PI 和 PE 兩種類型 CCL 其中 PI 的結(jié)構(gòu)有兩種。三層法。即由銅箔、粘結(jié)劑和 PI（或 PE）膜形成的撓性 CCL 其優(yōu)點是價格便宜。缺點是由于粘結(jié)劑層存在使結(jié)合力低，同時由于粘結(jié)劑往往是非阻燃性的而形成不阻燃的撓性 CCL兩層法。即由銅箔和 PI 膜形成的撓性 CCL2.2PCB工藝流程與技術印制電路板的工藝流程與技術可分為單面、雙面和多層印制板?，F(xiàn)以雙面板和最復雜的多層板

13、為例。常規(guī)雙面板工藝流程和技術。開料一鉆孔一孔化與全板電鍍一圖形轉(zhuǎn)移（成膜、曝光、顯影）一蝕刻與退膜一阻焊膜與字符一 HAL 或 OSPl?-外形加工一檢驗一成品開料-鉆孔-孔化-圖形轉(zhuǎn)移-電鍍-退膜與蝕刻-退抗蝕膜（Sn,或 Sn/pb）-鍍插頭-阻焊膜與字符-HAL 或 OSPl?-外形加工-檢驗-成品常規(guī)多層板工藝流程與技術開料-內(nèi)層制作-氧化處理-層壓-鉆孔-孔化電鍍 （可分全板和圖形電鍍） -外層制作-表面涂覆-外形加工-檢驗-成品（注 1）:內(nèi)層制作是指開料后的在制板-圖形轉(zhuǎn)移（成膜、曝光、顯影）-蝕刻與退膜-檢驗等的過程。（注 2）:外層制作是指經(jīng)孔化電鍍的在制板-圖形轉(zhuǎn)移（成膜

14、、曝光、顯影）-蝕刻與退膜等過程。（注 3）:表面涂（鍍）覆是指外層制作后-阻焊膜與字符-涂（鍍）層（如HALOSP 化學 Ni/Au、化學 Ag、化學 Sn 等等）。埋/盲孔多層板工藝流程與技術。一般采用順序?qū)訅悍椒?。即：開料一形成芯板（相當于常規(guī)的雙面板或多層板）一層壓一以下流程同常規(guī)多層板。（注 1）:形成芯板是指按常規(guī)方法造成的雙面板或多層板后，按結(jié)構(gòu)要求組成埋/盲孔多層板。如果芯板的孔的厚徑比大時，則應進行堵孔處理，才能保證其可靠性。積層多層板工藝流程與技術。芯板制作-層壓 RCC-激光鉆孔-孔化電鍍-圖形轉(zhuǎn)移-蝕刻與退膜-層壓 RCC-反復進行形成 a+n+b 結(jié)構(gòu)的集成印制板（H

15、DI/BUM 板）（注 1）:此處的芯板是指各種各樣的板，如常規(guī)的雙面、多層板，埋層板等等。但這些芯板必須經(jīng)過堵孔和表面磨平處理，才能進行積層制作。（注 2）:積層（HDI/BUM 多層板結(jié)構(gòu)可用下式表示。a+n+b/盲孔多a 一為一邊積層的層數(shù)，n 一為芯板，b 一為另一邊積層的層數(shù)。集成元件多層板工藝流程與技術。開料-內(nèi)層制作-平面元彳+制作-以下流程同多層板制作。（注 1）:平面元件以 CCL網(wǎng)印形式材料而采用。2.3PCB 僉驗與測試PCB 檢驗與測試是指 PCB 生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制、最終產(chǎn)品性能和使用期（壽命）可靠性等的檢驗與測試。PCB 生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的檢驗。物理方面檢驗。目檢：

16、采用人眼或 2X、10X 或更高倍數(shù)的工具顯微鏡以及其它工具（如檢孔鏡、背光裝置等）來觀測表面和孔內(nèi)表面質(zhì)量。AOI（自動光學檢查）和 SEM（掃描電子顯微鏡）等的檢查?；瘜W方面檢驗。常規(guī)化學分析。分析和控制各種溶液質(zhì)量（主要是組成或成分方面）。各種化學儀器。分析和控制各種溶液（主要是雜質(zhì)或污染方面）。PCB 產(chǎn)品性能的檢測外觀檢驗。通過目檢（含放大倍數(shù)）來觀測成品表面與尺寸的質(zhì)量電氣性能檢驗。通過“通”、“斷”測試，絕緣（電阻與電壓）等來檢測成品的電氣性能情況。顯微剖切檢驗。通過剖切來檢驗成品內(nèi)部質(zhì)量情況，如多層板的對位、鍍層厚度分布、層間連接與缺陷等。PCB 使用可靠性的檢測。熱沖擊試驗（

17、浮焊或焊接）、高低溫循環(huán)試驗、潮濕試驗、高壓蒸煮試驗、互連應力試驗等等。然后通過電氣性能（如電阻變化等）顯微剖切等來檢查與分析成品的可靠性和使用壽命。3PC 砒術現(xiàn)狀與發(fā)展PC 砒術的過去、現(xiàn)在和未來都是圍繞著 PCB 的“孔”、“線”、“層”、“面”等而展開和發(fā)展著。按電子組裝技術的發(fā)展與進步可分為如下四個階段。通孔插裝技術（THD 白 PCB 既況通孔的作用。電氣導通（連接）作用。支撐元器件作用。即元器件的引腳是穿過通孔而焊接起來的，為了保證自動插裝和焊接的可靠性， 因而限制了元器件引腳尺寸和通孔直徑尺寸不能太小， 一般停留在巾 0.8mm左右。高密度化方向。縮小線寬/間距（L/S）。這一

18、階段 L/S 的高端產(chǎn)品達到 0.1mm（但大多數(shù)為 0.3s0.2mm。增加層數(shù)。最多達到 64 層，計劃為100 層，但是孔化、特別是電鍍十分困難表面涂（鍍）覆。電鍍 Au 或電鍍 Ni/Au，松香基助焊劑等。表面安裝技術（SMT 白PPCB 既況表面安裝技術的出現(xiàn)，給 PCBX 業(yè)帶來了天翻地覆的變化。主要特點。導通孔的作用。它僅起電氣互連作用，這意味著：只要保證電氣互連質(zhì)量，導通孔直徑可盡量?。患词拱褜锥氯饋硪残?。PCB 成品共面性要求。這意味著：PCBS 曲度應盡量小，要求由 1%戶 0.7%或 0.5%,甚至更小；連接盤（焊盤）的共面性高。高密度化方向。主要是導通孔的迅速縮小

19、和結(jié)構(gòu)變化。導通孔迅速走向微小化，并由數(shù)控（機械）鉆孔走向激光鉆孔。導通孔直徑由 0.80.5-0.3-0.20.15-0.10（mm。導通孔數(shù)控鉆孔方法的改進：數(shù)控鉆床主軸轉(zhuǎn)速由 6 萬轉(zhuǎn)/分8 萬轉(zhuǎn)/分10s12 萬轉(zhuǎn)/分16s18 萬轉(zhuǎn)/分一 25 萬轉(zhuǎn)動/分等。由整個主軸轉(zhuǎn)動改為夾鉆頭系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，動能大大減小，明顯降低震動性，提高了鉆孔定位精度和質(zhì)量。臺面由絲杠移動改為線性馬達，移動更快速，既降低了磨損又提高了穩(wěn)定性。改變了了鉆頭組成與結(jié)構(gòu)，減小甚至更?。┘す忏@孔的迅速發(fā)展。紅外激光鉆孔。UV 激光鉆孔。WC粒直彳仝（由 2s3wn0.2S0.3wm混合激光鉆孔。各種鉆孔方法適用范圍如下

20、：鉆孔直徑中 0.8 一巾 0.560.3 一巾 0.2760.1560.1060.05mm-數(shù)控鉆孔-紅外激光-一-UV 激光-一埋/盲空孔結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。埋/盲孔結(jié)構(gòu)。不連接的層之間沒有導通孔，不設隔離盤，縮短導線和孔深，提高布線自由度。PC 瞰高密度至少 1/3 以上。改善電氣性能。盤內(nèi)孔（HIL 或 HIP）結(jié)構(gòu)的誕生。由“狗骨”結(jié)構(gòu)改為盤內(nèi)連接結(jié)構(gòu)。達到縮短連線，提高密度，改善電氣性能等。板面平整度由于元器件是貼裝在 PCB 表面上，不僅要求整體板面有平整度，而且連接盤（焊盤）這樣共面性。PC 斑曲度要求越來越小，從 1.0%0.7%0.5%,甚至更小。連接盤要有好的共面性。由 HAL（

21、或 HASI）一 OSP 化學鍍 Ni/Au、Ag、Sn 等。PCB 表面涂（鍍）覆PCB 表面涂（鍍）覆是指保護性和可焊性涂（鍍）覆兩部分。保護性涂（鍍）覆。這是指 PCB焊接部分的常規(guī)性保護與字符。阻焊膜（劑）涂覆。它起到“一阻三防”的作用：“一阻”即阻（防）止 PCB 在焊接時焊料的污染與橋接作用；“三防”即在 PCB 長期使用過程中起到防污染、防霉變和防潮濕等作用。字符涂覆。它起到元器件安裝位置和便于維修的作用?？珊感酝浚ㄥ儯└病＿@是指保持或形成 PCB 連接（焊接）盤表面可焊性的涂（鍍）覆層。如 HALOSP 電鍍 Ni/Au、化學 Ni/Au、化學 Ag、化學 Sn 等。熱風（焊料

22、）整平。它是把 PCBft 制板浸入熔化的 Sn/Pb 焊料中，然后拉出經(jīng)熱風吹去（控制厚度）多余的焊料。由于可焊性好，它在 PCB 可焊性涂覆中曾達到 90 蛆上。彳！隨著 SMT 技術和高密度化的發(fā)展，目前已下降到 50%以下，還會繼續(xù)下降下去。主要原因有如下幾個方面。Sn/Pb 焊料表面張力太大，隨著焊盤直徑縮?。锤呙芏然?，涂覆的焊料表面形成“龜背”狀態(tài)，從而影響焊接可靠性。Sn/Pb 焊料很薄時，如2 則會形成不可焊的 Cu3Sn2 表面層。有機可焊性保護劑（OSP。它是一種耐熱有機（烷基苯并咪 n 坐類）化合物，大約 300c 才會分解，它能與連接盤新鮮銅表面絡合形成厚度為 0.

23、3S0.5的保護層，保護了銅的可焊性。由于很薄，能保持原有的共面性，加上操作簡便，成本低，因此得到了廣泛應用，目前已達到 30 袱右的份額。但易于劃傷，生產(chǎn)操作應格外小心。電鍍銀/金。這是在焊盤表面先鍍銀后再鍍金的可焊性鍍層。i 銀層為阻擋（隔離）層，其厚度為 3s5m（原為 5s7阻止銅/金之間互相擴散（影響可靠性）。ii 電鍍金層。其厚度應由使用條件或特征來決定。插頭（金手指）鍍金。由于是反復使用插拔，金層不僅要求耐磨（鍍硬金），而且要求有較大的厚度（目前規(guī)定應大于 0.5m）。焊接用鍍金。 由于焊接是在銀表面進行， 金層是為了保護新鮮銀表面 （不被氧化） 的，所以金層在保證銀表面不氧化條

24、件下，金層應越薄越好。這不僅可降低成本問題，更重要的是保證焊點可靠性（焊點的焊料中金的含量 a3%時，焊點容易脆斷）問題。金屬絲（WB 焊接用鍍金。由于金屬絲（金絲或 Al 絲等）是直接焊接在金層上的，因此要求有較厚的金層，一般應0.5由于電鍍銀/金的電鍍分散能力差，鍍層厚度不均勻，成本也高，所以采用此方法越來越少了?；瘜W鍍銀/金。利用氧化/還原的化學方法沉積銀層厚度 3s5m 然后再沉積金層厚度（由應用條件來決定）。由于采用化學沉積，因而鍍層均勻。目前化學鍍銀/金已迅速取代電鍍銀/金。其中化學鍍銀工藝控制較難，應特別注意?；瘜W鍍銀。由于“綠色”環(huán)保要求，無鉛焊料與焊接便擺在日程上來了，因此，與焊料相對應的化學鍍銀或化學鍍錫等開發(fā)和使用起來了。化學鍍銀是 PC 斑接盤上化學沉積一層厚度為 0.05s0.5 為了防止銀層腐蝕和銀遷移，在化學鍍液中加入特種添加劑，使鍍層中含有機物，可經(jīng)得起多次焊接過程。但化學鍍液中 Cl 離子含量應小于 5ppni 避免與鹵化物接觸，否則會使表面發(fā)黃，影1s3%勺耐熱有響外觀與可焊性；防止與硫化物接觸，否則會使表面呈黑色，同樣影響外觀與可焊性；成品應采用無硫紙包裝。所