CH5印制電路板課件

5.1印制電路板簡介1.印制電路板的概念印制電路板（PrintedWiringBoards,PCB）為覆蓋有單層或多層布線的高分子復(fù)合材料基板，它的主要功能為提供第一層次封裝完成的元器件與電容、電阻等電子電路元器件的承載與連接，用以組成具有特定功能的模塊或產(chǎn)品。印制電路板為當(dāng)今電子封裝最普遍使用的組裝基板，它通常被歸類于第二層次的電子封裝技術(shù)，常見的電路板有硬式印制電路板（RigidPCB）、軟式印制電路板（FlexiblePCB或PrintedBoards,FPB,稱為繞式電路板）、金屬夾層電路板（CoatedMetalBoards）與射出成型（注模）電路板（InjectionMoldedPCB）等四種。第五章

印制電路板除了金屬夾層電路與少部分的射出成型電路板外，印制電路板通常以玻璃纖維強化的高分子樹脂材料披覆銅箔電路而制成，它的工藝是一系列的機械、化學(xué)與化工技術(shù)的整合。包括機械加工（鉆孔、沖孔…）、電路成型、疊合、鍍膜（電鍍、無電電鍍、濺射或化學(xué)氣相沉積）、刻蝕、電性與光學(xué)檢測；多層印制電路板包括內(nèi)層電路設(shè)計與刻蝕、電路板之間的疊合等。早期的電路板有酚醛類樹脂（Phenolics）與紙板疊合，再覆蓋上刻蝕的銅箔電路制成，現(xiàn)在的印制電路板在工藝、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電性能等方面均有長足的進(jìn)步，所以能提供的封裝密度也較早期增加百倍。第五章印制電路板5.1印制電路板簡介2.印制電路板的材料、工藝與結(jié)構(gòu)簡介一塊印制電路板上可能只連接數(shù)個電子元器件，也可能連接數(shù)百個電子元器件，無論簡單或復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，印制電路板可按照導(dǎo)體電路的層數(shù)區(qū)分為:第五章印制電路板5.1印制電路板簡介2.印制電路板的材料、工藝與結(jié)構(gòu)簡介單面電路板雙面電路板多層印制電路板123單面印制電路板上刻蝕的銅箔電路僅覆蓋于電路板的一面，板上有鉆孔以供電子元器件引腳固定使用；雙面印制電路板則有銅箔電路覆蓋于電路板兩面，電路板上同時也制出導(dǎo)孔，其孔壁上覆有電鍍銅膜以提供基板兩面電路的連通，電鍍導(dǎo)孔可以大幅地提高電路連線的密度。多層印制電路板上含有兩層以上電路結(jié)構(gòu)，它可以用單面及雙面銅箔電路披覆的電路板疊合制成，并制出各種形式的電鍍孔形成垂直方向的導(dǎo)孔通。在多層電路板的制作中，需要具有較高的玻璃轉(zhuǎn)移溫度，這樣FR-4環(huán)氧樹脂（轉(zhuǎn)移溫度Tg=130～140℃）就顯得不足了，這種場合采用聚亞硫胺(PI)樹脂較合適，因為它的玻璃轉(zhuǎn)移溫為260～300℃，比FR-4環(huán)氧樹脂高得多。而且熱穩(wěn)定性高、熱膨脹系數(shù)低，但價格昂貴。在高頻電路中宜采用低介電系數(shù)的基板材料。FR-4環(huán)氧樹脂在1MHz時，介電常數(shù)為4.1～4.2，而BT樹脂（三氮甲苯雙馬來硫亞氨與氰鹽酸脂類等耐火環(huán)氧樹脂的介電系數(shù)為2.8左右，玻璃轉(zhuǎn)化溫度介于FR-4環(huán)氧樹脂與聚亞硫胺樹脂之間，電路信號傳輸?shù)钠焚|(zhì)因此可以獲得提高。鐵氟隆/聚四氟乙烯樹脂的介電系數(shù)只有2.1，具有更低的介電系數(shù)，主要用于微波集成電路的電子封裝，但其價格昂貴，而且與銅的黏附性不好，因此在應(yīng)用上受到限制。另外，苯并環(huán)丁烯材料因具有優(yōu)良的電、熱與黏附性能，是一種很有潛力的印制電路板用樹脂之一。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板印制電路板的絕緣材料對于玻璃纖維強化材料，具有長纖維形狀的E-玻璃是印制電路板最常見的無機纖維強化材料，F(xiàn)R-4環(huán)氧樹脂/E玻璃纖維為最常見的組合，它也是從單面到10～12層的印制電路板最普遍使用的絕緣部分的原料。其它的無機高強度化的材料還有S-玻璃、D-玻璃、石英或硅石玻璃的纖維等。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板印制電路板的絕緣材料第五章印制電路板5.2硬式印制電路板印制電路板的導(dǎo)體材料印制扳最常用的導(dǎo)體材料是銅。在電路板工藝中，無覆蓋的銅箔電路可以用加層或減層的技術(shù)電鍍到高分子絕緣基板上。銅箔的規(guī)格以一平方英尺面積上覆蓋的銅箔重量（盎司/平方英尺）表示，常見的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格有1/8、1/4、3/8、1/2、3/4、1、2、3、4、5、6、7、10、14盎司等，最常見者為1盎司銅（相當(dāng)于35μm厚度），其次為1/2盎司銅（相當(dāng)于17μm厚度）與2盎司銅（相當(dāng)于70μm厚度），超薄的1/8盎司銅與超厚的5盎司以上的銅覆蓋電路僅在特殊需要下使用。鋁也曾被使用制作印制電路板的電路連線，但非常少見。電鍍的錫或鉛錫薄層可作為電路板在銅箔電路制作時刻蝕的選擇（錫-鉛作為一種抗蝕層），鉛錫層也可以再施以回流處理覆蓋在銅焊墊表面以供后續(xù)的焊接與組裝工藝使用。

印制電路板上的焊錫層也可以利用熱空氣焊錫涂布的方法制成，熱空氣焊錫涂布的方法是將電路板沉浸于熔融的焊錫中，完成涂布后，即以高速吹拂的熱空氣除去多余的焊錫以獲得適當(dāng)厚度的鍍層。鎳與金也為電路板上常見的導(dǎo)體材料，厚度約0.65～2.54μm，含鈷的電鍍硬質(zhì)為制作電路卡邊緣指狀焊接點與按鍵表層的材料，電鍍的金也是電路刻蝕的掩膜或焊墊的表層材料。2.54μm厚的鎳則通常作為銅與金之間的擴散阻擋層；鈀有時也被電鍍于鎳與金之間形成銅-鎳-鈀-金的多層薄膜結(jié)構(gòu)。硬式電路板的制作工藝可分為絕緣基板制作與電路布線制作兩大部分，其工藝流程如圖第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作2.預(yù)浸材料制作先從預(yù)浸材料開始，也就是將纖維材料通過一個液態(tài)樹脂槽拉出，然后將其干燥，并使其稍稍固化（通常是加熱）至中間階段，又稱B階段。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作所謂B階段是熱固性樹脂反應(yīng)的中間階段，這時材料受熱會軟化，與某些溶液接觸會溶脹，但不會完全熔融或溶解。而當(dāng)樹脂完全固化時稱C階段。此前樹脂在液態(tài)時稱為A階段。

預(yù)浸材料又稱半固化片、黏結(jié)片，通常是在制造覆銅箔層壓板過程中玻璃布浸漬樹脂和烘干后的產(chǎn)品，其樹脂處于“B階段”狀態(tài)（半固化狀態(tài)）。半固化片是制造覆銅箔層壓板的中間產(chǎn)品，除壓合覆銅箔壓板外，還用于多層板的壓合，起到多層板層與層之間的黏結(jié)和絕緣作用。預(yù)浸材料可以為卷狀或切成適當(dāng)大小的薄片。預(yù)浸材料制成后就可進(jìn)行層壓。3.層壓方法印制電路板所用的層壓板是用層壓工藝來制造的。在層壓過程中，將半固化片或B型片層疊在一起，常常在兩面放上處理過的銅箔。把材料層疊后，經(jīng)過熱壓，使得樹脂充分交聯(lián)或者完全固化，這樣就能得到所需要的層壓板。有幾種不同的方法可用來制造層壓板。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作（1）分批層壓（2）連續(xù)層壓（3）真空輔助層壓（4）真空輔助高壓層壓（2）連續(xù)層壓連續(xù)層壓是一種以連續(xù)卷帶的形式生產(chǎn)層壓板的方法，即半固化片和金屬箔饋入專門設(shè)計制造的層壓板壓力機中。這種方法具有經(jīng)濟和技術(shù)上的優(yōu)勢，然而這種產(chǎn)品的供應(yīng)商非常有限。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作（3）真空輔助層壓傳統(tǒng)的層壓方法可以通過在真空中進(jìn)行加工而加以改進(jìn)。負(fù)壓有利于排除截留的空氣，可以提高壓板的質(zhì)量。由真空所帶來的低壓使得所采用的層壓壓力可比液壓系統(tǒng)所用的層壓壓力更低。（4）真空輔助高壓層壓真空輔助高壓層壓方法起初是用來制造復(fù)雜形狀層壓板的，該方法通過簡單的去除空氣充分利用了正常大氣壓力，效果與真空包裝食品一樣，后者的形狀與袋里所包含的物品形狀一樣。通過壓力容器中的氣壓使負(fù)壓增加，這就在層壓板疊層的各個方向上造成等靜壓或均勻壓力，因此使所用的層壓壓力降低。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作4.銅箔銅箔是印制板的主要導(dǎo)電體，銅純度在99.8%以上。根據(jù)銅箔的生產(chǎn)方式不同，分為電解銅箔和壓延銅箔兩大類。（1）電解電解銅箔最常用于硬式印制電路板，金屬箔被鍍到拋光的不銹鋼或鈦輥筒上，不銹鋼和鈦滾筒帶有負(fù)電荷并在鍍槽中緩慢旋轉(zhuǎn)。鍍層的厚度是由旋轉(zhuǎn)速率、電流密度，或者兩者一起決定的。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作電解銅箔貼緊輥筒的一面較為光滑，另一面則較為粗糙，因此在與預(yù)浸材料一起層壓時，將光滑的一面作為外表面，以增進(jìn)未來刻蝕的精確度；與電解液接觸的粗糙面與樹脂板進(jìn)行熱壓疊合，以利用表面粗糙特性增加接觸強度。5.圖形形成印制電路板制造中形成導(dǎo)體線路的路徑通常有三種，稱為減成法、全加成法與半加成法。減成法（SubtractiveProcess）:采用覆銅箔層壓板表面形成抗蝕線路圖形后，通過選擇性蝕刻去除多余銅箔，而得到導(dǎo)體線路的工藝。全加成法（FullyAdditiveProcess）：采用含光敏催化劑的絕緣基板，在按線路圖形曝光后，通過選擇性化學(xué)沉銅得到導(dǎo)體線路的工藝。半加成法（Semi-AdditiveProcess）：采用絕緣基板，進(jìn)行化學(xué)沉銅得到薄銅箔，然后圖形電鍍加厚導(dǎo)體，多余薄銅箔被快速蝕刻除去得到導(dǎo)體線路的工藝。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作6.孔加工印制板上的孔大多數(shù)是插件孔與導(dǎo)通孔，有的孔是插件與導(dǎo)通作用兼有。插件孔的孔徑較大，孔徑0.6mm以上；導(dǎo)通孔孔徑較小，微導(dǎo)通孔直徑小于0.1mm。按孔徑大小的不同，有不同的加工方式。第五章印制電路板5.2硬式印制電路板硬式印制電路板的制作

①機械鉆孔機械鉆孔是印制板上孔加工的主要手段，無論是單面板、雙面板還是多層板都適用?，F(xiàn)在普遍采用的是數(shù)控鉆床，按孔的數(shù)字化程序自動控制鉆孔。數(shù)控鉆床的鉆孔質(zhì)量和產(chǎn)能與鉆床主軸數(shù)密切相關(guān)。一般數(shù)控鉆床鉆孔孔徑在0.20mm以上，新型高速數(shù)控鉆床鉆孔孔徑可小于0.1mm。印制板鉆孔所用鉆頭是采用碳化鎢和鈷類硬質(zhì)合金材料制成的。

②模具沖孔模具沖孔主要用于紙質(zhì)基材或復(fù)合基材的單雙面印制板，以及孔徑較大的簡單的玻璃布單雙面印制板。模具沖孔適合于大批量生產(chǎn)，效率高。沖孔首先是制造模具，復(fù)合結(jié)構(gòu)的一副模具可以同時完成孔與外形的沖切加工。沖孔加工除模具外，還有沖床。按需沖切印制板尺寸大小、孔徑孔數(shù)，選用的沖床有25～200t不同規(guī)格。

③激光及其它成孔隨著孔的微小化，及盲孔要求，更適合的是激光穿孔。所用激光設(shè)備按激光源的不同有準(zhǔn)分子激光、CO2激光多種。各種激光光波長和能量不同，所能加工的材料及孔徑也不一樣。一般激光穿孔孔徑為0.05～0.2mm，特殊要求可更小。一、軟式印制電路板的種類軟式印制電路板的結(jié)構(gòu)與硬式類似，但所使用的基板具有可擾屈性，所以又稱撓性基板。依導(dǎo)線電路的結(jié)構(gòu)，軟式電路板可區(qū)分為：單面（Single-Sided）雙面（Double-Sided）單面連接（Single-Access）雙面連接（Double-Access）多層（Multilayer）硬撓式（Rigid-Flex）硬化式（Rigidized）等第五章印制電路板5.3軟式印制電路板5.3軟式印制電路板軟式印制電路板制作使用的黏結(jié)材料有多元脂、環(huán)氧樹脂、丙烯類、酚醛類、聚亞硫胺及氟碳樹脂等，要求它們與絕緣基板有相容性，同時對它們的選用還要考慮對鉆孔和導(dǎo)孔電鍍的影響。軟式印制電路板用的基材是撓性聚合物膜，具有可層壓的功能。一般情況下，撓性薄膜基材提供了撓性電路主要的物理性能和電性能。最常用的撓性基材是聚脂(PET)和聚酰亞胺(PI)此外還有聚萘二甲酸乙二脂(PEN)，其價格和性能都介于PET和PI之間。第五章印制電路板5.3軟式印制電路板二、制作方法與材料應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，幾乎在各種電子設(shè)備中都可用到，并在進(jìn)一步擴大之中。現(xiàn)已用到的有：

1.IC封裝載帶板與載帶、IC卡芯板。

2.計算機及其外部設(shè)備，如磁盤驅(qū)動器、筆記本電腦、傳輸帶等。

3.通信設(shè)備，如多功能電話機、手機等。

4.汽車，如顯示儀表，排氣控制器等。

5.消費類產(chǎn)品，如照相機、攝像機等。

6.工業(yè)裝備，如傳感器、激光測控儀等。

7.儀器儀表，如核磁分析儀、X射線儀等。

8.醫(yī)療器械，如心臟理療儀、心臟起搏器等。

9.航空航天和軍事，如人造衛(wèi)星、雷達(dá)系統(tǒng)等。第五章印制電路板5.3軟式印制電路板三、軟式印制電路板的應(yīng)用

PCB基板是一塊具有復(fù)雜布線圖形及組裝各種元器件的載體。其結(jié)構(gòu)類似于陶瓷多層基板，僅絕緣材料不同而已。

在制作過程中，涉及布線圖形走線、通孔、元器件焊盤圖形布局及其形狀、規(guī)格、尺寸、導(dǎo)線與焊盤的連接關(guān)系、測試點設(shè)置等，都要遵循一定的原則與規(guī)范，這些均與一般SMT使用PCB基板相同。

第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)2.層疊鉆孔和銷釘定位層疊鉆孔和銷釘定位是指把一片片覆銅的層壓板切成一致的尺寸，然后將它們堆疊在一起并用銷釘定位串在一起，這樣就可以對所有層壓板同時鉆孔，這是控制鉆孔成本的常用方法。在加工過程中，層疊在一起的層疊壓板底部通常用一個墊板，在頂部可能要用蓋板。使用襯墊的目的是防止鉆頭鉆入鉆臺。蓋板可以是多種不同的材料，例如可以是一塊250μm厚的鋁箔或者是厚度相似的未覆金屬層的復(fù)合材料。使用蓋板的目的是減少或消除在孔邊形成的鉆孔毛刺第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)一、多層PCB基板制作的一般工藝流程3.鉆孔目前雖不是全部但大部分鉆孔都是在數(shù)孔機床進(jìn)行的。在數(shù)控鉆床上鉆孔前面已有所敘述，需要說明的一點是鉆孔的質(zhì)量是由鉆孔機試鉆時所獲得的材料特性和通過調(diào)整與鉆頭轉(zhuǎn)速相應(yīng)的進(jìn)給速率來達(dá)到的。在孔中停留的時間過長會引起樹脂鉆污，而進(jìn)給速率過快又會導(dǎo)致鉆頭斷裂或使孔壁粗糙。第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)一、多層PCB基板制作的一般工藝流程4.孔的預(yù)處理和金屬化孔的預(yù)處理和金屬化在制造可靠的鍍通孔PCB過程中也是非常重要的因素，好的鍍通孔是高可靠的，而電鍍差的通孔則有可能不可靠。孔的預(yù)處理步驟因工藝不同而不同，而且方法很多。此外，金屬化也可以用涂覆炭或石墨膜來代替。第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)一、多層PCB基板制作的一般工藝流程（2）金屬化金屬化（Metallization）是指在絕緣體表面通過化學(xué)沉積與電鍍得到金屬層，用作保護(hù)層或提供電氣性能?？變?nèi)實現(xiàn)金屬化及孔金屬化，也稱鍍通孔（PTH）。PCB基板的金屬化（特別是那些賦予通孔和過孔導(dǎo)電和可靠性所必要的金屬化）在PCB制造中是取得成功的關(guān)鍵因素之一。有下面幾種工藝用于使過孔具有導(dǎo)電性：

①化學(xué)鍍銅；②鈀基直接金屬化；③石墨；④炭黑；⑤導(dǎo)電聚合物。第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)一、多層PCB基板制作的一般工藝流程化學(xué)鍍銅化學(xué)鍍銅工藝包括很多步驟，一直被認(rèn)為是金屬化的標(biāo)準(zhǔn)工藝。直接電鍍在鈀種子層上直接電鍍是一種可行的替代化學(xué)鍍銅的方法。在基本工藝中，鈀種子層要有足夠的厚度以便進(jìn)行通孔的電鍍。石墨和炭黑石墨和炭黑都是良導(dǎo)體，電路制造商用它們得到碳基導(dǎo)體再電鍍通孔。該工藝中鍍層快速附著在通孔中，通常需要特殊工藝，同時要非常小心，確保內(nèi)層的銅表面的到清洗。第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)一、多層PCB基板制作的一般工藝流程在多層布線中由于層與層之間靠的很近，因此要考慮層間布線的相互干擾問題。為了避免層間的信號交擾，兩層間的布線走向應(yīng)相互垂直；設(shè)置的電源層應(yīng)布置在內(nèi)層，它與接地層應(yīng)與上下各層的信號層相近并盡可能均勻分配，這樣既可防止外界對電源的擾動，也避免了因電源線過長而嚴(yán)重干擾信號的傳輸。圖所示的是根據(jù)上述原則所設(shè)計的PCB結(jié)構(gòu)和布線走向。第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)二、多層PCB基板多層布線的基本原則三、PCB基板制作的新金屬（自學(xué)）四、PCB基板面臨的問題及解決辦法（自學(xué)）5.5其它種類電路板（自學(xué)）第五章印制電路板5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)5.4PCB多層互連基板的制作技術(shù)一、印制電路的檢驗項目

為了評價PCB的質(zhì)量和功能，我們應(yīng)該重復(fù)由層壓板由層壓板制造商為了保證他們產(chǎn)品的質(zhì)量對原材料所進(jìn)行的許多測試。這種重復(fù)測試的原因在于它們提供了保證質(zhì)量的度量，即在制造PCB過程中使用的制造工藝并沒有在某些方面使材料質(zhì)量降低到超出可接受的范圍。第五章印制電路板5.6印制電路板的檢驗、評價和測試5.6印制電路板的檢驗、評價和測試上述檢測和評價項目可按照標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由美國IPC協(xié)會