PCB工艺与技术

1、PCB生产过程与技术1PCB 分类、特点和地位（用途）1.1PCB 分类可按 PCB 用途、基材类型、结构等三种来分类，一般采用 PCB 结构来分类。1.1.1刚性 PCB单面 PCB。双面 PCB多层 PCB常规多层 PCB埋/盲孔多层 PCB积层（HDI/BUMPCBA 有“芯板”的积层 PCBB 无“芯板”的积层 PCB1.1.2挠性 PCB随着挠性 PCB（FPC）应用领域迅速扩大，挠性印制板已最快速度发展着。单面 FPC双 FPC多层 FPC1.1.3刚-挠性 PCB这是指由刚性部分和挠性部分共同组成的 PCB 刚性部分主要用于焊接或组装元器件，而挠性部分主要起着刚性部分之间的连接、

2、信号传输和可挠曲性机械安装的作用。刚性部分主要为刚性多层板结构，但中间夹入挠性部分，通过层压、钻孔和孔化与电镀等形成刚性部分与挠性部分之间连接。挠性部分由挠性板组成。为了保持可挠曲性机械安装，挠性部分大多为单、双面挠性板或多组的单、双面挠性板等组成。1.1.4特种 PCB这是指高频微波 PCB 金属基（芯）PCm 某些特殊 PCB 而言的。高频微波 PCB这是指应用于高频（频率大于 300MH 迎波长小于 1 米）与微波（频率大于 3G或波长小于 0.1 米）领域的 PCB 其主要要求如下。低介电常数r 的基材。A 聚四氟已烯（PTFE 又称 Teflon,其 er=2.1,形成 CCL 的r

3、 为 2.6 左右。B“空气珠”或“微泡”结构的 CCL 材料，其r 为 1.15S1.35 之间（Arlon 公司）。低介质损耗角正切 tanB。PTFE 基材的 tanB 为 0.002,仅为 FR-4 的 1/10。金属基（芯）PCB 在组装有大功率组件的 PCB 内埋入金属板，以提高导热或散热为主要目的（还有改善 CTE 和尺寸稳定性等）的 PCB 所采用的金属材料有：薄 Al 板；薄 Fe 板；薄 Cu板；殷钢；鸨铝合金。还有非金属的炭素板等。其它特殊 PCB 如厚铜箔 PCB 复合材料 PC 断口特大尺寸（面积或厚度等）PCB厚铜箔 PCB 这是指镀通孔和导线的铜厚度 35s200

4、 之间的 PCB 主要应用于大电流通过的场合，如电源用的 PCBo复合材料 PCB 这是指不同材料压合在一起的 PCB 如把 PTFE 材料和 FR-4材料压合在一起的 PCB 既解决了高频信号传输问题，又解决了使用时的刚性与尺寸稳定性问题。特大尺寸 PCB 这是指厚度很厚、面积很大的 PCB,如 600X800X。800X1800X12（mm 的背板或底板（又称母板）。1.1.5集成元件 PCB这是指把无源元件（电阻、电容和电感等）、有源元件（各种集成电路等）分别或复合埋入到 PCB 内部的产品。由于目前技术水平和发展过程的原因，目前主要是埋入无源元件的 PCB 为主，其工艺也比较成熟。埋入

5、无源元件 PCB为何要埋入无源元件到 PCB 内部去呢？A 无源元件数量与有源元件数量比率越来越大。由（6s15）:1 上升到（15s33）:1,如手机的无源元件的数量已超过 500 只，而台式电脑主板（奔腾 D）的无源元件数量已达 2000 只以上。这种增加趋势还在继续。B 促进 PCB 高密度化发展。如能埋入 50 嫩量的无源元件，则可使 PCB 板面缩小 25 蛆上。C 提高 PCBm 装的可靠性。减少了大量的焊接。埋入无源元件受到“保护”，避免大气中的湿气、有害气体、尘粒等侵蚀，性能稳定。D 提高了 PCBfi 装件的电气性能。消除了无源元件焊接所形成的大量回路，及其引起的寄生效应。减

6、少无源元件功能失效率，提高无源元件功能稳定性。埋入电阻 PCB 把电阻以平面形式埋入到 PCB 内部的方法，以 CCL 电阻、网印油墨电阻、喷墨打印和烧结等工艺来形成。1埋入电容 PCB 把电容以平面形式埋入到 PCB 内部的方法，同样以 CCL 电容、网印油墨电容、喷墨打印和烧结等工艺来形成。2埋入电感 PCB 把电感以平面形式埋入到 PCB 内部的方法。由于数量很少，加上电感较大，埋入效果不理想。3复合埋入无源元件 PCB 即同时埋入电阻和电容等的 PCBPCB 特点过去、现在和未来，PCB 之所以能越来越得到广泛地应用，这是因为它有好多独特的优点，概括如下。可高密度化。100 多年来，P

7、CB 的高密度化是随着集成电路集成度的提高和安装技术的进步而发展着。可靠性。通过一系列标准和规定的检查、测试和老化试验等可保证 PCB 产品长期（使用期，一般为 20 年）而可靠地工作着。可设计性。对 PCB 产品的各种性能（电气、物理、化学、机械等）的要求，可以通过设计标准化、规范化等来实现 PC 眼计，时间短、效率高。可生产性。可采用现代化生产管理，可进行标准化、规模（量产）化、自动化生产，保证产品质量一致性。可测试性。建立了比较完整的测试方法、测试标准、各种测试设备与仪器等来检验，并鉴定 PCB 产品的合格性和使用寿命。可组装性 PCB 产品既便于各种元件进行标准化组装，又可以进行自动化

8、、规模化的组装生产。同时，PC 环口各种元件组装的部件还可以组装形成更大的部件、系统，直至整机产品。可维护性。由于 PCB 产品和各种元件组装形成的部件是以标准化设计与规模化生产的，因而，这些部件也是标准化的。所以，一旦系统或整机发生故障，可以快速、方便、灵活地进行更换，迅速恢复工作。当然，还可以举例说得更多些。如系统小型化、轻量化，消息传输高速化等。2.%2 .3PCB 地位在所有的电子工业领域中都离不开 PCB 产品，PCB 产品已成为三大电子元件一。其应用领域有五大方面。家用电子产品方面。如电视机、洗衣机、VCD 等。基板材料。主要采用纸基酚醛树脂的单面板，少量采用纸基或玻纤布基环氧树脂

9、的单、双面板。主要特点：利润低；靠量产。便携式电子产品方面。如手机（移动电话）、摄象机、录象机等。基板材料：刚性材料 FR-4、CEM-3；挠性材料 PI、PE 等。主要特点：高密度化（HDI）；量产化。高性能电子产品方面。如电脑、游戏机等基板材料：FR-4（或高 Tg 的 FR-4）、CEM-3 等。主要特点：高密度化（HDI）；量产化。超高性能电子产品方面。如超级（巨型）计算机、大型工作站等。基板材料：BT 树脂基材；PI 树脂基材。主要特点：高密度化高层化；技术与工艺难度大，量少，昂贵（附加值局）。汽车领域电子产品方面。基板材料：刚性材料 FR-4、CEM-3,挠性材料 PI、PE 等。

10、主要特点：安全、可靠3.%2 PCB 生产工艺与技术PCB 原材料薄铜箔材料。FPC 用铜箔材料。采用高延展性铜箔，如冷轧的铜箔等，其厚度为 35wm（1OZ）、18m（1/2OZ）、12m（3/8OZ）、9m（1/40Z）、等。刚性 PCB 用铜箔材料。采用电镀高延展性铜箔，其厚度为 35m18m12m9（1m 等。半固化片（粘结片）材料。一般是由玻纤布或纸和树脂来组成的。常规半固化片。它是由常规玻纤布与树脂形成的半固化片。扁平或特种半固化片。它是由扁平玻纤布（玻纤与树脂均匀分布）与树脂形成的，主要用于钻微、激光蚀孔，精细导线制作等。刚性覆铜板（CCL 材料。它是由铜箔和半固化片于高温高压下

11、而形成的，可以形成不同类型与不同厚度的系列产品供客户选用。FR-4 材料。这是由玻纤布（可用不同类型与活动厚度）与环氧树脂形成的CCL 材料，是目前 PCBX 业应用最广泛的材料。CEM-3 材料。芯料为玻纤纸半固化片、面料为玻纤布半固化片，然后在与铜箔形成的材料。它有利于机械冲切加工，价格也便宜些，但某些性能（如弯曲强度）比 FR-4 稍差。RCC 涂树脂铜箔）材料。在处理过的铜箔表面上涂覆一定厚度树脂形成（半固化状态）的材料。应用于 HDI/BUM 板的激光形成微孔方面。其它方面材料。如 CEM-1 材料（芯料为纤维纸，面料为玻纤布），FR-1 与 FR-2（纸基酚醛树脂）材料，FR-3（

12、纸基环氧树脂）材料，还有 BT,PI,PTFE 等等形成的 CCL 材料。特种基板材料。如金属基覆铜箔材料，陶瓷基覆铜板材料等。挠性覆铜板材料。挠性 CCL 的最大特点是介质层中没有增强材料，可成卷订货。主要有 PI 和 PE 两种类型 CCL 其中 PI 的结构有两种。三层法。即由铜箔、粘结剂和 PI（或 PE）膜形成的挠性 CCL 其优点是价格便宜。缺点是由于粘结剂层存在使结合力低，同时由于粘结剂往往是非阻燃性的而形成不阻燃的挠性 CCL两层法。即由铜箔和 PI 膜形成的挠性 CCL2.2PCB工艺流程与技术印制电路板的工艺流程与技术可分为单面、双面和多层印制板。现以双面板和最复杂的多层板

13、为例。常规双面板工艺流程和技术。开料一钻孔一孔化与全板电镀一图形转移（成膜、曝光、显影）一蚀刻与退膜一阻焊膜与字符一 HAL 或 OSPl?-外形加工一检验一成品开料-钻孔-孔化-图形转移-电镀-退膜与蚀刻-退抗蚀膜（Sn,或 Sn/pb）-镀插头-阻焊膜与字符-HAL 或 OSPl?-外形加工-检验-成品常规多层板工艺流程与技术开料-内层制作-氧化处理-层压-钻孔-孔化电镀 （可分全板和图形电镀） -外层制作-表面涂覆-外形加工-检验-成品（注 1）:内层制作是指开料后的在制板-图形转移（成膜、曝光、显影）-蚀刻与退膜-检验等的过程。（注 2）:外层制作是指经孔化电镀的在制板-图形转移（成膜

14、、曝光、显影）-蚀刻与退膜等过程。（注 3）:表面涂（镀）覆是指外层制作后-阻焊膜与字符-涂（镀）层（如HALOSP 化学 Ni/Au、化学 Ag、化学 Sn 等等）。埋/盲孔多层板工艺流程与技术。一般采用顺序层压方法。即：开料一形成芯板（相当于常规的双面板或多层板）一层压一以下流程同常规多层板。（注 1）:形成芯板是指按常规方法造成的双面板或多层板后，按结构要求组成埋/盲孔多层板。如果芯板的孔的厚径比大时，则应进行堵孔处理，才能保证其可靠性。积层多层板工艺流程与技术。芯板制作-层压 RCC-激光钻孔-孔化电镀-图形转移-蚀刻与退膜-层压 RCC-反复进行形成 a+n+b 结构的集成印制板（H

15、DI/BUM 板）（注 1）:此处的芯板是指各种各样的板，如常规的双面、多层板，埋层板等等。但这些芯板必须经过堵孔和表面磨平处理，才能进行积层制作。（注 2）:积层（HDI/BUM 多层板结构可用下式表示。a+n+b/盲孔多a 一为一边积层的层数，n 一为芯板，b 一为另一边积层的层数。集成元件多层板工艺流程与技术。开料-内层制作-平面元彳+制作-以下流程同多层板制作。（注 1）:平面元件以 CCL网印形式材料而采用。2.3PCB 佥验与测试PCB 检验与测试是指 PCB 生产过程中质量控制、最终产品性能和使用期（寿命）可靠性等的检验与测试。PCB 生产过程质量控制的检验。物理方面检验。目检：

16、采用人眼或 2X、10X 或更高倍数的工具显微镜以及其它工具（如检孔镜、背光装置等）来观测表面和孔内表面质量。AOI（自动光学检查）和 SEM（扫描电子显微镜）等的检查。化学方面检验。常规化学分析。分析和控制各种溶液质量（主要是组成或成分方面）。各种化学仪器。分析和控制各种溶液（主要是杂质或污染方面）。PCB 产品性能的检测外观检验。通过目检（含放大倍数）来观测成品表面与尺寸的质量电气性能检验。通过“通”、“断”测试，绝缘（电阻与电压）等来检测成品的电气性能情况。显微剖切检验。通过剖切来检验成品内部质量情况，如多层板的对位、镀层厚度分布、层间连接与缺陷等。PCB 使用可靠性的检测。热冲击试验（

17、浮焊或焊接）、高低温循环试验、潮湿试验、高压蒸煮试验、互连应力试验等等。然后通过电气性能（如电阻变化等）显微剖切等来检查与分析成品的可靠性和使用寿命。3PC 砒术现状与发展PC 砒术的过去、现在和未来都是围绕着 PCB 的“孔”、“线”、“层”、“面”等而展开和发展着。按电子组装技术的发展与进步可分为如下四个阶段。通孔插装技术（THD 白 PCB 既况通孔的作用。电气导通（连接）作用。支撑元器件作用。即元器件的引脚是穿过通孔而焊接起来的，为了保证自动插装和焊接的可靠性， 因而限制了元器件引脚尺寸和通孔直径尺寸不能太小， 一般停留在巾 0.8mm左右。高密度化方向。缩小线宽/间距（L/S）。这一

18、阶段 L/S 的高端产品达到 0.1mm（但大多数为 0.3s0.2mm。增加层数。最多达到 64 层，计划为100 层，但是孔化、特别是电镀十分困难表面涂（镀）覆。电镀 Au 或电镀 Ni/Au，松香基助焊剂等。表面安装技术（SMT 白PPCB 既况表面安装技术的出现，给 PCBX 业带来了天翻地覆的变化。主要特点。导通孔的作用。它仅起电气互连作用，这意味着：只要保证电气互连质量，导通孔直径可尽量小；即使把导通孔堵塞起来也行。PCB 成品共面性要求。这意味着：PCBS 曲度应尽量小，要求由 1%户 0.7%或 0.5%,甚至更小；连接盘（焊盘）的共面性高。高密度化方向。主要是导通孔的迅速缩小

19、和结构变化。导通孔迅速走向微小化，并由数控（机械）钻孔走向激光钻孔。导通孔直径由 0.80.5-0.3-0.20.15-0.10（mm。导通孔数控钻孔方法的改进：数控钻床主轴转速由 6 万转/分8 万转/分10s12 万转/分16s18 万转/分一 25 万转动/分等。由整个主轴转动改为夹钻头系统转动，动能大大减小，明显降低震动性，提高了钻孔定位精度和质量。台面由丝杠移动改为线性马达，移动更快速，既降低了磨损又提高了稳定性。改变了了钻头组成与结构，减小甚至更小）激光钻孔的迅速发展。红外激光钻孔。UV 激光钻孔。WC粒直彳仝（由 2s3wn0.2S0.3wm混合激光钻孔。各种钻孔方法适用范围如下

20、：钻孔直径中 0.8 一巾 0.560.3 一巾 0.2760.1560.1060.05mm-数控钻孔-红外激光-一-UV 激光-一埋/盲空孔结构的出现。埋/盲孔结构。不连接的层之间没有导通孔，不设隔离盘，缩短导线和孔深，提高布线自由度。PC 瞰高密度至少 1/3 以上。改善电气性能。盘内孔（HIL 或 HIP）结构的诞生。由“狗骨”结构改为盘内连接结构。达到缩短连线，提高密度，改善电气性能等。板面平整度由于元器件是贴装在 PCB 表面上，不仅要求整体板面有平整度，而且连接盘（焊盘）这样共面性。PC 斑曲度要求越来越小，从 1.0%0.7%0.5%,甚至更小。连接盘要有好的共面性。由 HAL（

21、或 HASI）一 OSP 化学镀 Ni/Au、Ag、Sn 等。PCB 表面涂（镀）覆PCB 表面涂（镀）覆是指保护性和可焊性涂（镀）覆两部分。保护性涂（镀）覆。这是指 PCB焊接部分的常规性保护与字符。阻焊膜（剂）涂覆。它起到“一阻三防”的作用：“一阻”即阻（防）止 PCB 在焊接时焊料的污染与桥接作用；“三防”即在 PCB 长期使用过程中起到防污染、防霉变和防潮湿等作用。字符涂覆。它起到元器件安装位置和便于维修的作用。可焊性涂（镀）覆。这是指保持或形成 PCB 连接（焊接）盘表面可焊性的涂（镀）覆层。如 HALOSP 电镀 Ni/Au、化学 Ni/Au、化学 Ag、化学 Sn 等。热风（焊料

22、）整平。它是把 PCBft 制板浸入熔化的 Sn/Pb 焊料中，然后拉出经热风吹去（控制厚度）多余的焊料。由于可焊性好，它在 PCB 可焊性涂覆中曾达到 90 蛆上。彳！随着 SMT 技术和高密度化的发展，目前已下降到 50%以下，还会继续下降下去。主要原因有如下几个方面。Sn/Pb 焊料表面张力太大，随着焊盘直径缩小（即高密度化），涂覆的焊料表面形成“龟背”状态，从而影响焊接可靠性。Sn/Pb 焊料很薄时，如2 则会形成不可焊的 Cu3Sn2 表面层。有机可焊性保护剂（OSP。它是一种耐热有机（烷基苯并咪 n 坐类）化合物，大约 300c 才会分解，它能与连接盘新鲜铜表面络合形成厚度为 0.

23、3S0.5的保护层，保护了铜的可焊性。由于很薄，能保持原有的共面性，加上操作简便，成本低，因此得到了广泛应用，目前已达到 30 袱右的份额。但易于划伤，生产操作应格外小心。电镀银/金。这是在焊盘表面先镀银后再镀金的可焊性镀层。i 银层为阻挡（隔离）层，其厚度为 3s5m（原为 5s7阻止铜/金之间互相扩散（影响可靠性）。ii 电镀金层。其厚度应由使用条件或特征来决定。插头（金手指）镀金。由于是反复使用插拔，金层不仅要求耐磨（镀硬金），而且要求有较大的厚度（目前规定应大于 0.5m）。焊接用镀金。 由于焊接是在银表面进行， 金层是为了保护新鲜银表面 （不被氧化） 的，所以金层在保证银表面不氧化条

24、件下，金层应越薄越好。这不仅可降低成本问题，更重要的是保证焊点可靠性（焊点的焊料中金的含量 a3%时，焊点容易脆断）问题。金属丝（WB 焊接用镀金。由于金属丝（金丝或 Al 丝等）是直接焊接在金层上的，因此要求有较厚的金层，一般应0.5由于电镀银/金的电镀分散能力差，镀层厚度不均匀，成本也高，所以采用此方法越来越少了。化学镀银/金。利用氧化/还原的化学方法沉积银层厚度 3s5m 然后再沉积金层厚度（由应用条件来决定）。由于采用化学沉积，因而镀层均匀。目前化学镀银/金已迅速取代电镀银/金。其中化学镀银工艺控制较难，应特别注意。化学镀银。由于“绿色”环保要求，无铅焊料与焊接便摆在日程上来了，因此，与焊料相对应的化学镀银或化学镀锡等开发和使用起来了。化学镀银是 PC 斑接盘上化学沉积一层厚度为 0.05s0.5 为了防止银层腐蚀和银迁移，在化学镀液中加入特种添加剂，使镀层中含有机物，可经得起多次焊接过程。但化学镀液中 Cl 离子含量应小于 5ppni 避免与卤化物接触，否则会使表面发黄，影1s3%勺耐热有响外观与可焊性；防止与硫化物接触，否则会使表面呈黑色，同样影响外观与可焊性；成品应采用无硫纸包装。所