PCB生产过程与技术.docx

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PCB生产过程与技术

PCB生产过程与技术

1PCB分类、特点和地位（用处）

1.1PCB分类

可按PCB用处、基材类型、构造等三种来分类，一样采取PCB构造来分类。

1.1.1刚性PCB

⑴单面PCB。

⑵双面PCB。

⑶多层PCB。

1惯例多层PCB。

2埋/盲孔多层PCB。

3积层（HDI/BUM）PCB。

A有“芯板”的积层PCB。

B无“芯板”的积层PCB。

1.1.2挠性PCB

跟着挠性PCB（FPC）应用范畴灵敏扩大年夜，挠性印制板已最快速度成长着。

⑴单面FPC。

⑵双FPC。

⑶多层FPC。

1.1.3刚-挠性PCB

这是指由刚性部分和挠性部分合营构成的PCB。

刚性部分重要用于焊接或组装元器件，而挠性部分重要起着刚性部分之间的连接、旌旗灯号传输和可挠曲性机械安装的感化。

⑴刚性部分重要为刚性多层板构造，但中心夹入挠性部分，经由过程层压、钻孔和孔化与电镀等形成刚性部分与挠性部分之间连接。

⑵挠性部分由挠性板构成。

为了保持可挠曲性机械安装，挠性部分大年夜多为单、双面挠性板或多组的单、双面挠性板等构成。

1.1.4特种PCB

这是指高频微波PCB、金属基（芯）PCB和某些专门PCB而言的。

⑴高频微波PCB。

这是指应用于高频（频率大年夜于300MHZ或波长小于1米）与微波（频率大年夜于3G或波长小于0.1米）范畴的PCB。

其重要要求如下。

1低介电常数εr的基材。

A聚四氟已烯（PTFE）又称Teflon,其εr=2.1，形成CCL的εr为2.6阁下。

B“空气珠”或“微泡”构造的CCL材料，其εr为1.15∽1.35之间（Arlon公司）。

2低介质损耗角正切tanδ。

PTFE基材的tanδ为0.002，仅为FR-4的1/10。

⑵金属基（芯）PCB。

在组装有大年夜功率组件的PCB内埋入金属板，以进步导热或散热为重要目标（还有改良CTE和尺寸稳固性等）的PCB。

所采取的金属材料有：

薄Al板；薄Fe板；薄Cu板；殷钢；钨钼合金。

还有非金属的炭素板等。

⑶其它专门PCB。

如厚铜箔PCB、复合伙料PCB和特大年夜尺寸（面积或厚度等）PCB。

1厚铜箔PCB。

这是指镀通孔和导线的铜厚度35∽200µm之间的PCB。

重要应用于大年夜电流畅过的场合，如电源用的PCB等。

2复合伙料PCB。

这是指不合伙料压合在一路的PCB，如把PTFE材料和FR-4材料压合在一路的PCB。

既解决了高频旌旗灯号传输问题，又解决了应用时的刚性与尺寸稳固性问题。

3特大年夜尺寸PCB。

这是指厚度专门厚、面积专门大年夜的PCB，如600X800X5∽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（各类集成电路等）分别或复合埋入到PCB内部的产品。

因为今朝技巧水平和成长过程的缘故，今朝主假如埋入无源元件的PCB为主，其工艺也比较成熟。

⑴埋入无源元件PCB。

1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年夜。

由（6∽15）：

1上升到（15∽33）：

1，如手机的无源元件的数量已跨过500只，而台式电脑主板（奔驰Ⅱ）的无源元件数量已达2000只以上。

这种增长趋势还在连续。

B促进PCB高密度化成长。

如能埋入50%数量的无源元件，则可使PCB板面缩小25%以上。

C进步PCB组装的靠得住性。

削减了大年夜量的焊接。

埋入无源元件受到“爱护”，幸免大年夜气中的湿气、有害气体、尘粒等腐蚀，机能稳固。

D进步了PCB组装件的电气机能。

清除了无源元件焊接所形成的大年夜量回路，及其引起的寄生效应。

削减无源元件功能掉效力，进步无源元件功能稳固性。

2埋入电阻PCB。

把电阻以平面情势埋入到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。

3埋入电容PCB。

把电容以平面情势埋入到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。

4埋入电感PCB。

把电感以平面情势埋入到PCB内部的方法。

因为数量专门少，加上电感较大年夜，埋入后果不睬想。

5复合埋入无源元件PCB。

即同时埋入电阻和电容等的PCB。

PCB特点

往常、现在和今后，PCB之因此能越来越获得广泛地应用，这是因为它有专门多多少专门的长处，概括如下。

⑴可高密度化。

100多年来，PCB的高密度化是跟着集成电路集成度的进步和安装技巧的进步而成长着。

⑵靠得住性。

经由过程一系列标准和规定的检查、测试和老化实验等可包管PCB产品经久（应用期，一样为20年）而靠得住地工作着。

⑶可设计性。

对PCB产品的各类机能（电气、物理、化学、机械等）的要求，能够经由过程设计标准化、规范化等来实现PCB设计，时刻短、效力高。

⑷可临盆性。

可采取现代化临盆治理，可进行标准化、范畴（量产）化、主动化临盆，包管产品德量一致性。

⑸可测试性。

建立了比较完全的测试方法、测试标准、各类测试设备与仪器等来考查，并剖断PCB产品的合格性和应用寿命。

⑹可组装性PCB产品既便于各类元件进行标准化组装，又能够进行主动化、范畴化的组装临盆。

同时，PCB和各类元件组装的部件还能够组装形成更大年夜的部件、体系，直至整机产品。

⑺可爱护性。

因为PCB产品和各类元件组装形成的部件是以标准化设计与范畴化临盆的，因而，这些部件也是标准化的。

因此，一旦体系或整机产生故障，能够快速、便利、灵活地进行改换，灵敏复原工作。

因此，还能够举例说得更多些。

如体系小型化、轻量化，消息传输高速化等。

1.3PCB地位

在所有的电子工业范畴中都离不开PCB产品，PCB产品已成为三大年夜电子元件一。

其应用范畴有五大年夜方面。

⑴家用电子产品方面。

如电视机、洗衣机、VCD等。

①基板材料。

重要采取纸基酚醛树脂的单面板，少量采取纸基或玻纤布基环氧树脂的单、双面板。

②重要特点：

利润低；靠量产。

⑵便携式电子产品方面。

如手机（移动德律风）、摄象机、录象机等。

1基板材料：

刚性材料FR-4、CEM-3；挠性材料PI、PE等。

2重要特点：

高密度化（HDI）；量产化。

⑶高机能电子产品方面。

如电脑、游戏机等

1基板材料：

FR-4（或高Tg的FR-4）、CEM-3等。

2重要特点：

高密度化（HDI）；量产化。

⑷超高机能电子产品方面。

如超等（巨型）运算机、大年夜型工作站等。

1基板材料：

BT树脂基材；PI树脂基材。

2重要特点：

高密度化高层化；技巧与工艺难度大年夜，量少，昂贵（附加值高）。

⑸汽车范畴电子产品方面。

1基板材料：

刚性材料FR-4、CEM-3，挠性材料PI、PE等。

2重要特点：

安稳、靠得住。

2PCB临盆工艺与技巧

PCB原材料

⑴薄铜箔材料。

1FPC用铜箔材料。

采取高延展性铜箔，如冷轧的铜箔等，其厚度为35µm（1OZ）、18µm（1/2OZ）、12µm（3/8OZ）、9µm（1/40Z）、……等。

2刚性PCB用铜箔材料。

采取电镀高延展性铜箔，其厚度为35µm、18µm、12µm、9µm……等。

⑵半固化片（粘结片）材料。

一样是由玻纤布或纸和树脂来构成的。

1惯例半固化片。

它是由惯例玻纤布与树脂形成的半固化片。

2扁平或特种半固化片。

它是由扁平玻纤布（玻纤与树脂平均分布）与树脂形成的，重要用于钻微、激光蚀孔，精细导线制造等。

⑶刚性覆铜板（CCL）材料。

它是由铜箔和半固化片于高温高压下而形成的，能够形成不合类型与不合厚度的系列产品供客户选用。

1FR-4材料。

这是由玻纤布（可用不合类型与活动厚度）与环氧树脂形成的CCL材料，是今朝PCB工业应用最广泛的材料。

2CEM-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，价格也廉价些，但某些机能（如曲折强度）比FR-4稍差。

3RCC（涂树脂铜箔）材料。

在处理过的铜箔别处上涂覆必定厚度树脂形成（半固化状况）的材料。

应用于HDI/BUM板的激光形成微孔方面。

4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（纸基环氧树脂）材料，还有BT，PI，PTFE等等形成的CCL材料。

5特种基板材料。

如金属基覆铜箔材料，陶瓷基覆铜板材料等。

⑷挠性覆铜板材料。

挠性CCL的最大年夜特点是介质层中没有加强材料，可成卷订货。

重要有PI和PE两种类型CCL。

个中PI的构造有两种。

1三层法。

即由铜箔、粘结剂和PI（或PE）膜形成的挠性CCL。

其长处是价格廉价。

缺点是因为粘结剂层存在使结合力低，同时因为粘结剂往往长短阻燃性的而形成不阻燃的挠性CCL。

2两层法。

即由铜箔和PI膜形成的挠性CCL。

PCB工艺流程与技巧

印制电路板的工艺流程与技巧可分为单面、双面和多层印制板。

现以双面板和最复杂的多层板为例。

⑴惯例双面板工艺流程和技巧。

1开料---钻孔---孔化与全板电镀---图形转移（成膜、曝光、显影）---蚀刻与退膜---阻焊膜与字符---HAL或OSP等---外形加工---考查---成品

2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OSP等---外形加工---考查---成品

⑵惯例多层板工艺流程与技巧。

开料---内层制造---氧化处理---层压---钻孔---孔化电镀（可分全板和图形电镀）---外层制造---别处涂覆---外形加工---考查---成品

（注1）：

内层制造是指开料后的在制板---图形转移（成膜、曝光、显影）---蚀刻与退膜---考查等的过程。

（注2）：

外层制造是指经孔化电镀的在制板---图形转移（成膜、曝光、显影）---蚀刻与退膜等过程。

（注3）：

别处涂（镀）覆是指外层制造后---阻焊膜与字符---涂（镀）层（如HAL、OSP、化学Ni/Au、化学Ag、化学Sn等等）。

⑶埋/盲孔多层板工艺流程与技巧。

一样采取次序层压方法。

即：

开料---形成芯板（相当于惯例的双面板或多层板）---层压---以下贱程同惯例多层板。

（注1）：

形成芯板是指按惯例方法造成的双面板或多层板后，按构造要求构成埋/盲孔多层板。

假如芯板的孔的厚径比大年夜时，则应进行堵孔处理，才能包管其靠得住性。

⑷积层多层板工艺流程与技巧。

芯板制造---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构造的集成印制板（HDI/BUM板）。

（注1）：

此处的芯板是指各类各样的板，如惯例的双面、多层板，埋/盲孔多层板等等。

但这些芯板必须经由堵孔和别处磨平处理，才能进行积层制造。

（注2）：

积层（HDI/BUM）多层板构造可用下式表示。

a+n+b

a—为一边积层的层数，n—为芯板，b—为另一边积层的层数。

⑸集成元件多层板工艺流程与技巧。

开料---内层制造---平面元件制造---以下贱程同多层板制造。

（注1）：

平面元件以CCL或网印情势材料而采取。

PCB考查与测试

PCB考查与测试是指PCB临盆过程中质量操纵、最终产品机能和应用期（寿命）靠得住性等的考查与测试。

⑴PCB临盆过程质量操纵的考查。

1物理方面考查。

★目检：

采取人眼或2X、10X或更高倍数的对象显微镜以及其它对象（如检孔镜、背光装配等）来不雅测别处和孔表里面质量。

★AOI（主动光学检查）和SEM（扫描电子显微镜）等的检查。

2化学方面考查。

★惯例化学分析。

分析和操纵各类溶液质量（主假如构成或成分方面）。

★各类化学仪器。

分析和操纵各类溶液（主假如杂质或污染方面）。

⑵PCB产品机能的检测。

1外不雅考查。

经由过程目检（含放大年夜倍数）来不雅测成品别处与尺寸的质量

2电气机能考查。

经由过程“通”、“断”测试，绝缘（电阻与电压）等来检测成品的电气机能情形。

3显微剖切考查。

经由过程剖切来考查成品内部质量情形，如多层板的对位、镀层厚度分布、层间连接与缺点等。

⑶PCB应用靠得住性的检测。

热冲击实验（浮焊或焊接）、高低温轮回实验、潮湿实验、高压蒸煮实验、互连应力实验等等。

然后经由过程电气机能（如电阻变更等）、显微剖切等来检查与分析成品的靠得住性和应用寿命。

3PCB技巧近况与成长

PCB技巧的往常、现在和今后差不多上围绕着PCB的“孔”、“线”、“层”、“面”等而展开和成长着。

按电子组装技巧的成长与进步可分为如下四个时期。

3.1通孔插装技巧（THT）的PCB概况

⑴通孔的感化。

1电气导通（连接）感化。

2支撑元器件感化。

即元器件的引脚是穿过通孔而焊接起来的，为了包管主动插装和焊接的靠得住性，因而限制了元器件引脚尺寸和通孔直径尺寸不克不及太小，一样逗留在φ0.8mm阁下。

⑵高密度化偏向。

1缩小线宽/间距（L/S）。

这一时期L/S的高端产品达到0.1mm（但大年夜多半为0.3∽0.2mm）。

2增长层数。

最多达到64层，筹划为≥100层，然则孔化、专门是电镀十分困难。

⑶别处涂（镀）覆。

电镀Au或电镀Ni/Au，松喷鼻基助焊剂等。

3.2别处安装技巧（SMT）的PCB概况

别处安装技巧的显现，给PCB工业带来了天崩地裂翻天覆地的变更。

3.2.1重要特点。

⑴导通孔的感化。

它仅起电气互连感化，这意味着：

①只要包管电气互连质量，导通孔直径可尽量小；

②即使把导通孔堵塞起来也行。

⑵PCB成品共面性要求。

这意味着：

①PCB翘曲度应尽量小，要求由1%→0.7%或0.5%，甚至更小；

②连接盘（焊盘）的共面性高。

3.2.2高密度化偏向。

主假如导通孔的灵敏缩小和构造变更。

⑴导通孔灵敏走向微小化，并由数控（机械）钻孔走向激光钻孔。

导通孔直径由0.8→0.5→0.3→0.2→0.15→0.10（mm）。

导通孔数控钻孔方法的改进:

①数控钻床主轴转速由6万转/分→8万转/分→10∽12万转/分→16∽18万转/分→25万迁移转变/分等。

②由全部主轴迁移转变改为夹钻头体系迁移转变，动能大年夜大年夜减小，明显降低震动性，进步了钻孔定位精度和质量。

③台面由丝杠移动改为线性马达，移动更快速，既降低了磨损又进步了稳固性。

④改变了了钻头构成与构造，减小WC颗粒直径（由2∽3µm→0.2∽0.3µm，甚至更小）。

⑵激光钻孔的灵敏成长。

①红外激光钻孔。

②UV激光钻孔。

③混淆激光钻孔。

各类钻孔方法有用范畴如下：

钻孔直径Φ0.8→ф0.5→φ0.3→ф0.2→ф0.15→φ0.10→φ0.05mm

←------数控钻孔---------------→

←---红外激光-----→

←--UV激光---→

⑶埋/盲空孔构造的显现。

①埋/盲孔构造。

②不连接的层之间没有导通孔，不设隔离盘，缩短导线和孔深，进步布线自由度。

③PCB进步密度至少1/3以上。

④改良电气机能。

⑷盘内孔（HIL或HIP）构造的出生。

①由“狗骨”构造改为盘内连接构造。

②达到缩短连线，进步密度，改良电气机能等。

3.2.3板面平坦度

因为元器件是贴装在PCB别处上，不仅要求整体板面有平坦度，同时连接盘（焊盘）如许共面性。

⑴PCB翘曲度要求越来越小，从1.0%→0.7%→0.5%，甚至更小。

⑵连接盘要有好的共面性。

由HAL（或HASL）→OSP、化学镀Ni/Au、Ag、Sn等。

3.2.4PCB别处涂（镀）覆

PCB别处涂（镀）覆是指爱护性和可焊性涂（镀）覆两部分。

⑴爱护性涂（镀）覆。

这是指PCB非焊接部分的惯例性爱护与字符。

1阻焊膜（剂）涂覆。

它起到“一阻三防”的感化：

“一阻”即阻（防）止PCB在焊接时焊料的污染与桥接感化；“三防”即在PCB经久应用过程中起到防污染、防霉变和防潮湿等感化。

2字符涂覆。

它起到元器件安装地位和便于修理的感化。

⑵可焊性涂（镀）覆。

这是指保持或形成PCB连接（焊接）盘别处可焊性的涂（镀）覆层。

如HAL、OSP、电镀Ni/Au、化学Ni/Au、化学Ag、化学Sn等。

1热风（焊料）整平。

它是把PCB在制板浸入熔化的Sn/Pb焊估中，然后拉出经热风吹去（操纵厚度）余外的焊料。

因为可焊性好，它在PCB可焊性涂覆中曾达到90%以上。

但跟着SMT技巧和高密度化的成长，今朝已降低到50%以下，还会连续降低下去。

重要缘故有如下几个方面。

ⅰSn/Pb焊料别处张力太大年夜，跟着焊盘直径缩小（即高密度化），涂覆的焊料别处形成“龟背”状况，从而阻碍焊接靠得住性。

ⅱSn/Pb焊料专门薄时，如≤2µm则会形成弗成焊的Cu3Sn2别处层。

2有机可焊性爱护剂（OSP）。

它是一种耐热有机（烷基苯并咪唑类）化合物，大年夜约300℃才会分化，它能与连接盘新奇铜别处络合形成厚度为0.3∽0.5µm的爱护层，爱护了铜的可焊性。

因为专门薄，能保持原有的共面性，加上操作简便，成本低，是以获得了广泛应用，今朝已达到30%阁下的份额。

但易于划伤，临盆操作应非分专门当心。

3电镀镍/金。

这是在焊盘别处先镀镍后再镀金的可焊性镀层。

ⅰ镍层为阻挡（隔离）层，其厚度为3∽5µm（原为5∽7µm），阻拦铜/金之间互相扩散（阻碍靠得住性）。

ⅱ电镀金层。

其厚度应由应用前提或特点来决定。

★插头（金手指）镀金。

因为是反复应用插拔，金层不仅要求耐磨（镀硬

金），同时要求有较大年夜的厚度（今朝规定应大年夜于0.5µm）。

★焊接用镀金。

因为焊接是在镍别处进行，金层是为了爱护新奇镍别处（不

被氧化）的，因此金层在包管镍别处不氧化前提下，金层应越薄越好。

这不仅可降低成本问题，更重要的是包管焊点靠得住性（焊点的焊估中金的含量≥3%时，焊点轻易脆断）问题。

★金属丝（WB）焊接用镀金。

因为金属丝（金丝或Al丝等）是直截了当焊接

在金层上的，是以要求有较厚的金层，一样应≥0.5µm。

因为电镀镍/金的电镀分散才能差，镀层厚度不平均，成本也高，因此采

用此方法越来越少了。

④化学镀镍/金。

应用氧化/还原的化学方法沉积镍层厚度3∽5µm，然后再沉积金层厚度（由应用前提来决定）。

因为采取化学沉积，因而镀层平均。

今朝化学镀镍/金已灵敏代替电镀镍/金。

个中化学镀镍工艺操纵较难，应专门留意。

⑤化学镀银。

因为“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创和应用起来了。

化学镀银是PCB连接盘上化学沉积一层厚度为0.05∽0.5µm。

为了防止银层

腐化和银迁徙，在化学镀液中参加特种添加剂，使镀层中含有1∽3%的耐热有机物，可经得起多次焊接过程。

但化学镀液中Cl+离子含量应小于5ppm；幸免与卤化物接触，不然会使别处发黄，阻碍外不雅与可焊性；防止与硫化物接触，不然会使别处呈黑色，同样阻碍外不雅与可焊性；成品应采取无硫纸包装。

因此化学镀银的PCB产品应优先与及时处理。

6化学镀锡。

因为所有焊料是以锡为主体的，因此锡镀层能与任何类型焊料相兼

容，化学镀锡是PCB别处涂（镀）覆技巧最有成长前程的。

近几年来，因为镀锡溶液中参加新型添加剂，沉积锡层由树枝状构造变成含有

少量有机物的颗粒状构造，其厚度为0.8∽1.2µm之间。

因为它具有好的热稳固性，即使经由多次焊接过程，也可不能形成弗成焊构造化合物。

同时，它也可不能形成锡丝和锡迁徙问题。

3.3芯片级封装的PCB概况

3.3.1芯片级封装的PCB又可称封装基板。

它要求周全走向甚高的高密度化程度，重要特点是慢慢而灵敏走向HDI/BUM板和集成元件PCB。

⑴导通孔走向微孔化。

导通孔直径将≤150µm，并走向ф100→ф70→ф50→ф30→ф20（µm）。

周全走向激光钻孔，并以UV激光钻孔为主导。

⑵导线走向精细化。

如下表所示。

IC线宽和PCB线宽的进步与比较

年份

IC线宽（µm）

PCB线宽（µm）

比率

1970

3

300

1：

100

1985

1

200∽100

1：

200∽1：

100

2000

0.18

100∽30

1：

560∽1：

170

2005

0.10

50∽20

1：

500∽1：

200

2010

0.05

10（HDI/BUM板）

1：

200

要慢慢走向采取激光直截了当成像（LDI）技巧或集成电路加工技巧来制造PCB，同时进步制造房间净化度也变得十分重要。

⑶介质层厚度走向超薄化。

由100→80→50→30→20→10（µm）。

同时由刚性（玻纤布加强的树脂材料）基材走向挠性（无加强的树脂）基材。

3.4体系封装（SIP）的PCB概况

体系封装（SIP）的PCB还处于明芽和试用的时期。

它不仅把大年夜量的无源元件埋入PCB内部，同时也把有源元件装入到PCB内部，从而具有自力体系功能的部件，因而具有密度更高、速度更快、功能更全（强）和靠得住性更高的体系装配（有关这方面的较具体技巧请参阅【印制电路信息】2004年2月第3∽11页）。