原创 第七章 印制电路板的制造

第七章 印制电路板的制造

1、简介：在一个电子系统的所有部件中，或许没有比印制电路板更重要的了，已经成为几乎所有电子产品和系统的基础。
a.集成电路的概念是Jack Kilby和Robert Noice从印制电路制造方法中借用来的；
b.今天在电路生产中广泛使用的印刷和蚀刻方法可追溯到1913年发明家Arthur Berry提出的方法，另一个值得注意的方法是由Max Schoop构想出来的；
c.Paul Eisler是在众多印制电路技术先驱中值得注意的发明家，自称是印制电路之父；
d.印制电路的方法可分为六个主要类型：涂料法、喷涂法、化学沉积法、真空溅射法、模压法、粉压法；

2、印制电路层压板用材料：.刚性印制电路层压板通常包括三个主要部分：增强层、树脂、代替或催化层；
a.增强层：是层压板的基础，它为层压板提供了重要的力学性能。常见类型有纸（低成本、难防火）、玻璃纤维（E- D- S-玻璃纤维）、其他（石英布、芳香族聚酰胺纤维等）；
b.有机树脂：是层压板的第二个关键部分，树脂作为粘结剂把增强层结合在一起，并提供层压板重要的电性能，常见类型有酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、其他材料（氰酸酯和双马来酰亚胺三嗪BT）
c.挠性（未增强）板用材料：挠性电路板是印制电路制造中一种特殊类型的。满足特殊需要的层压板。常见类型有聚酯、聚酰亚胺、特殊材料（涂覆树脂铜箔RCC）；
d.金属箔：金属箔常常层压到树脂成分上以形成印制电路制造所需的原材料。可以制造铜箔的方法有机械轧制和沉积，其中沉积的方法又分为电解、化学沉积、气相沉积和溅射，另外导电浆料也是制造印制电路的最古老方法之一；

3、印制电路层压板类型：单层覆铜箔层压板和双面覆铜箔层压板；

4、层压板的选择：主要基于对产品组装和使用上的要求，理想情况下应考虑从标准结构层压板中选择，以避免新结构延误的时间以及可能增加昂贵的鉴定费用；
a.层压板的选择判据如下：热膨胀系数CTE、电性能、耐火性能、弯曲强度、玻璃化转变温度Tg、机加工性、最高连续工作温度、机械强度、总的厚度公差、增强片材、树脂成分、热稳定性；
b.层压板命名：NEMA命名法：XXXP、XXXPC、CEM-1、CEM-2、FR-1/2/3/4/5、G-10，美军标命名法（MIL-P-13949）：PX、GE、GF、GH、GI、GP、GT、GX、GY、GC、GM、BF、BI、SC，常用于电子装置的基板材料为：CEM-1、CEM-3、FR-4、G-10、FR-5、高性能基板（双马来酰亚胺三嗪BT、聚酰亚胺、PTFE、氰酸树脂、环氧/PPE）、挠性基板；

5、层压板的制备：树脂和增强层材料相结合形成制造层压板的原材料，一般称作为半固化片、预制片或B型片。层压方法一般分为：分批层压、连续层压、真空辅助层压、真空辅助高压层压；

6、镀通孔印制电路板的工艺概述：
a.层叠钻孔和销钉定位；
b.钻孔；
c.孔的预处理和金属化：
■钻孔钻污的去除（湿化学方法和干化学方法，碱性高锰酸钾法、等离子体法等）
■金属化（化学镀铜、钯基直接金属化、石墨、炭黑、导电聚合物）
d.涂覆抗蚀剂（干膜抗蚀剂的辊涂、液态抗蚀剂的浸印以及电泳涂覆法）；
e.图形成像（接触曝光、非接触曝光、激光直接曝光）;
f.显影：通常使用传送带工艺来完成；
g.电路图形电镀：使用电镀工艺在表面和通孔中淀积 的电路图形；
h.去膜：一般使用含有表面活性剂的碱性溶液；
i.铜图形蚀刻：去除那些没有被适当的耐蚀金属或聚合物抗蚀剂覆盖的所有的铜，常用氯化铜、氨-氯化铵和硫酸-过氧化氢蚀刻剂，避免出现过蚀刻和欠蚀刻电路；
j.阻焊剂：俗称绿油，或称为阻焊膜，用它来防止钎料淀积或流淌到不需要焊接的电路图形区上，随着技术朝向线条更细、间距更窄的方向发展，液体光成像阻焊剂LPISM明显引领着市场；
■常见的阻焊剂：热固性树脂、紫外线固化树脂、光成像树脂；
■阻焊剂组成：环氧、丙烯酸酯、环氧-丙烯酸酯；
■阻焊剂选择判据：工艺必须满足UL和IPC标准（IPC-SM-840C），当然也必须通过最终用户的质量认证，其中PWB制造商的关注点是（需要UV固化、可允许的最小孔尺寸、用作电镀的抗蚀剂、低VOC、烘干工艺窗口、材料费用、感光速度、窄间距分辨力），PWB组装厂商的关注点是（与金属表面的附着力、硬度、光泽度、保持阻焊坝的能力、与焊剂兼容性、与焊膏兼容性）、最终产品销售商的关注点是（表面绝缘电阻、击穿电压、离子的驻留性、覆盖层厚度、性能、UL许可，主要OEM认可、满足IPC-SM 840C规范）；
■阻焊剂涂覆：帘幕涂覆、静电喷涂、大流量低压力HVLP喷涂、丝网印刷（水平的或垂直的，常使用Circuit Automation公司的机器）；
■性能要求：能够保持2mil（0.05mm）的阻焊坝、既能充分覆盖电路印制线而又没有在印制板上出现厚度过高的现象、阻焊膜中没有气泡或针孔、尽可能短的工艺时间、孔外浆料容易显影、几乎是垂直的侧壁、能够在镀金镀液中操作；  液态光成像阻焊剂必须满足下面标准列出的所有判据：IPC-SM 840C、Siemens SN 57030、UL 94V-0、Bellcore NWT-TR-000078、按照IBM的热冲击试验；
k.可钎焊镀涂层：锡铅镀涂层、有机可钎焊保护层OSP、化学镀镍浸金层ENIG、化学镀镍/化学镀钯/浸金层ENEPIG、浸银、浸锡层；以上表面镀涂层中的每一种都会在某些地方提供互连的解决方法，只有ENEPIG能够满足所有不同组装的要求，因而常被称作通用镀涂层；
l.金手指电镀：金手指是一种将电路板卡与下一级或系统板互连的常用方法；
m.在制板分割工艺：冲切合仿形铣；
n.边缘倒角；
o.加成法和减成法工艺：可以在绝缘基体材料上制备金属电路图形的方法；

7、单面印制板工艺举例：印刷和刻蚀、金属箔铣切、利用导电油墨直接印刷、平磨；

8、双面印制板工艺举例：在制板电镀、掩孔和蚀刻；在制板电镀、图形镀；导电油墨塞孔；

9、标准多层电路板工艺举例：
a.内层成像的要求：内层材料制备、定位孔的生成；
b.抗蚀层涂覆；
c.曝光方法；
d.显影；
e.蚀刻；
f.去膜；
g.铜电路表面预处理；
h.层压叠层；
i.层压方法；
j.钻孔；
k.孔的清洗和凹蚀；
l.后续处理；

10、大板层压：大板层压指的是层压板制造商以整张板的形式制造多层电路板的一种技术，这种板可供给那些不具备层压技术或层压生产能力有限的印制电路板厂商使用；

11、金属芯印制电路板：金属芯PCB是印制电路板中的一种特殊的类型，这种结构的目的通常是使热量快速有效地从电路板上散发出去，一般分为双面金属芯板结构和多层金属芯板结构；

12、挠性印制板：是印制电路的一种独特和非常重要的形式，IPC标准文件IPC-T-50把它定义为可以带有或没有挠性覆盖层的利用挠性基体材料印制电路图形的产品，一般也分为单面挠性印制板、双面挠性印制板、多层挠性印制板、刚-挠性印制板；

13、高密度互连（HDI）印制板：
a.HDI基板结构类型：
■类型1、2、3结构：都是具有刚性芯板的电路；
■类型4结构：具有刚性绝缘或金属芯基板的电路；
■类型5结构：是一种共层压的电路结构；在层压过程中电路层互连，使用导电油墨或合金实现垂直互连；
■类型6结构：其典型结构是一种使用整体金属贯通绝缘体为特点或导电胶通过模版印刷在聚合物内形成的电路，并且在层压过程中达到互连；
b.积压板举例：基本工艺步骤：普通多层板—用树脂填孔—用树脂包覆并激光钻孔或曝光显影—镀电路图形，重复孔形成工艺；
c.复合层压板结构举例：两个重要的优点：它们不需要对具有大深孔比的孔进行电镀，在层压之前可以独立测试和制造各个层；
d.顺序层压结构举例：此方法已在两家日本公司Matsushita和Toshiba应用，包括了绝缘体贯穿工艺和导电油墨工艺两种；

14、印制电路板的检验、评价和测试：
■目检如镀层质量、阻焊膜覆盖情况以及外观质量；
■电路本体和设计的特征尺寸（电路线宽、最小间距和孔径）的测量；
■结构的完整性，包括像检查电镀通孔质量这样一些项目；
■电性能，如介质击穿电压，以及如有规定，还要进行特征阻抗的测量；
■清洁度（通常是每平方厘米等价NaCl的微克数度量），这指示了在潮湿环境中由于导电离子的存在而引起潜在失效的可能性；
■可钎焊性，一种表明印制板镀涂层润湿能力的测试；
■环境性能；
■横截面评价；
■电性能测试；

15、未来发展方向：尽管没有人能够十分肯定地预测未来，但是在印制电路制造中相对能确定的是电路线宽和间距以及连接它们的孔径会随着时代发展变得越来越小，这两个趋势中，最重要的可能是制造更小的孔，小孔是改善电路布线的关键。