DVD-CH52印制电路板综述

1DVD-CH52印制电路板综述（1）我们生活在一个五彩缤纷的世界。仔细观察我们的周围，就会发现电子产品无处不在，工作场所、家庭生活、交通运输、学校、商店、银行和医院。（2）我们生活工作的所有场合几乎都离不开它。（3）美国的电子工业直接提供了二百万个工作职位，这个数子比汽车、钢铁和航空三种工业所提供的职位总和都要多。你猜怎么样，即使在这些工业中电子也起着非常重要的作用。（4）我们一想到电子，通常就会想到电子元件。每个人对这个现代化的奇迹，即高技术计算机芯片，都略知一二。每年这些芯片都在以更快的速度处理更多的信息。（5）但是如果没有印制电路板，电子系统就不可能正常地运转。正是由于印制电路板的存在，才使那些给人留下深刻印象的电子元件能够相互连接，并与其他无源器件如电阻和电容连接。（6）事实上，印制电路是现代电子的基础之一。（7）当今电路板市场的一个关键词是竞争。目前的市场环境不断地要求降低利润空间，以批量生产的价格生产定制产品，这就意味着我们要不断地以更快的速度、更低廉的价格、更高的效率生产更好的产品。（8）大家不禁要问：什么是印制电路呢？简单地说，印制电路就是在称之为基板的绝缘材料上形成的一个电子导体图形。（9）电子元件就是通过这些印制导体互相连接起来的。（10）元件又是什么呢？他们是一种能改变/控制电子流动的器件——如电阻、电容和计算机芯片等。（11）而互连就是电子流动的通道。（12）让我们从历史的角度来看印制电路的发展过程。很久以前，我们用的无线电收音机都很大。在这个能接收无线电波的盒子里面，这些数不清的电线和玻璃真空管安装在金属底架上的2插槽内。人们是用这些电线把真空管互相连接起来。（13）到了40年代末，人类造出了晶体管来取代体积庞大的真空管，同时又设计出印制电路来取代成堆的导线。记住，印制电路技术提供了一种直接在非导体基板上生成金属导体的方法。现在让我们再回到当时的情景看看印制电路是如何形成的。（14）首先在非导体基板的一面用压合的方式，覆上一层导电的铜箔。这就是所谓的“覆铜板”。（15）接下来，采用丝网印刷技术在铜箔表面上按照所希望的导体图形印刷一层抗蚀剂。抗蚀剂下面的铜被保护起来。（16）然后用化学蚀刻方法溶解掉未被保护的铜。这样就留下了涂有抗蚀剂的部分，下面就是铜导体。（17）这一步，是用溶剂剥掉抗蚀剂，铜导体就暴露出来了。（18）接着，在基板上要安装元件的适当位置冲出或钻出孔来。（19）为了形成一个完整的电路板组件，在铜导体的背面把元件插到相应的孔里面，再用焊锡把元件的引脚与铜导体焊在一起，这样就形成了电气连接。（20）经过上述过程后，就形成了现在这块基本的单面电路板。（21）当有较多的元件需要互连时，我们可以把电路板的两面都用起来，通常称为双面电路板。如果需要更多的互连，我们可以在印制板的中间增加内层导体，这就是常说的多层板。（22）这些内连层被一层一层叠压在一起，形成的多层板要比前面说的单面和双面电路板复杂得多，在同样的或是更少的物理空间内可实现更多的互连。（23）至此我们所看到的都是最熟悉的刚性印制电路。还有一种叫柔性印制电路的，以及刚性与柔性相结合的复合板。（24）柔性电路能折叠、弯曲甚至卷成一个卷。他们可用在要求机械柔性的任何产品中。3（25）现在你已经了解了印制电路工业的一些背景，下面我们深入到电路设计和制造环节中进一步了解所涉及到的各种材料和常用工艺。我们还将讨论制造最终组件所使用的典型工艺。（26）制造一块印制电路板的作业非常复杂，由100多步单独的工艺步骤组成。包括照相、机械或化学——涉及到很多不同的行业。（27）例如，照相和丝网印刷来自书画刻印艺术行业。（28）层压来自橱柜制造行业。（29）钻孔、布线和冲孔来自机械行业。（30）化学镀和电解镀来自金属涂饰工业。（31）真空层压则源自于航空工业。（32）等离子清洗和蚀刻来自于微电子行业。（33）但在我们继续往下讲之前，先来探究一下基材即基板——覆铜箔层压板的结构。（34）记住，层压板是不导电的即绝缘材料。在电子学中，这称之为“介质”。层压板是由增强材料和树脂材料组成。（35）树脂用来粘合增强材料并提供绝缘媒介以防止电气信号在导体之间和电路板内通过。（36）增强材料可以是纸纤维、编织玻璃布、玻璃纤维无纺布、芳酰胺纤维布、聚四氟乙烯纤维布或石英布。最常用的是编织玻璃布。（37）层压板使用的树脂系列包括通用的树脂如酚醛树脂和环氧树脂；及高温树脂如聚酰亚胺树脂和聚四氟乙烯。最常用的是环氧树脂。（38）涂有环氧树脂的玻璃布，称为“B阶”，经特殊烘烤后成为半固化材料，即“半固化片”。现在来看一下制造电路板所常用的一些层压板类型。（39）纸-酚醛树脂材料，这里增强材料为纸，粘合材料是酚醛树脂，这是一种成本最低的层压板。这种层压板为不透明的棕色，可以钻孔或冲孔。常见符号为FR-2。（40）聚酯-4玻璃复合材料基板，成本也比较低，也能钻孔和冲孔。其颜色通常为不透明的奶油色，但也有蓝色、黑色或红色。它们的符号为CEM-1和CEM-3。（41）环氧树脂-玻璃层压板是透明的浅绿色，是电路板行业中最常用的材料。也有深绿色和红色的。它们的常用符号是FR-4。（42）聚酰亚胺-玻璃层压板在军事，航空业及井下钻探中备受青睐，可用在高温和/或恶劣的环境中，颜色从半透明过渡到不透明有多种棕色，符号为GI。（43）聚四氟乙烯-玻璃层压板，其独特的介电特性，使得它与其他层压板相比具有更快的信号速度，所以它是微波应用中最常用的。颜色呈灰棕色，符号为GR、GT、GX和GY。（44）可能还有很多其他类型的所谓特殊层压板。包括环氧树脂-凯富拉（芳香族聚酰胺）纤维、氰酸酯-玻璃、聚酰亚胺-凯富拉纤维、聚酰亚胺石英和环氧树脂-聚四氟乙烯纤维。（45）每种层压板的成本根据原材料的成本和加工难度而定。但它们承担的使命是相同的-提供一个稳定的不导电的基板。（46）现在我们来了解一下典型的层压材料制做经过。买进来的增强材料象普通的布匹，一卷一卷的。先把它浸泡在树脂槽中，然后送入处理器。里面的溶剂可以控制树脂的粘性，使其达到一个正确均匀的粘度。然后对树脂进行不完全固化，到不粘手即可。最终形成了半固化饱和树脂增强材料，我们称其为半固化片或B阶。（47）然后将其切成一定尺寸的大板。（48）除了半固化片材料外，电路板还要用到导电材料-铜箔。慢慢转动铜电镀液中的不锈钢或钛电极鼓，就制成了铜箔。鼓的一次旋转形成一定厚度的铜镀层。不同的转速决定不同的厚度。（49）接着把剥下来的铜箔卷在一个接收盘上。接触鼓的铜箔面很光亮，另一面为了与半固化5片有较好的粘着，做了钝化处理。和半固化片一样，铜箔也要切成一定尺寸的大板。（50）这样我们就有了一张一张的半固化片和铜箔。现在让我们来观看一下典型的覆铜板制作技术。先用钢隔板垫在下面保护覆铜板的外表面不被压伤。（51）下一步，我们在钢隔板上放一张铜箔，粗糙面向上。然后在加放一定数量的半固化片，如果制作双面覆铜板，还要在上面再放一张铜箔，光亮面向上。（52）最后再盖上另一张钢隔板，做为一格。就这样重复往上堆，最后就好象一摞“书”一样。（53）然后将这些“书”装入层压机。（54）在热和压力的共同作用下，这些材料压合在一起。压合过程中层压机的温度和压力使半固化片熔化并流动。（55）压合工作室抽成真空，可以确保液体半固化片与铜箔之间良好的接触。等半固化片变硬，或胶凝后—就粘连到铜箔的表面。（56）我们把完全固化的半固化片，称为“C阶”。现在我们已经全面了解了生产电路板所用的覆铜板的制作过程，接下来让我们去探究一下典型的电路板设计包含了一些什么内容。（57）市场竞争导致产品生命周期越来越短，要求更快的生产导入，以及产品功能日渐复杂，计算机辅助设计即CAD系统便应运而生。无疑我们正处于科技快速变化的年代。（58）电路板设计实际是从最终产品的设计开始的。只有先知道一个产品要做什么，它的外观什么样，你才能选择所需的元件和互连的类型。（59）设计工程师按照终端产品所需要的所有电子功能生成原理图。而电路板设计实际上是元件和所有互连的一种物理表示。（60）工程师用CAD系统来确定板子的类型、尺寸和形状……（61）基材的类型、级别和牌号……（62）元件在板子上的物理位置……6（63）所要钻孔的大小、位置和数量……（64）板上导体及非导体图形的尺寸、形状和布线。（65）以及所有测试点的数量和位置。这些测试点被汇编成一个测试网表。（66）从CAD系统出来的最终设计数据,需要转换成光绘仪的格式,送到激光绘图仪，在感光胶片上生成电路板的照相底版。（67）激光绘图仪采用与电视机类似的电子扫描系统——逐行扫描技术。光绘仪的输出就是用来在电路板上曝光成像的底版。（68）在数字化信息中还包括钻孔、布线及测试等需要的所有文件。（69）现在制造印制板需要的所有材料都具备了—当然还有前面介绍的覆铜板。我们可以开始制作电路板了。让我们先来了解制作一块典型的双面刚性PCB的一些关键工艺步骤。（70）我们先将覆铜板切成适当的板材尺寸。把一定数量的板材摞起来一同钻孔。（71）接着，通过电镀使孔壁导通。这是采用化学沉积方法在板的整个表面及孔的内壁上形成一层很薄的化学铜，或者称为另一层导电膜。也可使用直接金属化技术。（72）此时，在板材上涂敷光刻胶—通常为干膜。（73）然后在光刻胶上曝光底版图像。（74）现在把板子放入显影液中。显影过程将去除干膜未曝光尚保持柔软的部分，它们覆盖着想要保留下来的导电图形。（75）干膜经曝光变硬的部分留下来覆盖着板上除导电图形以外的区域，干膜的覆盖可以屏蔽或阻止下一步即将进行的电镀涂敷。（76）现在电路图形和孔壁上都镀上了一定厚度的铜，这个工艺被称为图形电镀。（77）露铜表面镀敷了一层薄薄的锡或锡/铅合金，在后面的蚀刻过程起抗蚀作用。7（78）电镀工序后，原来留下来的光刻胶要经过一个脱膜工序被清除。脱膜剂溶解已经变硬的光刻胶，露出下面的铜。（79）这时，板面上显现出所希望的导电图形，上面覆盖着一层锡或锡/铅合金抗蚀膜。其余部分则被铜覆盖着。（80）现在用蚀刻工艺去掉这些不需要的铜，露出基材，即非导电基板。注意锡或锡/铅合金起着抵抗蚀刻溶液的作用，因此而得名。（81）这时我们要脱去铜上面镀覆的锡或锡/铅。我们现在得到的就是接近最终产品的电路板。（82）接着，印制板上不能涂敷焊料的所有区域需要遮盖起来。这个任务是阻焊膜来完成的。最常用的阻焊膜是液态感光型，可用以下几种方式涂敷，包括水帘淋洒涂布、喷涂或各种网印工艺。（83）阻焊膜也可通过滚压干膜来形成。（84）或用刮板手工压合。（85）接着是阻焊膜底版成像—然后显影、固化。（86）做好阻焊膜以后，经过热风整平作业，将熔融的焊料涂敷到所有未被阻焊膜保护的区域。上述在裸铜图形上面涂覆阻焊膜的工艺简称为SMOBC。还有一些其他类型的表面涂饰，如有机涂层和其他金属保护涂层如镍和金。（87）整个制作过程最终以边缘连接器(金手指)电镀金、丝印标识或符号，修切板边缘得到最终尺寸和形状，而告结束。（88）这就是我们所完成的双面电路板。（89）正如你所看到的，制造一块电路板需要用到很多机器和工艺。为了成功地实现计划并交付可靠的产品，质量控制和预防性维护程序是非常关键的。8（90）在我们讨论测试和检查板子之前，让我们来看一下制造更为复杂的多层板时的不同之处。（91）多层板使用内连层，可在同样的空间内实现更高的电路密度。含三层以上电路的就可称为多层板。用于内层的材料是较薄的双面覆铜箔层压板。内层电路的制作过程如下：（92）首先把板材叠起来进行钻孔。（93）涂敷光刻胶，按照电路图形成像并显影。（94）显影工艺将去掉未暴光的仍保持柔软的区域，下面覆盖的就是将要蚀刻掉的区域。（95）现在开始蚀刻。（96）脱除胶膜。（97）然后将内层电路板放在自动光学检查系统中测试。测试通过的内层板需要在氧化槽中进行表面处理，以改善层压期间与半固化片的粘附性。（98）按照与前面我们介绍的叠加半固化片材料生成层压板基材相似的方式，进行叠加与层压，只不过现在压合的是蚀刻的内联层。（99）我们又要