CH5-印制电路板

5.1印制电路板简介1.印制电路板的概念印制电路板（PrintedWiringBoards,PCB）为覆盖有单层或多层布线的高分子复合材料基板，它的主要功能为提供第一层次封装完成的元器件与电容、电阻等电子电路元器件的承载与连接，用以组成具有特定功能的模块或产品。印制电路板为当今电子封装最普遍使用的组装基板，它通常被归类于第二层次的电子封装技术，常见的电路板有硬式印制电路板（RigidPCB）、软式印制电路板（FlexiblePCB或PrintedBoards,FPB,称为绕式电路板）、金属夹层电路板（CoatedMetalBoards）与射出成型（注模）电路板（InjectionMoldedPCB）等四种。第五章印制电路板除了金属夹层电路与少部分的射出成型电路板外，印制电路板通常以玻璃纤维强化的高分子树脂材料披覆铜箔电路而制成，它的工艺是一系列的机械、化学与化工技术的整合。包括机械加工（钻孔、冲孔…）、电路成型、叠合、镀膜（电镀、无电电镀、溅射或化学气相沉积）、刻蚀、电性与光学检测；多层印制电路板包括内层电路设计与刻蚀、电路板之间的叠合等。早期的电路板有酚醛类树脂（Phenolics）与纸板叠合，再覆盖上刻蚀的铜箔电路制成，现在的印制电路板在工艺、材料、结构设计、电性能等方面均有长足的进步，所以能提供的封装密度也较早期增加百倍。第五章印制电路板5.1印制电路板简介2.印制电路板的材料、工艺与结构简介一块印制电路板上可能只连接数个电子元器件，也可能连接数百个电子元器件，无论简单或复杂的电路结构，印制电路板可按照导体电路的层数区分为:第五章印制电路板5.1印制电路板简介2.印制电路板的材料、工艺与结构简介单面电路板双面电路板多层印制电路板123单面印制电路板上刻蚀的铜箔电路仅覆盖于电路板的一面，板上有钻孔以供电子元器件引脚固定使用；双面印制电路板则有铜箔电路覆盖于电路板两面，电路板上同时也制出导孔，其孔壁上覆有电镀铜膜以提供基板两面电路的连通，电镀导孔可以大幅地提高电路连线的密度。多层印制电路板上含有两层以上电路结构，它可以用单面及双面铜箔电路披覆的电路板叠合制成，并制出各种形式的电镀孔形成垂直方向的导孔通。硬式印制电路板的材料可用绝缘材料和导体材料加以区分，绝缘体材料可区分为高分子树脂（Resins）与玻璃纤维强化材料（Reinforcements）两大类，导体材料以铜为常见。一、印制电路板的绝缘材料硬式电路板最常用的高分子树脂材料是FR-4环氧树脂，它的名称的FR是来源于阻燃(FrameRectarded)縮写，具有具有价格低廉和优良的特性。FR-4溴化环氧树脂的主要化学成分是四溴双酚醛A二縮水甘油醚A。树脂的阻燃性是来自于其中溴的添加。除了增加阻燃成分外，还添加酚醛清漆树脂以增加交联密度，添加双氰硫二胺作为硬化剂，添加四甲基丁烷氨作为催化剂。FR-4环氧树脂具有优良的性能与低廉的价格，因此在印制电路板的应用中历史悠久，它的工艺处理方法几乎已成为一项电子封装业的标准。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板5.2硬式印制电路板在多层电路板的制作中，需要具有较高的玻璃转移温度，这样FR-4环氧树脂（转移温度Tg=130～140℃）就显得不足了，这种场合采用聚亚硫胺(PI)树脂较合适，因为它的玻璃转移温为260～300℃，比FR-4环氧树脂高得多。而且热稳定性高、热膨胀系数低，但价格昂贵。在高频电路中宜采用低介电系数的基板材料。FR-4环氧树脂在1MHz时，介电常数为4.1～4.2，而BT树脂（三氮甲苯双马来硫亚氨与氰盐酸脂类等耐火环氧树脂的介电系数为2.8左右，玻璃转化温度介于FR-4环氧树脂与聚亚硫胺树脂之间，电路信号传输的品质因此可以获得提高。铁氟隆/聚四氟乙烯树脂的介电系数只有2.1，具有更低的介电系数，主要用于微波集成电路的电子封装，但其价格昂贵，而且与铜的黏附性不好，因此在应用上受到限制。另外，苯并环丁烯材料因具有优良的电、热与黏附性能，是一种很有潜力的印制电路板用树脂之一。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板印制电路板的绝缘材料对于玻璃纤维强化材料，具有长纤维形状的E-玻璃是印制电路板最常见的无机纤维强化材料，FR-4环氧树脂/E玻璃纤维为最常见的组合，它也是从单面到10～12层的印制电路板最普遍使用的绝缘部分的原料。其它的无机高强度化的材料还有S-玻璃、D-玻璃、石英或硅石玻璃的纤维等。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板印制电路板的绝缘材料第五章印制电路板5.2硬式印制电路板印制电路板的导体材料印制扳最常用的导体材料是铜。在电路板工艺中，无覆盖的铜箔电路可以用加层或减层的技术电镀到高分子绝缘基板上。铜箔的规格以一平方英尺面积上覆盖的铜箔重量（盎司/平方英尺）表示，常见的标准规格有1/8、1/4、3/8、1/2、3/4、1、2、3、4、5、6、7、10、14盎司等，最常见者为1盎司铜（相当于35μm厚度），其次为1/2盎司铜（相当于17μm厚度）与2盎司铜（相当于70μm厚度），超薄的1/8盎司铜与超厚的5盎司以上的铜覆盖电路仅在特殊需要下使用。铝也曾被使用制作印制电路板的电路连线，但非常少见。1.印制电路层压板类型PCB生产中使用的层压板无论是硬式（也称刚性）的还是软式（也称挠性）的，一般可以分为两类：单面覆铜箔和双面覆铜箔层压板。它们也可以按照不同的厚度进行生产以满足制造不同的PCB需求和多层PCB的制造。当用于多层电路制造时，层压板常常用作芯板。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作单面覆铜箔层压板仅在一个面上覆铜箔，可以用于单面电路板或者作为多层电路板的内层，或更常见的是在制造多层电路板中作为层压盖板。双面覆铜箔层压板除了在两个面上均有覆铜箔的结构外，与单面覆铜箔层压板在种类和使用上基本相同。硬式电路板的制作工艺可分为绝缘基板制作与电路布线制作两大部分，其工艺流程如图第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作2.预浸材料制作先从预浸材料开始，也就是将纤维材料通过一个液态树脂槽拉出，然后将其干燥，并使其稍稍固化（通常是加热）至中间阶段，又称B阶段。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作所谓B阶段是热固性树脂反应的中间阶段，这时材料受热会软化，与某些溶液接触会溶胀，但不会完全熔融或溶解。而当树脂完全固化时称C阶段。此前树脂在液态时称为A阶段。预浸材料又称半固化片、黏结片，通常是在制造覆铜箔层压板过程中玻璃布浸渍树脂和烘干后的产品，其树脂处于“B阶段”状态（半固化状态）。半固化片是制造覆铜箔层压板的中间产品，除压合覆铜箔压板外，还用于多层板的压合，起到多层板层与层之间的黏结和绝缘作用。预浸材料可以为卷状或切成适当大小的薄片。预浸材料制成后就可进行层压。3.层压方法印制电路板所用的层压板是用层压工艺来制造的。在层压过程中，将半固化片或B型片层叠在一起，常常在两面放上处理过的铜箔。把材料层叠后，经过热压，使得树脂充分交联或者完全固化，这样就能得到所需要的层压板。有几种不同的方法可用来制造层压板。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作（1）分批层压（2）连续层压（3）真空辅助层压（4）真空辅助高压层压（1）分批层压分批制造工艺是最简单的，也是层压板制造最早使用的方法之一。在这种最简单的制造中，分批层压的层压机包括液压系统和加热平台，加热平台对着一个与之平行的承受压力机活塞压力驱动平台。很显然可以有几种辊缝，并使所有的平台受热。可以通过电、蒸汽或通过加热平台循环的热油来进行加热。层压所需要的温度是可以预先选择的。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作（2）连续层压连续层压是一种以连续卷带的形式生产层压板的方法，即半固化片和金属箔馈入专门设计制造的层压板压力机中。这种方法具有经济和技术上的优势，然而这种产品的供应商非常有限。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作（3）真空辅助层压传统的层压方法可以通过在真空中进行加工而加以改进。负压有利于排除截留的空气，可以提高压板的质量。由真空所带来的低压使得所采用的层压压力可比液压系统所用的层压压力更低。（4）真空辅助高压层压真空辅助高压层压方法起初是用来制造复杂形状层压板的，该方法通过简单的去除空气充分利用了正常大气压力，效果与真空包装食品一样，后者的形状与袋里所包含的物品形状一样。通过压力容器中的气压使负压增加，这就在层压板叠层的各个方向上造成等静压或均匀压力，因此使所用的层压压力降低。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作4.铜箔铜箔是印制板的主要导电体，铜纯度在99.8%以上。根据铜箔的生产方式不同，分为电解铜箔和压延铜箔两大类。（1）电解电解铜箔最常用于硬式印制电路板，金属箔被镀到抛光的不锈钢或钛辊筒上，不锈钢和钛滚筒带有负电荷并在镀槽中缓慢旋转。镀层的厚度是由旋转速率、电流密度，或者两者一起决定的。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作电解铜箔贴紧辊筒的一面较为光滑，另一面则较为粗糙，因此在与预浸材料一起层压时，将光滑的一面作为外表面，以增进未来刻蚀的精确度；与电解液接触的粗糙面与树脂板进行热压叠合，以利用表面粗糙特性增加接触强度。4.铜箔（2）轧制轧制铜箔在挠性电路生产中是最常用到的。实践证明压延并退火的铜箔用于必须弯曲或成型的场合是很适宜的。图示出了铜箔轧机的轧辊布局图。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作5.图形形成印制电路板制造中形成导体线路的路径通常有三种，称为减成法、全加成法与半加成法。减成法（SubtractiveProcess）:采用覆铜箔层压板表面形成抗蚀线路图形后，通过选择性蚀刻去除多余铜箔，而得到导体线路的工艺。全加成法（FullyAdditiveProcess）：采用含光敏催化剂的绝缘基板，在按线路图形曝光后，通过选择性化学沉铜得到导体线路的工艺。半加成法（Semi-AdditiveProcess）：采用绝缘基板，进行化学沉铜得到薄铜箔，然后图形电镀加厚导体，多余薄铜箔被快速蚀刻除去得到导体线路的工艺。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作6.孔加工印制板上的孔大多数是插件孔与导通孔，有的孔是插件与导通作用兼有。插件孔的孔径较大，孔径0.6mm以上；导通孔孔径较小，微导通孔直径小于0.1mm。按孔径大小的不同，有不同的加工方式。第五章印制电路板5.2硬式印制电路板硬式印制电路板的制作①机械钻孔机械钻孔是印制板上孔加工的主要手段，无论是单面板、双面板还是多层板都适用。现在普遍采用的是数控钻床，按孔的数字化程序自动控制钻孔。数控钻床的钻孔质量和产能与钻床主轴数密切相关。一般数控钻床钻孔孔径在0.20mm以上，新型高速数控钻床钻孔孔径可小于0.1mm。印制板钻孔所用钻头是采用碳化钨和钴类硬质合金材料制成的。②模具冲孔模具冲孔主要用于纸质基材或复合基材的单双面印制板，以及孔径较大的简单的玻璃布单双面印制板。模具冲孔适合于大批量生产，效率高。冲孔首先是制造模具，复合结构的一副模具可以同时完成孔与外形的冲切加工。冲孔加工除模具外，还有冲床。按需冲切印制板尺寸大小、孔径孔数，选用的冲床有25～200t不同规格。③激光及其它成孔随着孔的微小化，及盲孔要求，更适合的是激光穿孔。所用激光设备按激光源的不同有准分子激光、CO2激光多种。各种激光光波长和能量不同，所能加工的材料及孔径也不一样。一般激光穿孔孔径为0.05～0.2mm，特殊要求可更小。一、软式印制电路板的种类软式印制电路板的结构与硬式类似，但所使用的基板具有可扰屈性，所以又称挠性基板。依导线电路的结构，软式电路板可区分为：单面（Single-Sided）双面（Double-Sided）单面连接（Single-Access）双面连接（Double-Access）多层（Multilayer）硬挠式（Rigid-Flex）硬化式（Rigidized）等第五章印制电路板5.3软式印制电路板5.3软式印制电路板软式印制电路板的制作方