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1、,制作：徐学军,Date：10.January.2007.,印制电路技术基础介绍,一、印制板的一般定义,1.1、印制板的定义,印制电路是指在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或由两者结合而成的导电图形。在绝缘基材上，提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路，不包括印制元件。印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或者印制线路板，亦称印制板，英文名称是Printed Circuit Board）,也有称Printed Wiring Board，缩写是PCB（PWB)。,What is the PCB?,一、印制板的一般定义,高密度互连板（High Density Interc
2、onnection，简称HDI）简单地说就是采用加层法及微盲孔所制造的多层板。也就是先按传统做法得到有（无）电镀通孔的核心板，再于两外层加做细线与微盲孔的增层而成的多层板。凡采用非机械钻孔，得到漏斗状的微盲孔，其面环处的上孔径约125-200UM，底垫处的下孔径约100-150UM 者，特称为微盲孔或微孔。高密度互连结构的HDI与较早流行的顺序积成多层板（SBU）差异不大，两者与传统印制板主要的不同之处即在于成孔方式与层加工次序。HDI技术同时也影响到板面组件的组装，不但由早先的通孔插装，改为表面贴装，再改为更短的球栅阵列（BGA），甚至无脚式的垫间贴合（LGA）或覆晶（flip chip）式
3、凸块对装与组装，以及印制板本身采用内嵌式元器件等都有大幅度的改进。,1.2、HDI定义及特点,普通PCB多层板,HDI,柔性PCB,软硬结合板,1.3.PCB 发展史,20世纪的40年代，英国人Paul Eisler 博士及其助手，第一个采用了印制电路板制造整机收音机，并率先提出了印制电路板的概念。因此Paul Eisler博士又被称为“印制电路之父”。经过几十年的研究和生产实践，印制电路产业获得了很大的发展，1995年全世界印制电路板（PCB）产值超过了240亿美元。据最新统计资料表明，到21世纪初，全世界印制电路生产总值约为400亿美元。随着信息产业的飞速发展，极大地刺激了印制电路的大规模
4、生产，其应用范围由早期的收音机、电视机、电唱机，扩大到随身听、摄像机、个人电脑、笔记本电脑、电子交换机、移动电话等产品。从铜箔腐蚀法成为印制电路的主要生产方法之后，印制电路技术发展非常迅速。1953年出现了两面互连的双面印制板，1960 年出现了多层板。近些年，由于超大规模集成电路的发展，印制电路的技术不断更新，整个印制电路行业得到了蓬勃的发展。,1.3.PCB 发展史(现代印制电路技术的发展),中国发展史：我国从20 世纪50年代中期开始研制单面印制电路板，20世纪60 年代开发出国产的覆铜箔板材料，并且已经能大规模生产单面印制板，小批量生产双面板；1964年，电子部所属有关单位已经开始研究
5、生产多层板。20世纪80 年代改革开放以后，以上海无线电二十厂为首的一批国有大厂开始引进国外先进的单面和双面印制板生产线，经过20多年的消化吸收，较快地提高了我国印制电路的生产技术水平。进入20 世纪90 年代以后特别是90 年代中后期，我国香港和台湾地区等印制电路板厂家纷纷来合资或独资办厂，使我国印制电路产业发展迅猛。现中国已经成为世界上最大的PCB板生产基地，产量占全世界的70%以上.,二、印制板的作用与地位,2.1印制板在电子工业中地位,随着印制板用途扩大，重要性提升，并与其上下产业间紧密结合，其产业结构也在扩展变化。国际上称为“电子电路产业”（Electronic Circuits I
6、ndustry),并且建立了世界性的同行业联合组织：世界电子电路协会（WECC）。电子电路产业的关系如下：,2.1印制板在电子工业中作用,印制电路板在电子整机设备中的作用有：为晶体管、集成电路、电阻、电容、电感等元器件提供了固定和装配的机械支撑；实现晶体管、集成电路、电阻、电容、电感等元件之间的布线和电气连接、电绝缘来满足其电气特性；为电子装配工艺中元件的检查、维修提供了识别字符和图形，为波峰焊接提供了阻焊图形。,二、印制板的作用与地位,二、印制板的作用与地位,2.2、印制板在电子工业中地位,二、印制板的作用与地位,2.3印制电路的发展,驱动PCB发展的主要因素是集成电路集成度的提高和组装技术
7、的进步。集成电路(IC)的高度集成化 IC器件集成度的提高 IC器件的I/O数的增加 安装技术的进步 方型扁平式封装技术 QFP(Quad flat package)球栅阵列封装技术 BGA（Ball Grid Array Package）芯片级安装技术CSP（Chip Scale Package）印制电路技术的阶段 印制电路技术起源可追溯到二十世纪初，自诞生以来到现在，PCB已走过了三个阶段：通孔插装技术Through Hole Technology（THT）用PCB阶段 表面安装技术Surface Mounting Technology（SMT）用PCB阶段 芯片级封装Chip scale
8、 package（CSP）用PCB阶段,驱动PCB发展的主要因素,二、印制板的作用与地位,2.3印制电路的发展,印制电路技术的发展趋势,当代印制板生产面临着电子元件高集成化。组装技术的发展和市场竞争的挑战，推动PCB的材料、工艺、设备、检测和标准等的发展和重大改革。以适应电子工业产品“轻、薄、短、小”的要求。从总体上看，PCB技术发展的特点，可简化为：“密、薄、平”三字概括，并以“密”为主导或核心而迅速发展着。印制电路板密度定义：在两个焊盘间布设1根导线，导线宽度大于0.3mm，为低密度印制电路板。在两个焊盘间布设2根导线，导线宽度大约为0.2mm，为中密度印制电路板。在两个焊盘间布设3根导线
9、，导线宽度为，为高密度印制电路板。在两个焊盘间布线4根及4根以上导线，导线宽度为，为超高密度 印制电路板。,三、印制板的种类,3.1各种印制板的结构,无论何种印制板，其基本结构有三方面：绝缘层（基材）、导体层（电路图形）、保护层（防焊图形或覆盖膜）。,3.2.印制板分类（1）,根据不同的目的，印制电路板有很多种分类方法。1.根据印制板基材强度分类（1）刚性印制板:用刚性基材制成的印制板。（2）柔性印制板:用柔性基材制成的印制板，又称软性印制板。（3）刚柔性印制板:利用柔性基材，并在不同区域与刚性基材结合制成的印制板。2.根据印制板导电图形制作方法分类（1）减成法印制板:采用减成法工艺制作的印制
10、电路板。（2）加成法印制板:采用加成法工艺制作的印制电路板。3.根据印制板基材分类（1）有机印制板:常规印制板都是有机印制板，主要由树脂、增强材料和铜箔三种材料构成。树脂材料有酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺等。（2）无机印制板（:即通常所说的厚薄膜电路，由陶瓷、金属铝等材料构成，无机印制板广泛用于高频电子仪器。,3.2.印制板分类（2）,4.根据印制板孔的制作工艺分类（1）孔化印制板:采用孔金属化工艺制作的印制板。（2）非孔化印制板:不采用孔金属化工艺制作的印制板。5.根据印制板导电结构分类（1）单面印制板:是仅有一面有导电图形的印制电路板。因为导线只出现在其中一面，所以称这种印制电路板为单面印
11、制板，简称单面板。单面板在设计线路上有许多严格的限制，因为只有一面，要求在布线时不能交叉而必须绕独自的路径，所以只有在简单的电路才予使用。（2）双面印制板:两面上均有导电图形的印制板。这种电路板的两个面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫过孔。过孔是在印制电路板上充满或涂上金属的小洞，可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大一倍，而且布线可以互相交错（可以绕到另一面），更适合用在更复杂的电路上。（3）多层印制板:由3层或3层以上导电图形与绝缘材料交替粘接在一起，层压而制成的印制板，简称多层板.,3.3.印制板的加工方法：,20 世
12、纪初，印制电路制造已有许多相关专利，但一直没有得到实际的大规模应用。20世纪40年代，由于航空航天技术的发展，迫切需要一种高可靠性的电路连接方式，美国航空局和美国标准局在1947年发起了首次印制电路技术研讨会，列出26种不同的制造方法，可归结为如下六大类。（1）涂料法:把金属粉末和胶黏剂混合，制成导电涂料，用通常的印刷方法将导电图形涂在基板上。（2）模压法:利用模压工艺，在塑料绝缘基板上放一张金属箔，用刻有导电图形的模具对金属箔进行热压，这样受热受压部位的金属箔被黏合在基板上形成导电图形，其余部分的金属箔则脱落。（3）粉末烧结法:用一块所需要图形的模板，将胶黏剂在基板上涂覆成导电图形，上面再撒
13、一层金属粉末，然后将金属粉末烧结成导电图形。（4)喷涂法:用模板覆盖在绝缘基板上，把熔融金属或导电涂料喷涂到基板表面，即形成导电图形。(5)真空镀膜法:采用模板覆盖在绝缘基板上，在真空条件下使用阴极溅射或真空蒸发工艺得到金属膜图形。(6)化学沉积法:利用化学反应将所需要的金属沉积到绝缘基板上形成导电图形。上述方法由于生产工艺条件的限制，都没有能够实现大规模的工业化生产，但其中的有些方法直到现在还不断的被借鉴，发展成为新的工艺、新的方法。现代印制电路制造工艺主要分为加成法和减成法。,、加成法工艺,在绝缘基材表面上，有选择性地沉积导电金属而形成导电图形的方法，称为加成法。,、加成法工艺,加成法工艺
14、的优点：(1）由于加成法避免大量蚀刻铜，以及由此带来的大量蚀刻溶液处理费用，大大降低了印制板生产成本。（2）加成法工艺比减成法工艺的工序减少了约1/3，简化了生产工序，提高了生产效率。尤其避免了产品档次越高，工序越复杂的恶性循环。（3）加成法工艺能达到齐平导线和齐平表面，从而能制造SMT 等高精密度印制板。（4）在加成法工艺中，由于孔壁和导线同时化学镀铜，孔壁和板面上导电图形的镀铜层厚度均匀一致，提高了金属化孔的可靠性，也能满足高厚径比印制板，小孔内镀铜的要求。,加成法的分类,印制板的加成法制造工艺可以分为如下三类。（1）全加成法 是仅用化学沉铜方法形成导电图形的加成法工艺。工艺流程：钻孔-成
15、像-增黏处理（负相）-化学镀铜-去除抗蚀剂。该工艺采用催化性层压板作基材。（2）半加成法 在绝缘基材表面上，用化学沉积金属，结合电镀蚀刻或者三者并用形成导电图形的加成法工艺。工艺流程：钻孔-催化处理和增黏处理-化学镀铜-成像（电镀抗蚀剂）-图形电镀铜（负相）-去除抗蚀剂-差分蚀刻。制造所用基材是普通层压板。（3）部分加成法 是在催化性覆铜层压板上，采用加成法制造印制板。工艺流程：成像（抗蚀刻）-蚀刻铜（正相）-去除抗蚀层-全板涂覆电镀抗蚀剂-钻孔-孔内化学镀铜-去除电镀抗蚀剂。,、减成法工艺,减成法工艺是在覆铜箔层压板表面上，有选择性除去部分铜箔来获得导电图形的方法。减成法是当今印制电路制造的
16、主要方法，它的最大优点是工艺成熟、稳定和可靠。,减成法工艺分类：,(1)非孔化印制板 此类印制板采用丝网印刷，然后蚀刻出印制板的方法生产，也可采用光化学法生产。非穿孔镀印制板主要是单面板，也有少量双面板，主要用于电视机、收音机。(2)孔化印制板 在已经钻孔的覆铜箔层压板上，采用化学镀和电镀等方法，使两层或两层以上导电图形之间的孔由电绝缘成为电气连接，此类印制板称为穿孔镀印制板。穿孔镀印制板主要用于计算机、程控交换机、手机等。根据电镀方法的不同，分为图形电镀和全板电镀。A:图形电镀:在双面覆铜箔层压板上，用丝网印刷或光化学方法形成导电图形，在导电图形上镀上铅_锡，锡_铈，锡_镍或金等抗蚀金属，再
17、除去电路图形以外的抗蚀剂，经蚀刻而成。图形电镀法又分为图形电镀蚀刻工艺和裸铜覆阻焊膜工艺。B:全板电镀:在双面覆铜箔层压板上，电镀铜至规定厚度，然后用丝网印刷或光化学方法进行图像转移，得到抗腐蚀的正相电路图像，经过腐蚀再去除抗蚀剂制成印制板。全板电镀法又可细分为堵孔法和掩蔽法。,四、印制板用基材,4.1材料概述,印制板制造用材料可分为两大类：主材料：成为产品一部分的材料，如覆铜箔层压板、阻焊剂油墨、标记油墨。辅助材料：生产过程中耗用材料，如抗蚀干膜、蚀刻溶液、化学清洗剂、钻孔垫板等。主材料最终成为了产品的一部分，决定了印制板的某些性能特点。,四、印制板用基材,4.2覆铜箔层压板,覆铜箔层压板C
18、CL:Copper Clad Laminate：将增强材料浸以树脂，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料覆铜箔层压板的结构：铜箔：导电体 树脂：粘合剂和绝缘体 增强物：加强羁绊的机械强度和绝缘性,覆铜箔层压板的结构,4.2.2.覆铜箔层结构,S,S,S,S,S,S,L,L,L,L,L,L,21,21,6,14,14,14,14,14,14,21,21,废料,铜箔,树脂/增强物,四、印制板用基材,1）机械刚性：刚性覆铜板和挠性覆铜板。通常刚性覆铜板采用间歇式层压成型的方式。挠性覆铜板大量使用的是在聚酰亚胺或聚酯的薄膜上覆以铜箔而构成。2）按不同的绝缘材料、结构划分:有机树脂类覆铜板金属基
19、（芯）覆铜板陶瓷基覆铜板。3）按不同的绝缘层的厚度划分:常规板和薄型板。一般将厚度（不含铜箔厚度）小于0.8mm的环氧树脂覆铜板，称为薄板（IPC 标准为0.5MM）。4）按所采用不同的增强材料划分:常用有三大类：玻纤布基覆铜板、纸基覆铜板、复合基覆铜板。特殊：芳酰胺纤维无纺布基覆铜板、合成纤维基覆铜板等。5）按所采用的绝缘树脂划分:最常见的主体树脂有：酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、聚苯醚树脂、氰酸酯树脂、聚四氟乙烯树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂。综合上述的按采用不同增强材料和采用不同绝缘树脂的两种分类原则，可以将刚性覆铜板划分为五大类：纸基覆铜板；玻纤布基覆铜板；复合基覆铜板；积层
20、法多层板用基板材料,覆铜箔层压板的种类,覆铜箔层压板的种类,6）按阻燃特性的等级划分 UL标准对基板材料阻燃特性划分出不同的四类不同的阻燃等级是：UL-94V0 级；UL-94V1级UL-94V2级以及UL-HB级。7）按覆铜板的某个特殊性能划分 按Tg的不同分类 按有无卤素存在的分类（含卤型和无卤化基板材料）按基板材料的线膨胀系数大小的分类 纸基板按冲孔预热温度高低的分类 按耐漏电痕迹性高低的分类,四、印制板用基材,4.3预浸材料(P片，半固化片）,预浸材料（prepreg）：将纤维材料浸渍一种树脂，并被固化至中间阶段（B阶段）的片状材料。树脂的三种状态：A阶的完全未固化状态，B阶的半固化状
21、态，C阶的完全固化状态。A-Stage B-Stage C-Stage,四、印制板用基材,4.4铜箔和涂树脂铜箔,铜箔：压延铜箔 是由铜锭经热压、韧化、刨削去垢、冷轧、连续轫 化、酸洗、最后压延及脱脂干燥等得到原始压延铜箔，再经粗化及防锈处理后得到商品化的铜箔。（纯度高于99.8%）电解铜箔 是将硫酸铜溶液在滚轮式的电镀槽中于巨大滚轮表面镀得连续铜层，然后再经粗化、耐热处理及防锈处理后得到商品化的铜箔。（纯度高于99.9%）涂树脂铜箔：涂树脂铜箔（RCC：Resin Coated Copper）在铜箔一面涂覆了树脂胶液，经烘干成半固化状态，供制作积层多层板用。,四、印制板的设计,4.4印制板的
22、规格,印制板产品分级：按不同使用场合，技术性能等级分为三级。1级：一般电子产品：包括消费类产品，一些计算机及其外部设备。不注重于外观缺陷而主要要求印制板功能的场合。2级：耐用电子产品：包括通讯设备，复杂的商用机器与仪器。有长期不间断工作要求，但非关键的，印制板允许有某些外观缺陷。3级：高可靠性电子产品：需立即启动工作或连续不间断工作的设备，如生命维持装置和航空控制系统。印制板需要高保证水平。,五、印制板的制造工艺流程,5.1单面印制板,表面处理工艺：成型前：选择性沉镍金、喷锡、沉锡、镀金 成型后：OSP、化银（一般在电性测试完成后进行）,五、印制板的制造工艺流程,5.2双面印制板,减成法制作,
23、五、印制板的制造工艺流程,5.3常规多层印制板,外层减成法制作,五、印制板的制造工艺流程,5.3常规多层印制板外层加成法制作：耐电镀图形去除抗蚀镀层相当于减成法的微影，都为制作外层图形,五、印制板的制造工艺流程,5.4含盲埋孔多层印制板,外层减成法制作（1+N+1),X-RAY,外框成型,五、印制板的制造工艺流程,一般孔分为：通孔（NPTH/PTH)、盲孔、埋孔 PTH:VIA孔及插件孔,通孔,盲孔,埋孔,5.5：印制板孔的分类：,六、印制板制造主要工艺,6.1图形形成,印制板上图形有导体图形、阻焊图形、标记图形三种，由设计文件规定。通常按设计程序由计算机控制光绘图法绘制出照相底版图形，在生产
24、中把照相底版图形转移到基板上加工出印制板上需要的图形。照相底版图形有正像（Positive）与负像（Negative）之分。正像为待制作的图形在照相底版上为不透明的，其他区域为透明的；负像为待制作的图形在照相底版上为透明的，其他区域为不透明的。在图形转移过程中将按要求不同选用正像或负像。应用：负片：内层线路、非图形电镀的外层线路、文字、塞孔、印刷挡墨、Laser钻孔的开窗底片 正片：图形电镀线路菲林、绿油挡光。,六、印制板制造主要工艺,微影：(Dry Film)前处理-压膜（涂布）-曝光-DES(显影、蚀刻、褪膜）,6.1、图形形成（1）,6.1、图形形成（2）,防焊：(solder mask
25、)前处理-丝网印刷法（静电喷涂、帘涂）-预烘-曝光-显影-后烘烤（固化防焊油墨）文字：丝网印刷第一面-烘烤-烘烤第二面-烘烤,六、印制板制造主要工艺,6.2孔加工,机械钻孔模具冲孔激光成孔 A:二氧化碳雷射：B:Nd YAG雷射：,铌(Neodymium)与钇铝柘榴石(Yttrium Aluminium Garnet)C:Excimer(Excited Dimer)Laser 准分子雷射,6.2.1.激光成孔,二氧化碳雷射：是利用 CO2及掺杂其它如 N2、He、CO等气体，在增加功率及维持放电时间下，产生波长在9300nm10600nm之间可实用的脉冲式(Pulse)红外雷射光。业界用于钻孔
26、者有RF Excited CO2及TEA CO2两种方式激发的雷射，可用以制做盲孔之板材以无玻纤布的特殊背胶铜箔(Resin Coated Copper Foil，RCC)最佳，一般普通铜箔与传统胶片所压合的增层盲孔也还可行。但均需采选择性蚀铜制程，除去局部铜箔盖子而露出孔位处的基材，再以不伤铜箔只能烧毁非金属物质的CO2雷射光，按钻孔程序带逐一烧出盲孔。此等雷射可被树脂大量吸收，故能顺利使之烧毁及气化而完成钻孔。至于玻纤部份则因吸收不足致使烧除效果也较差。,CO2雷射钻孔须先蚀铜才能烧掉正下方的非金属板材，见到铜底后即可洗孔镀孔,6.2.1.激光成孔,6.2.1.2:Nd:YAG雷射：系由铌
27、(Neodymium)与钇铝柘榴石(Yttrium Aluminium Garnet)两种固媒体所共同激发出现的雷射光。此等紫外光之能量很强可直接穿过铜皮烧成盲孔，或可调整能旦烧穿两层铜皮成较深的盲孔。但由于尖峰能量很强，常会造成板材的灼伤或烧焦，对整体孔的质量颇有影响。,6.2.1.激光成孔,6.2.1.3Excimer(Excited Dimer)Laser 准分子雷射 是由某些稀有气态卤化物、二聚物及氧化物等激发而成的雷射光，系波长在200nm300nm之间的紫外光。此等雷射之功率虽高但却范围很大不易集中，故只能在特殊光罩的局限下，才能对有机树脂进行精密的修整、轻蚀或清洁的工作，用以钻孔
28、则耗时过久效率太差。,上图为目前钻孔用各种雷射的光谱图，可见到 YAG 雷射之原始波(1064nm)，三次倍频后,六、印制板制造主要工艺,6.3成型加工,铣切冲切剪切V-CUT,6.3.外形加工,六、印制板制造主要工艺,6.4多层板压制,工艺流程：内层板定位孔 内层板氧化处理 烘干 叠板 压合 X-RAY 铣板边 压板方式：MASS LAMPIN LAM,疊板,壓合,多块-一块,六、印制板制造主要工艺,6.4多层板压制,六、印制板制造主要工艺,6.4多层板压制,六、印制板制造主要工艺,6.5电镀与涂覆,印制板的表面涂覆工艺贯穿于PCB板的生产全过程，通过不同的表面处理工艺达到对线路板的外观、可
29、焊性、耐蚀性、耐磨性的要求。孔金属化 现在可以选用化学沉铜工艺及电镀铜工艺。孔金属化以后的印制板，表面镀有至少5-8um以上的金属铜以巩固孔金属化成果。热风整平或热熔工艺板面镀金工艺插头镀金有机助焊保护膜化学镀镍金化学镀锡 化学镀银,七：常用名词介绍,HDI：(High Density Interconnection)高密度互连 PCB：（Printed Circuit Board）印制电路板PWB：（Printed Wiring Board）印制线路板ISO：（International Standardization Organization）国际标准组织 CCL：（Copper Clad Laminate）覆铜箔层压板RCC：（Resin Coated Copper）涂树脂铜箔SOP:(Standard Operating Procedure)标准作业程序D/F:(Dry Film)干膜S/M:(solder mask)防焊,谢谢！,
