CH5印制电路板课件

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。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。电镀的锡或铅锡薄层可作为电路板在铜箔电路制作时刻蚀的选择（锡-铅作为一种抗蚀层），铅锡层也可以再施以回流处理覆盖在铜焊垫表面以供后续的焊接与组装工艺使用。

印制电路板上的焊锡层也可以利用热空气焊锡涂布的方法制成，热空气焊锡涂布的方法是将电路板沉浸于熔融的焊锡中，完成涂布后，即以高速吹拂的热空气除去多余的焊锡以获得适当厚度的镀层。镍与金也为电路板上常见的导体材料，厚度约0.65～2.54μm，含钴的电镀硬质为制作电路卡边缘指状焊接点与按键表层的材料，电镀的金也是电路刻蚀的掩膜或焊垫的表层材料。2.54μm厚的镍则通常作为铜与金之间的扩散阻挡层；钯有时也被电镀于镍与金之间形成铜-镍-钯-金的多层薄膜结构。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（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。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制作使用的黏结材料有多元脂、环氧树脂、丙烯类、酚醛类、聚亚硫胺及氟碳树脂等，要求它们与绝缘基板有相容性，同时对它们的选用还要考虑对钻孔和导孔电镀的影响。软式印制电路板用的基材是挠性聚合物膜，具有可层压的功能。一般情况下，挠性薄膜基材提供了挠性电路主要的物理性能和电性能。最常用的挠性基材是聚脂(PET)和聚酰亚胺(PI)此外还有聚萘二甲酸乙二脂(PEN)，其价格和性能都介于PET和PI之间。第五章印制电路板5.3软式印制电路板二、制作方法与材料应用领域很广泛，几乎在各种电子设备中都可用到，并在进一步扩大之中。现已用到的有：

1.IC封装载带板与载带、IC卡芯板。

2.计算机及其外部设备，如磁盘驱动器、笔记本电脑、传输带等。

3.通信设备，如多功能电话机、手机等。

4.汽车，如显示仪表，排气控制器等。

5.消费类产品，如照相机、摄像机等。

6.工业装备，如传感器、激光测控仪等。

7.仪器仪表，如核磁分析仪、X射线仪等。

8.医疗器械，如心脏理疗仪、心脏起搏器等。

9.航空航天和军事，如人造卫星、雷达系统等。第五章印制电路板5.3软式印制电路板三、软式印制电路板的应用

PCB基板是一块具有复杂布线图形及组装各种元器件的载体。其结构类似于陶瓷多层基板，仅绝缘材料不同而已。

在制作过程中，涉及布线图形走线、通孔、元器件焊盘图形布局及其形状、规格、尺寸、导线与焊盘的连接关系、测试点设置等，都要遵循一定的原则与规范，这些均与一般SMT使用PCB基板相同。

第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术5.4PCB多层互连基板的制作技术2.层叠钻孔和销钉定位层叠钻孔和销钉定位是指把一片片覆铜的层压板切成一致的尺寸，然后将它们堆叠在一起并用销钉定位串在一起，这样就可以对所有层压板同时钻孔，这是控制钻孔成本的常用方法。在加工过程中，层叠在一起的层叠压板底部通常用一个垫板，在顶部可能要用盖板。使用衬垫的目的是防止钻头钻入钻台。盖板可以是多种不同的材料，例如可以是一块250μm厚的铝箔或者是厚度相似的未覆金属层的复合材料。使用盖板的目的是减少或消除在孔边形成的钻孔毛刺第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术一、多层PCB基板制作的一般工艺流程3.钻孔目前虽不是全部但大部分钻孔都是在数孔机床进行的。在数控钻床上钻孔前面已有所叙述，需要说明的一点是钻孔的质量是由钻孔机试钻时所获得的材料特性和通过调整与钻头转速相应的进给速率来达到的。在孔中停留的时间过长会引起树脂钻污，而进给速率过快又会导致钻头断裂或使孔壁粗糙。第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术一、多层PCB基板制作的一般工艺流程4.孔的预处理和金属化孔的预处理和金属化在制造可靠的镀通孔PCB过程中也是非常重要的因素，好的镀通孔是高可靠的，而电镀差的通孔则有可能不可靠。孔的预处理步骤因工艺不同而不同，而且方法很多。此外，金属化也可以用涂覆炭或石墨膜来代替。第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术一、多层PCB基板制作的一般工艺流程（2）金属化金属化（Metallization）是指在绝缘体表面通过化学沉积与电镀得到金属层，用作保护层或提供电气性能。孔内实现金属化及孔金属化，也称镀通孔（PTH）。PCB基板的金属化（特别是那些赋予通孔和过孔导电和可靠性所必要的金属化）在PCB制造中是取得成功的关键因素之一。有下面几种工艺用于使过孔具有导电性：

①化学镀铜；②钯基直接金属化；③石墨；④炭黑；⑤导电聚合物。第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术一、多层PCB基板制作的一般工艺流程化学镀铜化学镀铜工艺包括很多步骤，一直被认为是金属化的标准工艺。直接电镀在钯种子层上直接电镀是一种可行的替代化学镀铜的方法。在基本工艺中，钯种子层要有足够的厚度以便进行通孔的电镀。石墨和炭黑石墨和炭黑都是良导体，电路制造商用它们得到碳基导体再电镀通孔。该工艺中镀层快速附着在通孔中，通常需要特殊工艺，同时要非常小心，确保内层的铜表面的到清洗。第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术一、多层PCB基板制作的一般工艺流程在多层布线中由于层与层之间靠的很近，因此要考虑层间布线的相互干扰问题。为了避免层间的信号交扰，两层间的布线走向应相互垂直；设置的电源层应布置在内层，它与接地层应与上下各层的信号层相近并尽可能均匀分配，这样既可防止外界对电源的扰动，也避免了因电源线过长而严重干扰信号的传输。图所示的是根据上述原则所设计的PCB结构和布线走向。第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术二、多层PCB基板多层布线的基本原则三、PCB基板制作的新金属（自学）四、PCB基板面临的问题及解决办法（自学）5.5其它种类电路板（自学）第五章印制电路板5.4PCB多层互连基板的制作技术5.4PCB多层互连基板的制作技术一、印制电路的检验项目

为了评价PCB的质量和功能，我们应该重复由层压板由层压板制造商为了保证他们产品的质量对原材料所进行的许多测试。这种重复测试的原因在于它们提供了保证质量的度量，即在制造PCB过程中使用的制造工艺并没有在某些方面使材料质量降低到超出可接受的范围。第五章印制电路板5.6印制电路板的检验、评价和测试5.6印制电路板的检验、评价和测试上述检测和评价项目可按照标准，该标准由美国IPC协会