印制电路板制作浅析

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1、印制电路板制作浅析印制电路板制作浅析近些年来,电子产品已经遍布军事装备、计算机、通信设备、移动存储设备、移动通讯设 备等相关领域,并在体积、集成度、功能等方面要求越来越高,消费类电子以每年数代的发展 速度更新,作为电子产品的重要组成部分印制电路板也在不断地完善、更新。中国现在已经 是世界印制电路板(PCB)产量第一大国,PCB 品种从单面到双面、到 4-24 层的多层板;从通 孔导通技术到盲孔导通技术,再到 HDI(High Density InterconNection)高密度内部互连技术,技术水平不断进步。制板手段也是层出不穷,不同的制板 工艺也根据其应用对象不同也各有优劣。目前,印制电路

2、板的制作主要应用于两方面,一是企 业量产,二是学校教学与科研。1 印制电路板的发展印制电路板(Printed Circuit Board)简称 PCB,又称印制板,是电子产品的重要部件之一。 印制电路就是按照预先设计的电路,利用印刷法在绝缘基板的表面或其内部形成的用于元器 件之间连接的导电图形。用印制电路板制造的电子产品具有可靠性高、一致性好、机械强 度高、重量轻、体积小、易于标准化等优点。几乎每种电子设备,小到电子手表、计算器,大 到计算机、通信设备、电子雷达系统,只要存在电子元器件,它们之间的电气互连就要使用印 制板。在电子产品的研制过程中,影响电子产品成功的最基本因素之一就是该产品的印制

3、板 的设计和制造。单面敷铜板的发明,成为电路板设计与制作新时代的标志。布线设计和制作技术都已发 展成熟。先在敷铜板上用模板印制防腐蚀膜图,然后再腐蚀刻线,这种技术就像在纸上印刷那 样简便,“印刷电路板”因此得名。印制电路板的应用大幅度降低了生产成本。随着电子技 术发展和印制板技术的进步,出现了双面板,即在板子两面都敷铜,两面都可腐蚀刻线。随着电子产品生产技术的发展,人们开始在双面电路板的基础上发展夹层,其实就是在双 面板的基础上叠加上一块单面板,这就是多层电路板。起初,夹层多用做大面积的地线、电源 线的布线,表层都用于信号布线。后来,要求夹层用于信号布线的情况越来越多,这使电路板 的层数也要增

4、加。但夹层不能无限增加,主要原因是成本和厚度问题。印制板从单层到双面板、多层板和挠性板以及软、硬板(RigidFlex PCB),并不断地向高 精度、高密度和高可靠性方向发展。不断缩小体积、减少成本、提高性能。2 印制电路板的分类与功能印制电路板根据制作材料可分为刚性印制板和挠性印制板,也称作硬板和软板。刚性印 制板有酚醛纸质层压板、环氧纸质层压板、聚酯玻璃毡层压板、环氧玻璃布层压板。挠性 印制板又称为软性印制电路板即 FPC(Flexible Printed Circuit),软性电路板是以聚酰亚胺或聚 酯薄膜为基材制成的一种具有高可靠性和较高曲挠性的印制电路板。这种电路板散热性好, 即可弯

5、曲、折叠、卷挠,又可在三维空间随意移动和伸缩。可利用 FPC 缩小体积,实现轻量 化、小型化、薄型化,从而实现元件装置和导线连接一体化。FPC 被广泛应用于电子、计算 机、通信、航天及家电等行业。印制电路板在电子设备中为集成电路等各种电子元器件固定、装配提供机械支撑,实现 集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘,提供所要求的电气特性。为自 动焊接提供阻焊图形,为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。3 印制电路板的基本工艺分类印制电路板的制作方法有很多,但从理论上大体分为三种:1)减成法:先用化学法或丝网印法或电镀法在覆铜箔板的铜表面上,将一定的电路图形转 移上去(这些图形由一

6、定的抗蚀材料组成),然后再用化学腐蚀的方法,将不必要的部分蚀刻掉, 留下所需要的电路图形。2)半加成法:如果要制作更加精细的线路,可采用半加成法。这种工艺是先用感光抗蚀剂在板面形成图形,然后进行图形电镀,再经过退膜和差分蚀刻工艺,就能得到我们需要的精细 线路。半加成法的基材多选用 5m 及其以下的薄铜箔,可以使用较厚的抗蚀层,能够制作 20m 以下的线路。3)加成法:加成法是利用绝缘基材直接加工形成导体电路图形的方法。加成法工艺流程: 层压板下料涂催化性粘接剂负像图形转移(贴干膜曝光显影)粗化化学镀铜 去干膜精细线路,由于加成法使用的是化学方法来加厚铜,所以,生产效率低。目前的制作中还是以减成

7、法为基本工艺。4 印制电路板制作方法4.1 热转印法这是以前高校经常使用的简易的电路板制作工艺,其主要工艺流程是:用打印机在热转印 纸上打印电路图形将带有图形的热转印纸覆在覆铜板上经过热转印机撕掉热转印纸用药水 腐蚀出图形用台钻手工钻孔用砂纸将线路表面的碳粉打磨掉。这种工艺的优点是:制作单面 板速度较快,成本比较低廉,易于实现。缺点是:1)不能自动完成钻孔,线路及孔的焊盘已经腐蚀成型,如何将孔打在焊盘的中心?只能通 过一台手工的台钻,完全凭视觉将钻头尖与焊盘的中心对正,如果 PCB 的孔比较多,这将是一 个非常烦琐的过程,对于复杂的板来说基本上是不可行的;2)只能做非常简单的电路,如线宽、间距

8、一般为 0.25mm 以上,与目前的 PCB 制作工业水 平差距非常大;3)将两面线路同时转印到覆铜版上是不可能的,更不能作到两面线路的对正,所以无法作 出双面线路板;4)不能完成双面板的孔金属化;5)不能解决阻焊问题,一般作出的只是裸板,容易出现焊接短路问题;不能解决可焊性的 问题,铜表面氧化后焊接困难,需要用化学药水将铜表面的氧化物去除后才能焊接。4.2 目前工业水平的 PCB 制作流程目前 PCB 工厂普遍采用的工艺流程是:钻孔刷板用化学镀铜完成孔金属化刷板贴干膜曝光(采用正像的显影图形电镀铜图形电 镀锡去膜腐蚀成线路退锡刷板印油墨烘烤曝光显影烘烤印字符烘烤热风整平(或化学镀锡、 化学镍

9、金、OSP 等处理)铣外型通断测试。这种工艺是目前 PCB 生产厂家应用最多最广泛的方法,该方法优点非常多,适合精密电 路板的制作,一般线宽间距能达到 0.12mm(可作到 0.1mm);适合企业大批量生产;批量生产下 成本不高;但对于学校教学和科研来说存在着很多无法克服的缺点,主要是: 1)工艺复杂,购买 设备的成本非常高;2)工艺操作非常复杂,需要非常专业和有经验的人员操作使用;3)需要用到非常多的有毒有害物质,如甲醛、EDTA、重金属等;4)需要特殊的工作场地,如干膜保存需要冷库、贴膜需要净化的空间和黄光环境、底片 制作需要暗室等等;5)对于不连续生产和使用来说,成本非常高。如化学镀铜的

10、药水稳定性差,干膜的保存期 非常短,如不连续使用,制作电路板的成本会很高;6)需要配备专业的废水处理车间;需要配备专业的化学分析实验室。从事电子线路设计的人都深有体会,设计一件产品最麻烦的事情就是搭板实验,而搭板实 验最麻烦的可算是印刷电路板的制作。虽然现在大多数人把这件烦人的事情交给线路板厂 去处理了,但每制一次板需要等待 37 天的时间实在太久,而且制板费用也不低。新的设计 灵感往往就因这种烦、等而被放弃。在高校的实际教学中无论是老师还是学生都希望在自 己的手中独立完成一件设计作品或电子产品。然而制约电子产品成型的最大障碍就是印制电路板,在这种情况下机械制板工艺的出现解决了这个问题。在计算

11、机上完成的设计能瞬间 实现,无疑更加激发了高校师生的科研和学习热情。4.3 机械制板工艺这种工艺适合高精度双面电路板的制作,主要工艺流程是:电路板刻制机随机软件直接读 取设计数据并自动计算刻制机自动钻孔采用先进的直接电镀工艺完成孔的导电用刻制机自 动完成双面线路的铣制用刻制机自动完 PCB 的外型切割。这种工艺的优点是:1)制作单件、样品的速度比较快,适合高校师生科研、教学以及参加各类电子大赛等;2)制作电路的精度比较高,一般机型均可制作 0.1mm 的线宽和间距,与目前工业化制作 PCB 处于同一水平;3)系统可扩展性比较好,可以选择增加阻焊、字符功能,也可升级为多层板的制作系统, 同时也可

12、制作带埋孔和盲孔的多层板;4)随机的 Circuit CAM 是一个真正的 CAM 软件,与 PCB 工厂常用的 CAM 软件作用是 一样的,起到接受设计数据和数据处理的作用。这个软件可以安装在每个学生的电脑上,可以 用来让学生了解用 Protel、Power PCB 等电路板 EDA 设计软件设计的 PCB 数据在 PCB 工 厂是怎样进行数据转化、数据输出、数据处理的,数据处理后每种数据是如何使用的、数据 是如何转化成各种制造数据的。这种工艺的缺点是:1)不适合大批量的制作。单块线路板、甚至几块线路板的制板时间比较短,但是随着制 板数量增加,制板时间也成倍增加;2)制板工艺不如 PCB 制板厂的工艺完善,所制电路板的外观不如制板厂的外观美观。可见,对于企业量产印制电路板应使用传统的化学制板工艺,对于高校以及科研机构的教 学与科研可以采用机械制板工艺。目前,出于节能、环保和高效的理念,无论是化学制板工艺 还是机械制板工艺都在不断进行改进。其中机械制板中就引入了激光切割机,可以利用激光 束来雕刻出不同的线路图形。在不久的将来,人们可能会研制出更完善的方法应用于印制电 路板的制作与生产。参考文献:1张怀武、何为,现代印制电路原理与工艺,机械工业出版社.2程婕,电子产品制造工程训练,西北工业大学出版社.3杨赫,LPKF,电子创新实验实训室建设方案.