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1、第二节第二节 印制电路板制做印制电路板制做一、印制电路板制造过程的基本环节一、印制电路板制造过程的基本环节印制电路板制造工艺技术发展很快，不同条件、不同规模的制造厂家采用的工艺技术不尽相同。对于不同类型和不同要求的印制电路板要采用不同的制造工艺，但在这些不同的工艺流程中，有许多必不可少的基本环节是类似的。 1 1、底图胶片制版（照相底板）、底图胶片制版（照相底板）底图胶片（也叫原版底片，在生产时还要把它翻拍成生产底片）确定了印制电路板上要配置的图形。在印制电路板的生产过程中，无论采用什么方法都需要使用符合质量要求的1：1的底图胶片，所以它是制造印制电路板所使用的最重要的工具。它是制造工艺中最先
2、的步骤之一，最终的产品只能接近它的质量和精确度。1获得底图胶片通常有两种基本途径：一种是利用计算机辅助设计系统和光学绘图机直接绘制出来；另一种是先绘制黑白底片底图，再经过照相制版得到。 （1 1）CADCAD光绘法光绘法 这种方法是应用CAD软件布线，将生成黑白图和照相制版这两个工序合二为一，原理是光点扫描。CAD光绘法制作的原版底片精度高，质量好，但需要比较昂贵、复杂的设备和一定水平的技术人员进行操作，所以成本较高。这种方法在国外已广泛采用，国内也基本普及。（2 2）照相制版法）照相制版法用绘制好的黑白底片进行照相制版，版面尺寸通过调整相机的焦距准确达到印制板的设计尺寸，相版要求反差大、无砂
3、眼。整个制版过程与普通照相大体相同，其过程如图3.1所示。 2（3 3）用绘图仪或打印机绘制黑白工艺图）用绘图仪或打印机绘制黑白工艺图使用面比较广泛，适用的eda软件可以生成布线图、丝网膜图、阻焊图、模拟钻孔图等。图图3.13.1 照片制版流程 照片制版流程这种方法耗时多、效率低、精度差。随着计算机的普及应用，此方法在实际应用中已较少使用。32 2、图形转移、图形转移照相底版制好后，将底版上的电路图转移到覆铜板上，称为图形转移。具体方法有丝网漏印、光化学法等。 （1 1）丝网漏印法）丝网漏印法 用丝网漏印法在覆铜板上印制电路图形，与油印机在纸上印刷文字相类似。在丝网上涂敷、粘附一层漆膜或胶膜，
4、然后按照技术要求将印制电路图制成镂空图形（相当于油印中蜡纸上的字形）。目前，漆膜丝网已被感光膜丝网或感光胶丝网取代。经过贴膜（制膜）、曝光、显影、去膜等工艺过程，即可制成用于漏印的电路图形丝网。漏印时，只需将敷铜板在底板上定位，使丝网与敷铜板直接接触，将印料倒入固定丝网的筐内，用橡皮刮板刮压印料，即可在覆铜板上形成印料组成的图形。漏印后需要烘干、修版。4漏印可通过手动、半自动、自动漏印机实现，其所用丝网材料有真丝绢、合成纤维绢和金属丝三种，规格以目为单位。常用绢为150300目，即每平方毫米上有150300个网孔。绢目数越大，印出的图形越精细。丝网漏印多用于批量生产，印制单面板的导线、焊盘或版
5、面上的文字符号。这种工艺的优点是设备简单、价格低廉、操作方便。缺点是精度不高。漏印材料要求耐腐蚀，并有一定的附着力。在简易的制板工艺中，可以用助焊剂和阻焊涂料作为漏印材料 ，即先用助焊剂漏印焊盘，再用阻焊材料套印焊盘之间的印制导线。待漏印材料干燥以后进行腐蚀，腐蚀掉覆铜板上不要的铜箔后，助焊剂随焊盘，阻焊涂料随印制导线均留在板上。这是一种简洁的印制电路板的制作工艺。5（2 2）直接感光法（光化学法之一）直接感光法（光化学法之一）将照相底板上的图形转移到敷铜箔表面，形成一个抗蚀或电镀的掩模图形，后进行蚀刻或电镀以制成印制电路。直接感光法适用于品种多、批量小的印制电路板生产，它的尺寸精度很高、工艺
6、简单，对单面板或双面板都能应用。直接感光制板法的主要工艺流程如图3.2所示。图图3.23.2直接感光制板法的主要工艺流程直接感光制板法的主要工艺流程 表面处理表面处理：用有机溶剂去除敷铜板表面上的油脂等有机污物，用酸去除氧化层。通过表面处理，可以使感光胶在铜箔表面牢固地粘附。 上胶上胶：在敷铜板表面涂覆一层可以感光的液体材料（感光胶）。上感光胶的方法有离心式甩胶、手工涂胶、滚胶、浸胶、喷胶等。无论采用哪种方式都要求有合适的厚度，良好的均匀性以及合适的干湿程度。6 曝光（晒版）：曝光（晒版）：将照相底版至于上胶烘干后的敷铜板上，置于光源下曝光。光线通过相版，使感光胶发生化学反应，引起胶膜理化性能
7、变化，使聚合物交连，胶膜硬化。曝光时，应注意相版与覆铜板的定位，特别是双面印制板，定位更要严格，否则两面图形将不能吻合。 显影与染色显影与染色：在曝光后，由于化学反应的结果，曝光部分已经发生了实质性的变化，显影能力与粘和能力得到提高，在一定的温度与时间内不再溶于水；而未曝光部分，没有发生类似变化，很容易溶解于水。曝光后的板在显影液中显影后，再进入染色溶液中，将感光部分的胶膜染色硬化，显示出印制板图形，便于检查线路是否完整，为下一步修版提供方便。未感光部分的胶膜在温水中溶解，脱落。7 固膜：固膜：显影后的感光胶并不牢固，容易脱落，通过化学固膜或物理固膜的处理，使之固化。将染色后的板浸入固膜液中停
8、留一定时间，然后用水清洗并置于100120的恒温烘箱内烘干3060min使感光膜进一步得到强化。 修版：修版：固膜后的板应在化学蚀刻前进行修版。修版工作包括两个方面，一是修正图形上的缺陷，如针孔、断线、缺口等；二是除去图形无关的疵点，如胶膜的粘连、毛刺、砂眼等。修补所用的材料可用制板红粉、黑粉、沥青、油漆等。用于调整粘度的溶剂应不溶解胶膜，并对铜箔有良好的粘附性，如酒精、汽油、松节油等。（3 3）光敏干膜法）光敏干膜法这也是一种光化学法,但感光材料不是液体感光胶，而是一种由聚酯薄膜、感光胶膜、聚乙烯薄膜三层材料组成的薄膜类光敏干膜，如图3.3所示。干膜的使用方法如下：8 铜板表面处理：铜板表面
9、处理：清除表面油污，以便干膜可牢固的粘贴在板上。 贴膜：贴膜：揭掉聚乙烯保护膜，把感光胶膜贴在覆铜板上，一般是使用滚筒式贴膜机。 曝光：曝光：为了保证印制线路板的高精度、高密度，曝光应在曝光机中进行抽真空曝光，以保证底板和抗蚀层紧密相接。曝光时将相版按定位孔位置准确置于贴膜后的覆铜板上，这时应控制光源强弱、曝光时间和温度。 显影：显影：曝光后，先揭去感光胶膜上的聚酯薄膜，再把板浸入显影液中，显影后取出板表面的残胶。显影时，也要控制显影液的浓度、温度及显影时间。图图3.33.3光敏干膜的构成光敏干膜的构成93 3、化学蚀刻、化学蚀刻蚀刻在生产线上俗称烂板。它是利用化学方法去除板上不需要的铜箔，留
10、下焊盘、印制导线及符号等图形。为确保质量，在蚀刻前应进行预蚀刻，即把印制好抗蚀图形的敷铜箔板，放入蚀刻液中浸一下，取出后再用排笔或毛笔蘸上蚀刻液，在板上横竖各刷一遍，用以检查图形转移质量。如果抗蚀图形有针孔、砂眼、起皮、脱层等现象，要及时冲洗干净，并进行返修。如有局部铜箔不发生蚀刻反应，可用排笔刷几次，直到所有铜箔面能均匀蚀刻为止。敷铜箔板蚀刻过程应该严格按照操作步骤进行，在这一环节中造成的质量事故将无法挽救。10（1 1）蚀刻溶液）蚀刻溶液从理论上讲，凡能氧化铜而生成可溶性铜盐的试剂，都可以用来蚀刻敷铜箔板。常用的蚀刻溶液为三氯化铁。它蚀刻速度快、质量好、溶铜量大、溶液稳定、价格低廉。此外，
11、还有适用于不同场合的其它类型的蚀刻液，如：酸性氯化铜蚀刻液(CuCl2-NaCl-HCl)。该蚀刻液组成简单，性能稳定，蚀刻率快，但酸值较高，对骨胶膜和Sn-Pb合金抗蚀层有一定的破坏作用。碱性氯化铜蚀刻液(CuCl-NH4Cl-NH3H2O)。适用于耐碱不耐酸抗蚀图形的蚀刻。过氧化氢-硫酸蚀刻液（H2O2-H2SO4）等。大量使用蚀刻液时，应注意环境保护，并要采取措施处理废液并回收废液中的金属铜。11（2 2）蚀刻方式）蚀刻方式浸入式浸入式：这是最简单的一种蚀刻方式。所用设备只是一个耐腐蚀的容器，如塑料盆、搪瓷盆或陶瓷盆等。蚀刻时将印制有抗蚀图形的覆铜板浸入蚀刻液中，为了加快蚀刻速度，可对蚀
12、刻液进行加热，也可用排笔轻轻刷扫印制板面，不断清除板面上的蚀刻反应产物。这种方法简便易行，但效率低，对金属图形的侧腐蚀严重，常用于数量很少的手工操作制板。泡沫式：它是浸入式的改进形式。以压缩空气为动力，将压缩空气直接通入蚀刻液内进行搅拌，使蚀刻液成泡沫状，对板进行腐蚀。这种方法保证在工件表面上始终有新鲜蚀刻液并冲掉溶解的金属；提供了附加的氧化能力并可使蚀刻液再生，从而提高了蚀刻液的效能。此方法工效高、质量好，适用于小批量制板。 12泼溅式：泼溅式：泼溅蚀刻比浸入式或泡沫式蚀刻在蚀刻均匀性和减少侧腐蚀方面有明显的优点。利用桨轮的离心力作用将蚀刻液泼溅到覆铜板上，达到蚀刻目的。这种方式的生产效率高
13、，但只适用于单面板。喷淋式喷淋式：通过喷淋式蚀刻机中的塑料泵将蚀刻液压送到喷头，呈雾状的微粒高速喷淋到由传送带运送的覆铜板上，可以进行连续的蚀刻。机内装有速度控制和温度控制系统。这种方法是目前技术较先进的蚀刻方式。4 4、孔金属化与金属凃覆、孔金属化与金属凃覆 （1 1）孔金属化）孔金属化双面印制板两面的导线或焊盘需要连通时，可以通过金属化孔实现，即把铜沉淀在贯通两面的孔壁上，使原来非金属的孔面金属化。金属化了的孔称为金属孔。在双面和多层印制板的制造过程中，孔金属化是一道必不可少的工序。13孔金属化是利用化学镀技术，即氧化还原反应产生金属镀层。基本过程是：先是孔壁上沉淀一层催化剂金属钯，作为在
14、化学镀铜中铜沉积的结晶核心，然后进入化学镀铜溶液中。化学镀铜可使印制板表面和孔壁上产生一层很薄的铜，这层铜不仅薄而且附着力差，一擦即掉，因而只能起到导电的作用。化学镀以后进行电镀铜，使孔壁的铜层加厚并附着牢固。孔金属化的方法很多，它与整个双面板的工艺相关，大体上，有板面电镀法、图形电镀法、反镀漆膜法，堵孔法，漆膜法等等。但无论采用哪种方法，在孔金属化过程中都需要下列几个环节：钻孔、孔壁处理、化学沉铜、电镀铜加厚。常用的堵孔法和图形电镀法工艺介绍如下。 堵孔法。堵孔法。这是较为老式的生产工艺，制作普通双面印制板可采用此法。堵孔可用松香酒精混合物。堵孔法工序流程图3.4。14图图3.4 3.4 堵
15、孔法工序流程图堵孔法工序流程图 图形电镀法。图形电镀法。这是较为先进的工艺，特别是在生产高精度和高密度的双面版中更能显示出优越性。它与堵孔法的主要区别在于采用光敏干膜代替感光液，表面镀铅锡合金代替浸银、腐蚀液采用碱性氯化铜溶液取代酸性三氯化铁。采用这种工艺可制作线宽和间距在0.3mm以下的高密度印制板。目前大量使用集成电路的印制板大都采用这种生产工艺。图形电镀法的工艺流程图如3.5所示，并参见图3.6。图图3.5 3.5 图形电镀法的工艺流程图图形电镀法的工艺流程图 15金属化孔的质量对双面印制板是至关重要的。在整机中，许多故障的原因出自金属化孔。因此，对金属化孔的检验应给予重视。检验内容一般
16、包括以下几个方面。 外观检验：外观检验：金属化孔印制板的外观检验包括图形导体的完整性，孔壁金属化镀层上是否平整、光滑、有无空穴、堵塞等。检验工具可用放大镜、检孔镜等。 电性能测试：电性能测试：金属化孔镀层与焊盘的短路与断路；孔与导线间的孔线电阻值。其电阻值应符合规定标准。此项测试用专用测试仪来完成。图图3.6 3.6 图形电镀法工艺流程图形电镀法工艺流程16 孔的电阻变化率：孔的电阻变化率：按国家标准进行环境例行试验（高低温、热潮、浸锡冲击试验等）后，电阻变化率不超过5%10%，方可认为金属化孔合格。 机械强度（拉脱强度）：机械强度（拉脱强度）：孔壁与焊盘的结合率应超过一定值。 金相剖析试验：金相剖析试验：检查孔的镀层质量，厚度与均匀性，镀层与铜箔之间的结合质量等。（2 2）金属涂覆）金属涂覆为提高印制电路的导电、可焊、耐磨、装饰性能，延长印制板的使用寿命，提高电气连接的可靠性，可以在印制板图形铜箔上涂覆一
