PCB制造工艺详解.docx

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PCB制造工艺详解

一PCB制造行业术语

1.TestCoupon:

试样

testcoupon是用来以TDR（TimeDomainReflectometer）测量所生产的PCB板的特性阻抗是否满足设计需求一般要控制的阻抗有单根线和差分对两种情况，所以testcoupon上的走线线宽和线距（有差分对时）要与所要控制的线一样，最重要的是测量时接地点的位置为了减少接地引线（groundlead）的电感值TDR探棒（probe）接地的地方通常非常接近量信号的地方（probetip），所以testcoupon上量测信号的点跟接地点的距离和方式要符合所用的探棒

2.金手指

在线路板板边节点镀金Edge-Conncetion也就是我们经常说的金手指（GoldFinger），是用来与连接器（Connector）弹片之间的连接进行压迫接触而导电互连，这是由于黄金永远不会生锈且电镀加工有非常的容易外观也好看，故电子工业的接点表面几乎都要选择黄金线路板金手指上的金的硬度在140Knoop以上，以便卡插拔时确保耐磨得效果，故一向采用镀硬金的工艺其镀金的厚度平均为在30uin但在封装载板上（Substrate）上，设有若干镀金的承垫用来COBchiponboard晶片间以"打金线"wirebond是一种热压式熔接的办法互连故另需使用较软的金层与金线融合，一般金的硬度在100Knoop以下称为软金其品质要求较硬金更为严格此外镀金层具有焊锡性与导热性故也常用于焊点与散热表面的用途

3.硬金,软金

硬金:

HardGold;软金softGold电镀软金是以电镀的方式析出镍金在电路板上它的厚度控制较具弹性一般适合用于IC封装板打线用金手指或其它适配卡内存所用的电镀金多数为硬金因为必须耐磨在化学金方面基本上有所谓的浸金和化学金两种浸金指的是以置换的方式将金析出于镍表面因为是置换方式其厚度相当薄且无法继续成长但是化学金是采用氧化还原剂的方式将金还原在镍面上并非置换因此它的厚度可以成长较厚一般这类的做法是用于无法拉出导线的电路板因为化学金在整体的稳定度上控制较难因此较容易产生品质问题一般此类应用多集中在焊接方面打线方面的应用很少

4.SMT基本名词术语解释

AdditiveProcess（加成工艺）一种制造PCB导电布线的方法通过选择性的在板层上沉淀导电材料（铜锡等）Angleofattack（迎角）丝印刮板面与丝印平面之间的夹角Anisotropicadhesive（各异向性胶）一种导电性物质其粒子只在Z轴方向通过电流Applicationspecificintegratedcircuit（ASIC特殊应用集成电路）客户定做的用于专门用途的电路Artwork（布线图）PCB的导电布线图用来产生照片原版可以任何比例制作但一般为3:

1或4:

1Automatedtestequipment（ATE自动测试设备）为了评估性能等级设计用于自动分析功能或静态参数的设备也用于故障离析Blindvia（盲通路孔）PCB的外层与内层之间的导电连接不继续通到板的另一面Buriedvia（埋入的通路孔）PCB的两个或多个内层之间的导电连接（即从外层看不见的）Bondingagent（粘合剂）将单层粘合形成多层板的胶剂

3Bridge（锡桥）把两个应该导电连接的导体连接起来的焊锡引起短路

Circuittester（电路测试机）一种在批量生产时测试PCB的方法包括针床元件引脚脚印导向探针内部迹

线装载板空板和元件测试

Cladding（覆盖层）一个金属箔的薄层粘合在板层上形成PCB导电布线

CTE---Coefficientofthethermalexpansion（温度膨胀系数）当材料的表面温度增加时测量到的每度温度材料

膨胀百万分率（ppm）

Coldcleaning（冷清洗）一种有机溶解过程液体接触完成焊接后的残渣清除

Componentdensity（元件密度）PCB上的元件数量除以板的面积

Conductiveepoxy（导电性环氧树脂）一种聚合材料通过加入金属粒子通常是银使其通过电流

Copperfoil（铜箔）一种阴质性电解材料沉淀于电路板基底层上的一层薄的连续的金属箔它作为PCB的导电

体它容易粘合于绝缘层接受印刷保护层腐蚀后形成电路图样

Coppermirrortest（铜镜测试）一种助焊剂腐蚀性测试在玻璃板上使用一种真空沉淀薄膜

Defect（缺陷）元件或电路单元偏离了正常接受的特征

Delamination（分层）板层的分离和板层与导电覆盖层之间的分离

Desoldering（卸焊）把焊接元件拆卸来修理或更换方法包括用吸锡带吸锡真空（焊锡吸管）和热拔

DFM（为制造着想的设计）以最有效的方式生产产品的方法将时间成本和可用资源考虑在内

Environmentaltest（环境测试）一个或一系列的测试用于决定外部对于给定的元件包装或装配的结构机械和功能完整性的总影响

Functionaltest（功能测试）模拟其预期的操作环境对整个装配的电器测试

Fiducial（基准点）和电路布线图合成一体的专用标记用于机器视觉以找出布线图的方向和位置

Fine-pitchtechnology（FPT密脚距技术）表面贴片元件包装的引脚中心间隔距离为"或更少

Fixture（夹具）连接PCB到处理机器中心的装置

Leadconfiguration（引脚外形）从元件延伸出的导体起机械与电气两种连接点的作用

Machinevision（机器视觉）一个或多个相机用来帮助找元件中心或提高系统的元件贴装精度

Meantimebetweenfailure（MTBF平均故障间隔时间）预料可能的运转单元失效的平均统计时间间隔通常以每小时计算结果应该表明实际的预计的或计算的

Photo-plotter（相片绘图仪）基本的布线图处理设备用于在照相底片上生产原版PCB布线图（通常为实际尺寸）

Pick-and-place（拾取-贴装设备）一种可编程机器有一个机械手臂从自动供料器拾取元件移动到PCB上的一个定点以正确的方向贴放于正确的位置

Placementequipment（贴装设备）结合高速和准确定位地将元件贴放于PCB的机器分为三种类型SMD的大量转移X/Y定位和在线转移系统可以组合以使元件适应电路板设计

Reflowsoldering（回流焊接）通过各个阶段包括预热稳定/干燥回流峰值和冷却把表面贴装元件放入锡膏中以达到永久连接的工艺过程

Schematic（原理图）使用符号代表电路布置的图包括电气连接元件和功能

Solderbump（焊锡球）球状的焊锡材料粘合在无源或有源元件的接触区起到与电路焊盘连接的作用

Soldermask（阻焊）印刷电路板的处理技术除了要焊接的连接点之外的所有表面由塑料涂层覆盖住

4TypeI,II,IIIassembly（第一二三类装配）板的一面或两面有表面贴装元件的PCB（I）有引脚元件安装在主面有SMD元件贴装在一面或两面的混合技术（II）以无源SMD元件安装在第二面引脚（通孔）元件安装在主面为特征的混合技术（III）

Ultra-fine-pitch（超密脚距）引脚的中心对中心距离和导体间距为或更小

Void（空隙）锡点内部的空穴在回流时气体释放或固化前夹住的助焊剂残留所形成

Yield（产出率）制造过程结束时使用的元件和提交生产的元件数量比率

5KeyingSlot在线路板金手指区为了防止插错而开的槽

6.MountingHole安装孔此词有两种意思一是指分布在板脚的较大的孔是将组装后的线路板固定在终端设备上使用的螺丝孔其二是指插孔焊接零件的脚孔后者也称InsertionHole,LeadHole

7.Laminate:

基材指用来制造线路板用的基材板也叫覆铜板CCLCopperperCladedLaminates

8.Prepreg树脂片也称为半固化片

9.SilkScreen网板印刷用聚酯网布或不锈钢网布当载体将正负片的图案以直接乳胶或间接版膜方式转移到网框的网布上形成的网版作为对线路板印刷的工具

10.ScreenPrinting网版印刷是指在已有图案的网布上用刮刀刮挤压出油墨将要转移地图案转移到板面上也叫丝网印刷

11.Screenability网印能力指网版印刷加工时其油墨在刮压之作用下具有透过网布之露空部分而顺利漏到板上的能力

12.SolderBump焊锡凸块为了与线路板的连接在晶片的连接点处须做上各种形状的微焊锡凸块

13.SubstractiveProcess减成法是指将基材上部分无用的铜箔减除掉而达成线路板的做法称为

减成法

14.Surface-MountDevice（SMD）表面装配零件不管是具有引脚或封装是否完整的各式零件凡能够利用锡膏做为焊料而能在板面焊垫上完成焊接组装者皆称为SMD

15.SurfaceMountTechnology表面装配技术是利用板面焊垫进行焊接或结合的组装技术有别于采用通孔插焊的传统的组装方式称为SMT

16.ThinCore薄基材多层板的内层是由薄基材制作

17.ThroughHoleMounting通孔插装是指早期线路板上各零件之组装皆采用引脚插孔及填锡方式进行以完成线路板上的互连

18.Twist板翘指板面从对角线两侧的角落发生变形翘起称为板翘其测量的方法是将板的三个叫落紧台面再测量翘起的角的高度

二PCB制造工艺综述

1.印制板制造技术发展50年的历程

PCB制造技术发展的50年历程可划分为6个时期

1PWB诞生期1936年~制造方法加成法

5绝缘板表面添加导电性材料形成导体图形称为加成法工艺使用这类生产专利的印制板曾在1936

年底时应用于无线电接收机中

2PWB试产期1950年~制造方法减成法

制造方法是使用覆铜箔纸基酚醛树脂层压板PP基材用化学药品溶解除去不需要的铜箔留下的铜箔成为电路称为减成法工艺在一些标牌制造工厂内用此工艺试做PWB以手工操作为主腐蚀液是三氯化铁溅上衣服就会变黄当时应用PWB的代表性产品是索尼制造的手提式晶体管收音机应和PP基材的单面PWB

3PWB实用期1960年~新材料GE基材登场PWB应用覆铜箔玻璃布环氧树脂层压板GE基材由于PWB的国产GE基板在初期有加热翘曲变形铜箔剥离等问题材料制造商逐渐改进而提高1965年起日本有好几家材料制造商开始批量生产GE基板工业用电子设备用GE基板民用电子设备用PP基板已成为常识4PWB跌进期1970~MLB登场新安装方式登场这个时期的PWB从4层向50层更多层发展同时实行高密度化细线小孔薄板化线路宽度与间距从向发展PWB单位面积上布线密度大幅提高

PWB上元件安装方式开始了革命性变化原来的插入式安装技术TMT改变为表面安装技术SMT引线插入式安装方法在PWB上应用有20年以上了并都依靠手工操作的这时也开发出自动元件插入机实现自动装配线SMT更是采用自动装配线并实现PWB两面贴装元件5MLB跃进期1980年~超高密度安装的设备登场

在1982年~1991年的10年间日本PWB产值约增长3倍1982年产值3615亿日元1991年10940亿日元MLB的产值1986年时1468亿日元追上单面板产值到1989年时2784亿日元接近双面板产值以后就MLB占主要地位了1980年后PCB高密度化明显提高有生产62层玻璃陶瓷基MLBMLB高密度化推动移动电话和计算机开发竞争6迈向21世纪的助跑期1990年~积层法MLB登场

1991年后日本泡沫经济破灭电子设备和PWB受影响下降到1994年后才开始恢复MLB和挠性板有大增长而单面板与双面板产量却开始一直下跌1998年起积层法MLB进入实用期产量急速增加IC元件封装形式进入面阵列端接型的BGA和CSP走向小型化超高密度化安装今后的展望50多年来PWB发展变化巨大自1947的发明半导体晶体管以来电子设备的形态发生大变样半导体由ICISIVLSI向高集成度发展开发出了MCMBGACSP等更高集成化的IC21世纪初期的技术趋向就是为设备的高密度化小型化和轻量化努力主导21世纪的创新技术将是纳米技术会带动电子元件的研究开发2初步认识PCBPCB是英文（PrintedCircuitBoard）印制线路板的简称通常把在绝缘材上按预定设计制成印制线路印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路而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这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板亦称为印制板或印制电路板PCB几乎我们能见到的电子设备都离不开它小到电子手表计算器通用电脑大到计算机通迅电子设备军用武器系统只要有集成电路等电子无器件它们之间电气互连都要用到PCB它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的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如特性阻抗等同时为自动锡焊提供阻焊图形为元器件插装检查维修提供识别字符和图形PCB是如何制造出来的呢我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜挠性的绝缘基材印上有银白色银浆的导电图形与健位图形因为通用丝网漏印方法得到这种图形所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板而我们去电脑城看到的各种电脑主机板显卡网卡调制解调器声卡及家用电器上的印制电路板就不同了它所用的基材是由纸基常用于单面或玻璃布基常用于双面及多层预浸酚醛或环氧树脂表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成这种线路板覆铜簿板材我们就称它为刚性板再制成印制线路板我们就称它为刚性印制线路板单面有印制线路图形我们称单面印制线路板双面有印制线路图形再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板我们就称其为双面板如果用一块双面作内层二块单面作外层或二块双面作内层二块单面作外层的印制线路板通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层六层印制电路板了也称为多层印制线路板现在已有超过100层的实用印制线路板了为进一认识PCB我们有必要了解一下单面双面印制线路板及普通多层板的制作工艺加深对它的了解单面刚性印制板单面覆铜板下料刷洗干燥网印线路抗蚀刻图形固化检查修板蚀刻铜去抗蚀印料干燥钻网印及冲压定位孔刷洗干燥网印阻焊图形常用绿油UV固化网印字符标记图形UV固化预热冲孔及外形电气开短路测试刷洗干燥预涂助焊防氧化剂干燥检验包装成品出厂双面刚性印制板双面覆铜板下料钻基准孔数控钻导通孔检验去毛刺刷洗化学镀导通孔金属化全板电镀薄铜检验刷洗网印负性电路图形固化干膜或湿膜曝光显影检验修板线路图形电镀电镀锡抗蚀镍/金去印料感光膜蚀刻铜退锡清洁刷洗网印阻焊图形常用热固化绿油贴感光干膜或湿膜曝光显影热固化常用感光热固化绿油清洗干燥网印标记字符图形固化外形加工清洗干燥电气通断检测喷锡或有机保焊膜检验包装成品出厂贯通孔金属化法制造多层板工艺流程:

内层覆铜板双面开料刷洗钻定位孔贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂曝光显影蚀刻与去膜内层粗化去氧化内层检查外层单面覆铜板线路制作B阶粘结片板材粘结片检查钻定位孔层压数控制钻孔孔检查孔前处理与化学镀铜全板镀薄铜镀层检查贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂面层底板曝光显影修板线路图形电镀电镀锡铅合金或镍/金镀去膜与蚀刻检查网印阻焊图形或光致阻焊图形印制字符图形热风整平或有机保焊膜数控洗外形成品检查包装出厂从工艺流程图可以看出多层板工艺是从双面孔金属化工艺基础上发展起来的它除了继了双面工艺外还有几个独特内容金属化孔内层互连钻孔与去环氧钻污定位系统层压专用材料我们常见的电脑板卡基本上是环氧树脂玻璃布基双面印制线路板其中有一面是插装元件另一面为元件脚焊接面能看出焊点很有规则这些焊点的元件脚分立焊接面我们就叫它为焊盘为什么其它铜导线图形不上锡呢因为除了需要锡焊的焊盘等部分外其余部分的表面有一层耐波峰焊的阻焊膜其表面阻焊膜多数为绿色有少数采用黄色黑色蓝色等所以在PCB行业常把阻焊油叫成绿油其作用是防止波焊时产生桥接现象提高焊接质量和节约焊料等作用它也是印制板的永久性保护层能起到防潮防腐蚀防霉和机械擦伤等作用从外观看表面光滑明亮的绿色阻焊膜为菲林对板感光热固化绿油不但外观比较好看便重要的是其焊盘精确度较高从而提高了焊点的可靠性相反网印阻焊油就比较差我们从电脑板卡可以看出元件的安装有三种方式一种为传动的插入式安装工艺将电子元件插入印制线路板的导通孔里这样就容易看出双面印制线路板的导通孔有如下几种一是单纯的元件插装孔二是元件插装与双面互连导通孔三是单纯的双面导通孔四是基板安装与定位孔另二种安装方式就是表面安装与芯片直接安装其实芯片直接安装技术可以认为是表面安装技术的分支它是将芯片直接粘在印制板上再用线焊法或载带法倒装法梁式引线法等封装技术互联到印制板上其焊接面就在元件面上表面安装技术有如下优点：

1由于印制板大量消除了大导通孔或埋孔互联技术提高了印制板上的布线密度减少了印制板面积一

般为插入式安装的三分阶之一同时还可降低印制板的设计层数与成本

2减轻了重量提高了抗震性能采用了胶状焊料及新的焊接技术提高了产品质量和可靠性

3由于布线密度提高和引线长度缩短减少了寄生电容和寄生电感更有利于提高印制板的电参数

4比插装式安装更容易实现自动化提高安装速度与劳动生产率相应降低了组装成本

从以上的表面安技术就可以看出线路板技术的提高是隋芯片的封装技术与表面安装技术的提高而提高现在我们看的电脑板卡其表面粘装率都不断地在上升实际上这种的线路板再用传动的网印线路图形是无法满足技术要求的了所以普通高精确度线路板其线路图形及阻焊图形基本上采用感光线路与感光绿油制作工艺也许过不多久人们该把印制线路板叫作感光线路板了现在我们再来看成组芯片直接安装技术多芯片模块MCM技术它是将多块未封装的集成电路芯片高密度安装在同一基板上构成一个完整的部件的新思路即现在人们普遍称之的多芯片模块简称MCM是（MultiChipModule的缩写）随着MCM的兴起使封装的概念发生了本质的变化在年代以前所有的封装都是面向器件的而MCM可以说是面向部件的或者说是面向系统或整机的MCM技术集先进印刷线路板技术先进混合集成电路技术先进表面安装技术半导体集成电路技术于一体是典型的垂直集成技术对半导体器件来说它是典型的柔性封装技术是一种电路的集成MCM的出现使电子系统实现小型化模块化低功耗高可靠性提供了更有效的技术保障其中MCM-D型MulitChipModuleDepositedThinFilm是采用薄膜技术将金属材料淀积到陶瓷或硅铝基板上光刻出信号线电源线地线并依次做成多层基板多达几十层主要用在500Mhz以上的高性能产品中线宽和间距可做到10-25孔径在1050因而具有组装密度高信号通道短寄生效应小噪声低等优点可明显地改善系统的高频性能现在我们可以看到如今的高新技术PCB已经不是我们所认为的印制线路板了也许又该提升一步叫光刻线路板了

3表面贴装技术（SMT）的介绍

1）SMT的特点

组装密度高电子产品体积小重量轻贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右一般采用SMT

之后电子产品体积缩小40%~60%重量减轻60%~80%

可靠性高抗振能力强焊点缺陷率低

高频特性好减少了电磁和射频干扰

易于实现自动化提高生产效率降低成本达30%~50%节省材料能源设备人力时间等

2）为什么要用表面贴装技术（SMT）

电子产品追求小型化以前使用的穿孔插件元件已无法缩小

电子产品功能更完整所采用的集成电路（IC）已无穿孔元件特别是大规模高集成IC不得不采用表面贴片

元件

产品批量化生产自动化厂方要以低成本高产量出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力

电子元件的发展集成电路（IC）的开发半导体材料的多元应用

电子科技革命势在必行追逐国际潮流

3）SMT技术的发展趋势

随着电子产品向便携式/小型化网络化和多媒体方向迅速发展表面贴装技术SurfaceMount

Technology简称SMT在电子工业中正得到越来越广泛的应用并且在许多领域部分或全部取代了传统电子装联技术SMT的出现使电子装联技术发生了根本的革命性的变革在应用过程中SMT

正在不断地发展与完善主要表现在以下几方面

SMT生产线的发展

SMT生产线是生产的基础目前其有如下几个发展趋势计算机集成制造系统CIMS的应用SMT生产线正向

高效率方向发展SMT生产线向绿色环保方向发展

SMT设备的发展包括丝印设备贴装设备的发展

FMS多功能等方向发展

表面贴装元器件的发展

SMT工艺材料的发展

4PCB电镀金工艺介绍

作用与特性

印制板上的金镀层有几种作用金作为金属抗蚀层它能耐受所有一般的蚀刻液它的导电率很高其电阻率为微欧厘米由于它的负的氧化电位使得它是一种抗锈蚀的理想金属和接触电阻低的理想的接触表面金属金作为可焊性的基底是多年来争论的问题之一只要说明金在控制条件的情况下已经成功地用来作为一种焊接的辅助手段就够了近年来已经发展了一些新的镀金工艺它们大多数是专利性的这表明为避开以典的碱性氰化物镀金及其对电镀抗蚀剂的破坏作用所作的努力金价格成本高促使发展金的合金槽浴作为降低成本的手段

5PCB电镀铜工艺介绍

铜作为印制电路制造中的基本的导线金属已经得到了广泛的承认它具有极为优越的导电性仅次于银容易电镀成本低并给出高度可靠的结果铜是很容易活化的因此在铜和其它电镀的金属之间可以获得良好的金属金属键合电子设备用的印制电路MILSTD275指出金属化应该镀铜孔中铜镀层的厚度应不小于英寸有三种最常用的镀铜溶液焦磷酸盐硫酸盐以及氟硼酸盐溶液

6多层板孔金属化工艺

众所周知孔金属化是多层板生产过程中最关键的环节她关系到多层板内在质量的好坏孔金属化过程又分为去钻污和化学沉铜两个过程化学沉铜是对内外层电路互连的过程去钻污的作用是去除高速钻孔过程中因高温而产生的环氧树脂钻污特别在铜环上的钻污保证化学沉铜后电路连接的高度可靠性多层板工艺分凹蚀工艺和非凹蚀工艺凹蚀工艺同时要去除环氧树脂和玻璃纤维形成可靠的三维结合非凹蚀工艺仅仅去除钻孔过程中脱落和汽化的环氧钻污得到干净的孔壁形成二维结合单从理论上讲三维结合要比二维结合可靠性高但通过提高化学沉铜层的致密性和延展性完全可以达到相应的技术要求非凹蚀工艺简单可靠并已十分成熟因此在大多数厂家得到广泛应用高锰酸钾去钻污是典型的非凹蚀工艺

7.PCB表面处理技术

虽然以产品生命周期短和迅猛的技术改变闻名电子工业还不得不采用一种工业应用广泛的热空气焊

锡均涂（HASL,hotairsolderleveling）的替代技术长期影响环境的关注通常集中在潜在的铅泄漏到环境中去仅管在北美的立法禁止铅的使用还是几年后的事情但是原设备制造商（OEM,originalequipmentmanufacturer）必须满足欧洲和日本的环境法令以使其产品作全球销售这个考虑已经孕育出许多课题评估在每一个主要的OEM那里消除铅的可选方法HASL的替代方法允许无铅印刷电路板（PWB,printedwiringboard）也提供平坦的共面性表面满足增加的技术要求更密的间距和区域阵列元件已允许增加电子功能性通常越高的技术对立着降低成本可是大多数替代方法改进高技术装配和长期的可靠性而还会降低成本成本节约是整个过