2020PCB的工(gōng)藝技術發展史

PCB市場重點這幾年從計(jì)算機(jī)轉向通信，移動終端用HDI闆成爲PCB增長的主要點，以智能手機爲代表(biǎo)的(de)移動終端驅使HDI闆更高密度(dù)更輕薄。

　　一. 印刷電路闆發展趨勢

　　（一）細線(xiàn)化

　　PCB全都(dōu)向高密度細線化發(fā)展，HDI闆尤爲突出。在十年前(qián)HDI闆的定義是線寬/線距是0.1 mm/0.1 mm及以下， 現(xiàn)在行業内基本做到60 €€m，先進(jìn)的(de)爲40 €€m。

　　PCB線路圖形形成，傳統的是銅(tóng)箔基闆(pǎn)上光緻成像後化學蝕刻(kè)工藝（減去法）。這種做法工序多、控制難、成本高。當前精細線路制(zhì)作趨于半加成法(fǎ)或改進型半加工法。

　　（二(èr)）半(bàn)加成法積層基材(cái)

　　現在半加成法熱(rè)點是采用絕緣(yuán)介質膜積層，從精細(xì)線路實現和制作成本看SAP比MSAP更有利。SAP積層(céng)用熱固化樹(shù)脂，由激(jī)光鑽孔後(hòu)電(diàn)鍍銅形成導通孔(kǒng)和電路圖形。

　　目(mù)前國際上的HDI積層材料(liào)以環氧(yǎng)樹脂搭配不同(tóng)固化劑，以添加無機粉末提高材料剛性及減少(shǎo)CTE，也有使用玻(bō)纖布增強剛性。

　　未來的發展趨(qū)勢。在BGA和CSP細間距(jù)載闆會繼續下(xià)去，同時無芯闆與四層或更多層的載闆更多應用，路線圖顯示載闆的特(tè)征尺寸更小，性能重點要求低介電性(xìng)、低熱膨脹系數和高耐熱性，在滿足性能目标基礎上追求低成本的基闆。

　　（五）适應高頻(pín)高(gāo)速化需求

　　（六）提高耐熱散(sàn)熱性

　　（七）撓性、剛(gāng)撓闆技術新趨勢

　　電子設備的(de)小型化(huà)、輕薄化，必然大量使用撓(náo)性印制電路闆（FPCB或FPC）和剛撓結合印制電路闆（R-FPCB）。

　　大(dà)功率撓性闆，采(cǎi)用100 €€m以上厚導體，以适應高功率大電流電路需要；高散熱金屬基撓性闆是局(jú)部使用金屬闆襯底之R-FPCB；觸覺感應性撓(náo)性(xìng)闆，由(yóu)壓力傳感膜和電極夾在(zài)兩個聚酰(xiān)亞胺薄膜之間，組成(chéng)撓性(xìng)觸覺傳感器；可伸縮(suō)撓性闆或剛撓(náo)結合闆，其(qí)撓性基材(cái)爲彈性體，金屬(shǔ)導線圖案的形狀改進成爲可伸(shēn)縮。

　　二.印刷電路闆技術

　　（一(yī)）印制電子技術

　　印制電(diàn)子曆史很早，隻是近幾年(nián)勢頭興盛。印制電子技術應用于印制電路産(chǎn)業，是(shì)印制電路(lù)技術的一部(bù)分。

　　印制電子(zǐ)技術的又一重要(yào)方面是(shì)印刷工藝與相應的(de)印刷設備，這是傳統印刷(shuā)技術的創新發(fā)展。印制電子可以應用不同的印刷方法，如凹版印刷、凸(tū)版印刷、網版印刷和噴墨打(dǎ)印(yìn)。網版(bǎn)印刷已在PCB制造中應(yīng)用，工藝成熟與成本低，目前是(shì)向(xiàng)自動化、高精(jīng)細化(huà)發展。

　　（二）埋(mái)置(zhì)元件印制電路技術

　　埋置元件印(yìn)制電路闆（EDPCB）是實現高密度(dù)電(diàn)子(zǐ)互連的一種産品，埋置元件技術在PCB有很大的潛力。埋置元件PCB制造技術，提高了PCB的功能與(yǔ)價值，除了在通信産品應用外，也(yě)在汽車、醫療和工業應用(yòng)等領域提(tí)供了機會。

　　EDPCB的發展(zhǎn)，從碳膏制作的印刷電阻和鎳磷合金箔制(zhì)作的薄膜電阻，以及夾有高介電常(cháng)數基材構成的平面電容，形成埋(mái)置無源元件印制闆，到(dào)進入埋置IC芯片、埋置貼片元件，形成埋置有源與無源元件印制闆。現在面對的課題有埋置(zhì)元件複雜化及EDPCB的薄型化，以及散熱性和熱變形控制、最終檢(jiǎn)測技術等。

　　元器件埋置技術現在已在手機等(děng)便攜終端設備(bèi)中應用。EDPCB制造工藝進入實用的(de)有B2it方法，可以實(shí)現高可靠性和(hé)低(dī)成本；有(yǒu)PALAP方法，達到高層數和低功耗，被用于汽車電子中；有(yǒu)埋置晶圓級封裝芯片的通信(xìn)模塊，體現良好的高頻特性(xìng)，今(jīn)後會有埋置BGA芯片的eWLB出現[19]。随着EDPCB設計規則的确立，這類産品會迅速發展。

　　（3）表面(miàn)塗飾技術(shù)

　　PCB表面銅層需要保護，目(mù)的是防止銅氧化和變質，在(zài)裝配時(shí)提供連(lián)接可靠的表面。PCB制造中一些通常使(shǐ)用的表面塗飾層，有含鉛或無鉛熱風整(zhěng)平焊錫、浸錫、有機可焊性保護膜、化學鍍鎳/金、電鍍鎳/金等(děng)。

　　HDI闆和IC封裝載(zǎi)闆的表面塗飾(shì)層現從化學鍍鎳/金（ENIG）發展到化學鍍(dù)鎳/钯/金（ENEPIG），有利于防止元件安裝後出現黑盤而(ér)影響(xiǎng)可靠性。

　　現有對ENEPIG塗層中钯層作了分析，其中钯層結(jié)構有純钯和钯(bǎ)磷合金，它們有不同(tóng)的硬度，因此用于(yú)打線接合與(yǔ)用于(yú)焊接需選擇不同的钯層。

　　經過(guò)可靠性影響評估，有微量钯存在會增加(jiā)銅(tóng)錫生長厚度；而钯含量過多會産生脆性之钯錫合金，反而使焊點(diǎn)強度下降，因此需有适(shì)當钯厚度。

　　從PCB精(jīng)細線(xiàn)路的角度來說，表面處理應用化學(xué)鍍钯/浸金（EPIG）比化學鍍鎳/鍍钯/浸(jìn)金（ENEPIG）更佳，減少對精細圖形線寬/線距(jù)的影響。EPIG鍍層更薄，不會導緻線路變形；EPIG經焊錫試驗和引線鍵合試驗能達到(dào)要求。

　　又有新的銅上直接化學鍍钯（EP）或直接浸(jìn)金（DIG），或者銅上化學鍍钯與自(zì)催化鍍金（EPAG）塗層，其(qí)優點是适合金線或銅線(xiàn)的打壓(yā)接合，因沒有(yǒu)鎳層而有更好高頻特性，塗層薄而更适于(yú)細線圖形，并且減少工序和成本。

　　PCB最終塗飾層的改進，另外有推出化學鍍鎳浸銀（NiAg）塗層，銀有良(liáng)好導電性、可焊性，鎳有抗腐蝕(shí)性。有機塗層OSP進行性能改良，提高耐熱性和焊接性。還有一種有機與金屬複合（OM）塗層，在PCB銅(tóng)表面塗覆OM塗層有良好(hǎo)的性價比。

　　（四）清潔生産

　　“綠(lǜ)色”和“環境友好(hǎo)”現是(shì)PCB制造技術(shù)進步的重要标(biāo)志。除了設法采用印制電子和3D打印這類(lèi)革命性清潔生産技術外，現有PCB制造技術(shù)向清潔生産(chǎn)改良是在不(bú)斷進行。如尋找(zhǎo)替代有毒有害物質的材料(liào)，減少加工步(bù)驟，和(hé)減少化學藥品的消耗，以及減(jiǎn)少水和能源的(de)用量，及材料的可回收利用等。

　　具體有采用無毒害無機材(cái)料作阻(zǔ)燃劑，同時也改善電氣性、導熱性和熱膨(péng)脹系數等的無鹵素基材；采用激光(guāng)直接成像減少(shǎo)作業工序和材料消耗；采用半加成法減少電鍍銅和蝕刻銅的消耗；采用直接(jiē)金屬化孔工藝，及化學沉銅液中取消有毒有害物質；采用導電膏印刷(shuā)使導通孔互連加工清潔簡(jiǎn)便。

　　直接金屬化技術很早就存在，多年的發展(zhǎn)趨于(yú)成熟。直接金屬化工(gōng)藝有碳黑(hēi)系和導電(diàn)聚合物系，用碳或石墨、導電聚合物代替钯(bǎ)活化，化學沉銅液(yè)中(zhōng)取消有毒的甲醛、氰化物和難(nán)處理的EDTA絡合(hé)劑。

　　推出膠(jiāo)體石墨直接孔金屬(shǔ)化技術具有穩(wěn)定的分散性和與多種樹脂良好的吸附牲。膠體石墨(mò)直接金屬化(huà)工藝(yì)在剛性PCB制造應用多年，現可推行于(yú)有複雜(zá)的盲孔、埋孔和任意層(céng)互連(lián)的HDI闆、撓性闆和剛(gāng)撓闆，可減少工序和設備場地、廢水量(liàng)，有利于環保，并(bìng)提升生産效(xiào)率和(hé)最終産(chǎn)品的高可(kě)靠性[24]。

　　PCB生産過程中曾經被稱爲廢物甚(shèn)至是危險廢物(wù)，現(xiàn)在都不再是“廢物”。如多餘的銅蝕刻液，微蝕刻處理液(yè)、電鍍清洗液都趨(qū)于在線回收處理。一(yī)些新設計的生産線設備，不管(guǎn)是(shì)蝕刻線或垂直電鍍線與水平電鍍線，都考慮了配置在線回收再生(shēng)裝置，還有如分段間(jiān)氣刀合理配置，循環泵的節能(néng)，自動分析添加藥液延長藥液壽(shòu)命等措施，既有利于提高品質，又有利于節能環保。

　　三. 印刷電路闆的制作(zuò)工藝過程

　　印刷電路闆的制作非常複雜， 這裏(lǐ)以四層印制闆爲例感受PCB是如何制造出來的(de)。

　　層壓

　　這裏需(xū)要一個新的原料叫做半固化片，是芯闆與(yǔ)芯闆（PCB層數>4），以及芯闆與外(wài)層銅箔之間的粘合劑，同(tóng)時也起到絕緣的作用。

　　下層的銅箔和兩層半固化片(piàn)已經提前通過對(duì)位孔和下層的鐵闆固定好位置，然後将制作好的芯闆也放入對(duì)位(wèi)孔中，最後依次将兩層半固化片、一層銅箔(bó)和一層承壓(yā)的鋁闆覆蓋到芯闆上。

　　将(jiāng)被鐵闆夾住的PCB闆子們(men)放置到支架上，然後送入真空熱壓機中進行(háng)層(céng)壓。真空熱壓機裏的(de)高溫可以融(róng)化半固化片裏的環氧樹脂，在壓力下将芯闆們和銅箔們固定在一起。

　　層壓完成後，卸掉壓制PCB的上層(céng)鐵闆。然後将承壓的鋁闆(pǎn)拿走，鋁闆還起到了(le)隔(gé)離(lí)不同PCB以及保證PCB外層銅箔(bó)光滑的(de)責任。這時拿出來的PCB的兩面都會(huì)被一層光(guāng)滑的銅箔(bó)所覆蓋。

　　鑽孔

　　要将PCB裏(lǐ)4層毫不接觸的(de)銅箔連接在一起，首先要鑽出上(shàng)下貫通的穿孔來打通PCB，然後把孔壁金屬化來導電。

　　用X射線鑽孔機機器對(duì)内層的芯闆進行定位，機器會(huì)自動(dòng)找到并且定位(wèi)芯闆(pǎn)上的孔位，然後給PCB打上定位孔，确保(bǎo)接下來鑽孔時是從孔位的正中央穿過。

　　将一層鋁闆放在打孔(kǒng)機機床上，然後将PCB放在上面。爲了提高效率，根據PCB的層(céng)數會(huì)将1~3個相同的PCB闆疊在一起進行穿孔。最後在最上面的PCB上蓋上一層鋁闆，上下兩層的鋁闆是爲了當鑽頭鑽進和鑽出的時候，不會撕裂PCB上的(de)銅箔。

　　在之前的層壓工序中，融化的環(huán)氧樹脂被擠壓到了PCB外面，所以需要進行切除。靠模銑床根據(jù)PCB正确的(de)XY坐标對其外圍進(jìn)行切割。

　　孔壁(bì)的銅化學沉澱

　　由于幾乎所有PCB設計都是用穿孔來進行連(lián)接的不同(tóng)層的線路，一個(gè)好的連接需要25微米的銅膜在孔壁上。這種厚度的銅膜需要(yào)通過電鍍(dù)來實現，但是孔壁是由不導電的環(huán)氧樹脂和(hé)玻璃(lí)纖(xiān)維闆組成。

　　所以第一步就是先在孔壁(bì)上堆(duī)積一層導電物質，通過化學沉積的方式在整個PCB表面，也包括孔壁上形成1微米的銅膜。整個過程比如化學處理和清洗等(děng)都是由機器控制(zhì)的。

　　固定PCB

　　清洗PCB

　　運送PCB

　　外層PCB布局轉移

　　接下來會将外層的PCB布局(jú)轉移到銅箔上，過程和之前的内層芯闆PCB布局轉移(yí)原理差不多，都是利用影印的膠片和感光膜将PCB布局轉移到銅(tóng)箔上，唯(wéi)一的不同是将會采(cǎi)用正片做闆。

　　内層(céng)PCB布局轉移采用的(de)是減成法，采用的是負片做闆(pǎn)。PCB上被(bèi)固化感光膜覆蓋的爲(wèi)線路，清(qīng)洗掉(diào)沒固化的(de)感光膜，露出的銅箔被蝕刻後，PCB布局線路被固化的感光膜保(bǎo)護而留下。

　　外層PCB布局轉移采用的是正常法，采(cǎi)用正片做闆。PCB上被固化(huà)的(de)感(gǎn)光膜覆蓋的爲非線路區。清洗掉(diào)沒固化的感光(guāng)膜後(hòu)進行電鍍。有(yǒu)膜處(chù)無(wú)法電鍍，而沒有膜處，先鍍上銅後鍍上錫。退膜後進(jìn)行堿性蝕刻，最後(hòu)再退錫(xī)。線路圖形因爲被錫的保(bǎo)護而留在闆上。

　　将PCB用夾(jiá)子夾住，将銅電鍍上去。之前提到(dào)，爲(wèi)了保證孔位(wèi)有足夠好的導(dǎo)電性，孔壁上電鍍的銅膜必須要有25微米的厚度，所以整套系統将會由電腦自動控制，保證其精确性。

　　外層(céng)PCB蝕刻

　　接下來由(yóu)一條完整的自(zì)動化流水線完成蝕刻(kè)的工序。首先将PCB闆上被(bèi)固化的感光膜清洗掉(diào)。然(rán)後用(yòng)強堿清洗掉(diào)被其覆(fù)蓋的不需要的(de)銅箔。再用退錫液将PCB布局(jú)銅箔上的錫鍍層退除。清洗幹(gàn)淨後4層PCB布(bù)局就完成了。