2020PCB的工(gōng)藝技術發展史(shǐ)

PCB市場重點這幾年從計算機轉向通信，移動終端用HDI闆成爲(wèi)PCB增長的主要點，以智能手機爲代(dài)表的(de)移動終端驅使(shǐ)HDI闆更高密度更(gèng)輕薄。

　　一. 印刷電路闆(pǎn)發展趨勢

　　（一）細線化

　　PCB全都(dōu)向高密度細線化發(fā)展(zhǎn)，HDI闆尤爲突出。在十年前HDI闆的定(dìng)義是線寬/線距(jù)是0.1 mm/0.1 mm及以下， 現在行業内基本做到60 €€m，先進的爲40 €€m。

　　PCB線路圖形形成，傳統的是銅箔基闆上光緻成(chéng)像後化學蝕刻(kè)工藝（減去法）。這種做法工序多、控(kòng)制(zhì)難、成(chéng)本高。當前精細線路(lù)制作趨于半加成法(fǎ)或改進型半加工法。

　　（二）半加成法(fǎ)積層基(jī)材

　　現在半加成法熱點是(shì)采用(yòng)絕緣介質膜積層，從精細(xì)線路實現和制作成本看SAP比MSAP更有利(lì)。SAP積層(céng)用熱(rè)固化樹脂，由激(jī)光鑽(zuàn)孔後電鍍銅形成導通孔和電路圖形。

　　目前國際上的HDI積層材料(liào)以環氧(yǎng)樹脂搭配(pèi)不同固化劑，以(yǐ)添加無機粉末提高材料剛性及減少CTE，也有使用玻纖布增強剛性。

　　未來(lái)的發展趨勢。在BGA和(hé)CSP細間距載闆會繼續下去，同時(shí)無芯闆與四(sì)層或更多(duō)層的載闆更多應用，路線圖顯示載闆的特征尺寸更小，性能(néng)重點要求低介電(diàn)性、低熱膨脹(zhàng)系數(shù)和高耐熱性，在滿足性能目标基礎上追求低成本的基闆。

　　（五）适應高頻高速化需求

　　（六）提高耐熱散熱(rè)性

　　（七）撓性(xìng)、剛撓闆技術新趨勢(shì)

　　電子設備的小(xiǎo)型化(huà)、輕薄化，必然大量使用撓(náo)性(xìng)印制(zhì)電路闆（FPCB或FPC）和剛撓結合(hé)印制電路闆（R-FPCB）。

　　大功率撓性闆，采(cǎi)用100 €€m以上厚導體，以适應(yīng)高功率大電流電路需要；高散熱金(jīn)屬基撓性闆是局(jú)部使用金屬闆襯底之R-FPCB；觸覺感應性撓性闆，由壓力傳感膜和電極夾在兩個聚酰亞胺薄膜之間，組成撓性觸覺傳感器；可(kě)伸(shēn)縮撓(náo)性闆或剛撓結合闆，其撓性基材爲彈性體，金屬導線(xiàn)圖(tú)案的形狀改進成(chéng)爲可伸(shēn)縮。

　　二.印刷電路闆技術(shù)

　　（一）印制電子技術

　　印制電子曆史(shǐ)很早，隻(zhī)是近幾年勢頭(tóu)興(xìng)盛。印制電子技術(shù)應用于印制電路産業，是(shì)印制(zhì)電路技術(shù)的一部分。

　　印制電子技術的又(yòu)一重要(yào)方面是印刷工藝與相應的印刷設備(bèi)，這是傳統印刷技術的創新發(fā)展。印制電子可以應用不同的印刷方法，如凹版印刷、凸版印刷、網版印刷(shuā)和噴墨打印。網版印刷已在PCB制造中應用，工藝成熟與成本低，目前是向自動化、高精細化發展。

　　（二）埋置元件印(yìn)制電路技術

　　埋置元件印制電(diàn)路闆（EDPCB）是實現高密度電子互連的一種産品，埋置元件技術在(zài)PCB有很大的潛力。埋(mái)置元件PCB制造(zào)技術(shù)，提高了PCB的功能與(yǔ)價值，除了在通信産品應用外，也在汽車、醫療和工業應用等領域提供了機會。

　　EDPCB的發展，從碳膏制作的印(yìn)刷電阻(zǔ)和鎳磷合金箔制(zhì)作的薄膜(mó)電阻，以及夾有高介電常數基材構成的平面電容，形成埋置無源元件印制闆，到進入埋置IC芯片、埋置貼片元件(jiàn)，形成埋置有源與無源元件印制闆。現在面對的課題有(yǒu)埋置元件複雜化及EDPCB的薄型化，以及散熱性和熱變形控(kòng)制、最終檢測技術(shù)等。

　　元器件埋置技術(shù)現在已在手機等(děng)便攜終端設備中應用。EDPCB制造工藝進入實用的有B2it方法，可(kě)以實現高可靠性和低成本；有PALAP方法，達到高層數和低功(gōng)耗，被用于汽車電子中；有(yǒu)埋置晶圓級封裝芯(xīn)片的通信模塊，體現(xiàn)良好的高頻特性(xìng)，今(jīn)後會有埋置BGA芯(xīn)片的eWLB出現[19]。随着EDPCB設計規則(zé)的确立，這(zhè)類産品會迅速發展。

　　（3）表面塗飾技術(shù)

　　PCB表面(miàn)銅層需要保護，目的是防止銅氧化和變質，在裝配時提供連接可靠的(de)表面。PCB制造中一些通(tōng)常使用的表面塗飾層，有含鉛或無鉛熱風整平焊錫、浸錫、有機可焊性(xìng)保護膜、化學鍍鎳/金、電鍍鎳/金等。

　　HDI闆和IC封裝載闆的表面塗飾層現從化(huà)學鍍鎳/金（ENIG）發展到化學鍍鎳/钯/金（ENEPIG），有(yǒu)利于防止元件安裝後出現黑盤而(ér)影(yǐng)響可靠性。

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

　　經過可靠性影響評估，有微量(liàng)钯存在會增加銅錫生長厚度；而钯含量過多會産生脆(cuì)性之钯錫合金，反而使焊點強度下降，因(yīn)此需有适當钯厚度(dù)。

　　從PCB精細線路的角(jiǎo)度來說(shuō)，表面處理應用化學(xué)鍍钯/浸金（EPIG）比化學鍍(dù)鎳/鍍钯/浸金（ENEPIG）更佳，減少對精細圖形線寬/線距的影(yǐng)響。EPIG鍍層更薄，不會導緻線路變形；EPIG經(jīng)焊錫試驗和引(yǐn)線鍵合試驗能達到(dào)要求。

　　又有新的銅上直接化學鍍钯（EP）或直接浸金（DIG），或者銅上化學鍍钯(bǎ)與自催化(huà)鍍金（EPAG）塗層，其優點是适合金線或銅線的打壓(yā)接合，因沒有鎳層(céng)而有更好高頻特性，塗層薄而更适于細線圖形，并且減少工序和成本。

　　PCB最終塗飾層的改進，另(lìng)外有推出化學鍍鎳浸銀（NiAg）塗層，銀有良好導電性、可焊性，鎳(niè)有抗腐蝕性。有機塗層OSP進行性能改良(liáng)，提高耐熱(rè)性和焊接性(xìng)。還有(yǒu)一種有機與金(jīn)屬複合（OM）塗層，在PCB銅表面塗覆OM塗層有良好的性價比。

　　（四）清潔生産

　　“綠色”和“環境友好”現是PCB制造技術進步的重要标志。除了設法采用印制電子和3D打印這(zhè)類(lèi)革命性清潔生(shēng)産技(jì)術外(wài)，現有PCB制(zhì)造技術向清潔生(shēng)産(chǎn)改良是在不斷進行。如尋找替代有毒有害物質的材料，減少加工步(bù)驟，和減少化學藥品的消耗，以(yǐ)及減(jiǎn)少水和能源的用量，及材料的可回收利(lì)用等。

　　具體有采用無毒害無機材料(liào)作阻燃劑，同時也改善電氣性(xìng)、導熱性和熱膨脹系數等(děng)的無鹵素基(jī)材；采用激光直接成像減少作業工序和材料消耗；采用半加成(chéng)法減(jiǎn)少(shǎo)電鍍銅和蝕刻銅的消耗；采用直接(jiē)金屬化孔工藝，及化學(xué)沉銅液(yè)中取消(xiāo)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(jīn)屬化技術很早就存在，多年的發展趨于(yú)成熟。直接金屬化工藝有(yǒu)碳黑系和導電(diàn)聚合物系，用碳或石墨、導電聚合物代替钯活化，化學沉(chén)銅液(yè)中取消有毒的甲醛、氰化物和難處理的EDTA絡合劑。

　　推出(chū)膠(jiāo)體石墨直接孔金屬化技術具(jù)有穩定的分散(sàn)性和與多種樹脂良好的吸(xī)附牲。膠體石墨直接金屬化(huà)工藝在剛性PCB制造應用多(duō)年，現可推行于有複雜的盲孔、埋孔和任意層(céng)互連的HDI闆、撓(náo)性闆和剛撓闆，可減少工序和設備場地、廢水量，有利于環保，并(bìng)提升生産效率和最終産品的高可靠性[24]。

　　PCB生産過程(chéng)中曾(céng)經被稱爲廢(fèi)物甚至是危險廢物，現(xiàn)在都不再是“廢物”。如多餘(yú)的銅蝕刻液，微蝕刻處理液、電鍍清(qīng)洗液都趨(qū)于在線回收處理。一(yī)些新設計的生産線設備，不管是蝕刻線或垂(chuí)直電鍍線與水(shuǐ)平電鍍線，都考慮了配置(zhì)在線回收再生裝置，還有如分段間氣刀合理配置(zhì)，循環泵的節能，自動分析添加藥液延長(zhǎng)藥液(yè)壽命等措施，既有利于提高品質，又有利于節能環保。

　　三. 印刷電路(lù)闆的制作工藝過程

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

　　層壓

　　這裏需要一個新的原料(liào)叫做半固化片，是芯闆與芯闆（PCB層數>4），以(yǐ)及芯闆與外(wài)層銅(tóng)箔之(zhī)間的粘合(hé)劑，同時也起到絕緣的作(zuò)用。

　　下層的銅箔和兩層半固化片(piàn)已經(jīng)提前通過對位孔和下層(céng)的鐵闆(pǎn)固定好位置，然後将制作好的(de)芯(xīn)闆也放(fàng)入對位孔中，最後依(yī)次将兩層半固化片、一層銅箔和一層承壓的鋁闆覆蓋到芯闆上。

　　将被鐵(tiě)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)層壓。真空熱壓機裏的高溫可(kě)以融化半固化片裏的環(huán)氧樹脂，在壓力(lì)下将芯闆們和銅箔(bó)們固定在一起(qǐ)。

　　層壓(yā)完成後，卸(xiè)掉壓制PCB的上層鐵闆。然後将承壓的鋁闆拿走，鋁闆(pǎn)還起到了隔(gé)離不同PCB以及保證PCB外層銅箔(bó)光滑的責任。這時拿出來(lái)的PCB的(de)兩面(miàn)都(dōu)會被一層光(guāng)滑的銅箔(bó)所覆蓋。

　　鑽孔

　　要将PCB裏4層毫不接觸的銅箔連接(jiē)在一起，首先要鑽出上下(xià)貫通的(de)穿孔來打通PCB，然後(hòu)把孔壁金屬化來(lái)導電。

　　用X射線(xiàn)鑽孔機機(jī)器對内層的芯闆進行定位，機(jī)器會自動找到并且定位芯闆(pǎn)上的孔位(wèi)，然後給PCB打上定位孔，确保接下來鑽孔時是從孔位的正中(zhōng)央穿過。

　　将一層鋁闆放在打孔機機(jī)床上，然後将(jiāng)PCB放(fàng)在上面。爲了提高效率，根據PCB的層數會将1~3個相同的PCB闆(pǎn)疊在一起進行穿孔。最後(hòu)在最上面(miàn)的PCB上蓋上一層鋁闆，上下兩層的鋁闆是爲了當鑽(zuàn)頭鑽進和鑽出的時候，不會撕裂PCB上的銅(tóng)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XY坐(zuò)标對其外圍進行切割。

　　孔壁的銅化學沉澱

　　由于幾乎所有(yǒu)PCB設計都是用穿孔來進行連接的不同層的線(xiàn)路，一個(gè)好的連接需要(yào)25微(wēi)米的銅膜在孔壁(bì)上。這種(zhǒng)厚度的(de)銅膜需要通過電鍍(dù)來實現，但是孔壁是由不導電的環(huán)氧樹脂和玻璃纖維闆組成。

　　所以第一步就是先在孔(kǒng)壁上堆積一層導電物質，通過化學沉(chén)積(jī)的方式(shì)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(bǐ)如(rú)化學處理和清洗等(děng)都是由機器控制的。

　　固定PCB

　　清洗PCB

　　運送PCB

　　外層PCB布局轉移

　　接(jiē)下來會将外層的PCB布(bù)局(jú)轉移到銅箔上(shàng)，過程和(hé)之前的内層芯闆PCB布局(jú)轉移原理差不多，都(dōu)是利用影印的膠片和感光膜将PCB布局轉移到(dào)銅箔上，唯一的不同是将會采用正片做闆。

　　内層PCB布局轉移采用的是(shì)減成法，采用的是(shì)負片做闆。PCB上被固化感光膜覆蓋的爲線路，清洗掉沒固化的(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護而留下。

　　外層PCB布局轉移(yí)采用的是正常(cháng)法，采用正片做闆。PCB上(shàng)被固化的感光膜覆蓋的爲非線路區。清洗掉(diào)沒固化的感光膜後進行電鍍。有膜處無法電鍍，而沒有膜處，先鍍(dù)上銅後(hòu)鍍上錫。退膜後進(jìn)行堿性(xìng)蝕(shí)刻，最後再退錫。線路(lù)圖形因爲被錫的保護而留在闆上。

　　将PCB用夾子(zǐ)夾住，将銅電鍍上去。之前提到，爲了保證孔位有足夠好的導電性，孔(kǒng)壁上電鍍的(de)銅膜(mó)必須(xū)要有25微米的厚度，所以(yǐ)整套系(xì)統将會由電腦自動(dòng)控制，保證其精(jīng)确性。

　　外層PCB蝕刻

　　接下來由(yóu)一條完整的(de)自(zì)動化流水線完成(chéng)蝕刻的工序。首先将PCB闆上被固化的感光膜清洗掉。然(rán)後用強堿清洗掉被其覆蓋的不需(xū)要的銅箔。再用退錫液将PCB布局(jú)銅箔上的錫鍍層退除(chú)。清洗幹淨後4層PCB布局就完成了。