第五章 印制电路板

5.5 其他种类电路板
5.5.1 金属夹层电路板 金属夹层电路板由于具有金属夹层，因此能提供良好的 能提供良好的 热传导性、机械强度与电防护特性 热传导性、机械强度与电防护特性，对高操作温度的电 子元器件封装是理想的基板材，但是它有重量与价格高、 导孔制作较为困难、镀膜厚度不均匀时易发生卷屈等缺 点，这使得金属夹层电路板在微电子工业中使用的程度 不如以树脂玻璃纤维为基材的印制电路板。
Zr2O
3
系 数
价格
E-玻璃 （%） S-玻璃 （%） D-玻璃 （%）
15～ 25 ＜0.01 0～2 —
0～6 10～ 12 0～2 —
8～13
— ＜ 0.1 — —
5.8 4.5 2 3.9 5 3.7 8
1～5 5～10 10～ 20 30～ 40
＜0.01 0.10 18～ 21 — — —
材料种类 环氧树脂 硅胶树脂 聚亚硫胺 BT树脂 苯并环丁 烯 铁氟隆 聚脂类 丙烯树脂 氨基甲酸 脂
玻璃转移温度 （℃） 100～175 <−20 >260 >275 >350 NA 175 114 —
热膨胀系数 （ppm/℃） >20 >200 50 50 35～36 70～120 36 135 —
5.4.3 PCB基板制作的新技术 基板制作的新技术
（1）薄和超薄铜箔的采用。 ）薄和超薄铜箔的采用。 （2）小孔钻削技术。 ）小孔钻削技术。 （3）小孔金属化技术。 ）小孔金属化技术。 （4）深孔电镀技术。 ）深孔电镀技术。 （5）精细线条的图形刻蚀技术。 ）精细线条的图形刻蚀技术。 （6）真空层压技术。 ）真空层压技术。 （7）先进的表面涂复处理技术。 ）先进的表面涂复处理技术。
5.4.2 多层 多层PCB基板多层布线的基本原则 基板多层布线的基本原则
为了减少或避免多层迭层布线的层间干扰，特别是 高频应用下的层间干扰，两层间的走线应相互垂直； 设置的电源层应布置在内层，它和接地层应与上下 各层的信号层相近并可能均匀分配，这样既可防止 外界对电源的扰动，也避免了因电源线走线过长而 严重干扰信号的传输。
石英（%） 99.97
表5.2 玻璃纤维强化材料的化学成分与物理性质
5.2.2 印制电路板的导体材料
无覆盖的铜箔电路可以 铜为印制电路板最常见的导体材料。在电路板工艺中，无覆盖的铜箔 无覆盖的铜箔 用加层（Additive）或减层（Subtractive）的技术电镀到高分子绝缘基板上。铜 箔的规格以一平方英尺面积上覆盖的铜箔重量（盎司/平方英尺）表示，常见的 标准规格有1/8、1/4、3/8、1/2、3/4、1、2、3、4、5、6、7、10、14盎司等， 最常见者为1盎司铜（相当于约35 µm的厚度），其次为1/2盎司铜（相当于约 17 µm的厚度）与2盎司铜（相当于约70 µm的厚度），超薄的1/8盎司铜与超厚 的5盎司以上的铜覆盖电路板仅在特殊需要下使用。铝也曾被使用制作印制电路 铝也曾被使用制作印制电路 板的电路连线，但非常少见。 板的电路连线，但非常少见 电镀的锡或铅锡薄层可作为电路板在铜箔电路制作时刻蚀的选择 刻蚀的选择，铅锡层也可 电镀的锡或铅锡薄层 刻蚀的选择 再施予回流处理覆盖在铜焊垫表面以供后续的焊接与组装工艺使用。印制电路 板上的焊锡层也可以利用热空气焊锡涂布（Hot Air Solder Leveling, HASL）的 方法制成，HASL的方法是将电路板沉浸于熔融的焊锡中，完成涂布之后，即以 高速吹拂的热空气除去多余的焊锡以获得适当厚度的镀层。镍与金也为印制电 路板上常见的导体材料，厚度约0.65～2.45 µm，含钴的电镀硬质金膜为制作电 路卡边缘指状焊接点（Edge-Card Connector Fingers）与按键表层（Gold Tabs）的材料，电镀的金也是电路刻蚀的掩膜或焊垫的表层材料。2.45 µm厚 厚 的镍则通常作为铜与金之间的扩散阻挡层 扩散阻挡层；钯有时也被镀于镍与金之间形成铜的镍 扩散阻挡层 镍-钯-金的多层薄膜结构。
5.5.2 射出成型电路板
射出成型基板使用的高分子树脂与前述硬式印制电路板的 树脂材料成分有所不同，其中通常添加适量的填充剂以 改善材料的热与机械性质，以配合射出成型工艺的进行。 导热性填充剂的添加目的在使基板有高热传导速率，氧 化铝、碳化硅或氮化铝填充剂的添加则可使基板有低热 膨胀系数的特性。
5.6 印制电路板的检测
介电系数 3.5 3 3.5 3.5 2.6 2.1 3.5 2.8 3.5
介电强度 （kV/mm） 20～35 20～45 >240 36 >400 17 30～35 30 35 15～20 16
散失因子 0.003 0.001 0.002 0.018 0.000 8 0.000 2 0.005 0.01 0.035
软式印制电路板
硬式印制电路板
5.2 硬式印制电路板
硬式印制电路板的材料可区分为绝缘体材料与导体材料，绝缘体材料又可 区分为高分子树脂与玻璃纤维强化材料两大类，导体材料以铜最为常见
5.2.1 印制电路板的绝缘体材料 FR-4环氧树脂（FR-Epoxy）为 硬式印制电路板最常使用的高分 子树脂材料，它的名称的FR是 来自于阻燃（Flame Retarded） 的缩写，具有价格低廉和优良的 特性。
用镀锡增加导线的截面积
5.2.3 硬式印制电路板的制作
图5.2 硬式印制电路板的工艺流程（前部分）
硬式印制电路板的工艺流程（后部分） 图5.2 硬式印制电路板的工艺流程（后部分）
5.3 软式印制板的制作
软式印制电路板与硬式印制电路板结构相似，但所使用的基板为具有可扰屈 软式印制电路板 性。依导线电路的结构，软式电路板可区分为单面（Single-Sided）、双面 （Double-Sided）、单面连接（Single-Access）、双面连接（DoubleAccess）、多层（Multilayer）、硬挠式（Rigid-Flex）与硬化式（Rigidized） 等数种 软式印制电路板的制作方法一般以黏结剂将导体电路与绝缘板材黏合，新型 软式印制电路板的制作方法 材料中也有不需黏结剂即可将导体绝缘板材黏结，它又被称为无点着剂叠层 软式电路板。铜为软式印制电路板上最常见的导体材料，铜箔可分为电镀 铜 （Electrolytically Deposited, ED）铜箔与滚压退火（Rolled-Annealed, RA） 铜箔两种，RA铜箔因而有较低的强度与较优良的韧性，所制成电路板也具有 较佳的扰屈寿命。 软式印制电路板制作使用的黏结材料的种类 黏结材料的种类有多元脂类（Polyster）、环氧树 黏结材料的种类 脂、丙烯类、酚醛类、聚亚硫胺及氟碳树脂等，它们必须与绝缘基板有相容 的特性，也因为黏结剂的种类对钻孔与导孔电镀的性质有重要影响，采用时 必须考虑工艺条件、使用的化学药品与成品功能需求等。 软式印制电路板制作常用的绝缘基板材 绝缘基板材的种类有聚亚硫胺、多元脂类、氩硫 绝缘基板材 酸纤维、强化复合纤维、及氟碳树脂等，其中以多元树脂类的聚乙烯对苯二 甲脂（Polyethylene Terephthalate）为使用最多的基板材料，一般厚度在 25～125µm，宽度约在50～60 cm。

5.4 PCB多层互连基板的制作技术
5.4.1 多层 多层PCB基板制作的一般工艺流程 基板制作的一般工艺流程
copper
1-layer board
copper
2-layer board
copper
Multi-layer board (Taroko is 4-layer board)
图5.4 多层PCB基板制作工艺流程
印制电路板的检测包括电性与成品质量的检查，常见的测试方法为低压短 低压短 断路（Low Voltage Shorts/Opens）的电性测试与目视筛检 路/断路 断路 目视筛检 （Visual Screening）的光学试验 ）的光学试验，对高密度连线、结构复杂的印制 电路板，更为精密、严格的高压高电阻短路/断路（High Voltage, High Resistance Shorts/Opens End-of-Line）试验，兼具内、外层检测能力 的光学试验方法已被开发出来。 印制电路板检测的另一项重要方法为破坏性试验，它利用光学显微技术 光学显微技术对 光学显微技术 印制电路板的横截面进行观察 横截面进行观察，试片准备方法则与一般金相实验的试 横截面进行观察 片准备相似。金相实验的优点为可对印制电路板的横截面结构，如电 镀导孔，多层印制电路板的叠层结构，金属键合点表面及电路排列情 况进行直接观察，可检测印制电路板垂直方向的缺陷，如不良的钻孔 （Poor Drilling 或Nail heading）、过度刻蚀（Etch Back）、树脂黏着 污迹（Resin Smear）、孔洞（Resin Recession或Voids）、电镀团块 （Plating Nodules或Folds）、厚度不均匀、裂隙等。
5.4.4 PCB基板面临的问题及解决办法 基板面临的问题及解决办法
PCB面临的主要问题有以下几点： （1）随着电子设备的小型化、轻薄、多功能、高性能及数字化、SMC/SMD也 相应薄型化、引脚间距日益缩小、IC新的封装形式如BGA、CSP和MCM的使 用将更为流行，裸芯片DCA到PCB上也更为普遍。所有这些都要求PCB技术 必须更新，以适应高密度组装的需要 适应高密度组装的需要。 适应高密度组装的需要 （2）传统的环氧玻璃布PCB板的介电常数较大（一般ε≥6），导致信号延迟时间 增大，不能满足高速信号的传输要求 不能满足高速信号的传输要求。 不能满足高速信号的传输要求 （3）当前低成本的PCB基板的主流间距为0.20～0.25 mm（2.54 mm网格间过 2～3线），而要制作0.10 mm以下的线条及间距 以下的线条及间距，更小的通孔不但价格昂贵、 以下的线条及间距 成本增大，成品率也难以保证。 （4）传统的PCB的功率密度难以承受，散热是个问题 散热是个问题。 散热是个问题 （5）制作传统的PCB板面临严重的环境污染问题 环境污染问题，这就要求尽量使用对环境污 环境污染问题 染少的基板材料。这就对新的PCB设计制作增加了难度。 ① 根据市场的需求动向应设法减少 减少PCB的层数 的层数，而又要提高PCB的组装密度， 减少 的层数 并力求简化设计及工艺过程。 ② PCB还面临其他一些问题，如高精度的焊膏涂复，焊剂配方适应耐热性 适应耐热性， 适应耐热性 防止环境污染及开发新材料、新工艺问题等。
印制电路板常见的树脂原料的电、 表5.1 印制电路板常见的树脂原料的电、热特性比较
化学组成
物理性质 热膨胀 系数 （ppm/ ℃） 5.04 2.8 2 0.54
纤维种类
SiO2 52～ 51 64～ 66 73～ 75
Al2O3 12～ 16 22～ 24 0～1 —
CaO
MgO
B2O3
Fe2 O3 —
解决PCB问题的新技术 ： 问题的新技术 解决
• 解决PCB面临的如上问题已研制开发一些新工艺、新技术，如关键小通孔的加工已在 探讨使用化学方法或激光技术 化学方法或激光技术。通常在PCB上形成50µm线宽和间距均采用光刻法，而 化学方法或激光技术 如今采用激光直接成像（Laser Direct Imaging, LDI）技术，通过CAD/CAM系统控制 LDI在PCB涂有光刻胶层上直接绘制出布线图形。这样，可通过提高劳动生产效率、缩 短设计和生产周期、由设计到制造的全过程实现自动化来保证产品的质量。下面介绍 一种由日本松下公司提出的一整套解决PCB问题的方案称之为完全内部通孔（All 内部通孔（ 内部通孔 Inner Via Hole, ALIVH）技术 ）技术。这种技术能达到PCB密度高、层数少、设计简化、工 艺简单可靠等目标。基本解决了当前PCB面临的许多问题。 • ALIVH技术实质上是一种PCB的组合加厚布线技术，是由印刷电路板厂家和原材料厂 家共同提供。
第五章 印制电路板
5.1 印制电路板简介
印制电路板（Printed Wiring Boards, PCB）在 印制电路板 电子产品中既要支撑元器件，又要负责元器件 之间的电气连接。印制电路板为当今电子封装 最普遍使用的组装基板，它通常被归类于第二 层次的电子封装技术，常见的电路板有硬式印 制电路板（Rigid PCB）、软式印制电路板 （Flexible PCB或Printed Boards，FPB，称为 可绕式电路板）、金属夹层电路板（Coated Metal Boards）与射出成型（注模）电路板 （Injection Molded PCB）等4种。