CH5-印制电路板

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第五章 印制电路板
5.1 印制电路板简介
1.印制电路板的概念
印制电路板(Printed Wiring Boards,PCB)为覆盖有单层 或多层布线的高分子复合材料基板,它的主要功能为提供第 一层次封装完成的元器件与电容、电阻等电子电路元器件的 承载与连接,用以组成具有特定功能的模块或产品。
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)等四种。
(1)分批层压
(2)连续层压
(3)真空辅助层压
(4)真空辅助高压层压
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
(1)分批层压
分批制造工艺是最简单的,也是层压板制造最早使用的方法之一。在这 种最简单的制造中,分批层压的层压机包括液压系统和加热平台,加热 平台对着一个与之平行的承受压力机活塞压力驱动平台。很显然可以有 几种辊缝,并使所有的平台受热。可以通过电、蒸汽或通过加热平台循 环的热油来进行加热。层压所需要的温度是可以预先选择的。
5.3 软式印制电路板
第五章印制电路板 5.3 软式印制电路板
一、软式印制电路板的种类 软式印制电路板的结构与硬式类似,但所使用的基板具
有可扰屈性,所以又称挠性基板。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(Double-Access) 多层(Multilayer) 硬挠式(Rigid-Flex) 硬化式(Rigidized)等
印制电路板的导体材料
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
印制扳最常用的导体材料是铜。在电路板工艺中,无覆盖
的铜箔电路可以用加层或减层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35μm厚度),其次为1/2盎司铜(相当于17μm厚度) 与2盎司铜(相当于70μm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仅在特殊需要下使用。
①机械钻孔 机械钻孔是印制板上孔加工的主要手段,无论是单面板、 穿各激以生完印双 化 相 孔 合③②孔 种 光及产成制面程关金激模。激穿孔,孔板板序。径材光具所光孔径效与尺还自一可料及冲用光孔较率外寸是动般小制其孔激波径大高形大多控数于成它模光长为的。的小0层制控的成具.1设和0简冲冲、板钻钻。孔m.冲0备能单孔切孔都孔床m5随孔~按量的首加径适。钻。着主0激 不玻 先 工 孔用 数 孔印.孔要2光 同是璃 。 数。 控 孔制m的用源 ,制布 冲 ,现 钻 径板m微于,的 所造单 孔 选在 床 在钻小纸特不 能模双 加 用0普 的孔化质.2殊同 加具面 工 的遍 钻所0,基要m有 工,印 除 冲采 孔用及材m求准 的复制 模 床用 质钻盲或以可分 材合板 具 有的 量头孔复上更子 料结。 外2是 和是5要合,小激 及构模 ,数 产采~求基新。光 孔的具 还控 能用2,材型0、 径一冲有钻与碳0更的高t也C副孔冲床钻不化适单速O不模适床,床同钨2合双数激一具合。按主规和的面控光样可于按孔轴格钴是印钻多。以大需的数。类激制床种一同批冲数密硬光板钻。般时量切字切质,
多层印制电路板包括内层电路设计与刻蚀、电路板之间的叠 合等。
早期的电路板有酚醛类树脂(Phenolics)与纸板叠合,再 覆盖上刻蚀的铜箔电路制成,现在的印制电路板在工艺、材 料、结构设计、电性能等方面均有长足的进步,所以能提供 的封装密度也较早期增加百倍。
2.印制电路板的材料、工艺与结构简介5第.1五印章制印电制路电板路简板介
(3)真空辅助层压
传统的层压方法可以通过在真空中进行加工而加以改进 。负压有利于排除截留的空气,可以提高压板的质量。由 真空所带来的低压使得所采用的层压压力可比液压系统所 用的层压压力更低。
(4)真空辅助高压层压
真空辅助高压层压方法起初是用来制造复杂形状层压板 的,该方法通过简单的去除空气充分利用了正常大气压力 ,效果与真空包装食品一样,后者的形状与袋里所包含的 物品形状一样。通过压力容器中的气压使负压增加,这就 在层压板叠层的各个方向上造成等静压或均匀压力,因此 使所用的层压压力降低。
半加成法(Semi-Additive Process):采用绝缘基板 ,进行化学沉铜得到薄铜箔,然后图形电镀加厚导体,多 余薄铜箔被快速蚀刻除去得到导体线路的工艺。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
6.孔加工
印制板上的孔大多数是插件孔与导通孔,有的孔是插件 与导通作用兼有。插件孔的孔径较大,孔径0.6mm以上 ;导通孔孔径较小,微导通孔直径小于0.1mm。按孔径 大小的不同,有不同的加工方式。
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二、制作方法与材料
第五章印制电路板 5.3 软式印制电路板
软式印制电路板的制作方法一般以黏结剂将导体电路与 绝缘板黏合,新型材料中也有不需要黏结剂即可将导体绝 缘板材黏结,它又被称为无粘着剂叠层软式电路板。铜为 软式电路板常见的导体材料,轧制的并经退火的铜箔具有 较低的强度与优良的韧性,常被用于软式电路板的导体材 料。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
5.图形形成
印制电路板制造中形成导体线路的路径通常有三种,称为 减成法、全加成法与半加成法。
减成法(Subtractive Process):采用覆铜箔层压板表面 形成抗蚀线路图形后,通过选择性蚀刻去除多余铜箔,而 得到导体线路的工艺。
全加成法(Fully Additive Process):采用含光敏催化 剂的绝缘基板,在按线路图形曝光后,通过选择性化学沉 铜得到导体线路的工艺。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
(2)连续层压
连续层压是一种以连续卷带的形式生产层压板的方法, 即半固化片和金属箔馈入专门设计制造的层压板压力机中 。这种方法具有经济和技术上的优势,然而这种产品的供 应商非常有限。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
一、印制电路板的绝缘材料
硬式电路板最常用的高分子树脂材料是FR-4环氧树脂,它 的名称的FR是来源于阻燃(Frame Rectarded)縮写,具有具 有价格低廉和优良的特性。FR-4溴化环氧树脂的主要化学成 分是四溴双酚醛A二縮水甘油醚A。树脂的阻燃性是来自于其 中溴的添加。
除了增加阻燃成分外,还添加酚醛清漆树脂以增加交联密 度,添加双氰硫二胺作为硬化剂,添加四甲基丁烷氨作为催 化剂。FR-4环氧树脂具有优良的性能与低廉的价格,因此在 印制电路板的应用中历史悠久,它的工艺处理方法几乎已成 为一项电子封装业的标准。
脂完全固化时称C阶段。此
前树脂在液态时称为A阶段。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
3.层压方法
印制电路板所用的层压板是用层压工艺来制造的。在层压 过程中,将半固化片或B型片层叠在一起,常常在两面放 上处理过的铜箔。把材料层叠后,经过热压,使得树脂充 分交联或者完全固化,这样就能得到所需要的层压板。有 几种不同的方法可用来制造层压板。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
2.预浸材料
制作先从预浸材料开始,也就是将纤维材料通过一个液
态树脂槽拉出,然后将其干燥,并使其稍稍固化(通常是
加热)至中间阶段,又称B阶段。
所谓B阶段是热固性树
脂反应的中间阶段,这时
材料受热会软化,与某些
溶液接触会溶胀,但不会
完全熔融或溶解。而当树
铝也曾被使用制作印制电路板的电路连线,但非常少见。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
1.印制电路层压板类型
PCB生产中使用的层压板无论是硬式(也称刚性)的还是 软式(也称挠性)的,一般可以分为两类:单面覆铜箔和 双面覆铜箔层压板。它们也可以按照不同的厚度进行生产 以满足制造不同的PCB需求和多层PCB的制造。当用于多 层电路制造时,层压板常常用作芯板。
电解铜箔贴紧辊筒的一面
较为光滑,另一面则较为粗糙, 因此在与预浸材料一起层压时, 将光滑的一面作为外表面,以 增进未来刻蚀的精确度;与电 解液接触的粗糙面与树脂板进 行热压叠合,以利用表面粗糙 特性增加接触强度。
硬式印制电路板的制作
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4.铜箔
(2)轧制
轧制铜箔在挠性电路生产中是最常用到的。实践证明压延 并退火的铜箔用于必须弯曲或成型的场合是很适宜的。图示 出了铜箔轧机的轧辊布局图。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
4.铜箔
铜箔是印制板的主要导电体,铜纯度在99.8%以上。根据 铜箔的生产方式不同,分为电解铜箔和压延铜箔两大类。
(1)电解
电解铜箔最常用于硬式印制电路板,金属箔被镀到抛光的 不锈钢或钛辊筒上,不锈钢和钛滚筒带有负电荷并在镀槽中 缓慢旋转。镀层的厚度是由旋转速率、电流密度,或者两者 一起决定的。
在高频电路中宜采用低介电系数的基板材料。FR-4环氧 树脂在1MHz时,介电常数为4.1~4.2,而BT树脂(三氮甲 苯双马来硫亚氨与氰盐酸脂类等耐火环氧树脂的介电系数为 2.8左右,玻璃转化温度介于FR-4环氧树脂与聚亚硫胺树脂 之间,电路信号传输的品质因此可以获得提高。铁氟隆/聚 四氟乙烯树脂的介电系数只有2.1,具有更低的介电系数, 主要用于微波集成电路的电子封装,但其价格昂贵,而且与 铜的黏附性不好,因此在应用上受到限制。另外,苯并环丁 烯材料因具有优良的电、热与黏附性能,是一种很有潜力的 印制电路板用树脂之一。
印制电路板的绝缘材料
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
对于玻璃纤维强化材料,具有长纤维形状的E-玻璃是印 制电路板最常见的无机纤维强化材料,FR-4环氧树脂/E玻 璃纤维为最常见的组合,它也是从单面到10~12层的印 制电路板最普遍使用的绝缘部分的原料。
其它的无机高强度化的材料还有S-玻璃、D-玻璃、石英 或硅石玻璃的纤维等。
一块印制电路板上可能只连接数个电子元器件,也可能连 接数百个电子元器件,无论简单或复杂的电路结构,印制 电路板可按照导体电路的层数区分为:
1
单面电路板
2
双面电路板
3
多层印制电路板
5.2 硬式印制电路板
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
硬式印制电路板的材料可用绝缘材料和导体材料加以区分, 绝缘体材料可区分为高分子树脂(Resins)与玻璃纤维强化 材料(Reinforcements)两大类,导体材料以铜为常见。
印制电路板的绝缘材料
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
在多层电路板的制作中,需要具有较高的玻璃转移温度, 这样FR-4环氧树脂(转移温度Tg=130~140℃)就显得不 足了,这种场合采用聚亚硫胺(PI)树脂较合适,因为它的玻 璃转移温为260~300℃,比FR-4环氧树脂高得多。而且热 稳定性高、热膨胀系数低,但价格昂贵。
单面覆铜箔层压板仅在一个面上覆铜箔,可以用于单面电路板或 者作为多层电路板的内层,或更常见的是在制造多层电路板中作为层 压盖板。
双面覆铜箔层压板除了在两个面上均有覆铜箔的结构外,与单面 覆铜箔层压板在种类和使用上基本相同。
硬式印制电路板的制作
第五章印制电路板 5.2硬式印制电路板
硬式电路板的制作工艺可分为绝缘基板制作与电路布线制 作两大部分,其工艺流程如图
2.印制电路板的材料、工艺与结构简介5第.1五印章制印电制路电板路简板介
除了金属夹层电路与少部分的射出成型电路板外,印制电路 板通常以玻璃纤维强化的高分子树脂材料披覆铜箔电路而制 成,它的工艺是一系列的机械、化学与化工技术的整合。
包括机械加工(钻孔、冲孔…)、电路成型、叠合、镀膜( 电镀、无电电镀、溅射或化学气相沉积)、刻蚀、电性与光 学检测;
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