電子元器件領(lǐng)域的“航母”——印刷電路板

印刷電路板作為重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。由于其在電子元器件領(lǐng)域的重要作用，因此被許多人成為“電子航母”。

現(xiàn)在，通信產(chǎn)品、計算機和其他幾乎全部的電子產(chǎn)品，都使用了印刷電路。印刷電路技術(shù)的發(fā)展和完善，為改變世界面貌的發(fā)明——集成電路的問世，創(chuàng)造了條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，印刷電路板被廣泛應(yīng)用于軍工、通訊、醫(yī)療、電力、汽車、工業(yè)控制、智能手機、可穿戴等高新技術(shù)領(lǐng)域。

印刷電路的發(fā)明

印刷電路時奧地利電氣工程師保?艾斯勒于20世界30年代中期發(fā)明的。艾斯勒早年在維也納工程學(xué)院學(xué)習(xí)電氣工程，1930年畢業(yè)后，曾學(xué)習(xí)過印刷技術(shù)。他在對電子線路板進行研究時，他經(jīng)常到圖書館查閱有關(guān)印刷技術(shù)方面的書刊。

經(jīng)過認(rèn)真思考，他萌發(fā)出一個念頭：要是像印刷書籍或報紙一樣，把電子設(shè)備的電路一次印刷在線路板上，就不需要用手工一塊一塊地制作線路板，線路也不用由人一根一根地焊接了，就可以大大提高電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和可靠性。

在印刷行業(yè)，為了在紙上印刷出圖片，通常采用照相制版技術(shù)。即通過照相，把拍攝下來的圖片底版，蝕刻在銅版或鋅版上，用這種銅版或鋅版，就可印刷出許許多多的圖片來。

艾斯勒在制造電路板時，也采用與印刷業(yè)類似的制版方式進行嘗試。他先畫出電子線路圖，再把線路圖蝕刻在覆蓋有一層銅箔的絕緣板上，使不需要的銅箔被蝕刻掉，只留下導(dǎo)通的線路。這樣，各個電子元件，就通過這塊板上銅箔所形成的電路相互連接起來了。這種印刷線路，既能提高電子產(chǎn)品的可靠性，又能大大提高生產(chǎn)效率，對開發(fā)電子新產(chǎn)品有極大的價值和潛力。

采用印刷電路技術(shù)，使電子設(shè)備的批量生產(chǎn)變得簡單易行，為電子產(chǎn)品的機械化、自動化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代以來，包括通信設(shè)備在內(nèi)的各種電子產(chǎn)品取得的大幅度進展都與采用印刷電路工藝密不可分。

隨著印刷電路制造水平的不斷提高，制作出的印刷電路可達到很高的精度，從而把電路板的生產(chǎn)制造推向一個嶄新的階段。在印刷行業(yè)進行制版時，通過拍攝可以將一幅很大的圖片縮小到一定的尺寸。

在制造印刷電路時，同樣也可以把電子線路圖縮小制版，使之成為面積很小，線路復(fù)雜而可靠性卻又很高的電子線路板。這種印刷電路板，對于線路復(fù)雜、可靠性要求很高的通信設(shè)備和計算機來說，是十分適用的。印刷電路技術(shù)的發(fā)展，為隨后集成電路的發(fā)明，奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

線路板從發(fā)明至今，其歷史60余年。歷史表明：沒有線路板，沒有電子線路，飛行、交通、原子能、計算機、宇航、通信、家電……這一切都無法實現(xiàn)。

道理是容易理解的。芯片，IC，集成電路是電子信息工業(yè)的糧食，半導(dǎo)體技術(shù)體現(xiàn)了一個國家的工業(yè)現(xiàn)代化水平，引導(dǎo)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而半導(dǎo)體（集成電路、 IC）的電氣互連和裝配必須靠線路板。

印刷電路板的種類

實際電子產(chǎn)品中使用的印刷電路板千差萬別，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板有不同的分類。

按印刷電路的分布分類

按印制電路約分布可將印制電路板分為單面板、雙面板、多層扳3種

• 單面板

單面板是在厚度為o．2—5mm的絕緣基板上，只有一個表面敷有銅箔，通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路。單面板制造簡單，裝配方便，適用于一放電路要求，如收音機、電視機等；不適用于要求高組裝密度或復(fù)雜電路的場合。

• 雙面板

雙面板是在厚度為o．2—5mm的絕緣基板兩面均印制電路。它適用于一般要求的電子產(chǎn)品，如電子計算機、電子儀器和儀表等。由于雙面板印制電路的布線密度較單面板高，所以能減小設(shè)備的體積。

• 多層板

在絕緣基板上印制3層以上印制電路的印制板稱為多層板。它是由幾層較薄的單面板或雙面板教和而成，其厚度一般為1．2—2．5m順。為了把夾在絕緣基板中間的電路引出，多層板上安裝元件的孔需要金屬化，即在小孔內(nèi)表面涂效金屬層，使之與夾在絕緣基板中間的印制電路接通。

圖2—2是多層板結(jié)構(gòu)示意固，多層板所用的元件多為貼片式元件，其特點是：

1、與集成電路配合使用，可使整機小型化，減少整機重量；

2、提高了布線密度，縮小了元器件的間距，縮短了信號的傳輸路徑；

3、減少了元器件焊接點，降低了故障率，

4、增設(shè)了屏蔽層，電路的信號失真減少；

5、引入了接地散熱層，可減少局部過熱現(xiàn)象，提高整機工作的可靠性

• 按基材的性質(zhì)分類

按基材的性質(zhì)可將印制電路板分為剛性和柔性兩種。

剛性印制板

剛性印制板具有一定的機械強度，用它裝成的部件具有平整狀態(tài)。一般電子產(chǎn)品中使用的都是剛性印制板。

柔性印制板

柔性印制板是以軟層狀塑料或其他軟質(zhì)絕緣材料為基材而制成。它所制成的部件可以彎曲和伸縮，在使用時可根據(jù)安裝要求將其彎曲。柔性印制板一般用于特殊場合，如某些數(shù)字萬用表的顯示屏是可以旋轉(zhuǎn)的，其內(nèi)部往往采用柔性印制板；手機的顯示屏、按鍵等。

圖2—3為手機柔性印制板，它的基材采用聚酰亞胺，并且對表面進行了防氧化處理，最小線寬線距設(shè)為o．1mm。柔性印制板的突出特點是能彎曲、卷曲、折疊，能連接剛性印制板及活動部件，從而能立體布線，實現(xiàn)三維空間互連，它的體積小、重量輕、裝配方便，適用于空間小、組裝密度高的電子產(chǎn)品。

• 按適用范圍分類
  

按適用范圍可將印制電路板分為低頻和高頻印制電路板兩種。

電子設(shè)備高頻化是發(fā)展趨勢，尤其在無線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信日益發(fā)展的今天，信息產(chǎn)品走向高速與高頻化，及通信產(chǎn)品走向容量大速度快的無線傳輸之語音、視像和數(shù)據(jù)規(guī)范化。因此發(fā)展的新一代產(chǎn)品都需要高頻印制板，其敷箔基材可由聚四氖乙烯、豪乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯玻璃布等介質(zhì)損耗及介電常數(shù)小的材料構(gòu)成。

• 特殊印制板的種類

目前，也出現(xiàn)了金屬芯印制板、表面安裝印制板、碳膜印制板等一些特殊印制板。

金屬芯印制板

金屬芯印制板就是以一塊厚度相當(dāng)?shù)慕饘侔宕?span id="xmmxwaq" class="">環(huán)氧玻璃布板，經(jīng)過特殊處理后，使金屆板兩面的導(dǎo)體電路相互連通，而和金屬部分高度絕緣。金屬芯印制板的優(yōu)點是散熱性及尺寸穩(wěn)定性好，這是因為鋁、鐵等磁性材料有屏蔽作用，可以防止互相干擾。

表面安裝印制板

表面安裝印制板是為了滿足電子產(chǎn)品“輕、薄、短、小”的需要，配合管腳密度崗、成本低的表面貼裝器件的安裝工藝而開發(fā)的印制扳。該印制板有孔徑小、線寬及間距小、精度高、基板要求高等特點。

碳膜印制板

碳膜印制板是在鍍銅箔板上制成導(dǎo)體圖形后，再印制一層碳膜形成觸點或跨接線(電阻值符合規(guī)定要求)的印制板。其特點是生產(chǎn)工藝簡單、成本低、周期短，具有良好的耐磨性、導(dǎo)電性，能使單面板實現(xiàn)高密度化，產(chǎn)品小型化、輕量化，適用于電視機、電話機、錄像機及電子琴等產(chǎn)品。

印刷電路板的制作過程演示

以四層為例，我們來看一下印刷電路板是如何制作的。

• 第一步、化學(xué)清洗

為得到良好質(zhì)量的蝕刻圖形，就要確保抗蝕層與基板表面牢固的結(jié)合，要求基板表面無氧化層、油污、灰塵、指印以及其他的污物。因此在涂布抗蝕層前首先要對板進行表面清洗并使銅箔表面達到一定的粗化層度。

內(nèi)層板材：開始做四層板，內(nèi)層（第二層和第三層）是必須先做的。內(nèi)層板材是由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂基復(fù)合在上下表面的銅薄板。

第二步、裁板 壓膜

涂光刻膠：為了在內(nèi)層板材作出我們需要的形狀，我們首先在內(nèi)層板材上貼上干膜（光刻膠，光致抗蝕劑）。干膜是由聚酯簿膜，光致抗蝕膜及聚乙烯保護膜三部分組成的。貼膜時，先從干膜上剝下聚乙烯保護膜，然后在加熱加壓的條件下將干膜粘貼在銅面上。

• 第三步、曝光和顯影

曝光：在紫外光的照射下，光引發(fā)劑吸收了光能分解成游離基，游離基再引發(fā)光聚合單體產(chǎn)生聚合交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)后形成不溶于稀堿溶液的高分子結(jié)構(gòu)。聚合反應(yīng)還要持續(xù)一段時間，為保證工藝的穩(wěn)定性，曝光后不要立即撕去聚酯膜，應(yīng)停留15分鐘以上，以時聚合反應(yīng)繼續(xù)進行，顯影前撕去聚酯膜。

顯影：感光膜中未曝光部分的活性基團與稀堿溶液反應(yīng)生產(chǎn)可溶性物質(zhì)而溶解下來，留下已感光交聯(lián)固化的圖形部分。

• 第四步、蝕刻

在撓性印制板或印制板的生產(chǎn)過程中，以化學(xué)反應(yīng)方法將不要部分的銅箔予以去除，使之形成所需的回路圖形，光刻膠下方的銅是被保留下來不受蝕刻的影響的。

• 第五步、去膜，蝕后沖孔，AOI檢查，氧化

去膜的目的是清除蝕刻后板面留存的抗蝕層使下面的銅箔暴露出來。“膜渣”過濾以及廢液回收則須妥善處理。如果去膜后的水洗能完全清洗干凈，則可以考慮不做酸洗。板面清洗后最后要完全干燥，避免水份殘留。

• 第六步、疊板-保護膜膠片

進壓合機之前,需將各多層板使用原料準(zhǔn)備好,以便疊板(Lay-up)作業(yè).除已氧化處理之內(nèi)層外,尚需保護膜膠片(Prepreg)-環(huán)氧樹脂浸漬玻璃纖維。疊片的作用是按一定的次序?qū)⒏灿斜Ｗo膜的板子疊放以來并置于二層鋼板之間。

• 第七步、疊板-銅箔 和真空層壓

銅箔-給目前的內(nèi)層板材再在兩側(cè)都覆蓋一層銅箔，然后進行多層加壓（在固定的時間內(nèi)需要測量溫度和壓力的擠壓）完成后冷卻到室溫，剩下的就是一個多層合在一起的板材了。

• 第八步、CNC鉆孔

在內(nèi)層精確的條件下，數(shù)控鉆孔根據(jù)模式鉆孔。鉆孔精度要求很高，以確?？资窃谡_位置。

• 第九步、電鍍-通孔

為了使通孔能在各層之間導(dǎo)通（使孔壁上之非導(dǎo)體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化），在孔中必須填充銅。第一步是在孔中鍍薄薄一層銅，這個過程完全是化學(xué)反應(yīng)。最終鍍的銅厚為50英寸的百萬分之一。

• 第十步、裁板 壓膜

涂光刻膠：我們有一次在外層涂光刻膠。

• 第十一步、曝光和顯影

外層曝光和顯影

• 第十二步、線路電鍍

此次也成為二次鍍銅，主要目的是加厚線路銅和通孔銅厚。

• 第十三步、電鍍錫

其主要目的是蝕刻阻劑, 保護其所覆蓋的銅導(dǎo)體不會在堿性蝕銅時受到攻擊（保護所有銅線路和通孔內(nèi)部）。

• 第十四步、去膜

我們已經(jīng)知道了目的，只需要用化學(xué)方法，表面的銅被暴露出來。

• 第十五步、蝕刻

我們知道了蝕刻的目的，鍍錫部分保護了下面的銅箔。

• 第十六步、預(yù)硬化 曝光 顯影 上阻焊

阻焊層,是為了把焊盤露出來用的,也就是通常說的綠油層,實際上就是在綠油層上挖孔,把焊盤等不需要綠油蓋住的地方露出來。適當(dāng)清洗可以得到合適的表面特征。

• 第十七步、表面處理

熱風(fēng)整平焊料涂覆過程是先把印制板上浸上助焊劑，隨后在熔融焊料里浸涂，然后從兩片風(fēng)刀之間通過，用風(fēng)刀中的熱壓縮空氣把印制板上的多余焊料吹掉，同時排除金屬孔內(nèi)的多余焊料，從而得到一個光亮、平整、均勻的焊料涂層。