2020pcb的工(gōng)藝技(jì)術(shù)發展史(shǐ)

pcb市場(chǎng)重點這幾年從計算機轉向通信(xìn)，移動終(zhōng)端用(yòng)hdi闆成爲pcb增長的(de)主要(yào)點，以(yǐ)智能手機爲(wèi)代(dài)表的(de)移動(dòng)終(zhōng)端(duān)驅使(shǐ)hdi闆更高密(mì)度更(gèng)輕薄。

　　一. 印刷電(diàn)路闆(pǎn)發展趨勢(shì)

　　（一）細線化

　　pcb全都(dōu)向高密度細線(xiàn)化發展，hdi闆(pǎn)尤爲(wèi)突出。在十年前(qián)hdi闆的定義(yì)是線寬/線距是0.1 mm/0.1 mm及以(yǐ)下， 現(xiàn)在(zài)行(háng)業内基本(běn)做(zuò)到60 €€m，先進的爲40 €€m。

　　pcb線路圖形(xíng)形成，傳統(tǒng)的是銅箔(bó)基(jī)闆上光(guāng)緻成(chéng)像(xiàng)後(hòu)化學(xué)蝕(shí)刻(kè)工藝（減去(qù)法）。這(zhè)種(zhǒng)做(zuò)法工序多(duō)、控制難、成(chéng)本高。當前(qián)精細(xì)線路(lù)制作趨于(yú)半加成(chéng)法或改(gǎi)進型半加工法(fǎ)。

　　（二）半加成法積(jī)層基材(cái)

　　現在半加成法(fǎ)熱點是(shì)采用(yòng)絕緣介質(zhì)膜積層，從精細(xì)線路實現和制(zhì)作成本看sap比msap更(gèng)有利。sap積(jī)層用熱(rè)固化(huà)樹脂，由激光鑽(zuàn)孔後電鍍銅(tóng)形(xíng)成(chéng)導通孔(kǒng)和電路(lù)圖形。

　　目(mù)前國(guó)際上的hdi積(jī)層材料以環氧(yǎng)樹脂搭配不同固化(huà)劑，以添加無機粉末提高(gāo)材料剛性(xìng)及減(jiǎn)少cte，也(yě)有(yǒu)使用玻(bō)纖布(bù)增(zēng)強(qiáng)剛(gāng)性(xìng)。

　　未來(lái)的發展趨勢。在bga和csp細間距(jù)載闆會繼續下(xià)去，同(tóng)時無(wú)芯闆(pǎn)與四(sì)層(céng)或更多(duō)層的(de)載闆更多(duō)應用，路線(xiàn)圖顯(xiǎn)示載(zǎi)闆(pǎn)的特征(zhēng)尺寸更小，性能(néng)重點(diǎn)要求低介(jiè)電性、低熱膨脹(zhàng)系數(shù)和(hé)高(gāo)耐熱性，在(zài)滿足性(xìng)能(néng)目标基礎(chǔ)上追求低(dī)成本(běn)的基(jī)闆。

　　（五(wǔ)）适應高頻(pín)高速(sù)化需(xū)求

　　（六(liù)）提高耐(nài)熱散熱性

　　（七）撓性(xìng)、剛撓(náo)闆技(jì)術新趨勢(shì)

　　電子(zǐ)設(shè)備的小(xiǎo)型化(huà)、輕(qīng)薄化，必(bì)然大量使(shǐ)用撓(náo)性印制電路闆(pǎn)（fpcb或fpc）和剛撓結合(hé)印制電(diàn)路(lù)闆（r-fpcb）。

　　大功率(lǜ)撓(náo)性闆，采用100 €€m以上厚導體(tǐ)，以适應高(gāo)功率(lǜ)大電流電路需(xū)要；高(gāo)散熱金屬基撓性闆是局(jú)部使用(yòng)金(jīn)屬闆(pǎn)襯底(dǐ)之r-fpcb；觸(chù)覺感(gǎn)應性撓(náo)性闆，由(yóu)壓力(lì)傳(chuán)感膜和電極夾在(zài)兩個聚酰(xiān)亞(yà)胺薄膜(mó)之間，組成(chéng)撓性(xìng)觸覺(jiào)傳感器；可(kě)伸縮撓性闆或(huò)剛(gāng)撓(náo)結合闆，其(qí)撓性基材爲彈性體(tǐ)，金(jīn)屬(shǔ)導線(xiàn)圖案的形狀改(gǎi)進成(chéng)爲可伸縮(suō)。

　　二.印刷(shuā)電路闆技術

　　（一(yī)）印制電(diàn)子技(jì)術

　　印制電(diàn)子曆史很早，隻(zhī)是近幾年勢頭(tóu)興盛。印制(zhì)電子技術應用(yòng)于印(yìn)制電路(lù)産(chǎn)業，是印制(zhì)電路技術(shù)的一部分(fèn)。

　　印制(zhì)電子技術的又一重(zhòng)要(yào)方(fāng)面是(shì)印刷工(gōng)藝與相(xiàng)應的(de)印刷設備(bèi)，這是傳統印刷(shuā)技術(shù)的創新發(fā)展。印制電子可(kě)以應(yīng)用(yòng)不同的(de)印刷方(fāng)法，如凹(āo)版印刷、凸版印(yìn)刷、網(wǎng)版印刷和(hé)噴墨打印(yìn)。網版(bǎn)印刷已在pcb制造(zào)中應(yīng)用，工藝成(chéng)熟(shú)與(yǔ)成(chéng)本(běn)低，目(mù)前是(shì)向(xiàng)自動化、高精(jīng)細(xì)化(huà)發展(zhǎn)。

　　（二）埋置元(yuán)件印(yìn)制(zhì)電路技術

　　埋(mái)置元(yuán)件印制電(diàn)路闆（edpcb）是實現高(gāo)密度(dù)電(diàn)子互連(lián)的一種(zhǒng)産(chǎn)品，埋置元件技術在pcb有很(hěn)大的潛力。埋置元(yuán)件pcb制造(zào)技術，提高了pcb的(de)功能與價值，除(chú)了在(zài)通信産品應用外，也(yě)在汽(qì)車、醫療(liáo)和(hé)工業(yè)應用等(děng)領域提(tí)供了機會。

　　edpcb的發展，從(cóng)碳(tàn)膏制作(zuò)的印(yìn)刷電阻和鎳磷合金箔制(zhì)作的(de)薄膜電(diàn)阻(zǔ)，以及夾有高介(jiè)電常數(shù)基(jī)材構(gòu)成的(de)平面電容(róng)，形成(chéng)埋置(zhì)無源元件印制闆，到(dào)進入埋置(zhì)ic芯片、埋置貼片元件(jiàn)，形成(chéng)埋置有源與無(wú)源元件印(yìn)制闆。現(xiàn)在面對(duì)的課題有(yǒu)埋置(zhì)元件複雜化及(jí)edpcb的薄型化，以及(jí)散熱性和(hé)熱變(biàn)形控制、最終檢(jiǎn)測技術等(děng)。

　　元器(qì)件埋置(zhì)技術現(xiàn)在已在手機等(děng)便攜(xié)終端(duān)設備(bèi)中應用(yòng)。edpcb制造工(gōng)藝進入實(shí)用的(de)有b2it方法，可以實(shí)現高可靠性和低成本(běn)；有palap方法(fǎ)，達到高層數和(hé)低功耗，被(bèi)用于(yú)汽車電子(zǐ)中；有(yǒu)埋置晶(jīng)圓級(jí)封(fēng)裝芯片的通信(xìn)模塊(kuài)，體(tǐ)現良好(hǎo)的高(gāo)頻特(tè)性，今後會有埋置bga芯片的ewlb出(chū)現[19]。随(suí)着(zhe)edpcb設計規則(zé)的确立，這類(lèi)産品會(huì)迅速發展(zhǎn)。

　　（3）表面(miàn)塗飾(shì)技(jì)術

　　pcb表面(miàn)銅層(céng)需要保護，目的是防(fáng)止銅氧(yǎng)化和變(biàn)質，在(zài)裝配(pèi)時提供連(lián)接可靠的(de)表面(miàn)。pcb制造中一些通(tōng)常使(shǐ)用的表面(miàn)塗飾層，有含鉛(qiān)或無鉛熱風整(zhěng)平焊錫、浸(jìn)錫、有(yǒu)機可焊(hàn)性保護膜、化(huà)學鍍鎳/金(jīn)、電鍍鎳/金等。

　　hdi闆(pǎn)和ic封裝載(zǎi)闆的(de)表面塗飾層現(xiàn)從化學鍍(dù)鎳/金(jīn)（enig）發展到化學鍍(dù)鎳/钯/金（enepig），有(yǒu)利于防止元件安裝(zhuāng)後出現黑盤而影響(xiǎng)可靠性。

　　現有對(duì)enepig塗層中(zhōng)钯(bǎ)層作了分析，其(qí)中钯(bǎ)層結構有(yǒu)純钯(bǎ)和钯(bǎ)磷合(hé)金，它們有(yǒu)不同(tóng)的硬度，因此用(yòng)于打(dǎ)線接(jiē)合與(yǔ)用于焊接需選(xuǎn)擇不同的钯層。

　　經過可靠性影響評(píng)估，有(yǒu)微量(liàng)钯存(cún)在會增加(jiā)銅錫生長厚度(dù)；而钯(bǎ)含(hán)量過多(duō)會産生脆性之(zhī)钯錫合金(jīn)，反而使焊(hàn)點(diǎn)強度下(xià)降，因(yīn)此需有适(shì)當钯(bǎ)厚度。

　　從pcb精(jīng)細線路(lù)的(de)角度(dù)來說(shuō)，表(biǎo)面處理(lǐ)應用化學(xué)鍍钯(bǎ)/浸(jìn)金(jīn)（epig）比(bǐ)化學鍍(dù)鎳/鍍(dù)钯/浸金（enepig）更(gèng)佳，減少對(duì)精細圖形線(xiàn)寬/線距的影(yǐng)響(xiǎng)。epig鍍層更薄，不會導緻線(xiàn)路變(biàn)形；epig經焊(hàn)錫(xī)試驗和引(yǐn)線鍵(jiàn)合試驗能達到(dào)要求。

　　又有新的(de)銅上直接(jiē)化學(xué)鍍钯（ep）或直(zhí)接浸(jìn)金（dig），或(huò)者銅上化(huà)學鍍(dù)钯與自催化(huà)鍍金（epag）塗(tú)層，其(qí)優點(diǎn)是适(shì)合金(jīn)線或銅(tóng)線的打(dǎ)壓接合，因沒有(yǒu)鎳層(céng)而有更好高頻特(tè)性，塗層(céng)薄而更适(shì)于細線圖形，并(bìng)且減少工(gōng)序和(hé)成本(běn)。

　　pcb最終塗飾層的(de)改進，另外(wài)有推(tuī)出化學鍍鎳浸銀（niag）塗層，銀(yín)有良(liáng)好導(dǎo)電性、可焊(hàn)性，鎳有(yǒu)抗(kàng)腐蝕(shí)性。有(yǒu)機(jī)塗層osp進(jìn)行性能改良，提(tí)高耐熱(rè)性和焊接性(xìng)。還有一種(zhǒng)有機與金屬複(fú)合（om）塗層，在pcb銅表(biǎo)面塗覆om塗層有良好(hǎo)的性價比。

　　（四）清潔(jié)生産

　　“綠色”和“環(huán)境(jìng)友好(hǎo)”現是pcb制造技術(shù)進步(bù)的(de)重要标(biāo)志。除(chú)了設法采用印(yìn)制(zhì)電子(zǐ)和3d打印這類(lèi)革命性清(qīng)潔生産技(jì)術外(wài)，現有pcb制造(zào)技術向清潔生(shēng)産改良是在(zài)不斷進行(háng)。如(rú)尋找(zhǎo)替代有(yǒu)毒(dú)有害(hài)物質(zhì)的(de)材料，減(jiǎn)少(shǎo)加工步驟，和(hé)減少(shǎo)化學(xué)藥(yào)品(pǐn)的消耗(hào)，以(yǐ)及減(jiǎn)少水和能源的(de)用量，及材料的可回(huí)收利用等(děng)。

　　具體有采用無(wú)毒害無機材料作阻(zǔ)燃劑，同時(shí)也改善電氣性(xìng)、導熱性(xìng)和熱(rè)膨(péng)脹系數等的無鹵素基(jī)材(cái)；采用(yòng)激光直接(jiē)成像(xiàng)減少作業工序(xù)和材(cái)料消(xiāo)耗(hào)；采(cǎi)用半加成法減(jiǎn)少電鍍(dù)銅和蝕刻銅(tóng)的(de)消(xiāo)耗；采(cǎi)用直(zhí)接金屬化(huà)孔工(gōng)藝，及化(huà)學(xué)沉銅(tóng)液中取消有毒有害物質(zhì)；采用導電(diàn)膏印(yìn)刷使導通孔互(hù)連加(jiā)工清潔簡(jiǎn)便。

　　直接(jiē)金屬化技術(shù)很早就存在，多年的發展(zhǎn)趨于成熟。直接(jiē)金屬化工藝有碳黑(hēi)系(xì)和導電(diàn)聚合物系，用碳(tàn)或石(shí)墨、導電聚(jù)合物(wù)代替钯活(huó)化，化學沉銅液(yè)中取消有(yǒu)毒的(de)甲醛、氰(qíng)化物和難處理(lǐ)的(de)edta絡合(hé)劑。

　　推出膠(jiāo)體石(shí)墨直接孔金屬(shǔ)化技術具有穩定(dìng)的分散性和(hé)與多種樹(shù)脂良好的吸(xī)附(fù)牲。膠(jiāo)體石墨直接金屬化(huà)工藝在剛(gāng)性pcb制(zhì)造應用多(duō)年，現可推行于(yú)有複雜的盲孔(kǒng)、埋孔(kǒng)和(hé)任意層互連的(de)hdi闆(pǎn)、撓性闆和剛撓闆，可(kě)減少工序(xù)和設備場地、廢水量(liàng)，有利于環保，并提升(shēng)生産效率(lǜ)和最終産品的高可(kě)靠性[24]。

　　pcb生産(chǎn)過程(chéng)中曾(céng)經被稱爲廢(fèi)物甚至(zhì)是危險廢物，現(xiàn)在都不再(zài)是“廢(fèi)物”。如多(duō)餘的銅(tóng)蝕刻(kè)液，微(wēi)蝕刻(kè)處理(lǐ)液、電鍍清(qīng)洗液都趨于在(zài)線回收處(chù)理。一(yī)些新設計(jì)的生産線設(shè)備，不管是蝕(shí)刻線或垂直電(diàn)鍍線與水(shuǐ)平電(diàn)鍍線，都考(kǎo)慮了(le)配(pèi)置在線(xiàn)回收再生(shēng)裝置(zhì)，還有(yǒu)如分段間(jiān)氣刀合(hé)理配置(zhì)，循環(huán)泵的節能(néng)，自動(dòng)分析(xī)添加(jiā)藥液(yè)延長藥液(yè)壽命等(děng)措(cuò)施，既有利(lì)于提高品(pǐn)質，又有利(lì)于節能環保。

　　三(sān). 印刷電路闆的制作(zuò)工藝過程

　　印刷(shuā)電路闆的制作非常複(fú)雜， 這裏以四(sì)層印(yìn)制闆爲例感(gǎn)受pcb是如(rú)何制造出來的(de)。

　　層壓

　　這裏需要(yào)一個新的(de)原料叫做半固化片(piàn)，是芯闆與芯闆(pǎn)（pcb層數>4），以(yǐ)及(jí)芯闆(pǎn)與外層銅箔之(zhī)間的粘合劑，同(tóng)時也起到絕(jué)緣的作用。

　　下層的(de)銅(tóng)箔和(hé)兩(liǎng)層半(bàn)固化片已經提(tí)前通過對(duì)位孔(kǒng)和下(xià)層的鐵闆(pǎn)固定(dìng)好位(wèi)置，然(rán)後将制作好的(de)芯闆也(yě)放入對(duì)位孔中，最後依(yī)次将兩層(céng)半固(gù)化片、一層銅箔(bó)和一層承壓的(de)鋁闆覆蓋(gài)到芯(xīn)闆上。

　　将被(bèi)鐵闆(pǎn)夾(jiá)住的pcb闆子們(men)放置到支(zhī)架上，然後送入(rù)真空(kōng)熱壓機(jī)中(zhōng)進行(háng)層壓。真空熱壓(yā)機(jī)裏(lǐ)的高溫可以融化(huà)半固化(huà)片裏(lǐ)的環(huán)氧樹脂，在壓力下将(jiāng)芯闆們和銅箔(bó)們固(gù)定在一起(qǐ)。

　　層壓(yā)完成(chéng)後，卸(xiè)掉壓制pcb的(de)上層(céng)鐵闆。然後将承(chéng)壓的鋁闆(pǎn)拿走(zǒu)，鋁闆(pǎn)還起到了隔離不同pcb以及保(bǎo)證pcb外層銅箔(bó)光滑(huá)的責任。這(zhè)時拿(ná)出來的pcb的(de)兩面都會被一(yī)層光(guāng)滑的銅箔(bó)所覆蓋(gài)。

　　鑽(zuàn)孔

　　要将pcb裏(lǐ)4層毫(háo)不接(jiē)觸的銅箔連接(jiē)在一(yī)起，首先(xiān)要鑽出(chū)上下貫通的穿孔來打通(tōng)pcb，然後把孔(kǒng)壁金(jīn)屬化來導電。

　　用x射線鑽孔機機(jī)器對内層的芯(xīn)闆進(jìn)行定位，機(jī)器會自動(dòng)找到并且定(dìng)位(wèi)芯闆(pǎn)上的孔位，然後給pcb打(dǎ)上定(dìng)位孔(kǒng)，确保接下來鑽孔時是從(cóng)孔位的正中央穿過。

　　将一層(céng)鋁闆放(fàng)在打(dǎ)孔機(jī)機床(chuáng)上，然後将pcb放(fàng)在(zài)上面。爲(wèi)了提高(gāo)效率，根據(jù)pcb的層(céng)數會将1~3個相同(tóng)的pcb闆(pǎn)疊在一起(qǐ)進行穿孔。最後(hòu)在最上面(miàn)的pcb上(shàng)蓋上(shàng)一(yī)層(céng)鋁闆，上下(xià)兩層(céng)的鋁闆(pǎn)是爲了當鑽(zuàn)頭鑽進和(hé)鑽出的時(shí)候，不會撕(sī)裂pcb上的(de)銅(tóng)箔。

　　在之前的(de)層壓工(gōng)序中(zhōng)，融化的環(huán)氧樹脂被(bèi)擠壓到了(le)pcb外面，所以(yǐ)需要(yào)進行(háng)切除(chú)。靠模銑床根據(jù)pcb正确的xy坐标對其外(wài)圍進行切(qiē)割。

　　孔壁的銅化(huà)學沉(chén)澱

　　由于幾(jǐ)乎所有pcb設(shè)計都(dōu)是用穿孔來進(jìn)行連(lián)接(jiē)的不同(tóng)層的(de)線路，一個(gè)好的連(lián)接(jiē)需要(yào)25微米(mǐ)的(de)銅膜在孔壁上。這(zhè)種厚(hòu)度的(de)銅膜需要(yào)通過電鍍(dù)來實(shí)現，但是(shì)孔壁是(shì)由不導電(diàn)的環氧樹(shù)脂和玻璃(lí)纖維(wéi)闆組成。

　　所(suǒ)以第一步就是(shì)先在孔壁(bì)上堆(duī)積一層導(dǎo)電物(wù)質，通(tōng)過(guò)化學沉(chén)積的方式在整(zhěng)個pcb表面，也(yě)包括孔壁上形成1微(wēi)米的(de)銅膜。整個過程比如化學(xué)處理(lǐ)和清(qīng)洗等(děng)都是由機器控制的。

　　固(gù)定pcb

　　清洗(xǐ)pcb

　　運送(sòng)pcb

　　外層pcb布局(jú)轉移(yí)

　　接(jiē)下(xià)來會将外(wài)層的pcb布局(jú)轉移到(dào)銅箔上(shàng)，過程和之前的(de)内層芯闆(pǎn)pcb布局(jú)轉移原(yuán)理差不(bú)多，都(dōu)是利(lì)用影(yǐng)印的膠片和感(gǎn)光膜将pcb布局轉(zhuǎn)移到(dào)銅箔(bó)上，唯(wéi)一的不同(tóng)是将會采用(yòng)正片做(zuò)闆(pǎn)。

　　内層pcb布局(jú)轉(zhuǎn)移采用的(de)是減(jiǎn)成法(fǎ)，采(cǎi)用的是(shì)負片(piàn)做闆。pcb上被(bèi)固化(huà)感光膜覆(fù)蓋的爲線(xiàn)路，清(qīng)洗掉沒固(gù)化的(de)感光膜(mó)，露(lù)出的(de)銅箔被(bèi)蝕(shí)刻後(hòu)，pcb布局線路(lù)被固化的(de)感光膜保(bǎo)護而(ér)留下。

　　外層(céng)pcb布局(jú)轉移采用(yòng)的是正常法，采(cǎi)用正片做(zuò)闆。pcb上(shàng)被固(gù)化的感光(guāng)膜覆蓋的(de)爲非線路區(qū)。清洗掉(diào)沒固(gù)化的(de)感光(guāng)膜後(hòu)進(jìn)行電鍍(dù)。有膜處(chù)無(wú)法電鍍，而(ér)沒(méi)有膜處(chù)，先鍍上銅後鍍(dù)上錫。退(tuì)膜(mó)後進(jìn)行堿(jiǎn)性蝕刻(kè)，最(zuì)後再退錫。線路(lù)圖形因爲被錫(xī)的保(bǎo)護而留在(zài)闆(pǎn)上。

　　将pcb用夾子(zǐ)夾住，将銅電鍍上去(qù)。之前提到(dào)，爲了(le)保證(zhèng)孔位(wèi)有足夠好(hǎo)的導(dǎo)電性，孔壁(bì)上電(diàn)鍍的(de)銅膜必須要有25微米的厚(hòu)度，所以整(zhěng)套系統将(jiāng)會由電腦(nǎo)自動(dòng)控制(zhì)，保(bǎo)證其精确性(xìng)。

　　外層(céng)pcb蝕刻(kè)

　　接(jiē)下來由(yóu)一條(tiáo)完整的自(zì)動化流水線完(wán)成蝕刻(kè)的工序。首先将pcb闆上被(bèi)固化的感光膜(mó)清洗掉(diào)。然後(hòu)用(yòng)強堿清洗(xǐ)掉被(bèi)其覆(fù)蓋的不需要的銅箔(bó)。再用(yòng)退錫(xī)液将pcb布局(jú)銅箔上的錫鍍層退(tuì)除。清洗幹(gàn)淨後4層pcb布(bù)局就(jiù)完成了。