印制电路板技术.ppt

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1、第三章印制电路板技术,3.1 基板材料3.1.1 基板材料性能特点1纸基覆铜箔层压板纸基覆铜箔层压板CCL（Copper Clad Laminate），简称纸基CCL，是用浸渍纤维纸作增强材料，浸以树脂溶液并经干燥加工后，覆以涂胶的电解铜箔，经高温高压的压制成型加工，所制成的覆铜板，又称为纸基覆铜板。纸基覆铜板特点：（1）纸基疏松，只能冲孔，不能钻孔；吸水性高、相对密度小；（2）介电性能及机械性能不如环氧板；（3）耐热性、力学性能与环氧-玻纤布基覆铜板相比较低；（4）成本低、价格便宜，一般在民用产品中被广泛使用；（5）一般只适合制作单面板；在焊接过程中应注意温度调节，并注意PCB的干燥处理，防

2、止温度过高使PCB出现起泡现象。,2环氧玻璃纤维布覆铜板环氧树脂或改性环氧树脂为粘合剂制作的玻璃纤维布覆铜板是当前覆铜板中产量最大，使用最多的一类。环氧玻璃纤维布覆铜板特点：（1）可以冲孔和采用高速钻孔技术，通孔孔壁光滑，金属化效果好；（2）低吸水性、工作温度较高，本身性能受环境影响小；（3）电气性能优良；机械性能好、尺寸稳定性，抗冲击性比酚醛纸基覆铜板要高；（4）适合制作单面板、双面板、多层板；（5）适合制作中、高档民用电子产品。,3复合基覆铜板复合基材印制板这类印制板使用的基材的面料和芯料是由不同增强材料构成的。复合基覆铜板在机械性和制造成本上介于纸基覆铜板、环氧玻纤布基覆铜板两者之间。复

3、合基使用的覆铜板基材主要是CEM（Composite Epoxy Material）系列，其中以CEM-1和CEM-3最具代表性。（1）CEM-1覆铜板,（2）CEM-3覆铜板它是由FR-4改良而来的，CEM-3在结构上是采用玻璃毡（又称无纺布）浸渍环氧树脂后，再两面合贴玻璃纤维布，然后与铜箔复合，热压成型。它与FR-4的区别在于，采用玻璃毡取代大部分玻璃纤维布，在机械性能方面增大了“韧性”程度。通常CEM-3是直接制作成双面覆铜板，CEM-3板材在钻孔加工中，加工的方便程度要高于FR-4，其原因就在于玻璃毡在结构上比玻璃纤维疏松，此外在冲孔加工中也比FR-4优异。,4金属基覆铜板金属基覆铜板

4、一般是由金属基板、绝缘介质层和导电层（一般为铜箔）三部分组成，即将表面经过处理的金属基板的一面或两面覆以绝缘介质层和铜箔，经热压复合而成。5陶瓷印制板陶瓷印制板就是用陶瓷材料作绝缘基材的印制板。这种印制板的特点是散热性好，热传导率大；尺寸稳定性好；耐热性极好；机械强度高；高频特性好。6柔性印制板柔性印制板适应电子市场“更小、更快、更便宜”的组装要求，所表现出来的“柔性”特征，对达到整个电子产品的微型化，对笔记本电脑、移动电话这类便携式产品的更新换代有着重大意义。随着电子市场的多样化、多功能需求，软板由国外市场逐渐转自国内市场。国内市场柔性板的开发与生产已逐步走向成熟。据资料显示我国近几年来，柔

5、性印制板的年增长为40%以上，远高于刚性印制板的年增速度。,3.1.2 评估基板质量相关参数（一）PCB相关参数1铜箔种类和厚度2玻璃化转变温度Tg3热膨胀系数CTE4可焊性5热应力6吸湿性7导线电阻8绝缘电阻9耐电压10孔电阻11互连电阻12电路短路和电路完善性,（二）表面贴装（SMT）对PCB的要求1外观要求：基板外观应光滑平整，不可有翘曲或高低不平，基板表面不能出现裂纹，伤痕，锈斑，氧化等不良。2热膨胀系数的关系：表面贴装元件的组装状态会由于几基板受热后的胀缩应力对元件产生影响。3耐热性的关系：由于表面贴装工艺要求，一块基板至组装结束，可能会经过数次焊接过程，通常耐焊接温度要达到260，

6、10秒。4导热系数关系：贴装与基板上的集成电路等器件，工作时的热量主要通过基板给予扩散，在贴装电路密集，发热量大时，基板必须具有较高的导热能力。5铜箔的粘合强度：表面贴装元件的焊区比原来带引线元件（插件）的焊区要小。6弯曲强度：基板贴装后，其元件的质量和外力作用，会产生翘曲。这将给元件的结合点增加应力，或者使元件产生微裂，因此要求基板的抗弯曲强度要达到25kg/cm2以上。7电性能要求：由于电路传输速度的高速化，要求基板的介电常数，介电正切要小，同时随着布线密度的提高，基板的绝缘性能要达到规定的要求。8基板对清洗剂的反应：在溶液中浸泡5分钟，其表面不产生任何不良。并具有良好的冲裁性。,3.2

7、PCB设计工艺3.2.1 PCB焊盘设计工艺设计表面组装焊盘图形与适当元器件的选择和表面组装采取的工艺方法两项因素密切相关，合理的焊盘图形要与元器件尺寸相匹配，可用于不同厂家稍有差异的元件，能适应各种不同工艺（如再流焊和波峰焊），最大程度地满足布局和布线的要求。焊盘设计时应遵循以下几点：（1）自行设计焊盘时，凡是对称使用的焊盘（如：片状电阻、电容、SOIC、QFP等）设计时应严格保持其全面的对称性，即焊盘图形的形状尺寸应完全一致，以及图形所处的位置应完全对称。（2）对同一种器件，焊盘设计采用封装尺寸最大值和最小值为参数，计算焊盘尺寸，保证设计结果适用范围宽；（3）焊盘设计时，焊点可靠性主要取决

8、于长度而不是宽度；（4）焊盘设计要适当：太大则焊料铺展面较大，形成的焊点较薄；较小则焊盘铜箔对熔融焊料的表面张力太小，当铜箔的表面张力小于熔融焊料表面张力时，形成的焊点为不浸润焊点；,（5）焊盘内不允许印有字符和图形标志，标志符号离焊盘边缘距离应大于0.5mm。凡无外引脚的器件的焊盘，其焊盘之间不允许有通孔，以保证清洗质量。（6）两个元件之间不应使用单个大焊盘，避免锡量过多，熔融后拉力大，将元件拉到一侧（7）对于引脚中心距为0.65mm及其以下的细间距元件，应在焊盘图形的对角线方向上，增设两个对称的裸铜基准标志，用于光学定位。（8）对于每个元器件正确标注所有引脚的顺序号，以避免引线接脚混淆。（

9、9）焊盘与较大面积的导电区（如地、电源等平面）相连时，应通过一较细导线进行热隔离，一般宽度为0.20.4mm，长度约为0.6mm。（10）波峰焊时焊盘设计一般比再流焊大，因为波峰焊中元件有胶水固定，焊盘稍大，不会危及元件的移位和直立，相反却能减少波烽焊“遮蔽效应”。,3.2.2 PCB导线设计工艺1基本原则（1）印制线的走向尽可能取直，以短为佳，不要绕远；（2）印制线的弯折走线平滑自然，连接处用圆角，避免用直角；（3）双面板上的印制线两面的导线应避免相互平行；作为电路输人与输出用的印制导线应尽量避免相互平行，且在这些导线之间最好加接地线；（4）印制线作地线尽可能多地保留铜箔作公共地线，且布置在

10、PCB的边缘；（5）倒角规则：PCB设计中应避免产生锐角和直角。,2引脚间距内过线原则低密度要求在2.54mm引脚中心距内穿过2条线径为0.23mm的导线；中密度要求在1.27mm引脚中心距内穿过1条线径为0.15mm的导线；高密度要求在1.27mm引脚中心距内穿过23条更细导线。3印制板线条的宽度印制板线条的宽度要求尽量一致，这样有利于阻抗匹配。从印制板制作工艺来讲，宽度可以做到0.3mm，0.2mm及0.1mm，但随着线条变细，间距变小，生产过程中质量将难以控制。除非有特殊要求，一般选用0.3mm线宽和0.3mm线间距的布线原则是比较适宜的。4多层板走线方向按电源层，地线层和信号层分开，减

11、少电源、地、信号之间的干扰。而且要求相邻两层印制板的线版权法应尽量相互垂直或走斜线、曲线，而不平行走线，以利于减少基板层间藕合和干扰。,5电源线，地线设计原则走线面积越大越好，以利于减少干扰，对于高频信号线最好是用地线屏蔽。大面积的电源层地线层要相邻，其作用是在电源和地之间形成一个电容，起到滤波作用。6屏蔽保护，如图所示：对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多见于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。,7走线的方向控制

12、规则，如图所示：即相邻层的走线方向成正交结构。避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。,8走线的开环检查规则，如图所示：一般不允许出现一端浮空的布线（Dangling Line）,主要是为了避免产生“天线效应”，减少不必要的干扰辐射和接受，否则可能带来不可预知的结果。,9阻抗匹配检查规则，如图所示：同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。在某些条件下，如接插件引

13、出线，BGA封装的引出线类似的结构时，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。,3.3 PCB制作工艺PCB是如何制造出来的呢？我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜（挠性的绝缘基材），印上有银白色（银浆）的导电图形与健位图形。因为通用丝网漏印方法得到这种图形，所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板。而我们去电脑城看到的各种电脑主机板、显卡、网卡、调制解调器、声卡及家用电器上的印制电路板就不同了。它所用的基材是由纸基（常用于单面）或玻璃布基（常用于双面及多层），预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。这种线路板覆铜簿板材，我们就称它为刚性板。

14、再制成印制线路板，我们就称它为刚性印制线路板。单面有印制线路图形我们称单面印制线路板，双面有印制线路图形，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板，我们就称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了，也称为多层印制线路板。现在已有超过100层的实用印制线路板了。,（一）加成法工艺在绝缘基材表面上，有选择性地沉积导电金属而形成导电图形的方法，称为加成法。印制板采用加成法工艺制造，其优点如下。（1）由于加成法避免大量蚀刻铜，以及由此带来的大

15、量蚀刻溶液处理费用，大大降低了印制板生产成本。（2）加成法工艺比减成法工艺的工序减少了约1/3简化了生产工序，提高了生产效率。尤其避免了产品档次越高，工序越复杂的恶性循环。（3）加成法工艺能达到齐平导线和齐平表面，从而能制造SMT等高精密度印制板。（4）在加成法工艺中，由于孔壁和导线同时化学镀铜，孔壁和板面上导电图形的镀铜层厚度均匀一致，提高了金属化孔的可靠性，也能满足高厚径比印制板，小孔内镀铜的要求。,（二）减成法工艺减成法工艺是在覆铜箔层压板表面上，有选择性除去部分铜箔来获得导电图形的方法。减成法是当今印制电路制造的主要方法，它的最大优点是工艺成熟、稳定和可靠。减成法工艺制造的印制电路可分

16、为如下两类。1非孔化印制板（Non-plating-through-hole Board）此类PCB印制电路板采用丝网印刷，然后蚀刻出印制板的方法生产，也可采用光化学法生产。非穿孔镀印制板主要是单面板，也有少量双面板，主要用于电视机、收音机。2孔化印制板（Plating-through-hole Board）在已经钻孔的覆铜箔层压板上，采用化学镀和电镀等方法，使两层或两层以上导电图形之间的孔由电绝缘成为电气连接，此类印制板称为穿孔镀印制板。穿孔镀印制板主要用于计算机、程控交换机、手机等。根据电镀方法的不同，分为图形电镀和全板电镀。,3.3.1 单面PCB制作工艺单面刚性印制板：单面覆铜板下料（

17、刷洗、干燥）钻孔或冲孔网印线路抗蚀刻图形或使用干膜固化检查修板蚀刻铜去抗蚀印料、干燥刷洗、干燥网印阻焊图形（常用绿油）、UV固化网印字符标记图形、UV固化预热、冲孔及外形电气开、短路测试刷洗、干燥预涂助焊防氧化剂（干燥）或喷锡热风整平检验包装成品出厂。,3.3.2 双面PCB制作工艺双面刚性印制板：双面覆铜板下料叠板数控钻导通孔检验、去毛刺刷洗化学镀（导通孔金属化）（全板电镀薄铜）检验刷洗网印负性电路图形、固化（干膜或湿膜、曝光、显影）检验、修板线路图形电镀电镀锡（抗蚀镍/金）去印料（感光膜）蚀刻铜（退锡）清洁刷洗网印阻焊图形常用热固化绿油（贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化，常用感光热固化

18、绿油）清洗、干燥网印标记字符图形、固化（喷锡或有机保焊膜）外形加工清洗、干燥电气通断检测检验包装成品出厂。,3.3.3 多层PCB制作工艺贯通孔金属化法制造多层板工艺流程内层覆铜板双面开料刷洗钻定位孔贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂曝光显影蚀刻与去膜内层粗化、去氧化内层检查（外层单面覆铜板线路制作、B阶粘结片、板材粘结片检查、钻定位孔）层压数控制钻孔孔检查孔前处理与化学镀铜全板镀薄铜镀层检查贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂面层底板曝光显影、修板线路图形电镀电镀锡铅合金或镍/金镀去膜与蚀刻检查网印阻焊图形或光致阻焊图形印制字符图形（热风整平或有机保焊膜）数控洗外形清洗、干燥电气通断检测检验包装成

19、品出厂。,3.3.4 其他种类电路板1刚柔性印制板刚柔性印制板是指由刚性基材和柔性基材结合在一起组成的印制板。其一部分可折叠弯曲，根据需要而变形；另一部分则坚硬不变，起到固定和支撑的作用。该印制板的柔性和刚性部分连成一体，在安装中省去了连接器，连接可靠，可减轻重量，组装小型化。刚柔性制板种类也分为单面、双面和多层。刚柔性印制板制造方法分为两种：一种是按常规工艺分别制取刚性和柔性部分图形，然后黏合层压加工成为完整的印制板。另一种是先将刚性基材和柔性基材结合在一起，形成刚柔结合覆铜箔板，再印制图形加工成产品。刚柔性印制板主要用于医疗电子仪器、计算机及其外部设备、通讯设备、航空航天设备和国防军事设备

20、。,2导电胶印制板导电胶印制板是指采用导电胶直接在基板或薄膜上印制导电图形制成的印制板。该印制板的加工工艺简单，生产效率高，成本低，废水少。导电胶印制板所采用的刚性基材是覆铜箔层压板，柔性材料主要是聚酯、聚碳酸酯和聚氨酯类薄膜。所采用的导电胶通常是银浆、炭浆和铜浆。导电胶印制板根据所采用基材强度、厚薄不同而分为刚性板和柔性板，按导电图形层数不同分为单面、双面和多层层板。导电胶印制板工艺流程如下：已蚀刻好线路图形并印刷绝缘隔离层的覆铜基板印刷导电胶固化印刷绝缘层固化孔及外形加工检测包装。导电胶印制板广泛用于电视机、录像机、电话机、电子琴、电脑键盘、计算机和电子测量仪器等。印制的导电图形除作互连导

21、线以外，还作电阻、按键开关触点和屏蔽层等。,3载芯片印制板载芯片印制板是指尚未封装的集成电路芯片直接与印制电路相连，装载在基板上的印制板。这类印制板是具有完整功能的独立组件，体积小、成本低，较多用于电子表、游戏卡、计算器、照相机和汽车电话等。4金属基印制板金属基印制板是金属基底印制板和金属芯印制板的统称。前者是在绝缘基材底部衬垫金属板，后者则是在绝缘基板中间夹有金属板。其特点是，热传导率高，散热性好，机械强度高，适宜装大质量部件；防磁性好；耐热阻燃、尺寸稳定性好。,5抗电磁波干扰印制板抗电磁波干扰印制板是具有防止导线、元器件在工作时产生的电磁波干扰的印制板。在其电路图形表面涂有屏蔽层，起到隔离

22、电磁波的作用。这类印制板的特点是印刷工序简单，成本低，抗干扰的范围广，安装空间大等。6单面多层印制板单面多层印制板就是在单面印制板上制造多层线路板。这种印制板的特点是不但能抑制内部的电磁波向外辐射，而且能防止外界电磁波对它的干扰，不需要孔金属化，成本低、质量轻、能够薄型化。,7模压印制板模压印制板是指采用热塑性工程塑料经过模具注塑成型，并加工成线路的印制板。其形状是立体型的，三维空间立体布线，因此也称立体印制板。该类印制板形状自由，尺寸稳定性好，除用作电路连接以外，还兼作设备中框架、底座、连接器等，材料也可再生回收。8多重布线印制板多重布线印制板是将金属导线直接分层布设在绝缘基板上而制成的印制

23、板。该印制板的特点是，与同样层数和面积的多层板相比，线路密度高；采用计算机辅助设计自动布线形成线路图形，省去了照相制版、图形转移和蚀刻等工序，生产周期短、速度快、效率高，不足是成本高。,9平面电阻印制板在高速计算机与通讯应用中，必须消除信号传输中的反射现象。通常可以通过严格控制传输线特性阻抗和使用匹配电阻来实现。而这类PCB密度很高，布线空间极其有限，常规的片式电阻要求较多的导通孔，在局部空间受限情况下，引出线还会影响匹配效果。我们不得不寻求一种综合逻辑、布线、封装要求的途径平面电阻（PRT）技术。平面电阻印制板，就是在特别的阻抗覆铜箔层压板上，用通常的减成法制造工艺将电阻和线路同时印制在绝缘基材上，形成了带有电阻功能的印制电路板。,10积层式多层印制电路板积层式多层印制电路板是在已完成的多层板内层上以积层的方式交替制作绝缘层和导电层，层间自由地应用盲孔进行导通，从而制成了高密度多层布线的印制板。积层式多层印制电路板的连接关于导通孔、盲孔，主要采用化学沉铜、电镀或印刷导电浆料两种方法进行连接。,