印刷電路板,又稱印制電路板,印刷線路板,常運(yùn)用英文縮寫PCB(Printed circuit board),是重要的電子部件,是電子元件的支撐體,是電子元器件線路銜接的基礎(chǔ)。
因?yàn)樗沁x用電子印刷技能制作的,故被稱為“印刷”電路板。
在印制電路板呈現(xiàn)之前,電子元件之間的互連都是依托電線直接銜接而組成完好的線路。電路面包板僅僅作為有效的實(shí)驗(yàn)東西而存在,而印刷電路板在電子工業(yè)中現(xiàn)已成了占據(jù)了肯定控制的位置。
20世紀(jì)初,人們?yōu)榱撕喕娮訖C(jī)器的制作,削減電子零件間的配線,下降制作本錢等優(yōu)點(diǎn),所以開端鉆研以印刷的辦法替代配線的辦法。三十年間,不斷有工程師提出在絕緣的基板上加以金屬導(dǎo)體作配線。而最成功的是1925年,美國的Charles Ducas 在絕緣的基板上印刷出線路圖畫,再以電鍍的辦法,成功樹立導(dǎo)體作配線。[1]
直至1936年,奧地利人保羅·愛斯勒(Paul Eisler)在英國宣布了箔膜技能[1],他在一個收音機(jī)裝置內(nèi)選用了印刷電路板;而在日本,宮本喜之助以噴附配線法“メタリコン法吹著配線辦法(特許119384號)”成功申請專利。[2]而兩者中Paul Eisler 的辦法與現(xiàn)今的印刷電路板最為相似,這類做法稱為減去法,是把不需求的金屬除掉;而Charles Ducas、宮本喜之助的做法是只加上所需的配線,稱為加成法。雖然如此,但因?yàn)槠鋾r的電子零件發(fā)熱量大,兩者的基板也難以配合運(yùn)用[1],致使未有正式的實(shí)用作,不過也使印刷電路技能更進(jìn)一步。
1941年,美國在滑石上漆上銅膏作配線,以制作近接信管。
1943年,美國人將該技能很多運(yùn)用于軍用收音機(jī)內(nèi)。
1947年,環(huán)氧樹脂開端用作制作基板。同時NBS開端研究以印刷電路技能構(gòu)成線圈、電容器、電阻器等制作技能。
1948年,美國正式認(rèn)可這個創(chuàng)造用于商業(yè)用途。
自20世紀(jì)50年代起,發(fā)熱量較低的晶體管很多替代了真空管的位置,印刷電路版技能才開端被廣泛選用。而其時以蝕刻箔膜技能為主流[1]。
1950年,日本運(yùn)用玻璃基板上以銀漆作配線;和以酚醛樹脂制的紙質(zhì)酚醛基板(CCL)上以銅箔作配線。[1]
1951年,聚酰亞胺的呈現(xiàn),便樹脂的耐熱性再進(jìn)一步,也制作了聚亞酰胺基板。[1]
1953年,Motorola開發(fā)出電鍍貫穿孔法的雙面板。這辦法也應(yīng)用到后期的多層電路板上。[1]
印刷電路板廣泛被運(yùn)用10年后的60年代,其技能也日益老練。而自從Motorola的雙面板問世,多層印刷電路板開端呈現(xiàn),使配線與基板面積之比更為進(jìn)步。
1960年,V. Dahlgreen以印有電路的金屬箔膜貼在熱可塑性的塑膠中,造出軟性印刷電路板。[1]
1961年,美國的Hazeltine Corporation參考了電鍍貫穿孔法,制作出多層板。[1]
1967年,宣布了增層法之一的“Plated-up technology”。[1][3]
1969年,F(xiàn)D-R以聚酰亞胺制作了軟性印刷電路板。[1]
1979年,Pactel宣布了增層法之一的“Pactel法”。[1]
1984年,NTT開發(fā)了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。[1]
1988年,西門子公司開發(fā)了Microwiring Substrate的增層印刷電路板。[1]
1990年,IBM開發(fā)了“外表增層線路”(Surface Laminar Circuit,SLC)的增層印刷電路板。[1]
1995年,松下電器開發(fā)了ALIVH的增層印刷電路板。[1]
1996年,東芝開發(fā)了B2it的增層印刷電路板。[1]
就在眾多的增層印刷電路板計(jì)劃被提出的1990年代晚期,增層印刷電路板也正式很多地被實(shí)用化。
為大型、高密度的印刷電路板安裝(PCBA, printed circuit board assembly)發(fā)展一個穩(wěn)健的測驗(yàn)策略是重要的,以確保與規(guī)劃的符合與功能。除了這些雜亂安裝的樹立與測驗(yàn)之外,單單投入在電子零件中的金錢或許是很高的 - 當(dāng)一個單元到最終測驗(yàn)時或許達(dá)到25,000美元。因?yàn)檫@樣的高本錢,查找與修補(bǔ)安裝的問題比其過去乃至是更為重要的步驟。今天更雜亂的安裝大約18平方英寸,18層;在頂面和底面有2900多個元件;含有6000個電路節(jié)點(diǎn);有超越20000個焊接點(diǎn)需求測驗(yàn)。
在朗訊加快的制作工廠(N. Andover, MA),制作和測驗(yàn)藝術(shù)級的PCBA和完好的傳送系統(tǒng)。超越5000節(jié)點(diǎn)數(shù)的安裝對咱們是一個關(guān)注,因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)已接近咱們現(xiàn)有的在線測驗(yàn)(ICT, in circuit test)設(shè)備的資源極限(圖一)。咱們制作大約800種不同的PCBA或“節(jié)點(diǎn)”。在這800種節(jié)點(diǎn)中,大約20種在5000~6000個節(jié)點(diǎn)范圍。但是,這個數(shù)迅速增長。
新的開發(fā)項(xiàng)目要求愈加雜亂、更大的PCBA和更嚴(yán)密的包裝。這些要求應(yīng)戰(zhàn)咱們建造和測驗(yàn)這些單元的能力。更進(jìn)一步,具有更小元件和更高節(jié)點(diǎn)數(shù)的更大電路板或許將會持續(xù)。例如,正在畫電路板圖的一個規(guī)劃,有大約116000個節(jié)點(diǎn)、超越5100個元件和超越37800個要求測驗(yàn)或承認(rèn)的焊接點(diǎn)。這個單元還有BGA在頂面與底面,BGA是緊接著的。運(yùn)用傳統(tǒng)的針床測驗(yàn)這個尺度和雜亂性的板,ICT一種辦法是不或許的。
在制作工藝,特別是在測驗(yàn)中,不斷增加的PCBA雜亂性和密度不是一個新的問題。意識到的增加ICT測驗(yàn)夾具內(nèi)的測驗(yàn)針數(shù)量不是要走的方向,咱們開端調(diào)查可替代的電路承認(rèn)辦法??吹矫堪偃f探針不接觸的數(shù)量,咱們發(fā)現(xiàn)在5000個節(jié)點(diǎn)時,許多發(fā)現(xiàn)的過錯(少于31)或許是因?yàn)樘结樈佑|問題而不是實(shí)際制作的缺點(diǎn)(表一)。因而,咱們著手將測驗(yàn)針的數(shù)量削減,而不是上升。盡管如此,咱們制作工藝的品質(zhì)還是評估到整個PCBA。咱們決定運(yùn)用傳統(tǒng)的ICT與X射線分層法相結(jié)合是一個可行的解決計(jì)劃。
基材
基材遍及是以基板的絕緣部分作分類,常見的質(zhì)料為電木板、玻璃纖維板,以及各式的塑膠板。而PCB的制作商遍及會以一種以玻璃纖維、不織物料、以及樹脂組成的絕緣部分,再以環(huán)氧樹脂和銅箔壓制成“黏合片”(prepreg)運(yùn)用。
而常見的基材及首要成份有:
FR-1 ──酚醛棉紙,這基材通稱電木板(比FR-2較高經(jīng)濟(jì)性)
FR-2 ──酚醛棉紙,
FR-3 ──棉紙(Cotton paper)、環(huán)氧樹脂
FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、環(huán)氧樹脂
FR-5 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂
FR-6 ──毛面玻璃、聚酯
G-10 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂
CEM-1 ──棉紙、環(huán)氧樹脂(阻燃)
CEM-2 ──棉紙、環(huán)氧樹脂(非阻燃)
CEM-3 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂
CEM-4 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂
CEM-5 ──玻璃布、多元酯
AIN ──氮化鋁
SIC ──碳化硅
金屬涂層
金屬涂層除了是基板上的配線外,也便是基板線路跟電子元件焊接的當(dāng)?shù)?。此外,不同的金屬也有不同的價錢,不同的會直接影響生產(chǎn)的本錢;不同的金屬也有不同的可焊性、接觸性,也有不同的電阻阻值,也會直接影響元件的效能。
常用的金屬涂層有:
銅
錫
厚度通常在5至15μm[4]
鉛錫合金(或錫銅合金)
即焊料,厚度通常在5至25μm,錫含量約在63%[4]
金
一般只會鍍在接口[4]
銀
一般只會鍍在接口,或以整體也是銀的合金
[修改] 線路規(guī)劃
印制電路板的規(guī)劃是以電子電路圖為藍(lán)本,實(shí)現(xiàn)電路運(yùn)用者所需求的功能。印刷電路板的規(guī)劃首要指地圖規(guī)劃,需求內(nèi)部電子元件、金屬連線、通孔和外部銜接的布局、電磁保護(hù)、熱耗散、串音等各種因素。優(yōu)秀的線路規(guī)劃能夠節(jié)省生產(chǎn)本錢,達(dá)到良好的電路性能和散熱性能。簡略的地圖規(guī)劃能夠用手藝實(shí)現(xiàn),但雜亂的線路規(guī)劃一般也需求憑借計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃(CAD)實(shí)現(xiàn),而聞名的規(guī)劃軟件有Cadence、AutoCAD、PowerPCB、FreePCB等。
基本制作
根據(jù)不同的技能可分為消除和增加兩大類進(jìn)程。
[修改] 減去法
減去法(Subtractive),是使用化學(xué)品或機(jī)械將空白的電路板(即鋪有完好一塊的金屬箔的電路板)上不需求的當(dāng)?shù)爻?,余下的?dāng)?shù)乇闶撬枨蟮碾娐贰?
絲網(wǎng)印刷:把預(yù)先規(guī)劃好的電路圖制成絲網(wǎng)遮罩,絲網(wǎng)上不需求的電路部分會被蠟或者不透水的物料覆蓋,然后把絲網(wǎng)遮罩放到空白線路板上面,再在絲網(wǎng)上油上不會被腐蝕的保護(hù)劑,把線路板放到腐蝕液中,沒有被保護(hù)劑遮住的部份便會被蝕走,最終把保護(hù)劑清理。
感光板:把預(yù)先規(guī)劃好的電路圖制在透光的膠片遮罩上(最簡略的做法便是用打印機(jī)印出來的投影片),同理應(yīng)把需求的部份印成不透明的顏色,再在空白線路板上涂上感光顏料,將預(yù)備好的膠片遮罩放在電路板上照射強(qiáng)光數(shù)分鐘,除掉遮罩后用顯影劑把電路板上的圖畫顯示出來,最終如同用絲網(wǎng)印刷的辦法一樣把電路腐蝕。
刻?。菏褂勉姶不蚶咨涞窨虣C(jī)直接把空白線路上不需求的部份除掉。
加成法
加成法(Additive),遍及是在一塊預(yù)先鍍上薄銅的基板上,覆蓋光阻劑(D/F),經(jīng)紫外光曝光再顯影,把需求的當(dāng)?shù)仫@露,然后使用電鍍把線路板上正式線路銅厚增厚到所需求的標(biāo)準(zhǔn),再鍍上一層抗蝕刻阻劑-金屬薄錫,最終除掉光阻劑(這制程稱為去膜),再把光阻劑下的銅箔層蝕刻掉。
積層法
[1] 積層法是制作多層印刷電路板的辦法之一。是在制作內(nèi)層后才包上外層,再把外層以減去法或加成法所處理。不斷重復(fù)積層法的動作,能夠得到再多層的多層印刷電路板則為次序積層法。
內(nèi)層制作
積層編成(即黏合不同的層數(shù)的動作)
積層完結(jié)(減去法的外層含金屬箔膜;加成法)
鉆孔
減去法
Panel電鍍法
全塊PCB電鍍
在外表要保存的當(dāng)?shù)丶由献杞^層(resist,防以被蝕刻)
蝕刻
去除阻絕層
Pattern電鍍法
在外表不要保存的當(dāng)?shù)丶由献杞^層
電鍍所需外表至必定厚度
去除阻絕層
蝕刻至不需求的金屬箔膜消失
加成法
令外表粗糙化
徹底加成法(full-additive)
在不要導(dǎo)體的當(dāng)?shù)丶由献杞^層
以無電解銅組成線路
部分加成法(semi-additive)
以無電解銅覆蓋整塊PCB
在不要導(dǎo)體的當(dāng)?shù)丶由献杞^層
電解鍍銅
去除阻絕層
蝕刻至原在阻絕層下無電解銅消失
增層法
增層法是制作多層印刷電路板的辦法之一,顧名思義是把印刷電路板一層一層的加上。每加上一層就處理至所需的形狀。
[修改] ALIVH
[1]
ALIVH(Any Layer Interstitial Via Hole,Any Layer IVA)是日本松下電器開發(fā)的增層技能。這是運(yùn)用芳香族聚酰胺(Aramid)纖維布料為基材。
把纖維布料浸在環(huán)氧樹脂成為“黏合片”(prepreg)
雷射鉆孔
鉆孔中填滿導(dǎo)電膏
在外層黏上銅箔
銅箔上以蝕刻的辦法制作線路圖畫
把完結(jié)第二步驟的半成品黏上在銅箔上
積層編成
再不停重覆第五至七的步驟,直至完結(jié)
B2it
[1]
B2it(Buried Bump Interconnection Technology)是東芝開發(fā)的增層技能。
先制作一塊雙面板或多層板
在銅箔上印刷圓錐銀膏
放黏合片在銀膏上,并使銀膏貫穿黏合片
把上一步的黏合片黏在第一步的板上
以蝕刻的辦法把黏合片的銅箔制成線路圖畫
再不停重覆第二至四的步驟,直至完結(jié)
工業(yè)現(xiàn)狀
因?yàn)橛≈齐娐钒宓闹谱魈幱陔娮釉O(shè)備制作的后半程,因而被成為電子工業(yè)的下流工業(yè)。幾乎一切的電子設(shè)備都需求印制電路板的支持,因而印制電路板是全球電子元件產(chǎn)品中市場份額占有率最高的產(chǎn)品。日本、我國、臺灣、西歐和美國為首要的印制電路板制作基地。