近些年來,電子產(chǎn)品已經(jīng)遍布軍事裝備、計算機、通信設(shè)備、移動存儲設(shè)備、移動通訊設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域,并在體積、集成度、功能等方面要求越來越高,消費類電子以每年數(shù)代的發(fā)展速度更新,作為電子產(chǎn)品的重要組成部分電路板打樣也在不斷地完善、更新。中國現(xiàn)在已經(jīng)是世界印制電路板(PCB)產(chǎn)量大國,PCB品種從單面到雙面、到4-24層的多層板;從通孔導(dǎo)通技術(shù)到盲孔導(dǎo)通技術(shù),再到HDI(High Density Intercon Nection)高密度內(nèi)部互連技術(shù),技術(shù)水平不斷進(jìn)步。制板手段也是層出不窮,不同的制板工藝也根據(jù)其應(yīng)用對象不同也各有優(yōu)劣。目前,印制電路板的制作主要應(yīng)用于兩方面,一是企業(yè)量產(chǎn),二是學(xué)校教學(xué)與科研。

　　1 印制電路板的發(fā)展

　　印制電路板(Printed Circuit Board)簡稱PCB,又稱印制板,是電子產(chǎn)品的重要部件之一。印制電路就是按照預(yù)先設(shè)計的電路,利用印刷法在絕緣基板的表面或其內(nèi)部形成的用于元器件之間連接的導(dǎo)電圖形。用印制電路板制造的電子產(chǎn)品具有可靠性高、一致性好、機械強度高、重量輕、體積小、易于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點。幾乎每種電子設(shè)備,小到電子手表、計算器,大到計算機、通信設(shè)備、電子雷達(dá)系統(tǒng),只要存在電子元器件,它們之間的電氣互連就要使用印制板。在電子產(chǎn)品的研制過程中,影響電子產(chǎn)品成功的基本因素之一就是該產(chǎn)品的印制板的設(shè)計和制造。

　　單面敷銅板的發(fā)明,成為電路板設(shè)計與制作新時代的標(biāo)志。布線設(shè)計和制作技術(shù)都已發(fā)展成熟。先在敷銅板上用模板印制防腐蝕膜圖,然后再腐蝕刻線,這種技術(shù)就像在紙上印刷那樣簡便,“印刷電路板”因此得名。印制電路板的應(yīng)用大幅度降低了生產(chǎn)成本。隨著電子技術(shù)發(fā)展和印制板技術(shù)的進(jìn)步,出現(xiàn)了雙面板,即在板子兩面都敷銅,兩面都可腐蝕刻線。

　　隨著電子產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,人們開始在雙面電路板的基礎(chǔ)上發(fā)展夾層,其實就是在雙面板的基礎(chǔ)上疊加上一塊單面板,這就是多層電路板。起初,夾層多用做大面積的地線、電源線的布線,表層都用于信號布線。后來,要求夾層用于信號布線的情況越來越多,這使電路板的層數(shù)也要增加。但夾層不能無限增加,主要原因是成本和厚度問題。

　　印制板從單層到雙面板、多層板和撓性板以及軟、硬板(RigidFlex PCB),并不斷地向高、高密度和高可靠性方向發(fā)展。不斷縮小體積、減少成本、提高性能。

　　2 印制電路板的分類與功能

　　印制電路板根據(jù)制作材料可分為剛性印制板和撓性印制板,也稱作硬板和軟板。剛性印制板有酚醛紙質(zhì)層壓板、環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、聚酯玻璃氈層壓板、環(huán)氧玻璃布層壓板。撓性印制板又稱為軟性印制電路板即FPC(Flexible Printed Circuit),軟性電路板是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高可靠性和較高曲撓性的印制電路板。這種電路板散熱性好,即可彎曲、折疊、卷撓,又可在三維空間隨意移動和伸縮?？衫?SPAN lang=EN-US>FPC縮小體積,實現(xiàn)輕量化、小型化、薄型化,從而實現(xiàn)元件裝置和導(dǎo)線連接一體化。FPC被廣泛應(yīng)用于電子、計算機、通信、航天及家電等行業(yè)。

　　印制電路板在電子設(shè)備中為集成電路等各種電子元器件固定、裝配提供機械支撐,實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣,提供所要求的電氣特性。為自動焊接提供阻焊圖形,為元件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。

　　3 印制電路板的基本工藝分類

　　印制電路板的制作方法有很多,但從理論上大體分為三種:

　　1)減成法:先用化學(xué)法或絲網(wǎng)印法或電鍍法在覆銅箔板的銅表面上,將一定的電路圖形轉(zhuǎn)移上去(這些圖形由一定的抗蝕材料組成),然后再用化學(xué)腐蝕的方法,將不必要的部分蝕刻掉,留下所需要的電路圖形。

　　2)半加成法:如果要制作更加精細(xì)的線路,可采用半加成法。這種工藝是先用感光抗蝕劑在板面形成圖形,然后進(jìn)行圖形電鍍,再經(jīng)過退膜和差分蝕刻工藝,就能得到我們需要的精細(xì)線路。半加成法的基材多選用5mm及其以下的薄銅箔,可以使用較厚的抗蝕層,能夠制作20?m以下的線路。

　　3)加成法:加成法是利用絕緣基材直接加工形成導(dǎo)體電路圖形的方法。加成法工藝流程:層壓板下料→涂催化性粘接劑→負(fù)像圖形轉(zhuǎn)移(貼干膜→曝光→顯影)→粗化→化學(xué)鍍銅→去干膜→精細(xì)線路,由于加成法使用的是化學(xué)方法來加厚銅,所以,生產(chǎn)效率低。

　　目前的制作中還是以減成法為基本工藝。

　　4 印制電路板制作方法

　　4.1 熱轉(zhuǎn)印法

　　這是以前高校經(jīng)常使用的簡易的電路板制作工藝,其主要工藝流程是:用打印機在熱轉(zhuǎn)印紙上打印電路圖形將帶有圖形的熱轉(zhuǎn)印紙覆在覆銅板上經(jīng)過熱轉(zhuǎn)印機撕掉熱轉(zhuǎn)印紙用藥水腐蝕出圖形用臺鉆手工鉆孔用砂紙將線路表面的碳粉打磨掉。這種工藝的優(yōu)點是:制作單面板速度較快,成本比較低廉,易于實現(xiàn)。缺點是:

　　1)不能自動完成鉆孔,線路及孔的焊盤已經(jīng)腐蝕成型,如何將孔打在焊盤的中心?只能通過一臺手工的臺鉆,完全憑視覺將鉆頭尖與焊盤的中心對正,如果PCB的孔比較多,這將是一個非常煩瑣的過程,對于復(fù)雜的板來說基本上是不可行的;

　　2)只能做非常簡單的電路,如線寬、間距一般為0.25mm以上,與目前的PCB制作工業(yè)水平差距非常大;

　　3)將兩面線路同時轉(zhuǎn)印到覆銅板上是不可能的,更不能作到兩面線路的對正,所以無法作出雙面線路板;

　　4)不能完成雙面板的孔金屬化;

　　5)不能解決阻焊問題,一般作出的只是裸板,容易出現(xiàn)焊接短路問題;不能解決可焊性的問題,銅表面氧化后焊接困難,需要用化學(xué)藥水將銅表面的氧化物去除后才能焊接。

　　4.2 目前工業(yè)水平的PCB制作流程

　　目前PCB工廠普遍采用的工藝流程是:

鉆孔刷板用化學(xué)鍍銅完成孔金屬化刷板貼干膜曝光(采用正像的顯影圖形電鍍銅圖形電鍍錫去膜腐蝕成線路退錫刷板印油墨烘烤曝光顯影烘烤印字符烘烤熱風(fēng)整平(或化學(xué)鍍錫、化學(xué)鎳金、OSP等處理)銑外型通斷測試。

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這種工藝是目前PCB生產(chǎn)廠家應(yīng)用多廣泛的方法,該方法優(yōu)點非常多,適合精密電路板的制作,一般線寬間距能達(dá)到0.12mm(可作到0.1mm);適合企業(yè)大批量生產(chǎn);批量生產(chǎn)下成本不高;但對于學(xué)校教學(xué)和科研來說存在著很多無法克服的缺點,主要是:

1)工藝復(fù)雜,購買設(shè)備的成本非常高;

　　2)工藝操作非常復(fù)雜,需要非常和有經(jīng)驗的人員操作使用;

　　3)需要用到非常多的有毒有害物質(zhì),如甲醛、EDTA、重金屬等;

　　4)需要特殊的工作場地,如干膜保存需要冷庫、貼膜需要凈化的空間和黃光環(huán)境、底片制作需要暗室等等;

　　5)對于不連續(xù)生產(chǎn)和使用來說,成本非常高。如化學(xué)鍍銅的藥水穩(wěn)定性差,干膜的保存期非常短,如不連續(xù)使用,制作電路板的成本會很高;

　　6)需要配備的廢水處理車間;需要配備的化學(xué)分析實驗室。

　　從事電子線路設(shè)計的人都深有體會,設(shè)計一件產(chǎn)品麻煩的事情就是搭板實驗,而搭板實驗麻煩的可算是印刷電路板的制作。雖然現(xiàn)在大多數(shù)人把這件煩人的事情交給線路板廠去處理了,但每制板需要等待3～7天的時間實在太久,而且制板費用也不低。新的設(shè)計靈感往往就因這種煩、等而被放棄。在高校的實際教學(xué)中無論是老師還是學(xué)生都希望在自己的手中獨立完成一件設(shè)計作品或電子產(chǎn)品。然而制約電子產(chǎn)品成型的障礙就是印制電路板,在這種情況下機械制板工藝的出現(xiàn)解決了這個問題。在計算機上完成的設(shè)計能瞬間實現(xiàn),無疑更加激發(fā)了高校師生的科研和學(xué)習(xí)熱情。

　　4.3 機械制板工藝

　　這種工藝適合高雙面電路板的制作,主要工藝流程是:電路板刻制機隨機軟件直接讀取設(shè)計數(shù)據(jù)并自動計算刻制機自動鉆孔采用先進(jìn)的直接電鍍工藝完成孔的導(dǎo)電用刻制機自動完成雙面線路的銑制用刻制機自動完PCB的外型切割。這種工藝的優(yōu)點是:

　　1)制作單件、樣品的速度比較快,適合高校師生科研、教學(xué)以及參加各類電子大賽等;

　　2)制作電路的比較高,一般機型均可制作0.1mm的線寬和間距,與目前工業(yè)化制作PCB處于同一水平;

　　3)系統(tǒng)可擴展性比較好,可以選擇增加阻焊、字符功能,也可升級為多層板的制作系統(tǒng),同時也可制作帶埋孔和盲孔的多層板;

　　4)隨機的Circuit CAM是一個真正的CAM軟件,與PCB工廠常用的CAM軟件作用是一樣的,起到接受設(shè)計數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理的作用。這個軟件可以安裝在每個學(xué)生的電腦上,可以用來讓學(xué)生了解用Protel、Power PCB等電路板EDA設(shè)計軟件設(shè)計的PCB數(shù)據(jù)在PCB工廠是怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)處理的,數(shù)據(jù)處理后每種數(shù)據(jù)是如何使用的、數(shù)據(jù)是如何轉(zhuǎn)化成各種制造數(shù)據(jù)的。

　　這種工藝的缺點是:

　　1)不適合大批量的制作。單塊線路板、甚至幾塊線路板的制板時間比較短,但是隨著制板數(shù)量增加,制板時間也成倍增加;

　　2)制板工藝不如PCB制板廠的工藝完善,所制電路板的外觀不如制板廠的外觀美觀。

　　可見,對于企業(yè)量產(chǎn)印制電路板應(yīng)使用傳統(tǒng)的化學(xué)制板工藝,對于高校以及科研機構(gòu)的教學(xué)與科研可以采用機械制板工藝。目前,出于節(jié)能、環(huán)保和高效的理念,無論是化學(xué)制板工藝還是機械制板工藝都在不斷進(jìn)行改進(jìn)。其中機械制板中就引入了激光切割機,可以利用激光束來雕刻出不同的線路圖形。在不久的將來,人們可能會研制出更完善的方法應(yīng)用于印制電路板的制作與生產(chǎn)。