印刷电路板,又称印制电路板,印刷线路板,常运用英文缩写PCB(Printed circuit board),是重要的电子部件,是电子元件的支撑体,是电子元器件线路衔接的基础。
因为它是选用电子印刷技能制作的,故被称为“印刷”电路板。
在印制电路板呈现之前,电子元件之间的互连都是依托电线直接衔接而组成完好的线路。电路面包板仅仅作为有效的实验东西而存在,而印刷电路板在电子工业中现已成了占据了肯定控制的位置。
20世纪初,人们为了简化电子机器的制作,削减电子零件间的配线,下降制作本钱等优点,所以开端钻研以印刷的办法替代配线的办法。三十年间,不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。而最成功的是1925年,美国的Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图画,再以电镀的办法,成功树立导体作配线。[1]
直至1936年,奥地利人保罗·爱斯勒(Paul Eisler)在英国宣布了箔膜技能[1],他在一个收音机装置内选用了印刷电路板;而在日本,宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线办法(特许119384号)”成功申请专利。[2]而两者中Paul Eisler 的办法与现今的印刷电路板最为相似,这类做法称为减去法,是把不需求的金属除掉;而Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线,称为加成法。虽然如此,但因为其时的电子零件发热量大,两者的基板也难以配合运用[1],致使未有正式的实用作,不过也使印刷电路技能更进一步。
1941年,美国在滑石上漆上铜膏作配线,以制作近接信管。
1943年,美国人将该技能很多运用于军用收音机内。
1947年,环氧树脂开端用作制作基板。同时NBS开端研究以印刷电路技能构成线圈、电容器、电阻器等制作技能。
1948年,美国正式认可这个创造用于商业用途。
自20世纪50年代起,发热量较低的晶体管很多替代了真空管的位置,印刷电路版技能才开端被广泛选用。而其时以蚀刻箔膜技能为主流[1]。
1950年,日本运用玻璃基板上以银漆作配线;和以酚醛树脂制的纸质酚醛基板(CCL)上以铜箔作配线。[1]
1951年,聚酰亚胺的呈现,便树脂的耐热性再进一步,也制作了聚亚酰胺基板。[1]
1953年,Motorola开发出电镀贯穿孔法的双面板。这办法也应用到后期的多层电路板上。[1]
印刷电路板广泛被运用10年后的60年代,其技能也日益老练。而自从Motorola的双面板问世,多层印刷电路板开端呈现,使配线与基板面积之比更为进步。
1960年,V. Dahlgreen以印有电路的金属箔膜贴在热可塑性的塑胶中,造出软性印刷电路板。[1]
1961年,美国的Hazeltine Corporation参考了电镀贯穿孔法,制作出多层板。[1]
1967年,宣布了增层法之一的“Plated-up technology”。[1][3]
1969年,FD-R以聚酰亚胺制作了软性印刷电路板。[1]
1979年,Pactel宣布了增层法之一的“Pactel法”。[1]
1984年,NTT开发了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。[1]
1988年,西门子公司开发了Microwiring Substrate的增层印刷电路板。[1]
1990年,IBM开发了“外表增层线路”(Surface Laminar Circuit,SLC)的增层印刷电路板。[1]
1995年,松下电器开发了ALIVH的增层印刷电路板。[1]
1996年,东芝开发了B2it的增层印刷电路板。[1]
就在众多的增层印刷电路板计划被提出的1990年代晚期,增层印刷电路板也正式很多地被实用化。
为大型、高密度的印刷电路板安装(PCBA, printed circuit board assembly)发展一个稳健的测验策略是重要的,以确保与规划的符合与功能。除了这些杂乱安装的树立与测验之外,单单投入在电子零件中的金钱或许是很高的 - 当一个单元到最终测验时或许达到25,000美元。因为这样的高本钱,查找与修补安装的问题比其过去乃至是更为重要的步骤。今天更杂乱的安装大约18平方英寸,18层;在顶面和底面有2900多个元件;含有6000个电路节点;有超越20000个焊接点需求测验。
在朗讯加快的制作工厂(N. Andover, MA),制作和测验艺术级的PCBA和完好的传送系统。超越5000节点数的安装对咱们是一个关注,因为它们现已接近咱们现有的在线测验(ICT, in circuit test)设备的资源极限(图一)。咱们制作大约800种不同的PCBA或“节点”。在这800种节点中,大约20种在5000~6000个节点范围。但是,这个数迅速增长。
新的开发项目要求愈加杂乱、更大的PCBA和更严密的包装。这些要求应战咱们建造和测验这些单元的能力。更进一步,具有更小元件和更高节点数的更大电路板或许将会持续。例如,正在画电路板图的一个规划,有大约116000个节点、超越5100个元件和超越37800个要求测验或承认的焊接点。这个单元还有BGA在顶面与底面,BGA是紧接着的。运用传统的针床测验这个尺度和杂乱性的板,ICT一种办法是不或许的。
在制作工艺,特别是在测验中,不断增加的PCBA杂乱性和密度不是一个新的问题。意识到的增加ICT测验夹具内的测验针数量不是要走的方向,咱们开端调查可替代的电路承认办法。看到每百万探针不接触的数量,咱们发现在5000个节点时,许多发现的过错(少于31)或许是因为探针接触问题而不是实际制作的缺点(表一)。因而,咱们着手将测验针的数量削减,而不是上升。尽管如此,咱们制作工艺的品质还是评估到整个PCBA。咱们决定运用传统的ICT与X射线分层法相结合是一个可行的解决计划。
基材
基材遍及是以基板的绝缘部分作分类,常见的质料为电木板、玻璃纤维板,以及各式的塑胶板。而PCB的制作商遍及会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分,再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”(prepreg)运用。
而常见的基材及首要成份有:
FR-1 ──酚醛棉纸,这基材通称电木板(比FR-2较高经济性)
FR-2 ──酚醛棉纸,
FR-3 ──棉纸(Cotton paper)、环氧树脂
FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、环氧树脂
FR-5 ──玻璃布、环氧树脂
FR-6 ──毛面玻璃、聚酯
G-10 ──玻璃布、环氧树脂
CEM-1 ──棉纸、环氧树脂(阻燃)
CEM-2 ──棉纸、环氧树脂(非阻燃)
CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂
CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂
CEM-5 ──玻璃布、多元酯
AIN ──氮化铝
SIC ──碳化硅
金属涂层
金属涂层除了是基板上的配线外,也便是基板线路跟电子元件焊接的当地。此外,不同的金属也有不同的价钱,不同的会直接影响生产的本钱;不同的金属也有不同的可焊性、接触性,也有不同的电阻阻值,也会直接影响元件的效能。
常用的金属涂层有:
铜
锡
厚度通常在5至15μm[4]
铅锡合金(或锡铜合金)
即焊料,厚度通常在5至25μm,锡含量约在63%[4]
金
一般只会镀在接口[4]
银
一般只会镀在接口,或以整体也是银的合金
[修改] 线路规划
印制电路板的规划是以电子电路图为蓝本,实现电路运用者所需求的功能。印刷电路板的规划首要指地图规划,需求内部电子元件、金属连线、通孔和外部衔接的布局、电磁保护、热耗散、串音等各种因素。优秀的线路规划能够节省生产本钱,达到良好的电路性能和散热性能。简略的地图规划能够用手艺实现,但杂乱的线路规划一般也需求凭借计算机辅助规划(CAD)实现,而闻名的规划软件有Cadence、AutoCAD、PowerPCB、FreePCB等。
基本制作
根据不同的技能可分为消除和增加两大类进程。
[修改] 减去法
减去法(Subtractive),是使用化学品或机械将空白的电路板(即铺有完好一块的金属箔的电路板)上不需求的当地除掉,余下的当地便是所需求的电路。
丝网印刷:把预先规划好的电路图制成丝网遮罩,丝网上不需求的电路部分会被蜡或者不透水的物料覆盖,然后把丝网遮罩放到空白线路板上面,再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂,把线路板放到腐蚀液中,没有被保护剂遮住的部份便会被蚀走,最终把保护剂清理。
感光板:把预先规划好的电路图制在透光的胶片遮罩上(最简略的做法便是用打印机印出来的投影片),同理应把需求的部份印成不透明的颜色,再在空白线路板上涂上感光颜料,将预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟,除掉遮罩后用显影剂把电路板上的图画显示出来,最终如同用丝网印刷的办法一样把电路腐蚀。
刻印:使用铣床或雷射雕刻机直接把空白线路上不需求的部份除掉。
加成法
加成法(Additive),遍及是在一块预先镀上薄铜的基板上,覆盖光阻剂(D/F),经紫外光曝光再显影,把需求的当地显露,然后使用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需求的标准,再镀上一层抗蚀刻阻剂-金属薄锡,最终除掉光阻剂(这制程称为去膜),再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。
积层法
[1] 积层法是制作多层印刷电路板的办法之一。是在制作内层后才包上外层,再把外层以减去法或加成法所处理。不断重复积层法的动作,能够得到再多层的多层印刷电路板则为次序积层法。
内层制作
积层编成(即黏合不同的层数的动作)
积层完结(减去法的外层含金属箔膜;加成法)
钻孔
减去法
Panel电镀法
全块PCB电镀
在外表要保存的当地加上阻绝层(resist,防以被蚀刻)
蚀刻
去除阻绝层
Pattern电镀法
在外表不要保存的当地加上阻绝层
电镀所需外表至必定厚度
去除阻绝层
蚀刻至不需求的金属箔膜消失
加成法
令外表粗糙化
彻底加成法(full-additive)
在不要导体的当地加上阻绝层
以无电解铜组成线路
部分加成法(semi-additive)
以无电解铜覆盖整块PCB
在不要导体的当地加上阻绝层
电解镀铜
去除阻绝层
蚀刻至原在阻绝层下无电解铜消失
增层法
增层法是制作多层印刷电路板的办法之一,顾名思义是把印刷电路板一层一层的加上。每加上一层就处理至所需的形状。
[修改] ALIVH
[1]
ALIVH(Any Layer Interstitial Via Hole,Any Layer IVA)是日本松下电器开发的增层技能。这是运用芳香族聚酰胺(Aramid)纤维布料为基材。
把纤维布料浸在环氧树脂成为“黏合片”(prepreg)
雷射钻孔
钻孔中填满导电膏
在外层黏上铜箔
铜箔上以蚀刻的办法制作线路图画
把完结第二步骤的半成品黏上在铜箔上
积层编成
再不停重覆第五至七的步骤,直至完结
B2it
[1]
B2it(Buried Bump Interconnection Technology)是东芝开发的增层技能。
先制作一块双面板或多层板
在铜箔上印刷圆锥银膏
放黏合片在银膏上,并使银膏贯穿黏合片
把上一步的黏合片黏在第一步的板上
以蚀刻的办法把黏合片的铜箔制成线路图画
再不停重覆第二至四的步骤,直至完结
工业现状
因为印制电路板的制作处于电子设备制作的后半程,因而被成为电子工业的下流工业。几乎一切的电子设备都需求印制电路板的支持,因而印制电路板是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。日本、我国、台湾、西欧和美国为首要的印制电路板制作基地。