电路板生产制板的典型工艺

time : 2022-09-03 10:29       作者:凡亿pcb

不同类型PCB的制造方法有所不同,同一种类型的印制板也有不同的加工工艺方法。
 
尽管制造的工艺方法很多,但可以归类于以下三种基本方法:
 
加成法:通过网印或曝光形成图形、钻孔、沉铜、转移层压等加工,直接将导电图形制作在绝缘基材上。
 
减成法:在覆铜箔基材上通过钻孔、孔金属化、图形转移、电镀、蚀刻或雕刻等工艺加工选择性地去除部分铜箔,形成导电图形。
 
半加成法:加成法与减成法相结合,巧妙的利用两种方法加工特点在绝缘基材上形成导电图形。HDI板中的 BUM 板就是采用此种工艺方法。
 
 
目前应用最广泛、最成熟的生产技术是减成法。当然随着科学技术的进步,一些新的工艺方法和技术也在不断地出现和发展,如积层式多层板、刚挠结合多层板等的制造技术,不同于一般的减成法或加层法。以下将分别对三种印制板的制作工艺方法作一简单介绍。
 
1 减成法
 
减成法制造印制板是:在覆有铜箔的层压板上,选择性地除去不需要的导电铜箔而形成导电图形的工艺方法,所以减成法又称为铜箔蚀刻法。
 
减成法所用基材和最终产品示意图如下:
 
 
1)面印制电路板典型工艺
 
  单面印制板制造的典型工艺流程如下:
 
 
  流程中:冲孔-外形加工两道工序也可用一付冲模,一道工序完成。
 
2)有金属化孔的双面印制板制造的典型工艺流程
 
  根据印制板的结构不同,铜箔蚀刻的工艺流程也有所不同,有镀覆孔(金属化孔)的双面板典型工艺流程如下:
 
 
  注: 1)防氧化处理是指在裸铜焊盘上涂覆防氧化保焊剂(OSP),不需要进行热风整平。
 
 2)对于挠性板,在印阻焊工序改为热压盖膜(预先已开好了焊盘窗口),其余工序相同。
 
 3)刚性多层印制板制造的典型工艺流程
 
   多层印制板的生产工艺流程要比双面板的制造工艺复杂,主要增加了内层导电图形的制作、处理、叠层和层压,孔金属化的工艺也比双面板的孔金属化复杂,并且可靠性要求高。图形电镀以后的工艺与双面有金属化孔的板一样,不再逐项介绍,具体工艺流程见下图:
 
4)挠性印制工艺流程:板制造
 
挠性印制板分为单面挠性板(1型)、双面挠性板(2型)、多层挠性板(3型)、有金属化孔的刚挠多层板(4型)和挠性或刚性与无金属化孔的多层挠性组合印制板(5型)五种类型。这五种类型根据其挠曲的要求不同又分为两大类:
 
A类:能经受在安装过程中的挠曲;
 
B类:能经受规定的连续多次弯折和挠曲,(一般为两层导线层以下的挠性板,即1型、
 
2型板)。比如手机和笔记本电脑上可折叠部分的印制板。
 
不同类型的挠性印制板加工工艺不同,除了4型、5型的刚挠结合印制板需要用刚性基材和挠性基材加工外,其余各类型都是采用挠性基材加工。其加工方法与刚性板类似,工艺上减少了印制阻焊膜工序,而增加了压合覆盖膜工序;在设备方面主要区别是,因为挠性基材是软的,在传输过程中容易弯曲和损坏基材,因此所用设备的传送滚轮排布密度高,转轴间距小,蚀刻过程需要用硬板牵引,清洗采用专用的浮石粉清洗设备或化学清洗设备。
 
刚挠结合型印制板的制作,是将挠性部分先按单、双面挠性板的工艺制作,然后再按刚性多层板的工艺进行刚挠叠层层压、钻孔并对其孔金属化。关键在于刚挠层压部位的质量和材料热膨胀系数的匹配,在挠曲的位置不能设置金属化孔,因为这会影响弯曲并会在弯折时破坏金属化孔。
 
  I型、2型挠性板的典型制造工艺流程如下:

注:1.覆盖层是挠性电路板表面上的绝缘保护层,其作用是使挠性电路免受潮气、尘埃和其他化学侵蚀以及提高弯曲性能。
 
2.工艺路线(I)为局部退除 Sn-Pb,然后热熔再压制或印制覆盖层;路线(II)为全板退除Sn-Pb,然后压制或印制覆盖层,最后进行热风整平。
 
 
 
 
2 加成法
 
加成法是通过丝网印刷或化学沉积法,把导电材料直接印制在绝缘材料上形成导电图
 
形。采用较多的是以下两种全加成法:
 
1)通过丝网印刷把导电材料印制到绝缘基板上,如陶瓷或聚合物上。如果把金属导电浆印在陶瓷基板上,再经过高温烧结熔合,形成陶瓷厚膜印制板(CTF),如果把导电油墨印制到高分子的绝缘材料上,经加温快速干燥固化后,形成聚合物的厚膜电路(PTF).
 
2)在含有催化剂的绝缘基材上,经过活化处理后,制作与需要的导电图形相反的电镀抗蚀层图形,在抗蚀剂的窗口中(露出的活化面)进行选择性的化学镀铜,直至需要的铜层厚度。该法的化学镀铜时间长、速度慢、效率低,并且化学沉铜层延展率低,镀层厚度也难于控制,应用不广。在此基础上又研制出了半加成法工艺,即以沉积的薄铜层作为种子层,再进行图形电镀加厚孔壁和印制导线的镀层,然后蚀刻。由于蚀刻的铜层薄侧蚀量小,制作的导线精度高。从而加快了生产的速度、改善了镀铜层的质量,成为原始的半加成法。此法经过多年的研究改进,发展成为应用日益广泛的新型半加成工艺技术。
 
加成法工艺示意图(见图1-2).
 
 
注1:陶瓷基板的一般为单面,聚合物膜基材有可以钻孔的单、双面板,多用于挠性板。
 
注2:需钻孔的板应先在基材上钻孔,然后涂覆抗蚀层再进行选择性化学镀铜,最后退膜。
 
 
 
 3 半加成法
 
半加成法是巧妙地运用了减成法和加成法工艺的特点制造印制板的一种方法。在原始的半加成法工艺衍生出来的新型工艺技术。典型的工艺是用无粘接剂的覆树脂薄铜箔(RCC)压合在刚性芯板上,以此铜箔作为导电的“种子”层,在薄铜箔的上面用光刻的方法制作耐电镀的抗蚀图形,再进行图形电镀,达到需要的铜层厚度后,去掉耐电镀抗蚀层,然后进行蚀刻,将很薄的“种子”铜箔去掉,同时也去掉导体上微量的电镀铜(相当于一次抛光去掉的薄铜)和电镀层粗糙的边缘,形成精细的导电图形。目前可以做到线宽为0.025mm,线间距为0.05mm的精细导线,甚至有的工艺可以做到12μm宽的导线。该技术已广泛用于高密度互连印制板(HDI板)的制作工艺中。
 
 
HDI印制板是以导线精细、布线密度高,具有小孔径的过孔(孔径小于0.25mm的盲孔和埋孔)为特征的印制板。现在已大量地应用在中、高端手机等通讯电子产品中,满足2G/2.5G手机 和入门级的3G手机对印制板的“小、薄、密、平”要求。如果用HDI板再结合采用刚挠结技术,可成为降低3G手机厚度的主要途径。HDI印制板已成为当前一段时期内印制板的发展势。
 
 
HDI印制板的制造方法很多,发展也很快。主要有传统的机械法钻微孔和盲孔,再逐次压合法;随着覆树脂铜箔RCC的出现和激光加工更小孔径等技术的发展,又产生了RCC工艺、印刷热固化树脂工艺和感光树脂法等工艺流程。美国电子电路与封装协会根据文献报道过的HDI印制板的结构,试图通过某种次序进行分类和标识,至今已对6种结构进行了标识,简单描述如下:
 
(1)1型结构
 
1型HDI印制板是具有刚性双面或多层芯板的典型结构。它是在刚性芯板的上下两面再增加一个或多个微孔的积层层,增加一个微孔积层层的称为1阶(1+N+1)HDI板,增加二个微孔的积层层称为2阶(2+N+2)HDI板,依次类推有3阶、4阶.......多阶HDI板,积层层上的微孔和通孔同时完成电镀。1型HDI板的结构和盲孔结构示意图(见图1-3)
 
 
 
(2)2型结构
 
  2型HDI印制板是具有电镀通孔的刚性双而或多层芯板的典型结构,芯板上的通孔在进行积层压合前用树脂填充,制造工艺完成后这些孔成为盲孔(或半盲孔),在芯板的一面或两面制作电镀积层的微孔(盲孔)。
 
 
(3)3型结构
 
3型 HDI印制板的典型结构是在具有盲孔的刚性多层芯板的一面有一层或多层微孔的积层,在另一面有两层或更多层积层层,并有镀覆的导通孔贯穿全板实现层间连接,其结构(图1-5)
 
 
(4)4型结构
 
4型HDI板的典型结构是具有刚性绝缘层和金属芯的芯板,在芯板的每一面上有一层或
 
更多层的积层层,有导通孔贯穿连接PCB的两面。(见图1-6)金属芯板可以调节印制板的
 
散热效果,有利于大功率器件的高密度组装。
 
 
(5)5型结构
 
5 型HDI板典型结构是具有用导电油墨或电镀塞孔,采用逐次压合形成有垂直方向连接的互连结构。根据盲孔叠合的数量和塞孔的材料及方法不同有多种形式。对于树脂塞孔必须先进行电镀再塞孔,经研磨、孔面隔离电镀,然后再压合另一层,但此法对于较小孔径的盲孔进行树脂塞孔时,难以将孔内气泡排除干净,使连接的可靠性下降。而电镀塞孔法流程简单、可靠性高,是比较理想的填孔方法,目前采用较多,可以制作出多阶盲孔的HDI板。结构示意图(见图1-7).
 
 
  5型 HDI板制作工艺流程:
 
 
(6) 6型结构
 
6型HDI板典型结构是利用整块铜箔上电镀立柱或模版漏印导电聚合物,叠加粘结片、铜箔,在层压过程中刺穿薄的绝缘材料形成垂直互连,然后在导电凸点上成像、蚀刻并进行图形电镀形成新的凸点后再层压,如此反复形成多阶的HDI互连结构的板(见图1-8).该结构的制造方法又称为B2it法。
 
 
 
此外还有感光树脂积层多层板、转移法积层多层板等,虽然方法不同,但是最终制作出的HDI板的结构类同于上述某一结构,所以不再一一介绍。
 
 
HDI板是现代印制板的高端产品,由于通孔的直径小,占用的空间小,提高了布线密度,导线层与层之间介质层薄,使导线中的信号传输路径短、速度快,非常有利于高频高速信号的传输;HDI板能提供很薄的板厚度,并有多层布线的多层印制板,是需要轻、薄、小而可靠性高的现代通讯设备不可缺少的重要基础零部件,目前主要应用在手机和现代移动通讯设备上。HDI板积层层的间距和导线间距小,层间、线间的耐电压较普通印制板低,通孔和盲(或埋)孔的孔径小、孔内镀层较薄一般为12~15μm,所以对于工作电流和电压较高的印制板还是采用普通的多层板更可靠一些。
 
HDI板的制造技术集中了许多现代科学的技术成果,如:激光成像、激光钻孔、高精度数控钻床、高精度平行光曝光、自动光学检测(AOI)、水平脉冲电镀技术以及感光性树脂、RCC铜箔等高技术设备和材料等。