[PCB设计实战课程]第二节：PCB工艺知识基础视频课程

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课程内容

• 一、印制电路板的发展
• 二、刚性多层印制板生产工艺
• 三、高密互连积层多层板
• 四、挠性印制板
• 五、印制板工艺要求
• 六、PCB设计对印制板工艺的影响
• 七、常见PCB工程询问

一、印制电路板的发展

●诞生期
印制板诞生期是在绝缘板表面添加导电性材料形成导体图形，称为“加成法工艺”。使用这类生
产专利的印制板曾在1936年底时应用于无线电接收机中。 日本业界最早
发现“印制板”这一技术是在1948年。
●试产期
1953年起日本的通信设备业对PCB开始重视，当时采用的制造方法是使用覆铜箔纸基酚醛树脂层
压板(PP基材），用化学药品溶解除去不需要的铜箔，留下的铜箔成为电路，称为“减成法工艺”。
1958年日本出版了书名为“印制电路”的最早的有关PCB启蒙书藉。
●实用期
1955年，日本开发出“覆铜箔玻璃布环氧树脂层压板（又称GE）”基材新材料，1965年起日本
有好几家材料制造商开始批量生产GE基板，工业用电子设备用GE基板，民用电子设备用PP基板，
已成为常识。
●跃进期
1970年，开始采用电镀贯通孔实现PCB的层间互连。这个时期的PCB从4层向6、8、10、20、40
层发展，同时实行高密度化（细线、小孔、薄板化），线路宽度与间距从0.5mm向0.35、0.2、
0.1mm发展，PCB单位面积上布线密度大幅提高。PCB上元件安装方式开始了革命性变化，原来
的插入式安装技术（TMT）改变为表面安装技术(SMT）。
●迈向21世纪的助跑期
1990年，日本IBM公司开发了表面积层电路技术，新一代的印制板是具有盲埋孔、孔径为
0.15mm一下、线宽线距在0.1mm以下的高密度积层式薄型多层板。

二、刚性多层印制板生产工艺

1、加工工艺流程

二、刚性多层印制板生产工艺

（1）.覆铜基板（Copper Coated Laminate)

（2）.切板

（3）.内层图形转移—贴膜

（3）.内层图形转移—曝光

内层图形转移—显影

内层图形转移—蚀刻

内层图形转移—去膜

（4）.层压—叠板

层压—压合

（5）.机械钻孔

（6）.PTH（Plate Through Hole)

（7）.外层图形转移—贴膜

（7）.外层图形转移

曝光

显影

（8）.图形电镀—镀铜+镀锡

（9）.外层蚀刻—去膜

外层蚀刻—蚀刻

外层蚀刻—剥锡

（10）.感光阻焊

（11）.表面处理

（12）.印字符

（13）.外形加工

• 通断测试
• 最后检查
• 包 装
• 出 货

三、高密互连积层多层板

随着半导体芯片的高集成化，高密度安装技术的飞速进步，给PCB行业提出了新的课题。
美国在1997年提出了“High Density Interconnecting”的概念，意为“高密度互连”，
简称HDI板。与日本人习惯称之为“Build-up Multilayer”（积层多层板，简称BUM）
的含义相同。
积层多层板的基本特征：
1、微孔（包括盲、埋孔）的孔径≤φ0.1mm（4mil）;孔环直径≤φ0.25mm（10mil);
2、线宽/线间距≤75μm（3mil）;
3、非机械钻孔；
积层多层板是在普通的双面或多层印制板完成后再用RCC材料或铜箔加介质层层压的方
法加上一层或一层以上的积层之后形成的多层印制板。利用积层法形成的印制板由于上
下层导线图形间的微孔密度远远高于

1+4+1的积层板：

1+1+4+1+1的积层板：

RCC：Resin Coated Copper，“附树脂铜皮”或“树脂涂布铜皮”。

四、挠性印制板

FPC：柔性电路板 ，简称软板

五、印制板工艺要求

1、层叠结构

2、板材

材料通常按IPC-4101的要求购买。对于刚性印制板，一般推荐使用FR4覆铜箔环氧
玻璃布层压板，采用无铅工艺焊接时应需要选择兼容无铅的FR4或FR5板。
品牌型号：生益S1000-2、S1180、S1170；TUC TU-722-7

a. Tg值
树脂的玻璃化转变温度 。是指聚合物材料从坚硬状态转成柔软状态的温度。
b. Z-CTE
Z轴热膨胀系数。指的是在高于或者低于玻璃化温度时产生的材料膨胀的总量，一
般用温度变化摄氏度时PPM来表示。Z轴膨胀会影响电镀孔的可靠性。Z轴膨胀较小
的材料是比较理想的材料。
c. Td
材料分解温度 。通常是指树脂质量损失、分解达到最初质量的5%，从而造成层压
失效（分层）的温度。材料分解温度越高的材料越好。
d. T260和T288
分层时间。是指材料在分层之前在某一温度下（T260=260℃、T288=288℃）没
出现分层所能够承受的最长时间。
e. PP片
半固化片，又叫粘结片。

3、铜箔

印制板的铜箔厚度选择主要是依据印制板要通过的最大电流来决定，在PCB设计加
工中，常用OZ（盎司）作为铜皮厚度的单位，1 OZ铜厚的定义为1 平方英尺面积内
铜箔的重量为一盎司，对应的物理厚度为35um（1.378mil）；2OZ铜厚为70um。
阻焊油墨，是在印制板上覆盖一层永久性保护层，具有防止导线刮伤和导线、焊盘
间短路的作用，同时还具有抗潮湿、抗化学药品、耐热、绝缘以及美观的作用。
我们通常要求的1OZ或者2OZ铜厚，是指电镀后的完成铜厚。即在基铜的基础上，
电镀上一层铜之后的总厚度。

4、绿油

阻焊油墨，是在印制板上覆盖一层永久性保护层，具有防止导线刮伤和导线、焊盘
间短路的作用，同时还具有抗潮湿、抗化学药品、耐热、绝缘以及美观的作用。
我们通常要求的1OZ或者2OZ铜厚，是指电镀后的完成铜厚。即在基铜的基础上，
电镀上一层铜之后的总厚度。
3、铜箔
4、绿油
绿油品牌型号：太阳PSR-4000，绿色。
绿油厚度：>0.4mil 。

5、表面处理工艺

①锡铅热风整平
从熔融Sn/Pb焊料中出来的PCB经热风（230℃）吹平的方法。
缺点：
a.铅锡表面张力较大，容易形成龟背现象。
b.焊盘表面不平整，不利于SMT焊接。
②化学镀Ni/Au
是指PCB焊盘上化学镀Ni(厚度≥3um)后再镀上一层0.05-0.15um薄金，或镀上一层
厚金(0.3-0.5um)。由于化学镀层均匀，共面性好，并可提供多次焊接性能，因此具
有推广应用的趋势。其中镀薄金（0.05-0.1um）是为了保护Ni的可焊性，而镀厚金
（0.3-0.5um）是为了线焊(wire bonding)工艺需要。
③电镀Ni/Au
镀层结构基本同化学Ni/Au，因采用电镀的方式，镀层的均匀性要差一些。
有BGA器件的PCB必须采用镀金工艺，不可采用锡铅热风整平！

④有机助焊保护膜（OSP）
Organic solderability preservative，是将裸铜印制板浸入一种水溶液中，通过化学
反应在铜表面形成一层厚度0.2~0.5μm的憎水性有机保护膜，这层膜能保持铜铜表面
避免氧化，有助焊功能，对各种焊剂兼容并能承受三次以上热冲击
优点：
1、表面均匀平坦，适于SMT装焊。
2、水溶液操作，温度在80℃以下，不会造成基板翘曲。
3、生产成本低。
缺点：
1、所形成的保护膜极薄，易于划伤（或擦伤），贮藏和运输过程中必须要精心操作。
2、透明和非金属的OSP层厚度不容易测量。
3、保存时间较短。

④有机助焊保护膜（OSP）
Organic solderability preservative，是将裸铜印制板浸入一种水溶液中，通过化学
反应在铜表面形成一层厚度0.2~0.5μm的憎水性有机保护膜，这层膜能保持铜铜表面
避免氧化，有助焊功能，对各种焊剂兼容并能承受三次以上热冲击
优点：
1、表面均匀平坦，适于SMT装焊。
2、水溶液操作，温度在80℃以下，不会造成基板翘曲。
3、生产成本低。
缺点：
1、所形成的保护膜极薄，易于划伤（或擦伤），贮藏和运输过程中必须要精心操作。
2、透明和非金属的OSP层厚度不容易测量。
3、保存时间较短。

六、PCB设计对印制板工艺的影响

1、印制板的翘曲
●a、相邻层走线宜相互垂直，尽量避免相互平行走线，以便使热膨胀平衡。
① 从PCB设计的角度考虑
●b、元器件尽量均匀布局，避免重量失衡。
●c、铺铜区域均衡分布，避免层压后厚度不均匀。
●d、外层铺铜采用网格状铺铜，以减小实心铜皮表面张力。

② 从印制板加工的角度考虑
●b、芯板在进行图形制作前的烘烤处理。
●c、层压过程中造成的翘曲。
●d、印制板上线路不均匀，造成层压厚度不均或者层间断裂。

③ 从PCBA装焊的角度考虑
●b、调整对PCB产生较大热冲击的波峰焊和回流焊温度曲线。对预热、冷却阶段的温度变化斜率
严加控制，以减少多层板内各种材料热膨胀系数不同引起的翘曲。
●c、适当使用夹具对待装焊的印制板进行固定。

2、油墨涂覆

七、常见PCB工程询问

1、Ф12mil的PTH孔双面无开窗,是否照做?
●这类小的过孔，如果不盖阻焊油，在喷锡后会造成孔内藏锡珠的品质风险。
2、板子上无合适的NP孔做外形管位，建议对角空白加2个125mil的NP孔做外形管位孔?
●外形管位，即我们通常说的工艺孔。板子上未添加NP孔的情况下，也可采用PTH孔做管位，但
是 会有孔壁擦花的风险。
3、内层线路菲林孤立,各层布线密度不超过30%,请允许增加平衡铜点,距其他图形按50mil,
否则板件容易出现层压后翘曲。且存在装配后翘曲风险,且部分区域板厚会比其他有铜区
略薄,请同意?
●线路空白处增加平衡铜点，会有效改善印制板翘曲，同时也会引入一些未知的EMC问题。
4、外层线路孤立,定位点允许加保护环,环盖绿油?
●MARK点较孤立时，在蚀刻过程中容易脱落。
5、外层基铜1OZ，不控制完成铜厚?
●我们要求的“铜箔厚1OZ”，指的是完成铜厚，并非基铜厚度。