下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
1.多层印制板（MLB）的构成及其分类
常规MLB的制造方法，是通过单面或双面印制电路板和半固化片，按工艺顺序叠放，经过加热加压将多层制成单块印制电路板。
根据MLB应用范围的不同，通常可分为两大类别：
① 作为电子整机的基础零部件，用于安装电子元器件并作为互连的基板和平台。
② 用于各类芯片和IC芯片的载板。
2.常用的多层印制板（MLB）在制造和结构上的特点
多层印制电路板（MLB）釆用金属化孔工艺，所使用的绝缘材料基板主要是以有机树脂为主体的覆铜层压板。基板表面与内部布线通过金属化孔实现立体电气连接，基板表面的导体图形是搭载的各种电子元器件，它们是发挥电路功能的重要支柱。
3.多层印制板（MLB）制造工艺特征
MLB制造技术的发展速度非常快速，“轻、薄、短、小”的新型元器件的大量应用，驱动了多层板制造技术向高密度、精细化等方向发展，具体体现在如下方面。
（1）高密度化
MLB高密度化就意味着釆用高精细导线技术、微小孔径技术和窄环宽或无环宽等技术，使印制板的组装密度大大提高。
（2）高密度导线技术
高密度互连结构的积层多层板，所釆用电路图形需要的高精细导线的线宽与线距介于0.05～0.15 mm之间。
（3）微小孔径化技术
按常规制造的MLB不但孔径小，而且板厚与孔径的比扩大至10：1甚至更高，这会给孔化和电镀处理带来极大的挑战。
（4）缩小孔环宽尺寸
孔周围环宽尺寸的缩小，可增加布线空间，因而进一步提高了MLB的电路图形密度。
（5）薄型多层化技术
薄型多层板技术完全适应元器件“轻、薄、短、小”和高密度化的技术要求。目前生产的薄型MLB四层板总厚只有0.30～0.40 mm，六层板厚度为0.60 mm，20层板只有2.0 mm左右。
（6）多层板结构的多样化
如金属芯层压板，具有盲孔、埋孔等各种多层板、预先嵌埋阻容元件的MLB。
（7）埋、盲和通孔组合相结合的MLB制造技术
MLB结构复杂，需要采用大量电气互连技术来实现，因而可提高布线密度达50%。
1.高密度、细引线、窄间距、多层化
这是由PCB上所要安装的是各类SCM、MCM和LSI、ⅤLSI或ASIC芯片所决定的。原来的标准插装元器件的引脚间距为2.54 mm或1.27 mm，相应的引线宽及间距为0.2 mm以上。发展到SMT后，元器件的中心引脚间距经历了1.27 mm→0.762 mm→0.635 mm→0.508 mm→0381 mm→0.305 mm。相应的引线宽度及间距也经历了0.23 mm→0.18 mm→0.15 mm→0.08 mm。随着元器件的集成度及组装密度的不断提高，PCB必然向多层化发展才能满足要求，所以现代大型计算机所使用的PCB已大于20层，有的已高达70层。如果说细线化、窄间距化可实现PCB的x-y平面的高密度，那么多层化则进一步实现了z方向或空间的高密度。
2.小孔径及盲孔
原来PCB插装时只用于插装、固定元器件的通孔，在SMT的PCB上则主要用于实现多层间的电路贯通连接，随着元器件安装密度的不断提高，细线宽、窄间距的引线上下相互连接必然要求金属化孔径也要越来越小，这为PCB提供了更多的布线空间。PCB的通孔一般为φ0.6～0.3 mm，并逐渐向φ0.3～0.1 mm的方向发展。由于PCB的层数增加，其层间要设置大量的过导孔和盲孔。层间过导孔与普通贯通孔不同，它具有在同一交叉点上，不同的层间可设置较多的中继孔，即在同一网格点上设置多重孔的优点，如图4.4所示。而使用盲孔就可充分利用PCB的有效面积，即在盲孔上设置表面安装元器件的焊区（见图4.5），无疑，会进一步提高PCB的组装密度。
图4.4 通孔与层间过导孔
图4.5 PCB的盲孔和埋孔
3.改善了电气性能
由于多层化及多层布线、过孔互连，大大缩短了总的走线长度，这就减少了信号的延迟时间，从而减少了信号的噪声，提高了高频工作的性能；由于电源布置均匀，电源阻抗降低，也就减少了电源噪声，有利于稳定地工作；由于平行布线减少，地线又设置在内层，也减少了串绕噪声。这些都有利于提高传输特性，改善电气性能。
4.提高了PCB基板的平整度和光洁度
一般PCB的平整度、光洁度较差，造成基板的凹凸或扭曲缺陷，板面的翘曲度在0.8%～1.0%，使安装的元器件会产生较大的应力，甚至导致SMC/SMD产生焊点裂纹，严重时会引起电路失效；而MLB的表面平整、光洁度好，翘曲度小于0.3%，这就比一般PCB的凹凸、翘曲缺陷大为降低，减少了安装SMC/SMD的应力，从而提高SMC/SMD的焊接连接强度。
5.MLB基板尺寸稳定性更高
PCB上下两面都要安装各种不同种类、不同尺寸及不同功率密度的SMD，特别是大尺寸或高功率密度的SMD，如QFP、BGA、MCM等，要求PCB的热膨胀系数（CTE）应与这些SMD相匹配，而通常的FR-4 PCB基板就难于满足要求。取而代之的是CTE较小的覆铜箔聚酰亚胺玻璃布层板等PCB，具有很好的尺寸稳定性（x-y面热胀小），如表4.1所示。
表4.1 不同安装要求的PCB的主要参数
各种 PCB 基板都以有机高分子聚合物如环氧树脂、聚酰亚胺作为黏接剂，以玻璃纤维布或金属丝网夹层等作为增强材料，表面再敷以电解铜箔，经加热层压而成。不同材料、成分的组合具有不同的机械性能、电性能和热性能等，而尤以制成PCB的CTE、玻璃转化温度T g 、热导率λ、介电常数ε、介质损耗tgδ最为重要。
1.基板材料的CTE、T g 对高密度安装的机械性能的影响
PCB的CTE应与所安装的电子元器件的CTE相匹配，否则会因为二者的CTE相差太大而引起元器件的断裂或焊点的过早热疲劳失效。聚合物树脂玻璃转化温度 T g 与其自身的CTE和制成PCB的CTE密切相关，一般来说，树脂的T g 高，固化后的CTE则小，这就决定了PCB的CTE也小，（x-y面及厚度的z方向热膨胀小），反之亦然。特别是敷铜PCB的工作温度超过T g 时，PCB在z方向的CTE会急剧上升，且随着含树脂量的增加而增加。这时处在T g 附近工作的PCB会产生很大的内应力，在受到剧烈的热冲击，如焊接的热冲击时向z向膨胀，容易造成PCB内的金属化孔断裂，导致电路失效，使整板和焊接的SMD一同报废。因此，当选用PCB时，应尽量选择T g 高些的基板。不同的树脂用不同的增强材料组合后层压的PCB的T g 和CTE也会各不相同。
2.基板T g 对PCB覆铜箔抗剥离强度的影响
PCB覆铜层压板的Cu箔抗剥离强度与层压板的T g 成递增函数关系，T g 越高，Cu箔的抗剥离强度也高，这对长期工作在高温下的PCB更显重要。表4.2给出了不同树脂层压板的T g 与Cu箔抗剥离强度的关系。可以看岀，聚酰亚胺（PI）/玻璃纤维PCB的Cu箔抗剥离强度在高温下大大高于普通环氧树脂／玻璃纤维PCB在同样高温下的Cu箔抗剥离强度，而且其稳定性前者变化不大，而后者则随温度增加而大为降低。
表4.2 不同树脂层压板的T g 与Cu箔抗剥强度的关系
3.基板导热系数（ λ ）对电子产品可靠性的影响
由于PCB基板的安装密度高，有效散热面积减小，若聚集的热量不能快速耗散掉，势必使PCB基板的温度升高，故而将严重影响电子设备的可靠性。因而对高密度组装和安装大功率器件的基板热设计就更显得特别重要。
拫据热传导的基本定律，物体在单位时间内由热传导所传递的热量Q，与高温-低温端的温差△T及垂直于传热方向的截面积S成正比，而与传热路径的长度成比，即：
式中，λ为传热体的导热系数（W/m·k）；ΔT为温差（k）；S为面积（m 2 ）；L为长度（m）。
由式（4.1）可知，在温差传热路径及传热面积都一定的情况下，物体传热的效果主要决定于导热系数λ，而λ是由材料的性质决定的。表 4.3 列出了几种常用的 PCB 基板材料在25℃时的λ值及相应的CTE对比。从中可看出Cu-因瓦合金-Cu/玻璃纤维/聚酰氩胺（PI）基板的传热效果不但大大优于FR-4基板，也比Al203高得多。它能有效地降低热阻，能明显改善高密度组装及高功耗器件电子装备的散热性能。
表4.3 几种PCB基板的λ和CTE的比较
4.基板材料的介电常数 ε 、介质损耗tg δ 对高密度安装电气性能的影响
PCB基板布线的高密度化及信号传输的高频、高速化，要求PCB基板不但要有优异的机械物理特性，而且还应具备优异的电气绝缘性能，特别是高频下的电气绝缘特性。
在绝缘介质中的导体上高速传输信号时，若绝缘介质的介电常数ε太大，则信号的传输速度将会减慢，同时发生信号失真和干扰。在高频电路中使用偏大的介质损耗（tgδ）基板时，就会引起基板发热，形成高频损耗，导致不能有效地传输信号。
介电常数ε除与基板材料的介质特性相关外，还与增强材料的含量、工作温度及电路的工作频率有关。增强材料含量越高，ε越大，基板材料的工作温度越高，特别是当接近或超过Tg时，由于树脂链发生蠕动，载流子数量增加，流量加快，ε也显著增大；随着基板材料工作频率的增加，ε也增大。
由此可见介电常数ε是高速、高频电路用PCB的重要特性参数，当电路的工作频率大于1 GHz时，PCB的ε应小于2.5。同时，要求PCB的介电损耗（tgδ）应尽可能小，通常要求tgδ小于0.02。
1.布线应遵循的原则
为了减少或避免多层迭层布线的层间干扰，特别是高频应用下的层间干扰，两层间的走线应相互垂直；设置的电源层应布置在内层，它和接地层应与上下各层的信号层相近并尽可能均匀分配，这样既可防止外界对电源的扰动，也避免了因电源线走线过长而严重干扰信号的传输。根据这些基本原则形成的PCB多层基板的结构及布线走向，如图4.6所示。
图4.6 PCB多层基板结构及布线向
2.内层迭层设计原则
从图4.6可看出，任何多层板的电源和接地层是最基本的单元，与它们上下的敷铜板（不腐蚀出布线图形）层压就构成了最基本的四层板，然后每组四层板的上下两层，根据具体电路制作出两层信号层，这样每四层一组再迭加层压起来，就可方便地制作成任意层的PCB多层基板。事实上，国际上正是以4层板的层压方式生产内层图形（电源层及地线层）为定型设计的敷铜板，从而达到了标准化、成批量、高质量、低价格的要求。
3.高密度安装M LB基板厚度不断薄形和超薄型化
由于电子整机不断追求轻、薄、小型化，特别是个人计算机、移动电话、智能手机等应用越来越广泛，都促使了PCB基板向薄型、超薄型多层板方向发展。薄型、超薄型PCB多层板一般为4～20层，厚度在0.3～2.0 mm之间，所有的内层厚度可薄到002～005 mm，最厚为0.127 mm。这类PCB基板都是与细宽度、窄间距、微小孔径、埋孔、盲孔等紧密结合的，使其加工制作具有许多特殊性。