1.5 印制电路板制造工艺

PCB概述

PCB，即Printed Circuit Board的缩写，译为印制电路板，它包括刚性、挠性和刚-挠结合的单面、双面和多层印制板，如图1-18所示。

PCB为电子产品最重要的基础部件，用作电子元器件的互连与安装基板，如图1-19所示。

不同类别的PCB，其制造工艺也不尽相同，但基本原理与方法却大致一样，如电镀、蚀刻、阻焊等工艺方法都要用到。在所有种类的PCB中，刚性多层PCB应用最广，其制造工艺方法与流程最具代表性，也是其他类别PCB制造工艺的基础。

了解PCB的制造工艺方法与流程，掌握基本的PCB制造工艺能力，是做好PCB可制造性设计的基础。

本节将简单介绍传统刚性多层PCB和高密度互连PCB的制造方法与流程及其基本工艺能力。

刚性多层PCB

刚性多层PCB是目前绝大部分电子产品使用的PCB，其制造工艺具有一定的代表性，也是HDI板、挠性板、刚-挠结合板的工艺基础。

1）工艺流程

刚性多层PCB制造流程如图1-20所示，可以简单分为内层板制造、叠层/层压、钻孔/电镀/外层线路制作、阻焊/表面处理四个阶段，详细如图1-21～图1-24所示。

阶段一：内层板制作工艺方法与流程如图1-21所示。

阶段二：叠层/层压工艺方法与流程如图1-22所示。

阶段三：钻孔/电镀/外层线路制作工艺方法与流程如图1-23所示。

阶段四：阻焊/表面处理工艺方法与流程如图1-24所示。

2）工艺能力

刚性多层板的工艺能力源于厂家，包括一般加工能力与加工精度。

（1）最大层数：40。

（2）PCB尺寸：584mm×1041mm。

（3）最大铜厚：外层4OZ，内层4OZ。

（4）最小铜厚：外层1/2OZ，内层1/3OZ。

（5）最小线宽/线距：0.10mm/0.10mm。

（6）最小钻孔孔径：0.25mm。

（7）最小金属化孔孔径：0.20mm。

（7）最小孔环宽度：0.125mm。

（8）最小阻焊间隙与宽度：0.75mm/0.75mm。

（9）最小字符线宽：0.15mm。

（10）外形公差：±0.10mm（与尺寸有关）。

HDI板

随着0.8mm及其以下引线中心距BGA、BTC类元器件的使用，传统的层压印制电路制造工艺已经不能适应微细间距元器件的应用需要，从而开发了高密度互连（HDI）电路板制造技术。

所谓HDI板，一般是指线宽/线距小于等于0.10mm、微导通孔径小于等于0.15mm的PCB。

在传统的多层板工艺中，所有层一次性堆叠成一块PCB，采用贯通导通孔进行层间连接，而在HDI板工艺中，导体层与绝缘层是逐层积层，导体间是通过微埋/盲孔进行连接的。因而，一般把HDI板工艺称为积层工艺（BUP，Build-up Process或BUM，Build-up Mutiplayer）。根据微埋/盲孔的加工工艺来分，还可以进一步细分为电镀孔积层工艺和应用导电膏积层工艺（如ALIVH工艺和B ² IT工艺）。

1.HDI板的结构

HDI板的典型结构是“N+C+N”，其中“N”表示积层层数，“C”表示芯板，如图1-25所示。随着互连密度的提高，全积层结构（也称任意层互连）也开始使用。

2.电镀孔工艺

在HDI板的工艺中，电镀孔工艺是主流的一种，几乎占HDI板市场的95%以上。它本身也在不断发展中，从早期的传统孔电镀到填孔电镀，HDI板的设计自由度得到很大提高，如图1-26所示。

1）工艺流程

电镀孔积层工艺核心流程如图1-27所示。

2）工艺能力

电镀孔积层板的设计，主要考虑积层的层数以及埋孔、微盲孔的结构和微盲孔的尺寸。设计要求比较多，在此不详细说明，仅举例说明。

（1）微盲孔的结构至少有12种，比如“二阶微孔+次外层机械埋孔”，设计时请参考有关标准，如IPC-2226（高密度互连印制板设计规范）、IPC-2315（高密度互连与微导通孔设计导则）等。

（2）积层介质厚度（h）：40～80μm（决定了微盲孔的直径）。

（3）微盲孔尺寸（见图1-28）。

微盲孔孔径（B）：≥0.10mm，一般取0.125mm。

微盲孔孔盘直径（A）：≥0.30mm。

微盲孔捕获盘直径（C）：≥0.30mm。

3.ALIVH工艺

此工艺为松下公司开发的全积层结构的多层PCB制造工艺，是一种应用导电胶的积层工艺，称为任意层填隙式导通互连技术（Any Layer Interstitial Via Hole，ALIVH），它意味着积层的任意层间互连全由埋/盲导通孔来实现。工艺的核心是导电胶填孔。

ALIVH工艺的特点如下：

（1）是一种非常环保和高效率的工艺，线路制作全部采用减成法，省去了电镀生产线；各层线路可以并行制作，一次压合，具有交期短的优势。

（2）使用无纺芳酰胺纤维环氧树脂半固化片为基材。

（3）采用CO ₂ 激光形成导通孔，并用导电膏填充导通孔。

ALIVH工艺流程如图1-29所示。

4.B ² IT工艺

此工艺为东芝公司开发的积层多层板制造工艺，称为埋入凸块互连技术（Buried Bump Interconnection Techonology，B ² IT）。该工艺的核心是应用导电膏制成的凸块。

B ² IT工艺流程如图1-30所示。

5.说明

（1）HDI工艺目前（2015年）已能做到16层。主要的限制是层多后增加了爆板的风险。

（2）任意层芯板上为埋孔，其余层可设计为全电镀填孔叠加。

（3）采用激光直接钻孔（LDD），孔形好，工序少，但对Cu厚有限制，一般应小于等于8μm。LDD前，Cu面需要棕化，以便激光能量吸收，LDD后再把棕化层去掉。

（4）对于非任意层板，比如“2+N+2”结构，内层微埋孔孔盘环宽应大些，因为积层部分对位必须服从通孔的对位，如图1-31所示。层间对位是PCB制作的核心能力。

（5）电镀填孔常见的不良为空洞，如图1-32所示。

（6）传统的电镀填孔工艺比ALIVH工艺制作的积层结合力要好。因此，一般将ALIVH技术用于制作内层，而仍然采用传统工艺制作表层与次表层。

（7）HDI最小板厚取决于叠层厚度，具体如下。

①最小芯板（Core）厚度：50μm，其中介质厚度为35μm。

② 最小半固化片（PP）厚度：33μm。

③最小Cu厚：17μm。

这样，10层HDI板最小厚度只能做到10（层）×17μm（Cu）+8（层）×33μm（PP）+1（层）×35μm（Core）+40μm（阻焊）=603μm qMjwcGNl82WDGs/e9IhZvxlG2vM5pEGk06tmwz5aimBtKq4jp9W5nuVAKBNz7hjs