1.6 印制电路板制造工艺

PCB概述

印刷电路板（PCB）包括刚性PCB、挠性PCB及刚-挠结合的单面、双面和多层PCB，如图1-20所示。

PCB为电子产品最重要的基础部件，用作电子元器件互连与安装的基板，如图1-21所示。

不同类别的PCB，其制造工艺不尽相同（如电镀、蚀刻、阻焊等工艺方法都要用到），但基本的原理与方法基本一样。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。

本节内容，我们将简单介绍传统刚性多层PCB和HDI（高密度互连）PCB的制造方法、流程和基本工艺能力。

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制造流程框图如图1-22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1-23～图1-26所示。

阶段一：内层板制作工艺方法与流程如图1-23所示。

内层板制作相对简单，就是通过减成法制作内层图形。由于线路图形是一次形成的，线宽/线距更容易控制，可以做到比外层线路更细的线宽与线距。

阶段二：叠层/层压工艺方法与流程如图1-24所示。

叠层/层压工艺，流程看似简单，却是多层板制作的核心流程，它决定了多层板的层间图形对位精度，也决定了PCB设计的最小反焊盘环宽等尺寸。

阶段三：钻孔/电镀/外层线路制作工艺方法与流程如图1-25所示。

钻孔/电镀/外层线路制作工艺，是完成PCB内外层线路互连的工艺过程，对互连的可靠性有很大影响。

阶段四：阻焊/表面处理工艺方法与流程如图1-26所示。

2.工艺能力

刚性多层PCB的工艺能力主要源于厂家，包括一般指标、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（1oz≈28.35g，1oz/ft ² 的铜箔厚约为35μm）。

（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。

（8）最小孔环宽度：0.125mm。

（9）最小阻焊间隙/宽度：0.75mm/0.75mm。

（10）最小字符线宽：0.15mm。

（11）外形公差：±0.10mm（与尺寸有关）。

高密度互连PCB（HDI板）

随着0.8mm及其以下引线中心距BGA、BTC类电子器件的使用，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，因此开发了高密度互连PCB（HDI板）电路板制造技术。

所谓HDI板，一般指线宽（线距）≤0.10mm、微导通孔径≤0.15mm的PCB。

在传统的多层板工艺中，所有层是一次性压合在一起的，采用贯通的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（Build-up Process，BUP；Build-up Mutiplayer，BUM）。根据微埋/盲孔的导通的方法来分，还可以进一步细分为电镀孔积层工艺和应用导电胶积层工艺（如ALIVH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1-27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1-28所示。

高密度互连PCB（HDI板）（2）

1）工艺流程

电镀孔积层工艺核心流程如图1-29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”，设计者可参考有关标准，如IPC-2226A（高密度互连（HDI）印制板设计规范）、IPC-2315（高密度互连（HDI）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1-30）。

微盲孔孔径（ B ）：≥0.10mm，一般取0.125mm；

微盲孔孔盘直径（ A ）：≥0.30mm；

微盲孔底盘直径（ C ）：≥0.30mm。

3.ALIVH工艺

ALIVH工艺为松下公司（Matsushita）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），任意层间互连全由埋孔/盲孔来实现。该工艺的核心是导电胶填孔。

ALIVH工艺特点：

（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，省去了电镀线；各层线路可以并行制作，一次压合，具有交期方面的优势。

（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，并用导电胶填充导通孔。

ALIVH工艺流程如图1-31所示。

4.B ² IT工艺

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

B ² IT工艺流程如图1-32所示，红色框为核心工艺。

5.说明

（1）对于任意层，目前已能做到16层；缺点是层多后增加了爆板的风险。

（2）任意层芯板上设置埋孔，其余层可设计为全电镀填孔叠加。

（3）激光直接钻孔（LDD），孔形好，工序少，但对铜（Cu）厚度有限制，一般应不大于8μm。LDD前，铜面需要棕化，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+C+2，内层芯板上的通孔（HDI板的埋孔）孔盘环宽应大些；因为芯板大多为多层板结构，多层板的压合要考虑层间对位的问题，而不像积层部分，是逐层对位的，如图1-33所示。

（5）电镀填空常见的不良情况为空洞，如图1-34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。

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最小铜（Cu）厚度：17μm。

这样，10层HDI板最小厚度大约为：

10（层）×17（Cu）+8（层）×33（PP）+1（层）×35（Core）+40（阻焊）=509μm。

需要说明的是，这个计算值是压合后的一个最大值，没有考虑线路蚀刻带来的半固化片流胶填充而减薄的影响。 w5a95rVwirhaDWOMtFble8XVyjJJe6v7EIJKtcFioc2leeIhTG9FW+8s9nU3gTvA