包含凸版印刷工藝原理的詞條

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幾年來(lái)，印刷電路板（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PCB）市場(chǎng)重點(diǎn)從計算機轉向通信，這兩年更是轉向智能手機、平板電腦類(lèi)移動(dòng)終端。因此，移動(dòng)終端用HDI板是PCB增長(cháng)的主要點(diǎn)，以智能手機為代表的移動(dòng)終端驅使HDI板更高密度更輕薄。

一. 印刷電路板發(fā)展趨勢

（一）細線(xiàn)化

PCB全都向高密度細線(xiàn)化發(fā)展，HDI板尤為突出。在十年前HDI板的定義是線(xiàn)寬/線(xiàn)距是0.1 mm/0.1 mm及以下， 現在行業(yè)內基本做到* 0 μm，先進(jìn)的為* 0 μm。

PCB線(xiàn)路圖形形成，傳統的是銅箔基板上光致成像后化學(xué)蝕刻工藝（減去法）。這種做法工序多、控制難、成本高。當前精細線(xiàn)路制作趨于半加成法或改進(jìn)型半加工法。

導體與絕緣基材的結合力，習慣做法是增加表面粗糙度以增加表面積而提高結合力，如強化去玷污處理粗化樹(shù)脂層表面，用高輪廓銅箔或氧化處理銅面。對于細導線(xiàn)，這種物理方法保證結合力是不行的。于是開(kāi)發(fā)出平滑樹(shù)脂面上化學(xué)鍍銅高結合力銅箔，如有“分子接合技術(shù)”，是對樹(shù)脂基材表面化學(xué)處理形成一種官能基團能與銅層密切結合。

另外還有細線(xiàn)路制作過(guò)程中干膜成像圖形轉移，銅箔的表面處理是成功的關(guān)鍵因素之一。采用表面清洗劑和微蝕刻劑的最佳組合，以提供一個(gè)干凈的表面與有足夠的面積，促進(jìn)干膜的附著(zhù)力。采用化學(xué)清洗去掉銅箔的表面抗變色處理層，以及除去污垢與氧化物，依照銅箔的類(lèi)型選擇適當的化學(xué)清潔劑，其次是微刻蝕銅箔表面。為使成像干膜與銅層、阻焊圖形與細線(xiàn)路結合可靠，也應采取非物理粗化表面的方法。

（二）半加成法積層基材

現在半加成法熱點(diǎn)是采用絕緣介質(zhì)膜積層，從精細線(xiàn)路實(shí)現和制作成本看SAP比MSAP更有利。SAP積層用熱固化樹(shù)脂，由激光鉆孔后電鍍銅形成導通孔和電路圖形。

目前國際上的HDI積層材料以環(huán)氧樹(shù)脂搭配不同固化劑，以添加無(wú)機粉末提高材料剛性及減少CTE，也有使用玻纖布增強剛性。

（三）鍍銅填孔

從可靠性考慮，互連孔都采取電鍍銅填孔技術(shù)，包括盲孔填銅和通孔填銅。

鍍銅填孔的能力表現在填實(shí)性：被銅封閉的孔中是否存在有空洞；平整性：鍍銅孔口存在凹陷（Dimple）程度；厚徑比：板厚（孔深）與孔徑的比例。

（四）倒芯片封裝IC封裝載板技術(shù)

全球半導體封裝中有機基板占到超過(guò)三分之一的市場(chǎng)份額。隨著(zhù)手機和平板電腦產(chǎn)量增長(cháng)， FC-CSP和 FC-PBGA大增。封裝載板由有機基板取代陶瓷基板，封裝載板的節距越來(lái)越小，現在典型的線(xiàn)寬/線(xiàn)距為1* μm。

未來(lái)的發(fā)展趨勢。在BGA和CSP細間距載板會(huì )繼續下去，同時(shí)無(wú)芯板與四層或更多層的載板更多應用，路線(xiàn)圖顯示載板的特征尺寸更小，性能重點(diǎn)要求低介電性、低熱膨脹系數和高耐熱性，在滿(mǎn)足性能目標基礎上追求低成本的基板。

（五）適應高頻高速化需求

電子通信技術(shù)從有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)，從低頻、低速到高頻、高速?，F在的手機性能已進(jìn)入* G并將邁向* G，就是有更快傳輸速度、更大傳輸容量。全球云計算時(shí)代到來(lái)使數據流量成倍增加，通訊設備高頻高速化是必然趨勢。PCB為適合高頻、高速傳輸的需要，除了電路設計方面減少信號干擾與損耗，保持信號完整性，以及PCB制造保持符合設計要求外，重要的是有高性能基材。

為解決PCB增加速度和信號完整性，主要是針對電信號損失屬性?；倪x擇的關(guān)鍵因素介電常數（Dk）與介質(zhì)損耗（Df ），當Dk低于* 與Df 0.010以下為中Dk/Df級層壓板，當Dk低于* .7與Df 0.00* 以下為低Dk/Df級層壓板。

高速PCB中導體銅的表面粗糙度（輪廓）也是影響信號傳輸損耗的一個(gè)重要因素，特別是對10 GHz以上范圍的信號。在10 GHz時(shí)銅箔粗糙度需要低于1 μm，使用超平面銅箔（表面粗糙度0.0* μm）效果更佳。

（六）提高耐熱散熱性

伴隨著(zhù)電子設備小型化、高功能，產(chǎn)生高發(fā)熱，電子設備的熱管理要求不斷增加，選擇的一個(gè)解決方案是發(fā)展導熱性印制電路板。要求PCB有高導熱性和耐熱性，近十年來(lái)一直為此努力。已有高散熱性PCB如平面型厚銅基板PCB、鋁金屬基PCB、鋁金屬芯雙面PCB、銅基平面型PCB、鋁基空腔PCB、埋置金屬塊PCB、可彎曲鋁基PCB等。

采用金屬基板（IMS）或金屬芯印制電路板，起到發(fā)熱組件的散熱作用，比傳統的散熱器、風(fēng)扇冷卻縮小體積與降低成本。目前金屬基板或金屬芯多數是金屬鋁。鋁基電路板的優(yōu)點(diǎn)有簡(jiǎn)易經(jīng)濟、電子連接可靠、導熱和強度高、無(wú)焊接無(wú)鉛環(huán)保等，從消費品到汽車(chē)、軍品和航天都可設計應用。

（七）撓性、剛撓板技術(shù)新趨勢

電子設備的小型化、輕薄化，必然大量使用撓性印制電路板（FPCB或FPC）和剛撓結合印制電路板（R-FPCB）。

隨著(zhù)應用面的擴大，除了數量增加也會(huì )有許多新的性能要求。聚酰亞胺膜有無(wú)色透明、白色、黑色和黃色等不同種類(lèi)，具有高耐熱與低CTE性能，以適合不同場(chǎng)合使用。成本效益佳的聚酯薄膜基板同樣有市場(chǎng)，新的性能挑戰有高彈性、尺寸穩定性、膜表面品質(zhì)，以及薄膜的光電耦合性和耐環(huán)境性等，以滿(mǎn)足最終用戶(hù)不斷變化的要求。

FPCB與剛性HDI板一樣要適應高速度和高頻率信號傳輸要求，撓性基材的介電常數和介電損耗必須關(guān)注，可利用聚四氟乙烯和先進(jìn)的聚酰亞胺基板構成撓性電路。在/聚酰亞胺樹(shù)脂中添加無(wú)機粉末和碳纖維填料，可產(chǎn)生一種三層結構的可撓曲導熱基板。選用無(wú)機填料有氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al 2O* ）和六角形氮化硼（HBN）。

FPCB制造技術(shù)方面，在聚酰亞胺（PI）膜上直接金屬化制造雙面FPCB技術(shù)一直在發(fā)展，有一種分子接合劑水溶液新技術(shù)，并不改變PI膜表面粗糙度而可增加與化學(xué)沉銅層結合強度。采用PI膜進(jìn)行分子接合處理后直接化學(xué)鍍銅，經(jīng)過(guò)半加成法流程制作雙面撓性印制線(xiàn)路板，簡(jiǎn)化工序及有利環(huán)保，對結合力、彎曲性和可靠性等都達到要求 。

還有用印刷自催化電子線(xiàn)路技術(shù)，以成卷式生產(chǎn)（R2R），先在PET膜上印刷涂覆具有自催化性的油墨，然后進(jìn)入化學(xué)鍍銅槽中，由于油墨具有自催化能力在油墨上沉積銅層，形成銅導體圖形，完成PET膜上的金屬細線(xiàn)路制作。

FPCB應用市場(chǎng)如智能手機、可穿戴設備、醫療設備、機器人等，對FPCB性能結構提出新要求，開(kāi)發(fā)出FPCB新產(chǎn)品。如超薄撓性多層板，四層FPCB從常規的0.* mm減薄至約0.2 mm；高速傳輸撓性板，采用低Dk和低Df聚酰亞胺基材，達到* Gbps傳輸速度要求；

大功率撓性板，采用100 μm以上厚導體，以適應高功率大電流電路需要；高散熱金屬基撓性板是局部使用金屬板襯底之R-FPCB；觸覺(jué)感應性撓性板，由壓力傳感膜和電極夾在兩個(gè)聚酰亞胺薄膜之間，組成撓性觸覺(jué)傳感器；可伸縮撓性板或剛撓結合板，其撓性基材為彈性體，金屬導線(xiàn)圖案的形狀改進(jìn)成為可伸縮。

二.印刷電路板技術(shù)

（一）印制電子技術(shù)

印制電子歷史很早，只是近幾年勢頭興盛。印制電子技術(shù)應用于印制電路產(chǎn)業(yè)，是印制電路技術(shù)的一部分。

印制電子不斷發(fā)展可看到商業(yè)應用的前景非常廣闊，現在已有PCB制造商投入印制電子，他們從撓性板開(kāi)始，用印制電子電路（PEC）替代印制電路板（PCB）。印制電子技術(shù)最接近FPCB，目前基材和油墨材料繁多，一旦性能與成本有突破就會(huì )大量應用，降低成本就會(huì )開(kāi)辟更大的市場(chǎng)。

有機吉印通 制電子的混合系統有助于產(chǎn)業(yè)的成長(cháng)。傳統的硅吉印通 制電子組件結合的混合系統，這可能開(kāi)辟了新的PCB產(chǎn)業(yè)。這些混合技術(shù)包括大面積光刻、網(wǎng)版印刷或噴墨打印，及撓性PCB技術(shù)。

印制電子技術(shù)的重要一方面是材料，包括基材和功能性油墨。撓性基材除現有FPCB適用外，也開(kāi)發(fā)更高性能基材，目前有陶瓷和高分子樹(shù)脂混合構成的高介電基板材料，還有高溫基材、低溫基材和無(wú)色透明基材、黃色基材等。

印制電子除使用一些聚合物材料外，還需功能性油墨材料，主要是導電油墨，不斷地向提高導電性、印刷適應性、低成本化發(fā)展，目前可供印制電子產(chǎn)品選擇的導電油墨種類(lèi)已很多了。另外還有壓電、熱電、鐵電材料，在印制電子中組合使用能發(fā)揮多功能性。

印制電子技術(shù)的又一重要方面是印刷工藝與相應的印刷設備，這是傳統印刷技術(shù)的創(chuàng )新發(fā)展。印制電子可以應用不同的印刷方法，如凹版印刷、凸版印刷、網(wǎng)版印刷和噴墨打印。網(wǎng)版印刷已在PCB制造中應用，工藝成熟與成本低，目前是向自動(dòng)化、高精細化發(fā)展。

噴墨打印在PCB制造中應用的范圍在擴大，從標記符號、阻焊劑到抗蝕圖形，進(jìn)一步直接打印導電圖形；同時(shí)噴墨打印向圖形高精細化和快速化發(fā)展。如新的氣溶膠噴射技術(shù)明顯優(yōu)于壓電式噴印，形成導線(xiàn)達到細精與立體化要求，可以在平面或立體構件上直接打印電子電路及元件。

還有噴墨打印同時(shí)采用激光照射瞬時(shí)固化油墨的方法，導電線(xiàn)路厚度與寬度比1.0以上，如線(xiàn)寬10μm，線(xiàn)高也有10μm，實(shí)例有在PI膜上制作線(xiàn)路寬* 0 μm、線(xiàn)厚20 μm的FPCB。

印制電子目前重點(diǎn)應用是低成本的制造射頻識別（RFID）標簽，可以成卷印刷完成。潛在的是印刷顯示器、照明和有機光伏領(lǐng)域?？纱┐骷夹g(shù)市場(chǎng)是當前新興的一個(gè)有利市場(chǎng)。

可穿戴技術(shù)各種產(chǎn)品，如智能服裝和智能運動(dòng)眼鏡，活動(dòng)監視器，睡眠傳感器，智能表，增強逼真的耳機、導航羅盤(pán)等?？纱┐骷夹g(shù)設備少不了撓性電子電路，將帶動(dòng)撓性印制電子電路的發(fā)展。

（二）埋置元件印制電路技術(shù)

埋置元件印制電路板（EDPCB）是實(shí)現高密度電子互連的一種產(chǎn)品，埋置元件技術(shù)在PCB有很大的潛力。埋置元件PCB制造技術(shù)，提高了PCB的功能與價(jià)值，除了在通信產(chǎn)品應用外，也在汽車(chē)、醫療和工業(yè)應用等領(lǐng)域提供了機會(huì )。

EDPCB的發(fā)展，從碳膏制作的印刷電阻和鎳磷合金箔制作的薄膜電阻，以及夾有高介電常數基材構成的平面電容，形成埋置無(wú)源元件印制板，到進(jìn)入埋置IC芯片、埋置貼片元件，形成埋置有源與無(wú)源元件印制板?，F在面對的課題有埋置元件復雜化及EDPCB的薄型化，以及散熱性和熱變形控制、最終檢測技術(shù)等。

元器件埋置技術(shù)現在已在手機等便攜終端設備中應用。EDPCB制造工藝進(jìn)入實(shí)用的有B2it方法，可以實(shí)現高可靠性和低成本；有PALAP方法，達到高層數和低功耗，被用于汽車(chē)電子中；有埋置晶圓級封裝芯片的通信模塊，體現良好的高頻特性，今后會(huì )有埋置BGA芯片的eWLB出現[19]。隨著(zhù)EDPCB設計規則的確立，這類(lèi)產(chǎn)品會(huì )迅速發(fā)展。

（* ）表面涂飾技術(shù)

PCB表面銅層需要保護，目的是防止銅氧化和變質(zhì)，在裝配時(shí)提供連接可靠的表面。PCB制造中一些通常使用的表面涂飾層，有含鉛或無(wú)鉛熱風(fēng)整平焊錫、浸錫、有機可焊性保護膜、化學(xué)鍍鎳/金、電鍍鎳/金等。

HDI板和IC封裝載板的表面涂飾層現從化學(xué)鍍鎳/金（ENIG）發(fā)展到化學(xué)鍍鎳/鈀/金（ENEPIG），有利于防止元件安裝后出現黑盤(pán)而影響可靠性。

現有對ENEPIG涂層中鈀層作了分析，其中鈀層結構有純鈀和鈀磷合金，它們有不同的硬度，因此用于打線(xiàn)接合與用于焊接需選擇不同的鈀層。

經(jīng)過(guò)可靠性影響評估，有微量鈀存在會(huì )增加銅錫生長(cháng)厚度；而鈀含量過(guò)多會(huì )產(chǎn)生脆性之鈀錫合金，反而使焊點(diǎn)強度下降，因此需有適當鈀厚度。

從PCB精細線(xiàn)路的角度來(lái)說(shuō)，表面處理應用化學(xué)鍍鈀/浸金（EPIG）比化學(xué)鍍鎳/鍍鈀/浸金（ENEPIG）更佳，減少對精細圖形線(xiàn)寬/線(xiàn)距的影響。EPIG鍍層更薄，不會(huì )導致線(xiàn)路變形；EPIG經(jīng)焊錫試驗和引線(xiàn)鍵合試驗能達到要求。

又有新的銅上直接化學(xué)鍍鈀（EP）或直接浸金（DIG），或者銅上化學(xué)鍍鈀與自催化鍍金（EPAG）涂層，其優(yōu)點(diǎn)是適合金線(xiàn)或銅線(xiàn)的打壓接合，因沒(méi)有鎳層而有更好高頻特性，涂層薄而更適于細線(xiàn)圖形，并且減少工序和成本。

PCB最終涂飾層的改進(jìn)，另外有推出化學(xué)鍍鎳浸銀（NiAg）涂層，銀有良好導電性、可焊性，鎳有抗腐蝕性。有機涂層OSP進(jìn)行性能改良，提高耐熱性和焊接性。還有一種有機與金屬復合（OM）涂層，在PCB銅表面涂覆OM涂層有良好的性?xún)r(jià)比。

（四）清潔生產(chǎn)

“綠色”和“環(huán)境友好”現是PCB制造技術(shù)進(jìn)步的重要標志。除了設法采用印制電子和* D打印這類(lèi)革命性清潔生產(chǎn)技術(shù)外，現有PCB制造技術(shù)向清潔生產(chǎn)改良是在不斷進(jìn)行。如尋找替代有毒有害物質(zhì)的材料，減少加工步驟，和減少化學(xué)藥品的消耗，以及減少水和能源的用量，及材料的可回收利用等。

具體有采用無(wú)毒害無(wú)機材料作阻燃劑，同時(shí)也改善電氣性、導熱性和熱膨脹系數等的無(wú)鹵素基材；采用激光直接成像減少作業(yè)工序和材料消耗；采用半加成法減少電鍍銅和蝕刻銅的消耗；采用直接金屬化孔工藝，及化學(xué)沉銅液中取消有毒有害物質(zhì)；采用導電膏印刷使導通孔互連加工清潔簡(jiǎn)便。

直接金屬化技術(shù)很早就存在，多年的發(fā)展趨于成熟。直接金屬化工藝有碳黑系和導電聚合物系，用碳或石墨、導電聚合物代替鈀活化，化學(xué)沉銅液中取消有毒的甲醛、氰化物和難處理的EDTA絡(luò )合劑。

推出膠體石墨直接孔金屬化技術(shù)具有穩定的分散性和與多種樹(shù)脂良好的吸附牲。膠體石墨直接金屬化工藝在剛性PCB制造應用多年，現可推行于有復雜的盲孔、埋孔和任意層互連的HDI板、撓性板和剛撓板，可減少工序和設備場(chǎng)地、廢水量，有利于環(huán)保，并提升生產(chǎn)效率和最終產(chǎn)品的高可靠性[2* ]。

PCB生產(chǎn)過(guò)程中曾經(jīng)被稱(chēng)為廢物甚至是危險廢物，現在都不再是“廢物”。如多余的銅蝕刻液，微蝕刻處理液、電鍍清洗液都趨于在線(xiàn)回收處理。一些新設計的生產(chǎn)線(xiàn)設備，不管是蝕刻線(xiàn)或垂直電鍍線(xiàn)與水平電鍍線(xiàn)，都考慮了配置在線(xiàn)回收再生裝置，還有如分段間氣刀合理配置，循環(huán)泵的節能，自動(dòng)分析添加藥液延長(cháng)藥液壽命等措施，既有利于提高品質(zhì)，又有利于節能環(huán)保。

三. 印刷電路板的制作工藝過(guò)程

印刷電路板的制作非常復雜， 這里以四層印制板為例感受PCB是如何制造出來(lái)的。

層壓

這里需要一個(gè)新的原料叫做半固化片，是芯板與芯板（PCB層數* ），以及芯板與外層銅箔之間的粘合劑，同時(shí)也起到絕緣的作用。

下層的銅箔和兩層半固化片已經(jīng)提前通過(guò)對位孔和下層的鐵板固定好位置，然后將制作好的芯板也放入對位孔中，最后依次將兩層半固化片、一層銅箔和一層承壓的鋁板覆蓋到芯板上。

將被鐵板夾住的PCB板子們放置到支架上，然后送入真空熱壓機中進(jìn)行層壓。真空熱壓機里的高溫可以融化半固化片里的環(huán)氧樹(shù)脂，在壓力下將芯板們和銅箔們固定在一起。

層壓完成后，卸掉壓制PCB的上層鐵板。然后將承壓的鋁板拿走，鋁板還起到了隔離不同PCB以及保證PCB外層銅箔光滑的責任。這時(shí)拿出來(lái)的PCB的兩面都會(huì )被一層光滑的銅箔所覆蓋。

鉆孔

要將PCB里* 層毫不接觸的銅箔連接在一起，首先要鉆出上下貫通的穿孔來(lái)打通PCB，然后把孔壁金屬化來(lái)導電。

用X射線(xiàn)鉆孔機機器對內層的芯板進(jìn)行定位，機器會(huì )自動(dòng)找到并且定位芯板上的孔位，然后給PCB打上定位孔，確保接下來(lái)鉆孔時(shí)是從孔位的正中央穿過(guò)。

將一層鋁板放在打孔機機床上，然后將PCB放在上面。為了提高效率，根據PCB的層數會(huì )將1~* 個(gè)相同的PCB板疊在一起進(jìn)行穿孔。最后在最上面的PCB上蓋上一層鋁板，上下兩層的鋁板是為了當鉆頭鉆進(jìn)和鉆出的時(shí)候，不會(huì )撕裂PCB上的銅箔。

在之前的層壓工序中，融化的環(huán)氧樹(shù)脂被擠壓到了PCB外面，所以需要進(jìn)行切除?？磕ｃ姶哺鶕CB正確的XY坐標對其外圍進(jìn)行切割。

孔壁的銅化學(xué)沉淀

由于幾乎所有PCB設計都是用穿孔來(lái)進(jìn)行連接的不同層的線(xiàn)路，一個(gè)好的連接需要2* 微米的銅膜在孔壁上。這種厚度的銅膜需要通過(guò)電鍍來(lái)實(shí)現，但是孔壁是由不導電的環(huán)氧樹(shù)脂和玻璃纖維板組成。

所以第一步就是先在孔壁上堆積一層導電物質(zhì)，通過(guò)化學(xué)沉積的方式在整個(gè)PCB表面，也包括孔壁上形成1微米的銅膜。整個(gè)過(guò)程比如化學(xué)處理和清洗等都是由機器控制的。

固定PCB

清洗PCB

運送PCB

外層PCB布局轉移

接下來(lái)會(huì )將外層的PCB布局轉移到銅箔上，過(guò)程和之前的內層芯板PCB布局轉移原理差不多，都是利用影印的膠片和感光膜將PCB布局轉移到銅箔上，唯一的不同是將會(huì )采用正片做板。

內層PCB布局轉移采用的是減成法，采用的是負片做板。PCB上被固化感光膜覆蓋的為線(xiàn)路，清洗掉沒(méi)固化的感光膜，露出的銅箔被蝕刻后，PCB布局線(xiàn)路被固化的感光膜保護而留下。

外層PCB布局轉移采用的是正常法，采用正片做板。PCB上被固化的感光膜覆蓋的為非線(xiàn)路區。清洗掉沒(méi)固化的感光膜后進(jìn)行電鍍。有膜處無(wú)法電鍍，而沒(méi)有膜處，先鍍上銅后鍍上錫。退膜后進(jìn)行堿性蝕刻，最后再退錫。線(xiàn)路圖形因為被錫的保護而留在板上。

將PCB用夾子夾住，將銅電鍍上去。之前提到，為了保證孔位有足夠好的導電性，孔壁上電鍍的銅膜必須要有2* 微米的厚度，所以整套系統將會(huì )由電腦自動(dòng)控制，保證其精確性。

外層PCB蝕刻

接下來(lái)由一條完整的自動(dòng)化流水線(xiàn)完成蝕刻的工序。首先將PCB板上被固化的感光膜清洗掉。然后用強堿清洗掉被其覆蓋的不需要的銅箔。再用退錫液將PCB布局銅箔上的錫鍍層退除。清洗干凈后* 層PCB布局就完成了。

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