電路板的基礎(chǔ)知識(shí)

電路板的基礎(chǔ)知識(shí)

目錄電路板的歷史電路板的定義電路板的分類覆銅板

電路板基礎(chǔ)知識(shí)一、印制電路板歷史電路板基礎(chǔ)知識(shí)PCB（printedcircuitboard），即印制電路板是在絕緣基材上，按預(yù)定設(shè)計(jì)，制成印制線路，印制元件或由兩者組合而成的導(dǎo)電圖形后制成的板。它作為元器件的支撐，并且提供系統(tǒng)電路工作所需要的電氣連接，是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化、輕量化、裝配機(jī)械化和自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)部件，在電子工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。電路板基礎(chǔ)知識(shí)PCB誕生于上世紀(jì)四、五十年代,發(fā)展于上世紀(jì)八、九十年代。伴隨半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，印刷電路板向著高密度,細(xì)導(dǎo)線,更多層數(shù)的方向發(fā)展，其設(shè)計(jì)技術(shù)也從最初的手工繪制發(fā)展到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA).電路板基礎(chǔ)知識(shí)二、印制電路板定義電路板基礎(chǔ)知識(shí)印制電路板是電子元器件互連的以產(chǎn)生電氣性能的最基本的載體,其主要功能是支撐電路元件以及互連電路元件.印制電路板全稱為PrintCircuitBoard(PCB)或印制線路板PrintWireBoard(PWB).電路板基礎(chǔ)知識(shí)三、電路板的分類電路板基礎(chǔ)知識(shí)以板的硬度分為:硬板軟板軟硬結(jié)合板以線路層數(shù)分為:單面板假雙面板金屬化孔雙面板多層板電路板基礎(chǔ)知識(shí)單面板:僅在介質(zhì)基材一面具有導(dǎo)線,插件孔由模具沖壓出來.假雙面板:在介質(zhì)基材的兩面都有導(dǎo)線,但其兩面線路并不導(dǎo)通,元件孔由模具沖壓出來.金屬化孔雙面板:在介質(zhì)基材的兩面都有導(dǎo)線,兩面導(dǎo)線經(jīng)過金屬化孔或另外的加固孔來形成互連.多層板:具有三層或三層以上的導(dǎo)線層,其層間用介質(zhì)材料絕緣,各層間用金屬化孔來形成互連.電路板基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)通孔狀態(tài)圖示埋孔通孔盲孔L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12電路板基礎(chǔ)知識(shí)以板面處理分為:噴錫板化錫板化銀板化鎳金板電鎳金板OSP板電路板基礎(chǔ)知識(shí)噴錫板:噴錫又稱熱風(fēng)整平,其目的是在電路板的焊盤或插件孔銅箔上噴錫可防止銅面氧化,噴錫后下游焊接元器件更容易.噴錫工藝通常分為垂直噴錫和水平噴錫兩種方式,垂直噴錫設(shè)備成本低,生產(chǎn)效率高,目前使用較為普遍,缺點(diǎn)是錫面平整度相對(duì)較差;水平噴錫設(shè)備昂貴,但錫面平整度好.噴錫所用的錫材料分為純錫和鉛錫合金兩種;鉛錫合金中通常錫和鉛的含量比為63/37.有鉛噴錫隨著歐盟ROHS環(huán)保指令的實(shí)施而逐步退出.電路板基礎(chǔ)知識(shí)化錫板:化錫又稱沉錫,其制程原理是將電路板浸入含錫的化學(xué)藥水中,通過化為反應(yīng)的方式在銅箔表面鍍上錫層,化錫是對(duì)應(yīng)歐盟ROHS環(huán)保指令的一個(gè)新的制程,其優(yōu)點(diǎn)是錫層表面平滑,但因其缺點(diǎn)是成本高,錫層較薄,存放時(shí)間短,保存條件高等,故目前普及率較低.化銀板:化銀又稱沉銀,其原理同化錫相同,此制程的產(chǎn)生同樣是對(duì)應(yīng)歐盟ROHS環(huán)保指令的一個(gè)新的制程,相應(yīng)于化錫板來講,其制程技術(shù)相對(duì)成熟,此制程目前在電路板行業(yè)已得到比較廣泛的使用,化銀成本相對(duì)較高.電路板基礎(chǔ)知識(shí)化鎳金板:化金又稱沉金,其原理同化錫和化銀相同,化金是一個(gè)比較成熟的傳統(tǒng)的制程,化金的COB邦定效果是其它制程無法替代的,其上錫性能好,保存時(shí)間長,亦符合歐盟ROHS環(huán)保指令要求,缺點(diǎn)是成本較高.電鎳金板:電金是一個(gè)技術(shù)成熟的傳統(tǒng)工藝,其原理是將鎳和金(俗稱金鹽)溶于化學(xué)藥水中,將電路板浸于電鍍缸中并通上電流而在電路板的銅箔面上生成鎳金鍍層,電鎳金因其鍍層硬度高,耐磨損,不易氧化的特點(diǎn)在電子產(chǎn)品名得到廣泛的應(yīng)用,尤其以電腦,通訊產(chǎn)品的卡板中應(yīng)用較為突出.電路板基礎(chǔ)知識(shí)OSP板:OSP意為可悍性有機(jī)銅面保護(hù)劑,其制程原理是通過一種替代咪唑衍生的活性組分與金屬銅表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),使線路板的焊盤和通孔焊接位置形成均勻,極薄,透明的有機(jī)涂層,該涂層具有優(yōu)良的耐熱性,它可作為噴錫和其它金屬化表面處理的替代工藝,因其制作成本較低,且技術(shù)成熟,故目前已被行廣泛使用.電路板基礎(chǔ)知識(shí)以所使用的板材的材質(zhì)區(qū)分紙質(zhì)印制板玻璃布基印制板合成纖維印制板陶瓷基底板金屬芯基板電路板基礎(chǔ)知識(shí)四、覆銅板電路板基礎(chǔ)知識(shí)覆銅板的定義覆銅板:英文簡稱CCL,它是制作電路板最基本的材料,其為一面或兩面覆有金屬銅箔的層壓板.覆銅板分剛性和撓性兩類.覆銅板的基材是不導(dǎo)電的絕緣材料.覆銅板是由銅箔/粘結(jié)樹脂/紙或纖維布在加溫加壓的條件下形成的層壓制品.電路板基礎(chǔ)知識(shí)覆銅板的分類覆銅板按其基本材料組成分為:紙質(zhì)板(XPC,XXPC,XXXPC)復(fù)合纖維板(CEM-1,CEM-3)玻璃纖維板(FR-4)陶瓷基板﹐金屬基板電路板基礎(chǔ)知識(shí)紙質(zhì)覆銅板紙質(zhì)覆銅板構(gòu)成為銅箔+紙+樹脂.紙質(zhì)覆銅板按其所含樹脂又分為:xpc→xxpc→xxxpc,x:表示樹脂含量,x越多樹脂含量越多,其絕緣性能越好.p:(paper)表示紙質(zhì).C:(coldpunching)表示可以冷沖紙質(zhì)覆銅板其缺點(diǎn)為:硬度相對(duì)較差,在潮濕環(huán)境下容易吸收水分,受高溫?zé)崤蛎浖袄鋮s后收縮變化較大,且電器性能較纖維板低.優(yōu)點(diǎn)為原材料成本低,因其質(zhì)地較軟可以沖孔,故在電路板制程中孔加工成本低.電路板基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)合纖維板此種板材常用型號(hào)為CEM-1和CEM-3兩種.C:(composite)合成E:(epoxy)環(huán)氧樹脂,其特性是不易燃燒,加上此種樹脂材料的阻燃性就增大了.M:(material)基材CEM-1構(gòu)成為:銅箔+紙(芯)+纖維布+環(huán)氧樹脂CEM-3構(gòu)成為:銅箔+玻纖非織布(芯)+玻纖布(面)+環(huán)氧樹脂.電路板基礎(chǔ)知識(shí)CEM-3比CEM-1板料中所含的纖維層數(shù)量更多,故CEM-3的耐燃性,絕緣性,硬度等高于CEM-1.復(fù)合纖維板成本較玻璃纖維板低,解決了紙板的硬度不足和纖維板不易沖孔問題.其缺點(diǎn)是電氣性能雖接近玻璃纖維板,但仍不可完全替代FR-4材料.僅有部分要求不高的電路板可用此材料替代FR-4使用.電路板基礎(chǔ)知識(shí)玻璃纖維板構(gòu)成為銅箔+玻璃纖維布+樹脂玻璃纖維板行業(yè)目前主為采用的是FR-4材料.其優(yōu)點(diǎn)是硬度高,防火性能強(qiáng),電氣特性穩(wěn)定,可做鍍通孔制程.其缺點(diǎn)是主要原料為玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂,故板材制作成本和電路板制程時(shí)孔的加工成本高.電路板基礎(chǔ)知識(shí)陶瓷基板﹐金屬基板故名思意,就是分別用陶瓷或者金屬,如鐵基,鋁基,銅基等等作為介質(zhì)層的基材.主要應(yīng)用在一些高溫,高濕,高傳導(dǎo),需要不間斷連續(xù)作業(yè)等領(lǐng)域.因條件限制,制作成本較高,應(yīng)用不是很廣泛,主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域較多.電路板基礎(chǔ)知識(shí)覆銅板料在UL標(biāo)準(zhǔn)中的級(jí)數(shù)區(qū)分UL是美國<保險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)室>的英文簡稱,全稱是UnderwritersLaboratoriesInc,其成立于894年,至今已有一百多年的歷史,其成產(chǎn)宗旨是測(cè)試各種材料,裝置,設(shè)備以及各種體系對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)有無危害,它在美國和全球享有名,是目前全球最大,歷史最長,威信最高的安全檢定機(jī)構(gòu).UL定出了一般日常用品的使用安全標(biāo)準(zhǔn),對(duì)每一類產(chǎn)品均有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求以保障使用者的安全,現(xiàn)時(shí)世界上大多數(shù)國家參照其標(biāo)準(zhǔn)訂立了自己國家之安全標(biāo)準(zhǔn),但在歐洲的部分國家,另有其標(biāo)準(zhǔn)要求,但其本內(nèi)容大致相同.印刷電路板相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是UL796.電路板基礎(chǔ)知識(shí)銅箔(copperfoil)按IPC-CF-150將銅箔分為兩個(gè)類型：電解銅箔和輾軋銅箔,再將之分成八個(gè)等級(jí)：class1到class4是電解銅箔，class5到class8是軋延銅箔.輾軋法是將銅塊經(jīng)多次輾軋制作而成,其所輾出之寬度受到技術(shù)限制很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸基板的要求(3呎*4呎),而且很容易在輾制過程中造成報(bào)廢,因表面粗糙度不夠,所以與樹脂之結(jié)合能力比較不好,而且制造過程中所受應(yīng)力需要做熱處理之回火軔化,故其成本較高。其優(yōu)點(diǎn)是：延展性Ductility高,對(duì)FPC使用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下,信賴度極佳.低的表面棱線Low-profileSurface,對(duì)于一些Microwave電子應(yīng)用是一利基.其缺點(diǎn)是：和基材的附著力不好,成本較高,因技術(shù)問題,寬度受限電路板基礎(chǔ)知識(shí)電鍍法最常使用于基板上的銅箔就是ED銅.利用硫酸銅鍍液,在殊特深入地下的大型鍍槽中,陰陽極距非常短,以非常高的速度沖動(dòng)鍍液,以600ASF之高電流密度,將柱狀結(jié)晶的銅層鍍?cè)诒砻娣浅９饣纸?jīng)鈍化的不銹鋼大桶狀之轉(zhuǎn)胴輪上,因鈍化處理過的不銹鋼胴輪上對(duì)銅層之附著力并不好,故鍍面可自轉(zhuǎn)輪上撕下,如此所鍍得的連續(xù)銅層,可由轉(zhuǎn)輪速度,電流密度而得不同厚度之銅箔,貼在轉(zhuǎn)胴之光滑銅箔表面稱為光面,另一面對(duì)鍍液之粗糙結(jié)晶表面稱為毛面.此種銅箔的優(yōu)點(diǎn)是:價(jià)格便宜,可有各種尺寸與厚度.其缺點(diǎn)是:延展性差,應(yīng)力極高無法撓曲又很容易折斷.電路板基礎(chǔ)知識(shí)銅箔的厚度單位銅箔生產(chǎn)業(yè)者為計(jì)算成本,方便訂價(jià),多以每平方呎之重量做為厚度之計(jì)算單位,如1.0Ounce(oz)的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重量1oz(28.35g)的銅層厚度.經(jīng)單位換算35微米(micron)或1.35mil.一般厚度1oz及1/2oz,而超薄銅箔可達(dá)1/4oz或更低.薄銅箔是指0.5oz(17.5micron)以下厚度則稱超薄銅箔,3/8oz以下因本身太薄很不容易操作故需要另加載體(Carrier)才能做各種操作(稱復(fù)合式copperfoil),否則很容易造成損傷.所用之載體有兩類,一類是以傳統(tǒng)ED銅箔為載體,厚約2.1mil.另一類載體是鋁箔,厚度約3mil.兩者使用之前須將載體撕離.超薄銅箔最不易克服的問題就是"針孔"或"疏孔"(Porosity)，因厚度太薄,電鍍時(shí)無法將疏孔完全填滿.補(bǔ)救之道是降低電流密度,讓結(jié)晶變細(xì).細(xì)線路,尤其是5mil以下更需要超薄銅箔,以減少蝕刻時(shí)的過蝕與側(cè)蝕.電路板基礎(chǔ)知識(shí)玻璃纖維玻璃纖維(Fiberglass)在PCB基板中的功用,是作為補(bǔ)強(qiáng)材料.基板的補(bǔ)強(qiáng)材料尚有其它種,如紙質(zhì)基板的紙材,聚醯胺)纖維,以及石英(Quartz)纖維,本節(jié)僅討論最大宗的玻璃纖維。玻璃(Glass)本身是一種混合物,其組成見表它是一些無機(jī)物經(jīng)高溫融熔合而成,再經(jīng)抽絲冷卻而成一種非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬物體.此物質(zhì)的使用,已有數(shù)千年的歷史.電路板基礎(chǔ)知識(shí)玻璃纖維布玻璃纖維的制成可分兩種，一種是連續(xù)式(Continuous)的纖維另一種則是不連續(xù)式(discontinuous)的纖維前者即用于織成玻璃布(Fabric)，后者則做成片狀之玻璃席(Mat)。FR4等基材，即是使用前者，CEM3基材，則采用后者玻璃席。玻璃纖維的等級(jí)可分四種商品：A級(jí)為高堿性，C級(jí)為抗化性，E級(jí)為電子用途，S級(jí)為高強(qiáng)度。電路板中所用的就是E級(jí)玻璃，主要是其介電性質(zhì)優(yōu)于其它叁種。電路板基礎(chǔ)知識(shí)玻璃纖維一些共同的特性如下所述：高強(qiáng)度：和其它紡織用纖維比較,玻璃有極高強(qiáng)度.在某些應(yīng)用上,其強(qiáng)度/重量比甚至超過鐵絲?？篃崤c火：玻璃纖維為無機(jī)物,因此不會(huì)燃燒抗化性：可耐大部份化學(xué)品,也不會(huì)霉菌、細(xì)菌的滲入及昆蟲的攻擊。防潮：玻璃并不吸水,即使在很潮濕的環(huán)境,依然保持它的機(jī)械強(qiáng)度。熱性質(zhì)：玻纖有很低的熬線性膨脹系數(shù)，及高的熱導(dǎo)系數(shù)，因此在高溫環(huán)境下有極佳的表現(xiàn)。電性：由于玻璃纖維的不導(dǎo)電性,是一個(gè)很好的絕緣物質(zhì)的選擇電路板基礎(chǔ)知識(shí)樹脂樹脂亦是制作覆銅板的一種主要組成原料,樹脂的種類很多,覆銅板板常用的樹脂主要為:環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂酚醛樹脂是人類最早開發(fā)成功而又商業(yè)化的聚合物,