【科普】電子元器件中的“電子航母”竟是它？

印刷電路板作為重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。由于其在電子元器件領(lǐng)域的重要作用，因此被許多人稱(chēng)為“電子航母”。

現(xiàn)在，通信產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)和其他幾乎全部的電子產(chǎn)品，都使用了印刷電路。印刷電路技術(shù)的發(fā)展和完善，為改變世界面貌的發(fā)明——集成電路的問(wèn)世，創(chuàng)造了條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，印刷電路板被廣泛應(yīng)用于軍工、通訊、醫(yī)療、電力、汽車(chē)、工業(yè)控制、智能手機(jī)、可穿戴等高新技術(shù)領(lǐng)域。

印刷電路的發(fā)明

印刷電路時(shí)奧地利電氣工程師保?艾斯勒于20世紀(jì)30年代中期發(fā)明的。艾斯勒早年在維也納工程學(xué)院學(xué)習(xí)電氣工程，1930年畢業(yè)后，曾學(xué)習(xí)過(guò)印刷技術(shù)。他在對(duì)電子線(xiàn)路板進(jìn)行研究時(shí)，他經(jīng)常到圖書(shū)館查閱有關(guān)印刷技術(shù)方面的書(shū)刊。

經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考，他萌發(fā)出一個(gè)念頭：要是像印刷書(shū)籍或報(bào)紙一樣，把電子設(shè)備的電路一次印刷在線(xiàn)路板上，就不需要用手工一塊一塊地制作線(xiàn)路板，線(xiàn)路也不用由人一根一根地焊接了，就可以大大提高電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和可靠性。

在印刷行業(yè)，為了在紙上印刷出圖片，通常采用照相制版技術(shù)。即通過(guò)照相，把拍攝下來(lái)的圖片底版，蝕刻在銅版或鋅版上，用這種銅版或鋅版，就可印刷出許許多多的圖片來(lái)。

艾斯勒在制造電路板時(shí)，也采用與印刷業(yè)類(lèi)似的制版方式進(jìn)行嘗試。他先畫(huà)出電子線(xiàn)路圖，再把線(xiàn)路圖蝕刻在覆蓋有一層銅箔的絕緣板上，使不需要的銅箔被蝕刻掉，只留下導(dǎo)通的線(xiàn)路。這樣，各個(gè)電子元件，就通過(guò)這塊板上銅箔所形成的電路相互連接起來(lái)了。這種印刷線(xiàn)路，既能提高電子產(chǎn)品的可靠性，又能大大提高生產(chǎn)效率，對(duì)開(kāi)發(fā)電子新產(chǎn)品有極大的價(jià)值和潛力。

采用印刷電路技術(shù)，使電子設(shè)備的批量生產(chǎn)變得簡(jiǎn)單易行，為電子產(chǎn)品的機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代以來(lái)，包括通信設(shè)備在內(nèi)的各種電子產(chǎn)品取得的大幅度進(jìn)展都與采用印刷電路工藝密不可分。

隨著印刷電路制造水平的不斷提高，制作出的印刷電路可達(dá)到很高的精度，從而把電路板的生產(chǎn)制造推向一個(gè)嶄新的階段。在印刷行業(yè)進(jìn)行制版時(shí)，通過(guò)拍攝可以將一幅很大的圖片縮小到一定的尺寸。

在制造印刷電路時(shí)，同樣也可以把電子線(xiàn)路圖縮小制版，使之成為面積很小，關(guān)注發(fā)燒友公眾號(hào)回復(fù)資料和地址可以獲取電子資料一份。線(xiàn)路復(fù)雜而可靠性卻又很高的電子線(xiàn)路板。這種印刷電路板，對(duì)于線(xiàn)路復(fù)雜、可靠性要求很高的通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，是十分適用的。印刷電路技術(shù)的發(fā)展，為隨后集成電路的發(fā)明，奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

線(xiàn)路板從發(fā)明至今，其歷史60余年。歷史表明：沒(méi)有線(xiàn)路板，沒(méi)有電子線(xiàn)路，飛行、交通、原子能、計(jì)算機(jī)、宇航、通信、家電……這一切都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

道理是容易理解的。芯片，IC，集成電路是電子信息工業(yè)的糧食，半導(dǎo)體技術(shù)體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)現(xiàn)代化水平，引導(dǎo)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而半導(dǎo)體（集成電路、 IC）的電氣互連和裝配必須靠線(xiàn)路板。

印刷電路板的種類(lèi)

實(shí)際電子產(chǎn)品中使用的印刷電路板千差萬(wàn)別，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板有不同的分類(lèi)。

一、按印刷電路的分布分類(lèi)

按印制電路約分布可將印制電路板分為單面板、雙面板、多層扳3種

? 單面板

單面板是在厚度為0.2—5mm的絕緣基板上，只有一個(gè)表面敷有銅箔，通過(guò)印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路。單面板制造簡(jiǎn)單，裝配方便，適用于一放電路要求，如收音機(jī)、電視機(jī)等；不適用于要求高組裝密度或復(fù)雜電路的場(chǎng)合。

? 雙面板

雙面板是在厚度為0.2—5mm的絕緣基板兩面均印制電路。它適用于一般要求的電子產(chǎn)品，如電子計(jì)算機(jī)、電子儀器和儀表等。由于雙面板印制電路的布線(xiàn)密度較單面板高，所以能減小設(shè)備的體積。

? 多層板

在絕緣基板上印制3層以上印制電路的印制板稱(chēng)為多層板。它是由幾層較薄的單面板或雙面板組合而成，其厚度一般為1．2—2．5mm。為了把夾在絕緣基板中間的電路引出，多層板上安裝元件的孔需要金屬化，即在小孔內(nèi)表面涂效金屬層，使之與夾在絕緣基板中間的印制電路接通。

下圖是多層板結(jié)構(gòu)示意圖，多層板所用的元件多為貼片式元件，其特點(diǎn)是：

1、與集成電路配合使用，可使整機(jī)小型化，減少整機(jī)重量；

2、提高了布線(xiàn)密度，縮小了元器件的間距，縮短了信號(hào)的傳輸路徑；

3、減少了元器件焊接點(diǎn)，降低了故障率；

4、增設(shè)了屏蔽層，電路的信號(hào)失真減少；

5、引入了接地散熱層，可減少局部過(guò)熱現(xiàn)象，提高整機(jī)工作的可靠性；

二、按基材的性質(zhì)分類(lèi)

按基材的性質(zhì)可將印制電路板分為剛性和柔性?xún)煞N。

剛性印制板

剛性印制板具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，用它裝成的部件具有平整狀態(tài)。一般電子產(chǎn)品中使用的都是剛性印制板。

柔性印制板

柔性印制板是以軟層狀塑料或其他軟質(zhì)絕緣材料為基材而制成。它所制成的部件可以彎曲和伸縮，在使用時(shí)可根據(jù)安裝要求將其彎曲。柔性印制板一般用于特殊場(chǎng)合，如某些數(shù)字萬(wàn)用表的顯示屏是可以旋轉(zhuǎn)的，其內(nèi)部往往采用柔性印制板；手機(jī)的顯示屏、按鍵等。

下圖為手機(jī)柔性印制板，它的基材采用聚酰亞胺，并且對(duì)表面進(jìn)行了防氧化處理，最小線(xiàn)寬線(xiàn)距設(shè)為0.1mm。柔性印制板的突出特點(diǎn)是能彎曲、卷曲、折疊，能連接剛性印制板及活動(dòng)部件，從而能立體布線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)三維空間互連，它的體積小、重量輕、裝配方便，適用于空間小、組裝密度高的電子產(chǎn)品。

三、 按適用范圍分類(lèi)

按適用范圍可將印制電路板分為低頻和高頻印制電路板兩種。

電子設(shè)備高頻化是發(fā)展趨勢(shì)，尤其在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信日益發(fā)展的今天，信息產(chǎn)品走向高速與高頻化，及通信產(chǎn)品走向容量大速度快的無(wú)線(xiàn)傳輸之語(yǔ)音、視像和數(shù)據(jù)規(guī)范化。因此發(fā)展的新一代產(chǎn)品都需要高頻印制板，其敷箔基材可由聚四氖乙烯、豪乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯玻璃布等介質(zhì)損耗及介電常數(shù)小的材料構(gòu)成。

四、特殊印制板的種類(lèi)

目前，也出現(xiàn)了金屬芯印制板、表面安裝印制板、碳膜印制板等一些特殊印制板。

金屬芯印制板

金屬芯印制板就是以一塊厚度相當(dāng)?shù)慕饘侔宕姝h(huán)氧玻璃布板，經(jīng)過(guò)特殊處理后，使金屆板兩面的導(dǎo)體電路相互連通，而和金屬部分高度絕緣。金屬芯印制板的優(yōu)點(diǎn)是散熱性及尺寸穩(wěn)定性好，這是因?yàn)殇X、鐵等磁性材料有屏蔽作用，可以防止互相干擾。

表面安裝印制板

表面安裝印制板是為了滿(mǎn)足電子產(chǎn)品“輕、薄、短、小”的需要，配合管腳密度崗、成本低的表面貼裝器件的安裝工藝而開(kāi)發(fā)的印制扳。該印制板有孔徑小、線(xiàn)寬及間距小、精度高、基板要求高等特點(diǎn)。

碳膜印制板

碳膜印制板是在鍍銅箔板上制成導(dǎo)體圖形后，再印制一層碳膜形成觸點(diǎn)或跨接線(xiàn)(電阻值符合規(guī)定要求)的印制板。其特點(diǎn)是生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、周期短，具有良好的耐磨性、導(dǎo)電性，能使單面板實(shí)現(xiàn)高密度化，產(chǎn)品小型化、輕量化，適用于電視機(jī)、電話(huà)機(jī)、錄像機(jī)及電子琴等產(chǎn)品。

印刷電路板的制作過(guò)程演示

以四層為例，我們來(lái)看一下印刷電路板是如何制作的。

? 第一步、化學(xué)清洗

為得到良好質(zhì)量的蝕刻圖形，就要確保抗蝕層與基板表面牢固的結(jié)合，要求基板表面無(wú)氧化層、油污、灰塵、指印以及其他的污物。因此在涂布抗蝕層前首先要對(duì)板進(jìn)行表面清洗并使銅箔表面達(dá)到一定的粗化層度。

內(nèi)層板材：開(kāi)始做四層板，內(nèi)層（第二層和第三層）是必須先做的。內(nèi)層板材是由玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合在上下表面的銅薄板。

第二步、裁板 壓膜

涂光刻膠：為了在內(nèi)層板材作出我們需要的形狀，我們首先在內(nèi)層板材上貼上干膜（光刻膠，光致抗蝕劑）。干膜是由聚酯簿膜、光致抗蝕膜及聚乙烯保護(hù)膜三部分組成的。貼膜時(shí)，先從干膜上剝下聚乙烯保護(hù)膜，然后在加熱加壓的條件下將干膜粘貼在銅面上。

? 第三步、曝光和顯影

曝光：在紫外光的照射下，光引發(fā)劑吸收了光能分解成游離基，游離基再引發(fā)光聚合單體產(chǎn)生聚合交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)后形成不溶于稀堿溶液的高分子結(jié)構(gòu)。聚合反應(yīng)還要持續(xù)一段時(shí)間，為保證工藝的穩(wěn)定性，曝光后不要立即撕去聚酯膜，應(yīng)停留15分鐘以上，以時(shí)聚合反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，顯影前撕去聚酯膜。

顯影：感光膜中未曝光部分的活性基團(tuán)與稀堿溶液反應(yīng)生產(chǎn)可溶性物質(zhì)而溶解下來(lái)，留下已感光交聯(lián)固化的圖形部分。

? 第四步、蝕刻

在撓性印制板或印制板的生產(chǎn)過(guò)程中，以化學(xué)反應(yīng)方法將不要部分的銅箔予以去除，使之形成所需的回路圖形，光刻膠下方的銅是被保留下來(lái)不受蝕刻的影響的。

? 第五步、去膜，蝕后沖孔，AOI檢查，氧化

去膜的目的是清除蝕刻后板面留存的抗蝕層使下面的銅箔暴露出來(lái)?！澳ぴ边^(guò)濾以及廢液回收則須妥善處理。如果去膜后的水洗能完全清洗干凈，則可以考慮不做酸洗。板面清洗后最后要完全干燥，避免水份殘留。

? 第六步、疊板-保護(hù)膜膠片

進(jìn)壓合機(jī)之前,需將各多層板使用原料準(zhǔn)備好,以便疊板(Lay-up)作業(yè)。除已氧化處理之內(nèi)層外,尚需保護(hù)膜膠片(Prepreg)-環(huán)氧樹(shù)脂浸漬玻璃纖維。疊片的作用是按一定的次序?qū)⒏灿斜Ｗo(hù)膜的板子疊放以來(lái)并置于二層鋼板之間。

? 第七步、疊板-銅箔 和真空層壓

銅箔-給目前的內(nèi)層板材再在兩側(cè)都覆蓋一層銅箔，然后進(jìn)行多層加壓（在固定的時(shí)間內(nèi)需要測(cè)量溫度和壓力的擠壓）完成后冷卻到室溫，剩下的就是一個(gè)多層合在一起的板材了。

? 第八步、CNC鉆孔

在內(nèi)層精確的條件下，數(shù)控鉆孔根據(jù)模式鉆孔。鉆孔精度要求很高，以確保孔是在正確位置。

? 第九步、電鍍-通孔

為了使通孔能在各層之間導(dǎo)通（使孔壁上之非導(dǎo)體部份之樹(shù)脂及玻纖束進(jìn)行金屬化），在孔中必須填充銅。第一步是在孔中鍍薄薄一層銅，這個(gè)過(guò)程完全是化學(xué)反應(yīng)。最終鍍的銅厚為50英寸的百萬(wàn)分之一。

? 第十步、裁板 壓膜

涂光刻膠：我們有一次在外層涂光刻膠。

? 第十一步、曝光和顯影

外層曝光和顯影

? 第十二步、線(xiàn)路電鍍

此次也成為二次鍍銅，主要目的是加厚線(xiàn)路銅和通孔銅厚。

? 第十三步、電鍍錫

其主要目的是蝕刻阻劑, 保護(hù)其所覆蓋的銅導(dǎo)體不會(huì)在堿性蝕銅時(shí)受到攻擊（保護(hù)所有銅線(xiàn)路和通孔內(nèi)部）。

? 第十四步、去膜

我們已經(jīng)知道了目的，只需要用化學(xué)方法，表面的銅被暴露出來(lái)。

? 第十五步、蝕刻

我們知道了蝕刻的目的，鍍錫部分保護(hù)了下面的銅箔。

? 第十六步、預(yù)硬化 曝光 顯影 上阻焊

阻焊層,是為了把焊盤(pán)露出來(lái)用的,也就是通常說(shuō)的綠油層,實(shí)際上就是在綠油層上挖孔,把焊盤(pán)等不需要綠油蓋住的地方露出來(lái)。適當(dāng)清洗可以得到合適的表面特征。

? 第十七步、表面處理

熱風(fēng)整平焊料涂覆過(guò)程是先把印制板上浸上助焊劑，隨后在熔融焊料里浸涂，然后從兩片風(fēng)刀之間通過(guò)，用風(fēng)刀中的熱壓縮空氣把印制板上的多余焊料吹掉，同時(shí)排除金屬孔內(nèi)的多余焊料，從而得到一個(gè)光亮、平整、均勻的焊料涂層。

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