国外的PCB检测技术和制造工艺介绍

国外的PCB检测技术和制造工艺介绍

目前，细导线化、窄间距化的印制电路板制造技术的发展方向，而国外在这方面的技术上要比国内先进得多。
　　他们普遍采用CAD/CAM系统，从设计提供的数据通过制造系统转换成生产用的资料；在原材料方面采用薄铜箔和薄干膜光刻胶；由于窄间距要求印制电路板表面具有光面平坦的铜表面，以便制作微型焊盘和具有细线及其窄间距的电路图形；所使用的基材应具有较高的热冲击能力，以使印制电路板在电装过程中经过多次也不会产生气泡、分层及焊盘鼓起等缺陷，确保表面安装组件的高可靠性；并采用高粘度铜箔和改性环氧树脂确保在焊接温度下保持其足够的粘合强度、并还应具有高的尺寸稳定性，确保制作过程精细电路图形定位的一致性和准确性的要求。
　　所谓师夷长技以制夷，要赶上国际先进的技术标准，就要先了解他们。本文就简要介绍国外在PCB板检测技术和关键工艺上的发展动态。
　　一、国外的检测技术
　　检测技术是确保工艺实施的重要手段。根据电装技术由引脚插装技术向表面封装技术（裸芯片直接安装技术和精细间距技术），多芯片模块（MCM）技术或多芯片封装技术发展，使多层印制电路板电路图形检测更加困难。为此，国内外都在开发和使用高精度、高稳定的检测设备。目前检测设备有两种即接触式和非接触式。
　　1、接触式检测技术与设备
　　对印制电路板的检测方法，主要采用在线测试仪又称静态功能测试。目前型号有多种，先进设备能快速的对因制造过程的失误而导致产生的质量缺陷（包括开路、短路）。有通用式的通断路测试仪、专用通断测试仪和飞针式的移动通断测试仪。后一种适合小批量高密度、高精度双面和多层印制电路板的电性能测试。
　　2、非接触式检测技术
　　检测技术是印制电路板物理与化学性能数据提供的重手段。随着印制图形的精度和密度的变化，过去相当长的时间内采用人工视觉方法已不适应高速发展的高科技需要，检测技术和设备得到了飞速的发展，从使用功能上逐渐取代了人工目测来判断产品质量，它从对电路图形的外观检测向内层电路图形的检测，从而把单纯的检测推向工序间质量的监控和缺陷的修补相结合的方向发展。其主要特点是：使用和应用计算机软硬件技术、高速图象处理与模式识别技术、高速处理硬件、自动控制、精密机械及光学技术、是综合多种高技术的产物。对检测部件不接触、不破坏、无损伤，能检测接触式检测不到的地方。其中设备有以下几种：
　　裸板外观检测技术与设备
　　即AOI（光学测试仪）。主要采用设计规范检查法测试两维数字化图形，随着表面安装技术用和三维模压印制电路板出现，设计规范检查法将具有完全不同的内涵。它不但能检测导线和线间距宽度，还能检测导线的高度。所以三维布局的存在，必然要更先进的传感器和成像技术。非接触式AOI测试技术是集X-射线、红外技术、与其它检测技术于一身产品。
　　X-光内层透视检测技术
　　早期使用的X光因焦距大至300μm的程度，其检测精度只能达到0.05mm。目前焦距已达到微米级，已能进精度为10微米的测量。与图象处理并用，能对多层印制电路板的内层电路图形进行高分辩率的透视和检测。
　　二、国外在关键工艺技术发展动向
　　1、 底片制作及图形转移工艺
　　底片制作及图形转移质量，直接影响制作精细电路图形的品质。所以，在制作底片时普遍采用计算机辅助设计系统（CAD），进行电路设计并与计算机辅助制造系统（CAM）接口通过数据转换制作出高精度、高分辨率的光绘底片。由于导线密度高，导线宽度与间距0.10-0.05mm，为保证底片导线图形的精度和准确度，以及电路图形成像质量，要求工作间的洁净度较高，通常采用万级或千级，才能确保底片成像的高质量。
　　在图形转移工艺方面，成像采用的材料具有高解像度的薄光敏抗蚀剂、CD（电泳法）及阻焊采用液体光敏阻焊剂。其中电泳法涂布的光致抗蚀层，厚度5-30微米，可控，其分辨率达到0.05-0.03mm。对提高精细电路图形和阻焊图形的精确度和一致性起到了很大的作用。
　　在电路图形转移过程中，除了严格控制工艺参数外，同样对工作间的洁净程度要求也非常高，达到了万级标准或更小些。为确保图形转移的高质量，还要保证室内工作条件，如控制室内温度在21±1℃、相对湿度55-60%。对所制作的底片和图形转移成像的半成品，都必须100%的进行检查。
　　2、 钻孔工艺技术
　　钻孔质量首先要保证电镀通孔的高可靠性和高质量，就必须严格控制钻孔质量。在这方面国内外都十分重视。特别是表面封装多层印制电路板的板厚与孔径比较高，因此电镀通孔的质量成了提高表面封装印制电路板合格率的关键。目前国外在通孔孔径尺寸选择上，采用直径0.25-0.30mm。通孔的小径化的关键是高精度、高稳定性数控钻床的开发和使用，近年来国外已开发和使用能钻直径为0.10mm孔的CNC钻床和专用工具。在钻孔方面，经验告诉我们，在研究基材的物理和化学性能的基础上，正确地选择钻孔工艺参数是非常重要的。同时还要正确的选择所采用的辅助材料及相配套的工夹具（如：上下垫板、定位方法、钻头等）。为适应微孔径还采用激光打孔技术。
　　3、 孔金属化技术
　　在孔金属化技术方面，为了确保孔金属化质量的高可靠性，在钻孔后的预处理采用新型的凹蚀与去沾污的工艺方法即低碱性高锰酸钾法，提供非常优异的孔壁表面，消除了楔形槽和裂缝缺陷。并采用先进的直接电镀工艺、真空金属化工艺和其它工艺方法，适应多种类型印制电路板的小孔、微孔、盲孔和埋孔孔金属化需要。
　　4、 真空层压工艺
　　特别是制造多层压印制电路板，国外普遍采用真空多层压机。这是由于表面安装多层印制电路板内部图形有特性阻抗（Z0）要求。因为特性阻抗与介质层的厚度及导线宽度有关（见下列公式）：
　　Z0=60/ /ε.LN .4H/D0                                                                         
      注: ε为材料的介质常数
　　H介质材料的厚度
　　D0为导线的实际宽度
　　其中介质常数和导线实际宽度已知，所以介质材料的厚度，就成为特性阻抗的关键因素。采用真空层压设备和计算机控制，使层压质量有着显着的提高。因为真空层压前多层印制电路板层与层之间已经真空排气，除去低分子挥发物，使层压压力有极为明显的降低，仅是常规多层印制电路板层压压力1/4-1/2，从而使多层印制电路板导线图形层之间的介质材料厚度均匀、精度高、公差小，保证特性阻抗Z0在设计要求的范围以内的技术指标。同时，采用真空层压工艺，对提高多层印制电路板的表面平整度、减少多层印制电路板质量缺陷（如缺胶、分层、白斑及错位等）。