印制电路板的制作及检验

1.印制电路板的制作

印制电路板的制作过程分为：底图胶片制版、图形转移、腐刻、印制电路板的机械加工与质量检验等。

（1）底图胶片制版

1）CAD光绘法

这种方法是应用CAD软件对印制电路板进行布线后，使用获得的数据文件来驱动光学绘图机，使感光胶片曝光，经过暗室操作制成原版底图胶片。

2）照相制版法

照相制版法是先进行黑白底图的绘制，再将绘制好的印制电路板黑白底图，通过照相进行制版的方法。

（2）图形转移

把相版上的印制电路图形转移到覆铜板上，称为图形转移。

具体方法有丝网漏印、光化学法。

1）丝网漏印法

丝网漏印法是指：将所需要的印制电路图形制在丝网上，然后用油墨通过丝网模版将印制电路图形漏印在铜箔板上，形成耐腐蚀的保护层，经烘干、修版后，实现图形转移。

2）光化学法

目前，在大批量的印制板生产中，大多采用光化学法即直接乳剂制板法制作图形。如图10所示。

图10光化学法工艺流程

（3）腐蚀技术（腐刻）

腐蚀是指利用化学或电化学方法，对涂有抗蚀剂并经感光显影后的印制电路板上未感光的部分，进行腐蚀去除铜箔，在印制板上留下精确的线路图形的过程。

腐蚀方法有摇槽法、浸蚀法和喷蚀法三种。

摇槽法最简单，所用的设备是一只放腐蚀剂的槽，装于不断摇动的台面上。

浸蚀法是将工件浸没在盛有能保温的大槽中蚀刻。

喷蚀法生产速度较快，用泵将腐蚀剂喷于印制板表面进行腐蚀加工。

2.工业制板

实际生产中，制造印制板要经过几十道工序。主要有：

（1）绘制照相底图

照相底图是用来制作照相原版或生产底板的。大多数的底图是由设计者绘制的，早期的印制电路板生产是手工布线贴图，效率低、精度低、周期长。随着计算机及其应用软件的发展，目前，工程技术人员可以利用CAD/CAM软件来辅助设计、辅助生产印制电路板。大大提高了生产效率和制板质量。

（2）照相制版

照相制版就是得到原版底片。用绘制好的制板底图照相制版，版面尺寸应与PCB尺寸一致。制板过程与普通照相大体相同，可分为软片剪裁→曝光→显影→定影→水洗→干燥→修版。

制版时，先按一定的比例将原图放大，然后再运用缩微照相技术将放大的原图通过光学系统缩小到原来的尺寸，成像在银盐感光材料上。再经过显影等一系列加工处理，就得到了“原版”，或称为“母版”。一般母版为“负像”。

（3）图形转移

把相版上的印制电路图形转移到覆铜板上，称图形转移，它是PCB制作过程中很重要的一道工序。根据图形转移后所得到的电路图形与所需要的电路图形是否一致，可分为“正像”和“负像”。

图形转移的方法很多，常用的有丝网漏印法和光化学法等。

1）丝网漏印

丝网漏印（简称丝印）是一种古老的印制工艺，与油印机类似。丝网漏印就是在丝网（真丝、涤纶丝等）上通过贴感光膜（制膜、曝光、显影、去膜）等感光化学处理，将图形转移到丝网上，或在丝网上黏附一层漆膜或胶膜，然后按技术要求将印制电路图制成镂空图形。然后通过刮板将印料漏印到覆铜板上，于是在覆铜板上便得到所需的电路图形。这些印料经紫外光（或加热）固化后，便具有各种不同用途的良好抗蚀性能。

丝印时所使用的“印料”常称为“抗蚀油墨”，种类很多，常用的有抗蚀印料、耐电镀印料、阻焊印料、字符印料和防护层印料等。

丝网漏印可以通过手动、半自动或自动丝印机实现。图11是最简单的丝网漏印装置，工作时只需将覆铜板在底板上定位，将印制材料放到固定丝网的框内，用橡皮板刮压印料，使丝网与覆铜板直接接触，即可在覆铜板上形成由印料组成的图形，然后烘干、修版。

图11丝网漏印

2）光化学法

光化学法有直接感光法和光敏干膜法两种。

①直接感光法。其工艺过程为覆铜板表面处理→涂感光胶→曝光→显影→固膜→修版。修版是蚀刻前必须要做的工作，可以对毛刺、断线、砂眼等进行修补。

②光敏干膜法。工艺过程与直接感光法相同，只是不是涂感光胶，而是用一种由感光性齐聚物（或共聚物）、粘合剂、光引发剂、增塑剂、稳定剂、着色剂及溶剂等成分组成薄膜作为感光材料。这种薄膜由聚酯薄膜、感光胶膜、聚乙烯薄膜三层材料组成，感光胶膜夹在中间，使用时揭掉外层的保护膜，使用贴膜机把感光胶膜贴在覆铜板上。

（4）蚀刻

蚀刻也称烂板。是生产过程的一个重要环节，它的成败关系到印制电路板的后续工序。它是利用化学方法除去板上不需要的铜箔，留下组成图形的焊盘、印制导线及符号等。蚀刻剂有许多种类，常用的蚀刻溶液有酸性氯化铜、碱性氯化铜、三氯化铁等。

三氯化铁（FeCl3）在电子学、印制电路、照相制版、金属精饰等加工和生产中，被广泛用作铜、铜合金、Ni-Fe合金及钢的蚀刻剂。它适用于丝网漏印油墨、液体光致抗蚀剂和镀金印制电路版电路图形的蚀刻。用三氯化铁为蚀刻剂的蚀刻工艺流程如下：

预蚀刻检查→蚀刻→水洗→浸酸处理→水洗→干燥→去抗蚀层→热水洗→水冲洗→（刷洗）→干燥→检验。

氯化铜（CuCl2·2H2O）作蚀刻剂，具有配方简单、蚀刻速度快、溶铜量高、稳定性好、产品质量可以得到保障、能机械化连续生产、溶液再生和铜的回收容易、对环境的污染可以得到有效的控制等突出优点，在印制电路板生产中得到了迅速地推广，目前生产中已作为首选蚀刻剂，取代了三氯化铁蚀刻剂。

氯化铜蚀刻剂根据印制板的制作方法不同，又分为酸性和碱性两种，酸性氯化铜蚀刻剂适用于丝网漏印及多层板内层电路的制作工艺。碱性氯化铜蚀刻剂适合于镀焊料（锡-铅）保护层的单面、双面及多层印制外层电路的制作工艺。

（5）金属化孔

金属化孔工艺为下一步的电镀加厚铜层打下基础，实现良好的电气互连，金属化孔不好就会造成孔内无铜或是有很薄的铜层，一经通断试验就造成开路。

金属化孔是连接多层或双面板两面导电图形的可靠方法，是印制电路板制造技术中最为重要的工序之一。双面印制电路板两面的导线或焊盘要连通时，必须通过金属化孔实现。它关系到多层板内在质量的好坏，其主要工作是在多层板上钻出所需的孔、把孔内的钻污去除、在孔壁上沉积上一层导电金属铜，使原来非金属的孔壁金属化，也称沉铜。在双面和多层PCB中，这是一道必不可少的工序。

金属化孔的质量对双面PCB是至关重要的，金属化孔要求金属层均匀，完整，与铜箔连接可靠，电性能和机械性能符合标准。在表面安装高密度板中这种金属化孔采用盲孔方法（即沉铜充满整个孔）以减小过孔所占面积，提高密度。

目前的金属化孔主要有三类：埋孔、盲孔和过孔，埋孔是无法从基板外部看到，孔存在于基板内层，为先钻并镀覆孔后，再压合加工完成。盲孔是可以从基板的一个外表面看到，是先压合再钻孔的没有贯穿基材的孔。过孔是可以从基板的两个表面都能看到，是先压合再钻孔的贯穿基材的孔。如图12所示。

图12多层挠性线路中的过孔、埋孔和盲孔

所谓沉铜就是化学镀铜。它是一种自催化氧化还原反应，在化学镀铜过程中Cu2+得到电子还原为金属铜，还原剂放出电子，本身被氧化。其反应实质和电解过程是相同的，只是得失电子的过程是在短路状态下进行的，在外部看不到电流的流通。因此化学镀是一种非常节能高效的电解过程，它没有外接电源，电解时没有电阻压降损耗。化学镀铜时可以一次浸入到化学镀铜液中进行镀铜，而用电镀法是无法做到的。化学镀铜可以在任何非导电的基体上进行沉积，利用这一特点在印制板制造中得到了广泛的应用。应用最多的是进行孔金属化。

金属化孔的工艺流程如下：

钻孔板→去毛刺→去钻污→清洁调整处理→水洗→粗化→水洗→预浸→活化处理→水洗→加速处理→水洗→化学镀铜→二级逆流漂洗→水洗→浸酸→电镀铜加厚→水洗→干燥。

由于化学镀铜溶液中的甲醛对生态环境有危害，并且有致癌的潜在危险，同时化学镀铜溶液中的络合剂（如EDTA等）不易进行生物降解，废水处理困难。因而直接电镀技术近年来得到了迅速的发展和应用。

（6）金属涂覆

金属涂覆就是采用化学镀和电镀的方法，在PCB的铜箔上进行表面涂覆，以提高印制电路的可焊性、导电性、耐磨性、装饰性及延长PCB的使用寿命，提高电气可靠性。涂覆工艺主要应用在表面贴装双面、多层印制电路板上。常用的涂覆层材料有金、银、铜和铅锡合金等。

1）镀铜

镀铜是PCB制造的基础技术之一，镀铜分为全板电镀（化学镀铜后加厚铜）和图形电镀，其中全板镀铜是紧跟在化学镀铜之后进行，而图形电镀是在图相转移之后进行的。

①全板电镀方法可用于制造宽度和间距要求不太严格的印制电路板。全板电镀的工艺流程如下：

化学镀铜→活化→电镀铜→防氧化处理→水冲洗→干燥→刷板→印制负相抗蚀图象→修版→电镀抗蚀金属→水冲洗→去除抗蚀剂→水冲→蚀刻。

②图形电镀是对导电图像进行选择性的电镀。一般有两种情况：一种方法是先用化学镀提供0.5～1.0μm的导电铜层，然后全板电镀铜，使其镀层厚度达到5μm左右。

图形电镀铜是在图像转移后进行的，一般是作为铅锡或锡镀层的底层，也可作为低应力镍层的底层。在自动线生产中，图形电镀铜与电镀锡铅合金（或锡）连在一条生产线上。其工艺过程如下：

图像转移后印制板→修板／或不修→清洁处理→喷淋／水洗→粗化处理→喷淋／水洗→活化→图形电镀铜→喷淋／水洗→活化→电镀锡铅合金

└→镀低应力镍→镀金

2）镀镍／金

为了提高耐磨性（插拔时），减低接触电阻，防止氧化（铜）和提高连接可靠性。通常在PCB插头（俗称“金手指”）和某些特殊部位镀耐磨的Au-Co或Au-Ni。插头电镀镍与金一般由自动生产线来完成。其工艺流程如下：

上板→清洗→微蚀→刷洗→活化→漂洗→电镀→低应力镍→漂洗→活化→漂洗→电镀金→金回收（用）→漂洗→烘干→下板。

还可以用浸镀和化学镀的方法进行镀镍和金。

3）电镀锡/铅合金

电镀锡/铅合金大多是在与电镀铜组成的自动生产线上来进行的。锡/铅合金层除了作耐碱抗蚀剂外，还用作可焊层（经热油热熔或红外热熔后）。由于经过热油和红外热熔的Sn／Pb合金层厚度较厚，易形成龟背现象，因而不适用于表面安装技术，目前电镀锡/铅合金层主要是用来作耐碱抗蚀剂。

4）化学镀锡

为达到良好的焊接性能，适应环保的需要，消除锡铅合金中铅的含量，通常单独使用化学镀锡的工艺。

锡具有良好的导电性和钎焊性。在铜基体上化学浸锡，就是使表面铜层与锡液中锡离子发生置换反应。当锡层形成后，反应立即停止。

（7）涂助焊剂与阻焊剂

PCB经过图形转移、蚀刻、去膜和表面金属涂覆后，在装配元器件之前，应根据不同需要进行助焊或阻焊处理。涂助焊剂可提高可焊性；而在高密度铅锡合金板上，为使板面得到保护，确保焊接的准确性，可在板面上加阻焊剂，使焊盘裸露，其他部位均在阻焊层下。

助焊剂在焊接过程中，能与基金属表面及焊料表面的各种化合物发生化学反应，生成可溶（熔）性的化合物。在这一过程中，助焊剂起到了净化基金属与焊料表面并防止空气再次对金属表面氧化的作用。

阻焊是指将焊盘和焊接部分以外的其余部分（包括图形导线和基片）全部都涂一层阻焊保护印料。这层保护印料在装配好的印制电路板进行“波峰焊’’时，可防止导线间发生“桥连”现象，能有效地提高焊接质量，降低废品率。同时又可节省焊料，减轻印制电路板的重量，降低成本。阻焊印料是永久性的涂料，焊接后不需去除，对印制电路起到永久性的保护作用。

阻焊涂料按固化条件分热固化型和光固化型两种，色泽为深绿或浅绿色。PCB上还有表示各元器件的位置、名称等的文字及符号，一般是采用丝网漏印的方法印上去的，常见的为白色。

（8）热熔铅锡

印制电路板电镀锡铅后，镀层和铜箔结合并不牢固，电路图形外面的Sn-Pb合金镀层为薄片状和颗粒状，为多孔状结构，外观呈暗灰色。它在加工过程及以后的焊接工艺中，易氧化变色，而影响其可焊性。为此，它必须进行热处理。把它加热到Sn-Pb合金镀层的熔点以上，使这一镀层的合金再熔化，促进熔融状态的合金与基体金属合金化，同时使镀层变为致密、光亮、无针孔的结构。这一过程通常称为“热熔”。

印制电路板热熔的方法有红外热熔、热油热熔、蒸汽冷凝热熔、热空气热熔四种。目前生产上广泛采用的是红外热熔和热油热熔。通过红外线或甘油浴使铅锡合金在190℃～220℃温度下熔化，充分润湿铜箔而形成牢固结合层后再冷却。

（9）热风整平

热风整平技术近年来发展很快，它实际上是将浸焊和热风整平二者结合起来了，热风整平时，先把清洁好的印制电路板浸上助焊剂，随后浸在熔融的焊料里浸涂焊料，然后使印制电路板从两个风刀之间通过，用风刀的热压缩空气使锡铅合金熔化，并把印制电路板上的多余焊料吹掉。同时排除金属化孔里的多余焊料，使印制导线表面上没有焊料堆积，也不堵孔，从而得到一个光亮、平整、均匀的的焊料涂覆层。

（10）清洗

印制电路板在制造及装焊过程中，由于各种污染因素的存在，导致印制导线和元器件引线的腐蚀、造成短路等现象，严重影响印制电路的可靠性。因此，必须对各种印制电路及印制电路组件（PCA）进行严格的清洗，以除掉助焊剂残渣、防氧化油、焊料污染物和其他各种污染物，特别是助焊剂残渣等。一般来说，印制电路板清洗后其清洁程度应满足MIL-P-28809标准。

常用的洗涤剂是氟碳清洗剂，主要工艺方法是：气洗-喷洗-气洗-干燥。

由于氟碳溶剂对臭氧层的危害，目前各国正考虑用新材料和新技术来替代氟碳溶剂的清洗。同时免清洗技术也逐步推广开来。实现免清洗工艺可采用两种方法：一种是采用低固态焊剂，另一种是在惰性气体中焊接。

3.印制电路板质量检测

在完成机械加工后，应对印制电路板进行质量检验。检验的主要项目包括：目视检验、连通性试验、绝缘电阻的检测、可焊性检测等。

（1）目视检验

目视检验是指用肉眼检验所能见到的一些情况。通常目检能发现一些包括导线是否完整、焊盘的大小是否合适、焊孔是否在焊盘中间等明显的表面缺陷。

（2）连通性试验

对多层电路板要进行连通性试验，以查明印制电路图形是否是连通的。这种试验可借助于万用表来进行。

（3）绝缘电阻的检测

测量印制电路板绝缘部件对外加直流电压所呈现出的电阻即为绝缘电阻。

在印制板电路中，此试验既可以在同一层上的各条导线之间来进行，也可以在两个不同层之间来进行。

（4）可焊性检测

可焊性检测是用来测量元器件连接到印制板上时，焊锡对印制图形的附作能力。一般用附作、半附作、不附作来表示其可焊性。
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