1.1 印制電路板的基礎知識

在絕緣基材上，按預定設計形成的印制元件、印制線路（Printed Wiring）或兩者結合的導電圖形稱為印制電路（Printed Circuit）；在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導電圖形稱為印制線路。印制線路不包括印制元件（如印制電阻、印制電容、印制電感等），在絕緣基板上只有銅導線圖形。印制電路或印制線路的產品板通常不加區別地稱為印制電路板（Printed Circuit Board），縮寫為PCB。

印制電路板的主要功能是支撐電路元器件和互連電路元器件，即支撐和互連兩大作用。

1.1.1 印制電路板的發展歷史

自從印制電路板誕生至今，已經有70多年的歷史了，它的發展大致劃分為6個時期。

1.印制電路板的誕生期（1936年至20世紀40年代末期）

1936年，Paul Eisner博士發明了印制電路板的制作技術，印制電路板由此誕生了。在這個歷史時期，印制電路板采用的制造方法是加成法，即在絕緣板表面添加導電材料來形成導電圖形，采用的具體制造工藝是涂抹法、噴射法、真空沉積法、蒸發法、化學沉積法和涂覆法等。當時，采用上面所述生產技術的印制電路板曾在1936年底應用于無線電接收機中。

2.印制電路板的試產期（20世紀50年代）

自從1953年起，通信設備制造業開始對印制電路板重視起來。這時開始采用的制造工藝是減成法，它的具體制造方法是采用覆銅箔紙基酚醛樹脂層壓板（PP基材），然后采用化學藥品來溶解除去不需要的銅箔，這樣剩下的銅箔就形成了電路。在這個歷史時期，采用的腐蝕液的化學成分是三氯化鐵，其代表產品是索尼公司制造的手提式晶體管收音機，它采用的是一種PP基材的單層印制電路板。

3.印制電路板的實用期（20世紀60年代）

在這個歷史時期，印制電路板采用覆銅箔玻璃布環氧樹脂層壓板（GE基材）。1960年起，日本的公司開始大量使用GE基板材料。1964年，美國光電路公司開發出沉厚銅化學鍍銅液（CC-4溶液），開始了新的加成法制造工藝。日立公司引進了CC-4技術，目的是用于解決GE基板在初期有加熱翹曲變形、銅箔剝離等問題。隨著材料制造商技術的逐步改進，GE基材的質量不斷提高。1965年起，日本有好幾家制造商開始批量生產GE基板、工業電子設備用GE基板和民用電子設備用PP基板。

4.印制電路板的快速發展期（20世紀70年代）

在這個歷史時期，印制電路板專業制造公司大量出現，同時各個公司開始使用過孔來實現印制電路板之間的層間互連。1970年起，通信行業中的電子交換機開始使用3層的印制電路板；之后大型計算機開始采用多層印制電路板，因此多層印制電路板得到了快速的發展。這個時期，超過20層的印制電路板采用聚酰亞胺樹脂層壓板作為絕緣基板。

這個時期的印制電路板從4層向6層、8層、10層、20層、40層以及更多工作層面發展，同時實現了高密度化（細線、小孔、薄板化），具體的導線寬度和間距從0.5mm向0.35mm、0.2mm、0.1mm發展，印制電路板單位面積上布線密度大幅提高。另外，印制電路板上原來的插入式安裝技術逐漸過渡到表面貼裝技術。這個時期的另一個重要突破是實現了自動裝配線，可以自動實現印制電路板上的元器件安裝。

5.印制電路板的高速發展期（20世紀80年代）

20世紀80年代，印制電路板處于高速發展的時期，它廣泛應用于各個領域中，逐漸成為電子系統和設備制造中必不可少的一個組成部分。同時，多層印制電路板獲得了飛速發展，它逐漸代替了單層板和雙層板而成為了設計的主流。1980年后，PCB高密度化也明顯得到提高，這時已經可以生產出62層的玻璃陶瓷基印制電路板，這種高密度化進一步促進了移動通信和計算機的發展。

6.印制電路板的革命期（20世紀90年代至今）

20世紀90年代前期，印制電路板的發展經歷了一段低谷時期。1994年，印制電路板開始恢復其發展，其中撓性印制電路板獲得了較大的發展。1998年開始，積層法印制電路板開始進入到了實用期，產量開始急劇增加；IC元件封裝形式也開始進入到球柵陣列（BGA）和芯片級封裝（CSP）等封裝階段。如今，印制電路板的發展方向主要表現在機械化、工業化、專業化、標準化和智能化等方向。在電子工業領域中，印制電路板已經形成了一個新興的、強大的制造業。另外，主導21世紀的創新技術的納米技術，將會極大地帶動電子元器件的研究開發、從而引起印制電路板制造工業的革命性發展。

1.1.2 印制電路板的種類

1.按結構分

（1）單面印制電路板（Single-Sided Boards）

單面印制電路板大量應用于收音機、錄音機、電話、玩具等各種消費類電子產品中。

單面印制電路板厚度一般為1～2mm，它只是在一面印制了電路，因而只能在一面布線，通常也只能在相反的一面放置元件。單面印制電路板適用于比較簡單的電路，具有成本低、不用打過孔等優點，但是實際的線路設計工作往往比雙面印制電路板和多層印制電路板困難。

（2）雙面印制電路板（Double-Sided Boards）

雙面印制電路板簡稱為雙面板，是被廣泛采用的一種電路板結構。它是在絕緣基板的兩面布線，采用金屬化孔連接技術使兩面的導線互相連接。雙面板用于比較復雜的電路，使電路板的導線更加密集，體積也減小很多。

（3）多層印制電路板（Multi-Layer Boards）

多層印制電路板是指在絕緣基板上，印制三層以上的電路板，主要應用于導線很密集或體積很小的電路。它在雙面板的基礎上，增加了內部電源層、接地層或多個中間信號層。對于一些特殊封裝的集成電路，如mBGA封裝的集成電路，如果電路板上使用這種封裝的集成電路，那么電路板至少是四層電路板。

印制電路板的發展動向跟隨和適應集成電路的發展方向，即向高密度、高精度、細線、細間距、高可靠、多層化、高速傳輸、輕薄和表面貼片式技術方向發展。

2.按基板材料分

基板材料是指可以在其上形成導電圖形的絕緣材料，這種材料就是各種類型的覆銅箔層壓板，簡稱覆箔板。覆箔板除了用作支撐各種元器件外，還能實現它們之間的電氣連接或電絕緣。

覆箔板的制造過程是把玻璃纖維布、玻璃纖維氈、紙等增強材料浸漬環氧樹脂、酚醛樹脂等黏合劑，在適當溫度下烘干至B-階段，得到預浸漬材料（簡稱浸膠料），然后將它們按照工藝要求和銅箔疊層，在層壓機上經過加熱加壓得到所需的覆銅箔層壓板。

覆銅箔層壓板由銅箔、增強材料和黏合劑三部分組成。所以，按照基板材料分類，印制電路板通常分為紙基印制板、玻璃布基印制板、合成纖維印制板、陶瓷基底印制板、金屬芯基印制板等。

3.按基板的彎曲特性分

（1）剛性印制電路板（Rigid Printed Board）

剛性印制電路板常常稱為硬板，它使用的覆銅箔基材通常有酚醛紙質層壓板、環氧紙質層壓板、聚酯玻璃氈層壓板和環氧玻璃布層壓板等。聚酯玻璃氈層壓板的機械性能低于玻璃布基材，但高于紙基材料，即使在高濕度環境下，也能保持好的絕緣性能，使用溫度可達到100～105℃。環氧玻璃布層壓板的機械性能（彎曲強度、耐沖擊性、XYZ軸的尺寸穩定性、翹曲度和耐焊接熱沖擊）特別好，電氣性能也比其他材料好，使用溫度可達130℃，而且受惡劣環境（濕度）影響小。

（2）撓性印制電路板（Flexible Printed Board）

撓性印制電路板是用撓性基材制成的電路板，可以有無覆蓋層，又稱為柔性板或軟板。撓性印制電路板常用的覆銅箔基材主要有聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、環氧聚酯玻璃纖維薄膜和氟化乙丙烯薄膜等。撓性印制電路板的主要特點是：可彎曲折疊，能方便地在三維空間裝連，減小了電子整機設備的體積；質量輕，配線一致性好，使電子整機設備的可靠性得到提高。

（3）剛撓印制電路板（Rigid-Flex Printed Board）

剛撓印制電路板是利用撓性基材并在不同區域與剛性基材結合而制成的印制電路板。在剛撓結合區，撓性基材和剛性基材上的導電圖形通常是互連的。

使用撓性印制電路板和剛撓印制電路板可以連接不同平面間的電路，可以折疊、卷曲、彎曲，也可以連接活動部件，實現三維布線。根據不同的電子設備不同的使用要求，撓性印制電路板和剛撓印制電路板采用不同的材料。常用的覆銅箔撓性基材有覆銅箔聚酯薄膜和覆銅箔聚酰亞胺薄膜兩種。

除了上述3種分類方法外，還有以印制板基材和結構兩種結合起來的分類方法，如單面酚醛紙質印制板、雙面環氧玻璃布印制板、多層聚酰亞胺印制板等。現在又有以加工工藝方法稱呼的積層多層板（BUM），以布線密度稱呼的高密度互連板（HDI）等。

1.1.3 印制電路板的制造工藝簡介

印制電路板的制造工序大概包括照相制板、圖像轉移、蝕刻、鉆孔、孔金屬化、表面金屬涂覆以及有機材料涂覆等。制造工藝分類方法較多，但是基本可以分為兩類，即“減成法”（也稱為“銅蝕刻法”）和“加成法”（也稱為“添加法”）。

1.減成法

減成法通常先用光化學法或絲網漏印法或電鍍法在覆銅箔板的銅表面上，將一定的電路圖形轉移上去，這些圖形都由一定的抗蝕材料所組成，然后再用化學腐蝕的方法，將不必要的部分蝕刻掉，留下所需的電路圖形。

減成法具體又分為以下幾種工藝。

（1）光化學蝕刻工藝。在潔凈的覆銅板上均勻地涂布一層感光膠或粘貼光致抗蝕干膜，通過照像底版曝光、顯影、固膜、蝕刻獲得電路圖形。將膜去掉后，經過必要的機械加工，最后進行表面涂覆，印刷文字、符號成為成品。這種工藝的特點是圖形精度高、生產周期短，適于小批量、多品種生產。

（2）絲網漏印蝕刻工藝。將事先制好、具有所需電路圖形的膜板置于潔凈的覆銅板的銅表面上，用刮刀將抗蝕材料漏印在銅箔表面上，即獲得印料圖形；干燥后進行化學蝕刻，除去無印料掩蓋的裸銅部分之后去除印料，即為所需電路圖形。這種方法可以進行大規模機械化生產，產量大，成本低，但精度不如光化學蝕刻工藝。

（3）圖形電鍍蝕刻工藝。圖形轉移用的感光膜為抗蝕干膜，其工藝流程如下：

下料→鉆孔→孔金屬化→預電鍍銅→圖形轉移→圖形電鍍→去膜→蝕刻→電鍍插頭→熱熔→外形加工→檢測→網印阻焊劑→網印文字符號。

這種工藝現在已經成為雙面板制造的典型工藝，所以又稱為“標準法”。

（4）全板電鍍掩蔽法。與“圖形電鍍蝕刻工藝”類似，主要差別是：這種方法使用一種性能特殊的掩蔽干膜（性軟而厚），將孔和圖形掩蓋起來，蝕刻時作抗蝕膜用。其工藝流程如下：

下料→鉆孔→孔金屬化→全板電鍍銅→貼光敏掩蔽干膜→圖形轉移→蝕刻→去膜→電鍍插頭→外形加工→檢測→網印阻焊劑→焊料涂覆→網印文字符號。

（5）超薄銅箔快速蝕刻工藝。又稱“差分蝕刻工藝”。該工藝使用超薄銅箔的層壓板，主要工藝與“圖形電鍍蝕刻工藝”相似。只是在圖形電鍍銅后，電路圖形部分和孔壁金屬銅的厚度約30μm以上，而非電路圖形部分的銅箔仍為超薄銅箔的厚度（5μm）。對它進行快速蝕刻，5μm厚的非電路部分被蝕刻，僅留下有少量腐蝕的電路圖形部分。這種方法可以制得高精度、高密度的印制板，是有希望和有前途的一種新型工藝技術。

2.加成法

（1）全加成工藝。也稱CC-4法。它完全用化學鍍銅形成電路圖形和孔金屬化互連，其工藝如下：

催化性層壓板下料→涂催化性黏合劑→鉆孔→清洗→負相圖形轉移→粗化→化學鍍銅（后面的處理與減成法相同）→去膜→電鍍插頭→外形加工→檢測→網印阻焊劑→焊料涂覆→網印文字符號。

（2）半加成法。這種工藝方法是使用催化性層壓板或非催化性層壓板，鉆孔后用化學鍍銅工藝使孔壁和板面沉積一層薄金屬銅（約5μm以上），然后負相圖形轉移，進行圖形電鍍銅加厚（有時也可鍍Sn-Pb合金），去掉抗蝕膜后進行快速蝕刻，非圖形部分5μm的銅層迅速被蝕刻掉，留下圖形部分，即孔也被金屬化了的印制板。

這種方法將電鍍加成與快速蝕刻相結合，所以又稱為“半加成法”。

（3）NT法。這種方法使用具有催化性覆銅箔層壓板，首先用一般方法蝕刻出導體圖形，然后將整塊板面涂環氧樹脂膜（或只將焊盤部分留出），進行鉆孔、孔金屬化，再用CC-4法沉積所需厚度的銅，得到孔金屬化的印制板。

（4）光成形法。這種方法是在預先涂有黏合劑的層壓板上鉆孔并粗化處理，浸一層光敏性敏化劑，干燥后用負相底片曝光，然后再用CC-4法進行沉銅。這種方法的優點是不需印制圖形，是用光化學反應產生電路圖形，比較簡單經濟。

（5）多重布線法。這種方法使用數控布線機，將用聚酰亞胺絕緣的銅導線布設在絕緣板上，被黏合劑粘牢。鉆孔后用CC-4法沉銅以連接各層電路。這種方法可用布線機與計算機聯合工作，面線可以重疊和交叉，布線密度高，速度快，生產周期短，成本低。

加成法多用于雙面板與多層板的制作，因此，每一種方法都存在孔金屬化的共同問題。它與電路圖形制作是一起完成的。它與減成法的主要不同之處就是無需進行蝕刻。