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【科普】電子元器件中的“電子航母”竟是它?

電子發燒友網 ? 2019-07-24 11:59 ? 次閱讀

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域的重要作用,因此被許多人稱為“電子航母”。

現在,通信產品、計算機和其他幾乎全部的電子產品,都使用了印刷電路。印刷電路技術的發展和完善,為改變世界面貌的發明——集成電路的問世,創造了條件。隨著科學技術的發展,印刷電路板被廣泛應用于軍工、通訊、醫療、電力、汽車、工業控制、智能手機、可穿戴等高新技術領域。

印刷電路的發明

印刷電路時奧地利電氣工程師保?艾斯勒于20世紀30年代中期發明的。艾斯勒早年在維也納工程學院學習電氣工程,1930年畢業后,曾學習過印刷技術。他在對電子線路板進行研究時,他經常到圖書館查閱有關印刷技術方面的書刊。

經過認真思考,他萌發出一個念頭:要是像印刷書籍或報紙一樣,把電子設備的電路一次印刷在線路板上,就不需要用手工一塊一塊地制作線路板,線路也不用由人一根一根地焊接了,就可以大大提高電子產品的生產效率和可靠性。

在印刷行業,為了在紙上印刷出圖片,通常采用照相制版技術。即通過照相,把拍攝下來的圖片底版,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。

艾斯勒在制造電路板時,也采用與印刷業類似的制版方式進行嘗試。他先畫出電子線路圖,再把線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,只留下導通的線路。這樣,各個電子元件,就通過這塊板上銅箔所形成的電路相互連接起來了。這種印刷線路,既能提高電子產品的可靠性,又能大大提高生產效率,對開發電子新產品有極大的價值和潛力。

采用印刷電路技術,使電子設備的批量生產變得簡單易行,為電子產品的機械化、自動化生產奠定了基礎。20世紀50年代以來,包括通信設備在內的各種電子產品取得的大幅度進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到很高的精度,從而把電路板的生產制造推向一個嶄新的階段。在印刷行業進行制版時,通過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,同樣也可以把電子線路圖縮小制版,使之成為面積很小,關注發燒友公眾號回復資料和地址可以獲取電子資料一份。線路復雜而可靠性卻又很高的電子線路板。這種印刷電路板,對于線路復雜、可靠性要求很高的通信設備和計算機來說,是十分適用的。印刷電路技術的發展,為隨后集成電路的發明,奠定了必要的技術基礎。

線路板從發明至今,其歷史60余年。歷史表明:沒有線路板,沒有電子線路,飛行、交通、原子能、計算機、宇航、通信、家電……這一切都無法實現。

道理是容易理解的。芯片,IC,集成電路是電子信息工業的糧食,半導體技術體現了一個國家的工業現代化水平,引導電子信息產業的發展。而半導體(集成電路、 IC)的電氣互連和裝配必須靠線路板。

印刷電路板的種類

實際電子產品中使用的印刷電路板千差萬別,根據不同的標準印刷電路板有不同的分類。

一、按印刷電路的分布分類

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,只有一個表面敷有銅箔,通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路。單面板制造簡單,裝配方便,適用于一放電路要求,如收音機、電視機等;不適用于要求高組裝密度或復雜電路的場合。

? 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品,如電子計算機、電子儀器和儀表等。由于雙面板印制電路的布線密度較單面板高,所以能減小設備的體積。

? 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。

下圖是多層板結構示意圖,多層板所用的元件多為貼片式元件,其特點是:

1、與集成電路配合使用,可使整機小型化,減少整機重量;

2、提高了布線密度,縮小了元器件的間距,縮短了信號的傳輸路徑;

3、減少了元器件焊接點,降低了故障率;

4、增設了屏蔽層,電路的信號失真減少;

5、引入了接地散熱層,可減少局部過熱現象,提高整機工作的可靠性;

二、按基材的性質分類

按基材的性質可將印制電路板分為剛性和柔性兩種。

剛性印制板

剛性印制板具有一定的機械強度,用它裝成的部件具有平整狀態。一般電子產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,在使用時可根據安裝要求將其彎曲。柔性印制板一般用于特殊場合,如某些數字萬用表的顯示屏是可以旋轉的,其內部往往采用柔性印制板;手機的顯示屏、按鍵等。

下圖為手機柔性印制板,它的基材采用聚酰亞胺,并且對表面進行了防氧化處理,最小線寬線距設為0.1mm。柔性印制板的突出特點是能彎曲、卷曲、折疊,能連接剛性印制板及活動部件,從而能立體布線,實現三維空間互連,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品。

三、 按適用范圍分類

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。

電子設備高頻化是發展趨勢,尤其在無線網絡、衛星通信日益發展的今天,信息產品走向高速與高頻化,及通信產品走向容量大速度快的無線傳輸之語音、視像和數據規范化。因此發展的新一代產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損耗及介電常數小的材料構成。

四、特殊印制板的種類

目前,也出現了金屬芯印制板、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的金屬板代替環氧玻璃布板,經過特殊處理后,使金屆板兩面的導體電路相互連通,而和金屬部分高度絕緣。金屬芯印制板的優點是散熱性及尺寸穩定性好,這是因為鋁、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足電子產品“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發的印制扳。該印制板有孔徑小、線寬及間距小、精度高、基板要求高等特點。

碳膜印制板

碳膜印制板是在鍍銅箔板上制成導體圖形后,再印制一層碳膜形成觸點或跨接線(電阻值符合規定要求)的印制板。其特點是生產工藝簡單、成本低、周期短,具有良好的耐磨性、導電性,能使單面板實現高密度化,產品小型化、輕量化,適用于電視機、電話機、錄像機及電子琴等產品。

印刷電路板的制作過程演示

以四層為例,我們來看一下印刷電路板是如何制作的。

? 第一步、化學清洗

為得到良好質量的蝕刻圖形,就要確保抗蝕層與基板表面牢固的結合,要求基板表面無氧化層、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板進行表面清洗并使銅箔表面達到一定的粗化層度。

內層板材:開始做四層板,內層(第二層和第三層)是必須先做的。內層板材是由玻璃纖維和環氧樹脂基復合在上下表面的銅薄板。

第二步、裁板 壓膜

涂光刻膠:為了在內層板材作出我們需要的形狀,我們首先在內層板材上貼上干膜(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膜三部分組成的。貼膜時,先從干膜上剝下聚乙烯保護膜,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,光引發劑吸收了光能分解成游離基,游離基再引發光聚合單體產生聚合交聯反應,反應后形成不溶于稀堿溶液的高分子結構。聚合反應還要持續一段時間,為保證工藝的穩定性,曝光后不要立即撕去聚酯膜,應停留15分鐘以上,以時聚合反應繼續進行,顯影前撕去聚酯膜。

顯影:感光膜中未曝光部分的活性基團與稀堿溶液反應生產可溶性物質而溶解下來,留下已感光交聯固化的圖形部分。

? 第四步、蝕刻

在撓性印制板或印制板的生產過程中,以化學反應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。“膜渣”過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-保護膜膠片

進壓合機之前,需將各多層板使用原料準備好,以便疊板(Lay-up)作業。除已氧化處理之內層外,尚需保護膜膠片(Prepreg)-環氧樹脂浸漬玻璃纖維。疊片的作用是按一定的次序將覆有保護膜的板子疊放以來并置于二層鋼板之間。

? 第七步、疊板-銅箔 和真空層壓

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

? 第八步、CNC鉆孔

在內層精確的條件下,數控鉆孔根據模式鉆孔。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通(使孔壁上之非導體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化),在孔中必須填充銅。第一步是在孔中鍍薄薄一層銅,這個過程完全是化學反應。最終鍍的銅厚為50英寸的百萬分之一。

? 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、線路電鍍

此次也成為二次鍍銅,主要目的是加厚線路銅和通孔銅厚。

? 第十三步、電鍍錫

其主要目的是蝕刻阻劑, 保護其所覆蓋的銅導體不會在堿性蝕銅時受到攻擊(保護所有銅線路和通孔內部)。

? 第十四步、去膜

我們已經知道了目的,只需要用化學方法,表面的銅被暴露出來。

? 第十五步、蝕刻

我們知道了蝕刻的目的,鍍錫部分保護了下面的銅箔。

? 第十六步、預硬化 曝光 顯影 上阻焊

阻焊層,是為了把焊盤露出來用的,也就是通常說的綠油層,實際上就是在綠油層上挖孔,把焊盤等不需要綠油蓋住的地方露出來。適當清洗可以得到合適的表面特征。

? 第十七步、表面處理

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

今天的內容就到這了,如果您對文章內容方面還有疑問,可以掃描下方二維碼,會有專門的老師幫你解決。

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