文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：前路漫漫

本文介紹了不同的PCB制作工藝的流程細(xì)節(jié)。

半加成法雙面 PCB 制作工藝

半加成法雙面 PCB 工藝具有很強(qiáng)的代表性，其他類型的 PCB 工藝可參考該工藝，并通過對部分工藝步驟和方法進(jìn)行調(diào)整而得到。下面以半加成法雙面 PCB 工藝為基礎(chǔ)展開詳細(xì)說明。其具體制作工藝，尤其是孔金屬化環(huán)節(jié)，存在多種方法。

1.下料

將大面積的原材料切割成所需的工作尺寸。

2. 鉆通孔

通孔有兩個作用：一是作為各層之間的電氣連接通道；二是用于插裝器件（如集成電路、電子元件、電容等）的固定或定位。

目前，印制電路板通孔的加工方式包括數(shù)控機(jī)械鉆孔、機(jī)械沖孔、等離子體蝕孔、激光鉆孔、化學(xué)蝕孔等。

化學(xué)蝕孔方法相比等離子體蝕孔和激光蝕孔更經(jīng)濟(jì)，能夠蝕刻出 50μm 以下的小孔。但該方法適用的材料范圍較窄，主要針對聚酰亞胺材料，常用于柔性電路板的加工。

3. 去鉆污

在 PCB 鉆孔過程中，往往會有鉆屑無法完全排出而殘留在孔內(nèi)，且鉆孔時的高溫會使鉆屑與孔壁緊密黏結(jié)。板材越厚、孔徑越小，殘留的鉆屑就越多。這些鉆屑若不清除或清除不徹底，會嚴(yán)重影響化學(xué)沉銅的結(jié)合力，甚至可能導(dǎo)致塞孔、孔內(nèi)開路等致命缺陷。

4. 孔金屬化中的孔壁導(dǎo)電處理

孔金屬化工藝是印制電路板制作技術(shù)中最為關(guān)鍵的工序之一?？捉饘倩侵冈谟≈瓢迳香@出所需的過孔后，通過化學(xué)鍍和電鍍的方法，在絕緣的孔壁上鍍上一層導(dǎo)電金屬，使印制板各層的印制導(dǎo)線通過孔壁的導(dǎo)電金屬實現(xiàn)相互連通的工藝。孔壁導(dǎo)電化處理主要分為化學(xué)鍍銅和直接電鍍兩類。

1）化學(xué)鍍銅

化學(xué)鍍銅的流程包含前處理與化學(xué)鍍銅兩個環(huán)節(jié)。

前處理是用活化劑對孔壁進(jìn)行處理，使絕緣基材表面吸附一層活性粒子（通常為金屬鈀粒子）；隨后，銅離子在這些活性金屬鈀粒子上被還原，而還原產(chǎn)生的金屬銅晶核自身又會成為銅離子的催化層，使銅的還原反應(yīng)能在這些新的銅晶核表面持續(xù)進(jìn)行。

除了直接鍍制厚銅的情況外，通常會在化學(xué)鍍銅的基礎(chǔ)上進(jìn)行電鍍銅，以實現(xiàn)層間的可靠互連和性能更優(yōu)的布線。

2）直接電鍍銅的孔壁導(dǎo)電處理

化學(xué)鍍銅工藝仍存在一些不足：①鍍液屬于自身氧化還原系統(tǒng)，容易自行分解，對鍍液的管理難度較大；②鍍前處理工藝較為繁瑣；③化學(xué)沉銅的速度較慢；④化學(xué)鍍銅層的物理性能較差，可靠性不高；⑤化學(xué)沉銅過程中會釋放氫氣產(chǎn)生氣泡，可能導(dǎo)致小孔開路；⑥化學(xué)鍍銅液使用甲醛作為還原劑，對人體健康有害，還會污染環(huán)境；⑦化學(xué)鍍銅廢水中含有大量絡(luò)合劑，難以生物降解，處理難度大。因此，人們一直在努力研發(fā)替代工藝。直接電鍍的理念早在多年前就已出現(xiàn)，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，已形成成熟的工藝技術(shù)，相關(guān)化學(xué)品也陸續(xù)實現(xiàn)商品化，在印制板行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

直接電鍍工藝是指通過短時間的處理，在孔壁基材表面選擇性地形成導(dǎo)電層，再經(jīng)過常規(guī)的全板電鍍和圖形電鍍，即可實現(xiàn)孔金屬化的工藝。

直接電鍍技術(shù)主要涵蓋三種工藝路徑：

（1）以鈀鹽或鈀系化合物作為導(dǎo)電基材。其技術(shù)邏輯是，印制板非導(dǎo)電材質(zhì)的孔壁通過吸附鈀膠體或鈀離子獲取導(dǎo)電能力，為后續(xù)電鍍環(huán)節(jié)提供導(dǎo)電基底。

（2）以導(dǎo)電高分子聚合物作為導(dǎo)電基材。其技術(shù)流程為：第一步，孔壁表面在堿性高錳酸鉀水溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化錳覆蓋層；第二步，在酸性環(huán)境下，吡咯單體或其系列雜環(huán)化合物在孔壁表面聚合，形成聚吡咯膜狀導(dǎo)電層；第三步，直接在該導(dǎo)電膜層上實施電鍍，完成金屬化處理。

（3）以炭黑 - 石墨粉導(dǎo)電膜作為導(dǎo)電基材。其技術(shù)思路是將超細(xì)炭黑與石墨粉通過浸涂、干燥后附著于孔壁，形成導(dǎo)電層用于直接電鍍，該工藝俗稱黑孔工藝。黑孔液的主要成分包括超細(xì)石墨粉與炭黑粉（粒徑 0.2~0.3μm）、去離子水及表面活性劑等，借助表面活性劑將炭黑與石墨粉均勻分散于去離子水中，經(jīng)干燥后實現(xiàn)牢固附著。該工藝具有生產(chǎn)周期短、效率高、污水處理簡便等優(yōu)勢。

完成上述任意一種孔壁導(dǎo)電處理后，即可進(jìn)入全板電鍍階段。

5. 全板電鍍銅

鍍銅技術(shù)適用于全板電鍍與圖形電鍍兩大場景，其中全板電鍍銅緊隨孔壁導(dǎo)電處理（化學(xué)鍍銅或直接電鍍）之后進(jìn)行，而圖形電鍍則在圖形轉(zhuǎn)移工序后開展選擇性電鍍。

化學(xué)鍍銅后的全板電鍍銅，其功能是保護(hù)新沉積的化學(xué)銅層，并對孔內(nèi)化學(xué)銅層進(jìn)行加厚處理。

鍍液各組分及功能如下：

（1）硫酸銅：充當(dāng)鍍液中的主鹽，在水溶液中解離出銅離子，銅離子在陰極得電子后沉積為銅鍍層，其濃度控制在 60~100g/L。

（2）硫酸：主要作用是提升溶液導(dǎo)電性能，其濃度會對鍍液的分散效果及鍍層機(jī)械性能產(chǎn)生影響。

（3）添加劑：在 PCB 電鍍液中，添加劑的作用不可替代，能夠優(yōu)化電鍍時的電流分布、提高鍍液均鍍能力，同時影響銅離子從溶液主體到反應(yīng)界面的遷移及電結(jié)晶過程，進(jìn)而改變板面微觀凹凸區(qū)域的電化學(xué)沉積速度。PCB 電鍍銅添加劑通常包含氯離子、加速劑、抑制劑與整平劑，其作用效果并非各成分的簡單疊加，而是存在復(fù)雜的協(xié)同作用或競爭關(guān)系。

6. 圖形轉(zhuǎn)移與線路制作

半加成法通過圖形電鍍蝕刻工藝完成圖形轉(zhuǎn)移與線路制作，具體流程為：先經(jīng)光刻工藝制作電鍍窗口，電鍍銅與錫后剝離光阻層，以電鍍錫層為掩膜蝕刻非圖形區(qū)域的薄銅層，最終去除錫層露出銅線路圖形。

圖形電鍍銅的目的是增加線路及孔內(nèi)銅層厚度，滿足各線路的額定載流需求，其主要步驟如下：

（1）光刻工藝：采用耐電鍍干膜或光阻材料制作電鍍窗口。

（2）圖形電鍍銅：與前述鍍銅工藝原理一致，鍍層厚度依據(jù)實際需求設(shè)定。

（3）鍍錫預(yù)浸處理：鍍錫前用稀硫酸清除銅表面的輕微氧化層，同時維持鍍錫槽的酸度穩(wěn)定，減少槽內(nèi)主要成分的波動。

（4）鍍錫工序：在酸性硫酸亞錫鍍液中進(jìn)行，亞錫離子持續(xù)得電子還原為金屬錫，沉積于已鍍銅的板面及孔內(nèi)，直至達(dá)到規(guī)定厚度。鍍液主要成分為硫酸與硫酸亞錫。

（5）退膜處理：去除光阻層，該工序以氫氧化鈉（NaOH）為主要化學(xué)藥液。

（6）蝕刻工序：腐蝕去除非線路區(qū)域的銅層，形成成品線路圖形。

（7）退錫（鉛）處理：選擇性蝕刻去除錫（鉛）層，使銅表面暴露。

7. 阻焊圖形制備

印制板表面涂覆阻焊油墨的技術(shù)始于 20 世紀(jì) 60 年代末。阻焊材料主要包括熱固化阻焊油墨、紫外光固化型阻焊劑、干膜感光型阻焊材料、液態(tài)感光型阻焊油墨等。其中熱固化阻焊劑因受 PCB 耐熱性能限制，應(yīng)用范圍較窄，紫外光固化型由此應(yīng)運而生。熱固化與紫外光固化型阻焊油墨均通過絲網(wǎng)印刷形成圖形，精度相對有限；干膜感光型阻焊材料成本較高且操作流程復(fù)雜。目前，液態(tài)感光型阻焊油墨應(yīng)用最為普遍，以下工藝均圍繞此類油墨展開。

阻焊圖形制備的流程如下：

（1）表面預(yù)處理：清除板面氧化物、油脂及雜質(zhì)，對表面進(jìn)行清潔與粗化處理，確保板面與阻焊層形成良好結(jié)合。

（2）涂覆工藝：主要采用絲網(wǎng)印刷方式進(jìn)行涂覆。

（3）初步烘干：促使油墨中的溶劑揮發(fā)。

（4）曝光處理：受光照區(qū)域的油墨發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，強(qiáng)度提升且不溶于顯影液；雙面板可通過不同掩膜精準(zhǔn)對位實現(xiàn)同步曝光。

（5）顯影操作：未受光照的樹脂部分被碳酸鈉溶液溶解并去除。

（6）后段固化：通過后烘與紫外固化處理，使油墨完全固化，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)。

8. 文字印刷

目前行業(yè)內(nèi)存在兩種工藝安排：部分將文字印刷置于噴錫工序之后，部分則放在噴錫之前。文字油墨按固化方式分為熱固化型與紫外固化型兩類。

9. 其他表面處理

表面處理包含多種工藝方法，其中以表面噴錫最為常見。

1）表面噴錫工藝

噴錫是電路板表面處理中應(yīng)用最廣泛的涂覆形式，在線路生產(chǎn)中大量使用。其主要作用包括：①防止裸銅表面氧化；②維持良好的可焊性。

2）其他工藝

除噴錫外，表面處理方式還包括熱熔錫鉛、有機(jī)防焊膜、化學(xué)鍍錫、化學(xué)鍍銀、化學(xué)鍍鎳金、電鍍鎳金等。

同一 PCB 的不同區(qū)域可采用不同表面處理工藝，例如元器件焊接區(qū)采用噴錫，插頭部位的金手指采用電鍍鎳金。實際生產(chǎn)中，通過貼膜保護(hù)實現(xiàn)特定區(qū)域的選擇性處理。

減除法雙面 PCB 制作工藝

典型的減除法雙面 PCB 制作工藝與半加成法的核心差異在于：減除法通過掩膜腐蝕形成線路圖形，半加成法則依靠圖形電鍍實現(xiàn)；半加成法的銅腐蝕僅發(fā)生在非線路區(qū)域，且只需腐蝕較薄的銅層，因此線路精度更高。

減除法雙面 PCB 制作工藝步驟如下：

（1）基材裁切

（2）通孔鉆孔

（3）鉆污清除

（4）孔壁導(dǎo)電處理

（5）全板電鍍

減除法可通過較厚銅箔獲得較厚的銅貼膜層，通常也可通過全板電鍍實現(xiàn)導(dǎo)電層的加厚。

（6）圖形轉(zhuǎn)移與線路形成：

①光刻與刻蝕工藝。在潔凈的覆銅板表面，均勻涂覆感光膠或貼合光致抗蝕干膜，通過照相底版完成曝光、顯影、堅膜處理后，經(jīng)蝕刻工序得到電路圖形。雙面板需在正反兩面同步操作。

②絲網(wǎng)印刷蝕刻工藝。絲網(wǎng)印刷作為一種傳統(tǒng)印刷技術(shù)，在 PCB 制造及組裝流程中占據(jù)重要地位。其核心原理是：網(wǎng)版的圖形區(qū)域網(wǎng)孔可滲透油墨，非圖形區(qū)域網(wǎng)孔封閉無法透墨。電路板加工常用的網(wǎng)布材質(zhì)包括尼龍、聚酯或不銹鋼，網(wǎng)布的關(guān)鍵參數(shù)有網(wǎng)目數(shù)、厚度、線徑及開口尺寸等，這些參數(shù)直接影響印刷效果。PCB 工藝中，絲網(wǎng)印刷的油墨厚度通常為 10~30μm。受限于線徑和開孔尺寸，該工藝圖形精度較低，印制 0.1mm 以下導(dǎo)線時易出現(xiàn)鋸齒狀邊緣，質(zhì)量欠佳。

操作時，將預(yù)制好電路圖形的網(wǎng)板覆蓋在潔凈覆銅板的銅面上，印刷時先在網(wǎng)版一端倒入油墨，用刮板對油墨區(qū)域施加壓力并勻速向另一端移動，油墨在刮板推動下從圖形區(qū)域網(wǎng)孔擠壓至電路板表面。待涂布的油墨干燥后，即成為蝕刻銅層的掩膜，蝕刻去除無掩膜區(qū)域的銅層后，剝離油墨便形成電路圖形。

（7）板面處理：涂覆阻焊膜

（8）板面處理：印制標(biāo)識文字

（9）其他表面處理

單面印制電路板制作工藝

單面印制電路板的制作流程可參考減除法雙面板工藝，但存在顯著差異：單面 PCB 的鉆孔工序通常安排在圖形轉(zhuǎn)移與蝕刻完成后，且無需進(jìn)行孔金屬化處理，對鉆污清除的要求也低于雙面板。

單面 PCB 制作流程如下：

(1) 基材裁切：采用單面覆銅板，銅層厚度較厚

(2) 圖形轉(zhuǎn)移與線路形成：制作單面電路圖形

(3) 鉆通孔

(4) 清除鉆污

(5) 涂覆阻焊膜

(6) 印制標(biāo)識文字

(7) 表面處理

加成法雙面 PCB 制作工藝

加成法雙面 PCB 制作流程如下：

(1) 基材裁切：選用無銅箔的基材

(2) 鉆通孔

(3) 清除鉆污

(4) 選擇性鍍銅

①化學(xué)鍍厚銅：完成鉆污清除后，依次進(jìn)行調(diào)整、預(yù)浸、表面及孔壁活化處理，流程與常規(guī)化學(xué)鍍銅一致。隨后涂布兼具抗鍍與抗蝕性能的光阻，實施化學(xué)鍍銅后褪除光阻。該工藝完全依靠化學(xué)沉銅形成電路圖形及孔金屬化互連，屬于全加成法，適用于超精細(xì)線路制作，但成本較高。

②選擇性直接電鍍工藝：經(jīng)光刻處理后，采用直接電鍍技術(shù)僅在目標(biāo)孔位及布線區(qū)域?qū)崿F(xiàn)電鍍。

(5) 形成阻焊圖形

(6) 印制標(biāo)識文字

(7) 其他表面處理