印制板生产调试研究

摘要:作为各种电子产品的基板以及载体，印制板的加工质量会直接影响以其为核心的消费电子、汽车电子、通信光电等下游产业领域产品的可靠性与使用寿命。然而，在印制板的生产制造过程中，受生产工艺、加工设备以及复杂生产环境的影响，缺陷的产生往往难以避免。因此，做好印制板的生产调试，减小印制板的故障率对印制板的生产有着重大意义。一方面，可以有效降低出印制板缺陷率，保证印制板以及其下游产品的质量，避免缺陷产品流入市场；另一方面，可以通过印制板生产调试过程分析生产工艺、加工设备以及调试流程等可能存在的问题，从生产流程、调试工艺方面保证产品质量。

关键词：印制板；生产流程；生产调试

引言:

印制板是承载电子产品中各种电子元器件的基板，是电子产品中不可或缺的基础组装部件。将预先设计的电路图案，印刷在绝缘基板表面或者内部形成导电图形，通过该图形可以将各元器件相互连接形成通路。随着工业技术的发展，民用电子设备对便携性的要求越来越高，并衍生出了大量的新兴行业，小到智能门卡、智能手表、智能手机、便携电脑以及各式各样的健康监视设备，大到家用智能家电、工业自动化设备、军用设备及航空航天的火箭和空间站，均有集成电子电路、电阻电容等电子元器件，且都要以印制板为载体实现各种元器件之间的互通互联。

一、印制板生产工艺

（一）减成法

减成法是工艺技术最为成熟的印制板制造方法之一。通过丝网漏印法或光化学法在已经覆铜箔的印制板的铜表面上，通过贴膜、曝光、显影等方式将需要的电路图印上去，该电路图具有抗蚀蚀的作用，然后再用通过化学腐蚀将不需要的部分铜蚀刻掉，留下所需要的电路图形。其简单工艺流程为：覆铜板→贴膜→曝光→显影→蚀刻→退膜，如图 1-1所示。但是在化学蚀刻铜表面的过程中，表面的腐蚀液不可能完全相同，会导致各个方向的蚀刻速率不同，导致线路会发生蚀刻不均匀问题，使线路形状不规则、导电性能不稳定统一的质量问题，最终影响电子产品的可靠性。

图1-1减成法生产工艺流程图

（二）加成法

为了解决减成法存在刻蚀不均匀的问题，研究出了加成法制造印制板线路的工艺，包括全加成法、半加成法和半加成法。全加成法是仅用化学沉铜方法形成导电图形的加成法工艺。工艺流程为：钻孔→成像→增黏处理（负相）→化学镀铜→去除抗蚀剂，在生产中该工艺常常采用催化性层压板作基材，但是由于其对基材、化学沉铜均有特殊要求，成本较高且工艺并不成熟，目前的产量不大。半加成法是在催化性覆铜层压板上印刷印制板加法制造工艺流程：可视化（抗蚀）-蚀刻铜（正相）-去抗腐蚀层→电镀抗蚀成分覆盖整个板→钻孔→孔中化学渡铜→去除电镀抗蚀涂层。半加成法是对全加成法的改进,但是实现原理仍然没改变,提升的效果有限。半加成法利用金属在绝缘衬底表面的化学沉积，结合电镀，蚀刻或三者的组合形成导电图案。钻孔过程如下：→催化和粘附处理→化学镀铜→图像（电镀抗蚀剂）→图形电镀铜涂层（负相）-去除抗蚀成分→差分蚀刻。如图1-2所示，用于制造的基板是一种普通的层压板，由于其众多优点，该工艺已成为制造印制板的主要技术之一。这种方法首先在铜基上覆盖一层薄膜，然后在暴露后表现出来，揭示出需要线的区域。然后用电镀层加厚线，并涂上一层抗蚀剂。最后，这种薄膜被去除，并在抗蚀剂下腐蚀一层铜箔。该工艺大大减小刻蚀不均匀问题，并且降低了生产成本，提高了生产效率的同时降低了环境水污染，通过该工艺形成的电路层，具有优秀的结合力，保证了基材和导电图形的牢固结合。

图1-2加成法生产工艺流程图

（三）印制板导孔与孔金属化

印制板上孔的统称为导孔（via）。可以分为三类：通孔（through via）、盲孔（blind via）以及埋孔（buried via）。如图1-3所示，通孔是贯穿印制板的两侧，将不同层和两边的导线进行互连的一种镀覆孔。盲孔是只连通到印制板一侧表面的导孔，印制板的两侧均有布置。埋孔位于印制板的内部，不延伸到印制板的任意一侧。埋孔的工艺流程与通孔、盲孔不同，是先钻孔并且镀铜形成通路，再进行印制板压合，盲孔和通孔则是在压合后再进行钻和镀铜。

印制板在不同的层之间要形成通路，就必须将其连通，孔金属化就是最为重要的流程，是指使用化学镀和电镀的方法，在印制板的孔壁上沉积出一层金属镀层，通过这层镀层将各层导电图形进行连接使其通电，同时还可以当做中间层作为后续的中间层。

图1-3印制板导孔图

孔金属化首先用化学镀方法在表面沉积一层厚度约为 0.5 um 的薄铜层，再使用电镀的方法在其表面进行镀铜，使总铜层厚度达到20-25 um，以达到个元器件之间的通电量要求。印制板对电镀铜层的质量有着非常严格的要求：化学沉铜层与基材要有优秀的结合力，电镀铜层要均匀细致，具有良好的延伸性，同时印制板两边的镀层厚度和孔壁中心厚度的比值尽可能接近 1：1，也就是深镀能力要尽可能达到 100%，以达到导电需求。传统的化学镀铜使用配位剂进行铜离子沉积，如酒石酸钾钠、EDTA等，并用甲醛进行还原，但是这些物质对自然环境的危害极大，印制板电镀铜最为常用的是酸性硫酸盐镀铜，因为酸性硫酸盐镀铜体系组分简单，而且镀液稳定，在添加剂的辅助下能够获得具有优异的深镀能力的铜镀层，同时废液处理相对简单，对环境无有害影响。

二、印制板调试工艺

（一）人工调试

人工调试方式主要通过人员肉眼观察进行印制板缺陷的识别，在针对复杂度低、生产批量小的印刷印制板的调试时是一种简单、直接的调试方式。但人工调试的调试质量极度依赖调试人员的视觉观察，主观性较强，同时调试人员长期的高强度用眼极易产生视觉疲劳，致使调试的效率及精度低下，甚至影响调试人员的视觉健康问。同时，随着电子产品不断的微型化、高效化，印制板也向着高复杂化、高集成化发展，这使得人工调试的难度大大增加，对调试人员的技术提出了更高的要求，导致人力成本大幅提高。

（二）电气性能调试

电气性能调试方法通过针床、探针等与焊接好的印制板上的器件接触，并通以电流以实现印刷印制板相应元件的调试，主要包括针床测试、飞针测试、功能测试等。该种方法针对不同的印制板需要进行特定的模板制作与调试，只能针对特定任务下的印制板调试，且设备昂贵，调试成本高。另一方面，接触式调试需要直接接触印刷印制板，在调试过程中极易对印刷印制板造成二次损伤，增加额外的调试成本。

（三）红外调试

红外调试方法主要有热成像调试以及激光探伤。热成像的调试原理是不同温度下的物体所辐射的红外线强度是不同的，当印制板存在缺陷时，电流经过受阻不均处会发热异常，导致产生的红外线强度异常，进而识别缺陷位置；激光探伤原理在于发射的激光在通过被测目标时，会在其中密度较大的材料区被吸收，而在密度低的区域则直接通过，根据这种被吸收的变化量，实现缺陷位置的确定。这种方法能够实现一些难以察觉到的缺陷且能够对内部缺陷进行识别，但所使用的设备较为复杂，且成本高昂，常用于实验室小批量调试，难以广泛应用于工业生产中。

（四）功能调试

功能调试是一种自动调试方法,是一种调试特定印制板或特定单元的方法。根据功能调试用例,通过调试设备逐项调试和验证印制板的功能,检查产品是否满足用户的要求。其中,最终产品调试法是最常见的功能调试方法,主要调试装配完成后的印制板。该调试方法具有操作失误概率低和风险低等优点,缺点是调试速度较慢、占用空间大,在调试过程中需要自动调试提供较好的软件或硬件的保护,否则可能损坏产品。

三、印制板生产调试优化策略

（一）印制板板材的选择方面

由于越来越多的设备和越来越多的电子产品，印刷印制板的需求正在增长。印制板不仅需要良好的机械性能，而且需要良好的绝缘性能。在某些情况下，它们必须具有足够的耐火性。“电路在运行过程中产生大量热量，印制板是最直接的牺牲品，印制板必须防火，不能在一定温度下无法耐高温导致软化。”此时的温度称为玻璃化转化温度（Tg点）。一般来说，温度为Tg 21—45°C的印制板被称为高Tg印制板。随着基板Tg的增加，印制板的耐热性、防潮性、耐化学性和耐久性等性能将得到提高。TH值越高，板的耐热性越好。

（二）生产工艺优化法方面

在印制板板钻导通孔时，钻头高速旋转剧烈磨擦的过程中上升至较高温度，切削下来的树脂残渣将会玻璃化，其Tg值代表树脂的玻璃化温度，附着于孔壁内，冷却后就形成胶渣。因为胶渣是不导电的环氧树脂，所以胶渣的存在对后续的孔金属化质量极为不利，必须清除。在生产时要先用溶胀剂将导通孔内树脂残渣溶胀，然后将溶胀后的孔内树脂除去，形成均匀的蜂窝状，最后再把残留在树脂板上的氧化剂中和掉。树脂板除胶渣效果的优劣，直接影响到后续孔金属化的品质，而除胶的效果取决于溶胀剂的溶胀效果，只有溶胀剂将孔内玻璃化的树脂溶胀，才能将胶渣除去。

结语:

印制板通常由一层或多层压合而成，各层之间的内部和基材表面覆有导电线路，通过在印制板表面及内部的通孔、盲孔、埋孔实现电子元件之间的互连、互通。通孔从其顶层一直连通到底层；盲孔是指位于印制板的顶层或底层表面、具有一定的深度，但是未贯穿的孔，用于表层线路的连接；埋孔是印制板中部的孔，具有实现印制板内层之间的电器互联的功能。因此，做好印制板的生产调试，对促进印制板产业发展、加快我国经济发展有着重大意义。

参考文献:

[1]杨防祖，吴伟刚，田中群.印刷线路板孔金属化工艺[C].2021年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集，2021：172-175

[2]杨防祖，吴伟刚，田中群.印制板微孔金属化工艺改进[J].电镀与精饰，2020，34（8）：30-33

[3]肖宁，李宁.EPE系列镀铜抑制剂的填孔性能与作用机理的研究[D].哈尔滨工业大学，2020.

[4]姜雪松，印制板工程设计-专业技能入门与精通[M].北京：机械工业出版社，2022.

[5]许永章，肖友军印制板电镀填孔添加剂应用工艺研究[1].江西理工大学,2021.

[6]张曦，杨之诚，孔令文.填孔电镀光剂研究进展[J].印制电路信息，2010（9）：21-23.