不同的PCB制作工艺的流程细节-电子发烧友网

文章来源：学习那些事

原文作者：前路漫漫

本文介绍了不同的PCB制作工艺的流程细节。

半加成法双面 PCB 制作工艺

半加成法双面 PCB 工艺具有很强的代表性，其他类型的 PCB 工艺可参考该工艺，并通过对部分工艺步骤和方法进行调整而得到。下面以半加成法双面 PCB 工艺为基础展开详细说明。其具体制作工艺，尤其是孔金属化环节，存在多种方法。

1.下料

将大面积的原材料切割成所需的工作尺寸。

2. 钻通孔

通孔有两个作用：一是作为各层之间的电气连接通道；二是用于插装器件（如集成电路、电子元件、电容等）的固定或定位。

目前，印制电路板通孔的加工方式包括数控机械钻孔、机械冲孔、等离子体蚀孔、激光钻孔、化学蚀孔等。

化学蚀孔方法相比等离子体蚀孔和激光蚀孔更经济，能够蚀刻出 50μm 以下的小孔。但该方法适用的材料范围较窄，主要针对聚酰亚胺材料，常用于柔性电路板的加工。

3. 去钻污

在 PCB 钻孔过程中，往往会有钻屑无法完全排出而残留在孔内，且钻孔时的高温会使钻屑与孔壁紧密黏结。板材越厚、孔径越小，残留的钻屑就越多。这些钻屑若不清除或清除不彻底，会严重影响化学沉铜的结合力，甚至可能导致塞孔、孔内开路等致命缺陷。

4. 孔金属化中的孔壁导电处理

孔金属化工艺是印制电路板制作技术中最为关键的工序之一。孔金属化是指在印制板上钻出所需的过孔后，通过化学镀和电镀的方法，在绝缘的孔壁上镀上一层导电金属，使印制板各层的印制导线通过孔壁的导电金属实现相互连通的工艺。孔壁导电化处理主要分为化学镀铜和直接电镀两类。

1）化学镀铜

化学镀铜的流程包含前处理与化学镀铜两个环节。

前处理是用活化剂对孔壁进行处理，使绝缘基材表面吸附一层活性粒子（通常为金属钯粒子）；随后，铜离子在这些活性金属钯粒子上被还原，而还原产生的金属铜晶核自身又会成为铜离子的催化层，使铜的还原反应能在这些新的铜晶核表面持续进行。

除了直接镀制厚铜的情况外，通常会在化学镀铜的基础上进行电镀铜，以实现层间的可靠互连和性能更优的布线。

2）直接电镀铜的孔壁导电处理

化学镀铜工艺仍存在一些不足：①镀液属于自身氧化还原系统，容易自行分解，对镀液的管理难度较大；②镀前处理工艺较为繁琐；③化学沉铜的速度较慢；④化学镀铜层的物理性能较差，可靠性不高；⑤化学沉铜过程中会释放氢气产生气泡，可能导致小孔开路；⑥化学镀铜液使用甲醛作为还原剂，对人体健康有害，还会污染环境；⑦化学镀铜废水中含有大量络合剂，难以生物降解，处理难度大。因此，人们一直在努力研发替代工艺。直接电镀的理念早在多年前就已出现，经过近几十年的发展，已形成成熟的工艺技术，相关化学品也陆续实现商品化，在印制板行业得到了广泛应用。

直接电镀工艺是指通过短时间的处理，在孔壁基材表面选择性地形成导电层，再经过常规的全板电镀和图形电镀，即可实现孔金属化的工艺。

直接电镀技术主要涵盖三种工艺路径：

（1）以钯盐或钯系化合物作为导电基材。其技术逻辑是，印制板非导电材质的孔壁通过吸附钯胶体或钯离子获取导电能力，为后续电镀环节提供导电基底。

（2）以导电高分子聚合物作为导电基材。其技术流程为：第一步，孔壁表面在碱性高锰酸钾水溶液中发生化学反应，生成二氧化锰覆盖层；第二步，在酸性环境下，吡咯单体或其系列杂环化合物在孔壁表面聚合，形成聚吡咯膜状导电层；第三步，直接在该导电膜层上实施电镀，完成金属化处理。

（3）以炭黑 - 石墨粉导电膜作为导电基材。其技术思路是将超细炭黑与石墨粉通过浸涂、干燥后附着于孔壁，形成导电层用于直接电镀，该工艺俗称黑孔工艺。黑孔液的主要成分包括超细石墨粉与炭黑粉（粒径 0.2~0.3μm）、去离子水及表面活性剂等，借助表面活性剂将炭黑与石墨粉均匀分散于去离子水中，经干燥后实现牢固附着。该工艺具有生产周期短、效率高、污水处理简便等优势。

完成上述任意一种孔壁导电处理后，即可进入全板电镀阶段。

5. 全板电镀铜

镀铜技术适用于全板电镀与图形电镀两大场景，其中全板电镀铜紧随孔壁导电处理（化学镀铜或直接电镀）之后进行，而图形电镀则在图形转移工序后开展选择性电镀。

化学镀铜后的全板电镀铜，其功能是保护新沉积的化学铜层，并对孔内化学铜层进行加厚处理。

镀液各组分及功能如下：

（1）硫酸铜：充当镀液中的主盐，在水溶液中解离出铜离子，铜离子在阴极得电子后沉积为铜镀层，其浓度控制在 60~100g/L。

（2）硫酸：主要作用是提升溶液导电性能，其浓度会对镀液的分散效果及镀层机械性能产生影响。

（3）添加剂：在 PCB 电镀液中，添加剂的作用不可替代，能够优化电镀时的电流分布、提高镀液均镀能力，同时影响铜离子从溶液主体到反应界面的迁移及电结晶过程，进而改变板面微观凹凸区域的电化学沉积速度。PCB 电镀铜添加剂通常包含氯离子、加速剂、抑制剂与整平剂，其作用效果并非各成分的简单叠加，而是存在复杂的协同作用或竞争关系。

6. 图形转移与线路制作

半加成法通过图形电镀蚀刻工艺完成图形转移与线路制作，具体流程为：先经光刻工艺制作电镀窗口，电镀铜与锡后剥离光阻层，以电镀锡层为掩膜蚀刻非图形区域的薄铜层，最终去除锡层露出铜线路图形。

图形电镀铜的目的是增加线路及孔内铜层厚度，满足各线路的额定载流需求，其主要步骤如下：

（1）光刻工艺：采用耐电镀干膜或光阻材料制作电镀窗口。

（2）图形电镀铜：与前述镀铜工艺原理一致，镀层厚度依据实际需求设定。

（3）镀锡预浸处理：镀锡前用稀硫酸清除铜表面的轻微氧化层，同时维持镀锡槽的酸度稳定，减少槽内主要成分的波动。

（4）镀锡工序：在酸性硫酸亚锡镀液中进行，亚锡离子持续得电子还原为金属锡，沉积于已镀铜的板面及孔内，直至达到规定厚度。镀液主要成分为硫酸与硫酸亚锡。

（5）退膜处理：去除光阻层，该工序以氢氧化钠（NaOH）为主要化学药液。

（6）蚀刻工序：腐蚀去除非线路区域的铜层，形成成品线路图形。

（7）退锡（铅）处理：选择性蚀刻去除锡（铅）层，使铜表面暴露。

7. 阻焊图形制备

印制板表面涂覆阻焊油墨的技术始于 20 世纪 60 年代末。阻焊材料主要包括热固化阻焊油墨、紫外光固化型阻焊剂、干膜感光型阻焊材料、液态感光型阻焊油墨等。其中热固化阻焊剂因受 PCB 耐热性能限制，应用范围较窄，紫外光固化型由此应运而生。热固化与紫外光固化型阻焊油墨均通过丝网印刷形成图形，精度相对有限；干膜感光型阻焊材料成本较高且操作流程复杂。目前，液态感光型阻焊油墨应用最为普遍，以下工艺均围绕此类油墨展开。

阻焊图形制备的流程如下：

（1）表面预处理：清除板面氧化物、油脂及杂质，对表面进行清洁与粗化处理，确保板面与阻焊层形成良好结合。

（2）涂覆工艺：主要采用丝网印刷方式进行涂覆。

（3）初步烘干：促使油墨中的溶剂挥发。

（4）曝光处理：受光照区域的油墨发生交联反应，强度提升且不溶于显影液；双面板可通过不同掩膜精准对位实现同步曝光。

（5）显影操作：未受光照的树脂部分被碳酸钠溶液溶解并去除。

（6）后段固化：通过后烘与紫外固化处理，使油墨完全固化，形成稳定的网状分子结构。

8. 文字印刷

目前行业内存在两种工艺安排：部分将文字印刷置于喷锡工序之后，部分则放在喷锡之前。文字油墨按固化方式分为热固化型与紫外固化型两类。

9. 其他表面处理

表面处理包含多种工艺方法，其中以表面喷锡最为常见。

1）表面喷锡工艺

喷锡是电路板表面处理中应用最广泛的涂覆形式，在线路生产中大量使用。其主要作用包括：①防止裸铜表面氧化；②维持良好的可焊性。

2）其他工艺

除喷锡外，表面处理方式还包括热熔锡铅、有机防焊膜、化学镀锡、化学镀银、化学镀镍金、电镀镍金等。

同一 PCB 的不同区域可采用不同表面处理工艺，例如元器件焊接区采用喷锡，插头部位的金手指采用电镀镍金。实际生产中，通过贴膜保护实现特定区域的选择性处理。

减除法双面 PCB 制作工艺

典型的减除法双面 PCB 制作工艺与半加成法的核心差异在于：减除法通过掩膜腐蚀形成线路图形，半加成法则依靠图形电镀实现；半加成法的铜腐蚀仅发生在非线路区域，且只需腐蚀较薄的铜层，因此线路精度更高。

减除法双面 PCB 制作工艺步骤如下：

（1）基材裁切

（2）通孔钻孔

（3）钻污清除

（4）孔壁导电处理

（5）全板电镀

减除法可通过较厚铜箔获得较厚的铜贴膜层，通常也可通过全板电镀实现导电层的加厚。

（6）图形转移与线路形成：

①光刻与刻蚀工艺。在洁净的覆铜板表面，均匀涂覆感光胶或贴合光致抗蚀干膜，通过照相底版完成曝光、显影、坚膜处理后，经蚀刻工序得到电路图形。双面板需在正反两面同步操作。

②丝网印刷蚀刻工艺。丝网印刷作为一种传统印刷技术，在 PCB 制造及组装流程中占据重要地位。其核心原理是：网版的图形区域网孔可渗透油墨，非图形区域网孔封闭无法透墨。电路板加工常用的网布材质包括尼龙、聚酯或不锈钢，网布的关键参数有网目数、厚度、线径及开口尺寸等，这些参数直接影响印刷效果。PCB 工艺中，丝网印刷的油墨厚度通常为 10~30μm。受限于线径和开孔尺寸，该工艺图形精度较低，印制 0.1mm 以下导线时易出现锯齿状边缘，质量欠佳。