PCB板內(nèi)層制作流程：精細(xì)與挑戰(zhàn)的融合

印制電路板（PCB）作為電子產(chǎn)品的“骨架”，其制造工藝的精度直接決定了電子設(shè)備的功能與可靠性。在現(xiàn)代多層PCB的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中，內(nèi)層制作無疑是整個(gè)制造過程中最核心、最精細(xì)，也最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)之一。內(nèi)層作為信號(hào)傳輸和電源分配的隱形通路，其圖案精度、層間對(duì)位以及材料性能，都對(duì)最終產(chǎn)品的電氣特性和物理穩(wěn)定性產(chǎn)生決定性影響。內(nèi)層制作的成功與否，是衡量一個(gè)PCB制造商技術(shù)水平的關(guān)鍵指標(biāo)。本節(jié)將深入探討PCB內(nèi)層從原始覆銅板到具備精密電路圖案的完整制作流程，揭示其背后的技術(shù)原理、工藝要點(diǎn)以及質(zhì)量控制的嚴(yán)苛要求。

一、 內(nèi)層基材的選擇與準(zhǔn)備

PCB內(nèi)層制作的起點(diǎn)是覆銅板（CCL），這種復(fù)合材料通常由絕緣基材（如玻璃纖維布與環(huán)氧樹脂）和覆蓋其表面的銅箔構(gòu)成。覆銅板的性能直接影響到內(nèi)層的電氣特性、機(jī)械強(qiáng)度以及加工適應(yīng)性。選擇合適的覆銅板是內(nèi)層制作的第一步，也是至關(guān)重要的一步。

1.1 覆銅板的類型與特性

覆銅板的種類繁多，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求，其材料構(gòu)成和性能參數(shù)各異。常見的基材包括FR-4（環(huán)氧樹脂玻璃纖維布基）、高Tg板材（高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）、無鹵素板材、聚酰亞胺（Polyimide）基材以及各種高速高頻材料（如PTFE、碳?xì)錁渲龋R-4因其優(yōu)良的綜合性能和成本效益，是目前應(yīng)用最廣泛的覆銅板。高Tg板材則適用于對(duì)耐熱性要求較高的場(chǎng)合，如大功率器件或高環(huán)境溫度應(yīng)用。無鹵素板材是出于環(huán)保考慮，替代傳統(tǒng)含鹵素阻燃劑的板材，符合RoHS等環(huán)保指令。高速高頻材料則針對(duì)高頻信號(hào)傳輸中的損耗和信號(hào)完整性問題，具有更低的介電常數(shù)（Dk）和介電損耗因子（Df）。

選擇覆銅板時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)因素，包括但不限于：電氣性能（介電常數(shù)、介電損耗、絕緣電阻、擊穿電壓等）、熱性能（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、熱膨脹系數(shù)CTE、熱分解溫度Td等）、機(jī)械性能（抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度等）、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性以及成本。例如，在設(shè)計(jì)高頻通信設(shè)備時(shí)，必須選用具有低Dk和低Df特性的高頻板材，以確保信號(hào)傳輸?shù)耐暾圆p少損耗；而在需要承受較高工作溫度的工業(yè)控制板中，則應(yīng)選擇高Tg板材以保證其在高溫下的可靠性。

1.2 覆銅板的裁切與清潔

接收到的覆銅板通常是標(biāo)準(zhǔn)尺寸的大板，為了適應(yīng)后續(xù)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，需要對(duì)其進(jìn)行精確的裁切。裁切的目的是將大尺寸覆銅板分割成適合生產(chǎn)線流轉(zhuǎn)的工件尺寸，同時(shí)確保裁切邊緣的光滑和平整，避免毛刺和應(yīng)力集中。裁切前，操作人員會(huì)根據(jù)生產(chǎn)工單和工藝要求，確定裁切的尺寸和方向。常用的裁切設(shè)備包括數(shù)控裁板機(jī)或精密剪板機(jī)，這些設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的自動(dòng)化裁切，減少人工誤差。

裁切完成后，覆銅板表面可能會(huì)附著灰塵、油污、指紋或其他污染物。這些污染物在后續(xù)的圖形轉(zhuǎn)移過程中會(huì)形成缺陷，導(dǎo)致開路或短路，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在進(jìn)入下一工序之前，必須對(duì)覆銅板進(jìn)行徹底的清潔處理。清潔工藝通常包括機(jī)械刷磨、高壓水沖洗、化學(xué)清洗（如酸洗或堿洗）以及烘干等步驟。機(jī)械刷磨能夠去除銅箔表面的氧化層和粗糙度，增加其對(duì)光成像材料的附著力。化學(xué)清洗則能有效去除油污和微塵。最后，通過潔凈的熱風(fēng)烘干，確保板面完全干燥，避免水漬殘留。整個(gè)清潔過程必須在潔凈的環(huán)境中進(jìn)行，以防止二次污染，并確保銅箔表面達(dá)到最佳的清潔度和活性。

二、 內(nèi)層線路圖形的形成：光繪與圖形轉(zhuǎn)移

內(nèi)層線路圖形的形成是PCB制造的核心環(huán)節(jié)，其精度直接決定了電路的功能和性能。這一過程主要依賴于光繪技術(shù)和圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，將設(shè)計(jì)好的電路圖案從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為物理的銅導(dǎo)線。

2.1 光繪（Photoplotting）：電路圖形的數(shù)字化呈現(xiàn)

光繪是將設(shè)計(jì)工程師在EDA軟件中完成的PCB設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為物理光刻版（也稱菲林或底片）的過程。光刻版是內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移的母版，其精度和質(zhì)量對(duì)最終的線路圖形至關(guān)重要。

在傳統(tǒng)的光繪工藝中，通常使用激光光繪機(jī)。激光光繪機(jī)通過高精度的激光束，在感光膠片上“繪制”出電路圖案。激光束根據(jù)數(shù)字化的電路數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的曝光，被曝光的區(qū)域在顯影后會(huì)形成透明或不透明的區(qū)域，從而形成與電路圖形一致的菲林。光繪機(jī)的分辨率和精度是關(guān)鍵參數(shù)，直接影響到線路的寬度、間距以及焊盤的形狀精度?，F(xiàn)代PCB制造中，為了提高生產(chǎn)效率和避免菲林帶來的誤差（如尺寸不穩(wěn)定、劃傷等），越來越多的工廠開始采用**直接成像（Direct Imaging, DI）**技術(shù)。DI技術(shù)直接將數(shù)字化的電路數(shù)據(jù)通過高精度紫外激光投影到涂覆有感光干膜的銅箔表面，省去了制作菲林這一中間環(huán)節(jié)。DI技術(shù)具有更高的對(duì)位精度、更快的成像速度和更好的生產(chǎn)靈活性，尤其適用于精細(xì)線路和高密度互聯(lián)（HDI）板的制造。

無論是傳統(tǒng)光繪還是DI技術(shù)，光繪數(shù)據(jù)（通常是Gerber文件）的準(zhǔn)確性和完整性都是基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)包含了所有線路、焊盤、字符和阻焊的幾何信息。光繪前，需要對(duì)Gerber數(shù)據(jù)進(jìn)行DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則檢查），確保沒有違反制造工藝限制的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚詢?yōu)化生產(chǎn)良率。

2.2 內(nèi)層干膜的貼附

感光干膜是一種由聚酯薄膜、感光樹脂層和聚乙烯保護(hù)層組成的三層復(fù)合材料。在圖形轉(zhuǎn)移過程中，感光干膜被貼附在清潔后的覆銅板表面，作為光刻圖形的介質(zhì)。干膜的貼附過程必須在潔凈度高、溫度和濕度受控的無塵室中進(jìn)行，以防止灰塵和異物進(jìn)入，影響圖形質(zhì)量。

貼膜機(jī)通過加熱和加壓的方式，將感光干膜的感光樹脂層緊密地層壓到覆銅板的銅箔表面。加熱的目的是使感光樹脂軟化，增加其流動(dòng)性和對(duì)銅箔表面的潤(rùn)濕性，從而實(shí)現(xiàn)更好的附著力。壓力的作用是將干膜中的空氣排出，消除氣泡，確保感光層與銅箔之間無間隙地緊密貼合。貼膜的溫度、壓力和速度是關(guān)鍵參數(shù)，需要根據(jù)干膜的種類和銅箔的厚度進(jìn)行精確控制。如果溫度過高，可能導(dǎo)致干膜變形或感光層固化；溫度過低，則貼附不牢固，容易產(chǎn)生氣泡或剝離。壓力不足會(huì)導(dǎo)致貼合不緊密，產(chǎn)生氣泡；壓力過大則可能導(dǎo)致銅箔變形。一個(gè)完美的干膜貼附，應(yīng)該是在整個(gè)銅箔表面均勻、平整、無氣泡、無褶皺。

2.3 曝光成像

曝光是光圖形轉(zhuǎn)移的核心步驟，它利用紫外線光選擇性地固化感光干膜中的感光樹脂。對(duì)于正性干膜，曝光區(qū)域的感光樹脂在紫外光作用下會(huì)發(fā)生光聚合反應(yīng)，形成不溶于顯影液的固化區(qū)域；對(duì)于負(fù)性干膜，曝光區(qū)域則會(huì)溶解于顯影液。目前PCB行業(yè)主要使用的是正性干膜。

在傳統(tǒng)工藝中，曝光機(jī)將制作好的菲林與貼有干膜的覆銅板緊密貼合，然后通過紫外燈管進(jìn)行照射。紫外光透過菲林的透明區(qū)域，照射到感光干膜上，使其感光樹脂固化。菲林的黑色區(qū)域則阻擋了紫外光，使對(duì)應(yīng)的干膜區(qū)域保持未固化狀態(tài)。為了保證曝光的均勻性和精度，曝光機(jī)通常配備真空吸附系統(tǒng)，確保菲林與干膜之間無空氣間隙，避免光線衍射導(dǎo)致圖形模糊。DI技術(shù)則更為直接，高精度激光頭直接對(duì)感光干膜進(jìn)行掃描曝光，無需菲林，從而大大提高了曝光的精度和效率，尤其適用于高密度線路和精細(xì)孔徑的曝光。

曝光的能量和時(shí)間是關(guān)鍵參數(shù)。曝光不足會(huì)導(dǎo)致感光樹脂固化不完全，顯影時(shí)容易被沖刷掉，導(dǎo)致線路變細(xì)甚至斷裂；曝光過度則可能導(dǎo)致非線路區(qū)域的感光樹脂部分固化，顯影不徹底，形成殘膠，導(dǎo)致短路或線路邊緣不平整。因此，曝光參數(shù)需要根據(jù)干膜的特性、曝光設(shè)備的功率以及線路的精細(xì)程度進(jìn)行精確校準(zhǔn)和控制。

2.4 顯影

顯影是將曝光后的感光干膜上的潛像轉(zhuǎn)化為可見的、具有線路圖形的抗蝕刻層的過程。顯影液通常是弱堿性溶液（如碳酸鈉溶液）。

在顯影過程中，未曝光的感光干膜區(qū)域（即未來將形成線路的區(qū)域）在顯影液中溶解并被沖走，而經(jīng)過曝光并固化了的區(qū)域（即抗蝕刻保護(hù)層）則保留在銅箔表面。顯影機(jī)的噴淋系統(tǒng)會(huì)以一定的壓力和流量將顯影液均勻地噴灑在板面。顯影的速度、溫度、顯影液的濃度和pH值都必須嚴(yán)格控制。顯影時(shí)間過短，未曝光區(qū)域可能溶解不完全，導(dǎo)致殘膠；顯影時(shí)間過長(zhǎng)，已曝光區(qū)域可能被過度侵蝕，導(dǎo)致線路變細(xì)或剝離。顯影液的溫度過低會(huì)減慢顯影速度，過高則可能導(dǎo)致干膜膨脹或損傷。因此，顯影過程需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，以確保顯影完全徹底，同時(shí)不損傷已固化的圖形。

顯影完成的板件，其銅箔表面已經(jīng)清晰地呈現(xiàn)出線路圖形。這些圖形被固化的干膜精準(zhǔn)地覆蓋，而裸露出來的銅箔部分則將在下一步的蝕刻中被去除。

三、 內(nèi)層蝕刻：線路的物理呈現(xiàn)

蝕刻是內(nèi)層線路形成的關(guān)鍵步驟，它通過化學(xué)腐蝕的方法，選擇性地去除銅箔表面未被感光干膜覆蓋的銅，從而留下最終的線路圖案。

3.1 蝕刻原理與蝕刻液

蝕刻的原理是利用化學(xué)試劑與銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將裸露的銅溶解掉。目前PCB內(nèi)層蝕刻常用的蝕刻液主要有酸性氯化銅蝕刻液和堿性氨水蝕刻液。

• 酸性氯化銅蝕刻液： 這是最常用的內(nèi)層蝕刻液，其主要成分是氯化銅、鹽酸和過氧化氫。酸性蝕刻液具有腐蝕速率快、蝕刻均勻性好、對(duì)干膜附著力影響小等優(yōu)點(diǎn)，且再生處理相對(duì)簡(jiǎn)單。蝕刻過程中，銅與氯化銅和過氧化氫反應(yīng)生成可溶性的銅離子。酸性蝕刻液的蝕刻機(jī)理是通過氧化銅，再通過氯離子絡(luò)合銅離子，從而溶解銅。

• 堿性氨水蝕刻液： 主要成分是氨水、氯化銨和氯化銅。堿性蝕刻液具有較高的蝕刻速率和良好的側(cè)蝕控制能力，但對(duì)環(huán)境影響較大，且對(duì)干膜的抗蝕刻性要求較高。其再生處理也更為復(fù)雜。在多層板內(nèi)層制作中，酸性氯化銅蝕刻液因其更穩(wěn)定的工藝控制和對(duì)環(huán)境的相對(duì)友好性而被廣泛采用。

無論是哪種蝕刻液，其濃度、溫度和PH值都是影響蝕刻效果的關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)需要被嚴(yán)格控制在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)，以確保蝕刻速率的穩(wěn)定和蝕刻效果的一致性。

3.2 蝕刻工藝與設(shè)備

蝕刻過程通常在自動(dòng)化的蝕刻機(jī)中進(jìn)行。蝕刻機(jī)內(nèi)部由多個(gè)獨(dú)立的腔體組成，包括蝕刻段、水洗段和干燥段。板件通過傳輸系統(tǒng)連續(xù)通過這些腔體。

在蝕刻段，蝕刻液通過高壓噴嘴均勻地噴灑在板件的兩面。噴嘴的設(shè)計(jì)和排列能夠確保蝕刻液與銅箔表面充分接觸，并去除反應(yīng)產(chǎn)物。噴淋壓力和噴淋角度對(duì)蝕刻效果有顯著影響。適當(dāng)?shù)膰娏軌毫τ兄谔岣呶g刻速率和均勻性，過大的壓力可能導(dǎo)致干膜剝離；過小的壓力則可能導(dǎo)致蝕刻不徹底或形成“水紋”。

蝕刻過程中，會(huì)發(fā)生“側(cè)蝕”現(xiàn)象，即蝕刻液不僅垂直向下腐蝕銅，也會(huì)沿著干膜的邊緣向側(cè)面腐蝕銅。側(cè)蝕會(huì)導(dǎo)致線路變細(xì)，甚至出現(xiàn)“T”形斷面，影響線路的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度?？刂苽?cè)蝕是蝕刻工藝的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。通常通過優(yōu)化蝕刻液配方、調(diào)整蝕刻參數(shù)（如溫度、速度、噴淋壓力）以及選擇高性能的干膜來最大限度地減少側(cè)蝕。

蝕刻完成的板件會(huì)立即進(jìn)入水洗段，通過大量清水沖洗掉板面殘留的蝕刻液，防止銅離子和酸性物質(zhì)對(duì)后續(xù)工序造成污染或腐蝕。水洗的徹底性對(duì)后續(xù)的干膜剝離和氧化處理至關(guān)重要。最后，板件通過熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，確保板面完全干燥，為下一道工序做好準(zhǔn)備。

3.3 蝕刻終點(diǎn)控制與質(zhì)量檢測(cè)

精確控制蝕刻終點(diǎn)對(duì)于獲得理想的線路寬度至關(guān)重要。傳統(tǒng)的蝕刻終點(diǎn)控制通常依賴于人工目視檢查或簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)器。然而，現(xiàn)代PCB生產(chǎn)線普遍采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如光電傳感器或電導(dǎo)率傳感器。這些系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)蝕刻液中銅離子的濃度變化，或者直接檢測(cè)板面銅的殘留量，當(dāng)銅被完全蝕刻掉后，光線的反射率會(huì)發(fā)生變化，從而精確判斷蝕刻終點(diǎn)，并自動(dòng)停止蝕刻或調(diào)整傳輸速度。

蝕刻后的板件需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，以確保線路的完整性和精度。主要的檢測(cè)項(xiàng)目包括：

• 線路寬度和間距測(cè)量： 使用高精度顯微鏡或自動(dòng)化光學(xué)檢測(cè)（AOI）設(shè)備，測(cè)量關(guān)鍵線路的寬度和間距是否符合設(shè)計(jì)要求。任何超出公差的偏差都可能導(dǎo)致電氣性能問題。

• 開路和短路檢測(cè)： 通過AOI或?qū)Ｓ秒姎鉁y(cè)試設(shè)備，檢測(cè)是否存在開路（線路斷裂）或短路（不應(yīng)連接的線路之間相互連接）。這是最關(guān)鍵的電氣完整性檢查。

• 表面缺陷檢查： 檢查板面是否有殘留銅、刮痕、污染物等缺陷，這些缺陷可能影響后續(xù)的層壓和可靠性。

• 側(cè)蝕情況評(píng)估： 對(duì)于精細(xì)線路，還需要對(duì)線路的側(cè)蝕情況進(jìn)行評(píng)估，確保線路截面符合要求。

任何不符合標(biāo)準(zhǔn)的板件都會(huì)被標(biāo)記為不良品，并根據(jù)具體缺陷決定是報(bào)廢還是進(jìn)行返修（如果可能且經(jīng)濟(jì)可行）。蝕刻過程的質(zhì)量控制是貫穿始終的，從蝕刻液的配制與維護(hù)，到蝕刻參數(shù)的精確控制，再到在線監(jiān)測(cè)和最終的質(zhì)量檢驗(yàn)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。

四、 內(nèi)層干膜剝離

蝕刻完成后，覆蓋在線路圖形上的感光干膜已經(jīng)完成了其抗蝕刻保護(hù)的使命，需要將其去除，以便后續(xù)的層壓和孔化工藝。這個(gè)過程稱為干膜剝離或退膜。

4.1 干膜剝離原理與剝離液

干膜剝離的原理是利用強(qiáng)堿性溶液（如氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液）與感光干膜中的感光樹脂發(fā)生皂化反應(yīng)，使其軟化、膨脹并溶解，從而從銅箔表面脫落。剝離液通常還包含一些添加劑，以提高剝離效率并防止剝離下來的干膜碎屑在板面重新沉積。

剝離液的濃度、溫度和剝離時(shí)間是影響剝離效果的關(guān)鍵參數(shù)。剝離液濃度過低或溫度過低會(huì)導(dǎo)致剝離不徹底，板面殘留干膜；濃度過高或溫度過高則可能腐蝕銅線路，甚至導(dǎo)致線路變色或氧化。

4.2 干膜剝離工藝與設(shè)備

干膜剝離通常在自動(dòng)化的退膜機(jī)中進(jìn)行。退膜機(jī)類似于蝕刻機(jī)，也包含噴淋系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)。板件通過傳輸帶進(jìn)入退膜機(jī)，剝離液通過高壓噴嘴均勻地噴灑在板件的兩面。機(jī)械刷磨輔助剝離也是常用的方法，旋轉(zhuǎn)的刷輥可以幫助刮除軟化的干膜，提高剝離效率。

剝離完成后，板件會(huì)立即進(jìn)入水洗段，用大量的清水沖洗掉板面殘留的剝離液和干膜碎屑。水洗的徹底性非常重要，如果剝離液殘留，可能會(huì)導(dǎo)致銅面氧化或影響后續(xù)的棕化處理。最后，板件經(jīng)過熱風(fēng)烘干，確保表面完全干燥。

4.3 剝離質(zhì)量檢測(cè)

剝離質(zhì)量的檢測(cè)主要包括目視檢查板面是否完全清潔，有無干膜殘留、剝離不徹底的現(xiàn)象。此外，還會(huì)檢查銅面是否受到腐蝕、變色或出現(xiàn)其他損傷。徹底的干膜剝離是確保后續(xù)層壓和孔化工藝順利進(jìn)行的基礎(chǔ)，任何殘留的干膜都可能導(dǎo)致層壓不良、孔壁粗糙或后續(xù)電鍍?nèi)毕荨?/span>

五、 內(nèi)層氧化處理（棕化/黑化）

干膜剝離后，內(nèi)層銅表面是光潔的。為了增強(qiáng)內(nèi)層線路與半固化片（Prepreg）之間的結(jié)合力，防止層壓過程中分層或滑移，以及提高板件的耐熱性和電性能，需要對(duì)內(nèi)層銅面進(jìn)行氧化處理，通常稱為棕化或黑化。

5.1 氧化處理的目的與原理

氧化處理的目的是在銅箔表面形成一層均勻、致密且具有一定粗糙度的氧化膜。這層氧化膜具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 增強(qiáng)結(jié)合力： 氧化膜的微觀粗糙結(jié)構(gòu)能夠增加與半固化片樹脂的接觸面積，形成機(jī)械互鎖，顯著提高層壓后的剝離強(qiáng)度。

• 防止層壓滑移： 氧化膜的粗糙度可以增加層與層之間的摩擦力，在高溫高壓的層壓過程中，有效防止內(nèi)層線路的相對(duì)滑移，確保層間對(duì)位精度。

• 改善耐熱性： 氧化膜對(duì)熱有一定的屏蔽作用，有助于提高層壓板的耐熱性能。

• 防止化學(xué)滲透： 氧化膜可以阻止或減緩后續(xù)化學(xué)處理過程中化學(xué)藥液對(duì)銅線的側(cè)向侵蝕。

氧化處理的原理是銅在堿性或弱酸性溶液中與氧化劑（通常是氧化銅或過氧化氫）發(fā)生反應(yīng)，在銅表面生成一層致密的氧化亞銅（Cu2O）或氧化銅（CuO）薄膜。根據(jù)氧化膜的顏色，通常分為棕化（形成棕色氧化膜）和黑化（形成黑色氧化膜）。目前，棕化處理因其更穩(wěn)定的工藝控制和對(duì)精細(xì)線路的友好性而更受歡迎。

5.2 氧化處理工藝與設(shè)備

氧化處理通常在自動(dòng)化的生產(chǎn)線上進(jìn)行，包括預(yù)處理、氧化、還原（可選）和水洗等多個(gè)槽體。

1. 預(yù)處理： 在氧化之前，通常會(huì)對(duì)板件進(jìn)行預(yù)處理，包括酸洗或微蝕。酸洗是為了去除銅面殘留的指紋、氧化物等，微蝕則是為了清潔銅面并增加銅表面的活性，使其更容易形成均勻的氧化膜。

2. 氧化槽： 板件進(jìn)入含有特定氧化液的槽體。氧化液的溫度、濃度和處理時(shí)間是關(guān)鍵參數(shù)。氧化過程中，通過控制這些參數(shù)，可以控制氧化膜的厚度和形貌。

3. 還原槽（可選）： 有些棕化工藝會(huì)增加還原步驟，用特定的還原劑處理板件，將氧化膜中的部分氧化銅還原成氧化亞銅，從而改善氧化膜的均勻性和穩(wěn)定性。

4. 水洗： 氧化處理完成后，板件需要進(jìn)行徹底的水洗，去除殘留的化學(xué)藥液，防止污染。

5. 干燥： 最后，板件通過烘干系統(tǒng)，確保表面完全干燥。

5.3 氧化處理的質(zhì)量控制

氧化處理的質(zhì)量直接影響到后續(xù)層壓的成功率和最終產(chǎn)品的可靠性。質(zhì)量控制主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

• 氧化膜的顏色與均勻性： 優(yōu)秀的氧化膜應(yīng)該是顏色均勻、無色差、無斑點(diǎn)。顏色不均勻可能說明氧化膜厚度不一致或存在局部缺陷。

• 剝離強(qiáng)度測(cè)試： 通過剝離強(qiáng)度測(cè)試，量化氧化膜與后續(xù)層壓材料的結(jié)合力。這是衡量氧化處理效果最直接的指標(biāo)。

• 掃描電鏡（SEM）檢查： 對(duì)氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行SEM檢查，觀察其粗糙度、孔隙率和形貌，確保符合工藝要求。

• 耐壓測(cè)試： 評(píng)估經(jīng)過氧化處理的板件在高溫高壓下抵抗分層的能力。

任何氧化處理不當(dāng)?shù)膬?nèi)層板都可能導(dǎo)致層壓分層、爆板等嚴(yán)重質(zhì)量問題，因此氧化處理是內(nèi)層制作中必須嚴(yán)格控制的關(guān)鍵工序。

六、 內(nèi)層AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）

在內(nèi)層制作的多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之后，尤其是蝕刻和干膜剝離之后，進(jìn)行自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）是不可或缺的質(zhì)量控制手段。AOI旨在檢測(cè)內(nèi)層線路板上的所有可見缺陷，確保線路的完整性和精度。

6.1 AOI的目的與原理

AOI系統(tǒng)的主要目的是替代人工目視檢查，以更高的效率、更高的精度和更強(qiáng)的重復(fù)性來檢測(cè)線路板上的缺陷。它通過高分辨率的相機(jī)對(duì)線路板表面進(jìn)行掃描，并將獲取的圖像與存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或“黃金板”圖像進(jìn)行比較。

AOI系統(tǒng)的工作原理基于圖像識(shí)別和對(duì)比算法。當(dāng)相機(jī)捕捉到線路板圖像后，圖像處理軟件會(huì)進(jìn)行分析，識(shí)別出與標(biāo)準(zhǔn)圖像不符的區(qū)域，如：

• 開路（Open Circuit）： 線路斷裂，電流無法通過。

• 短路（Short Circuit）： 兩條不應(yīng)連接的線路之間相互連接。

• 殘銅（Copper Residue）： 在非線路區(qū)域殘留的銅，可能導(dǎo)致短路。

• 缺口/凹陷（Nick/Pin Hole）： 線路邊緣或表面出現(xiàn)缺失或凹陷。

• 線寬/線距異常： 線路寬度或間距超出設(shè)計(jì)公差。

• 盤孔偏位： 焊盤或過孔的位置與設(shè)計(jì)不符。

• 劃傷/污染： 板面存在劃痕、污漬或異物。

通過算法分析，AOI系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別這些缺陷，并將其位置和類型在顯示器上標(biāo)記出來，供操作員進(jìn)行后續(xù)的處理。

6.2 AOI設(shè)備與工藝流程

現(xiàn)代AOI設(shè)備通常集成有高分辨率的CCD相機(jī)、LED光源、精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及強(qiáng)大的圖像處理軟件。

1. 上料： 待檢測(cè)的內(nèi)層板由自動(dòng)化機(jī)械手或人工放置在AOI設(shè)備的傳輸帶上。

2. 掃描： 板件在精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的帶動(dòng)下，通過AOI設(shè)備的掃描區(qū)域。高分辨率相機(jī)在LED光源的照射下，逐行或逐幀地獲取板面圖像。LED光源可以提供均勻且可調(diào)控的光照，以適應(yīng)不同顏色和表面特性的板件。

3. 圖像處理與分析： 獲取的圖像數(shù)據(jù)被傳輸?shù)綀D像處理單元。強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和專門的軟件算法對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析。這包括圖像增強(qiáng)、噪聲濾波、特征提取等步驟。然后，系統(tǒng)將處理后的圖像與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行對(duì)比。

4. 缺陷標(biāo)記與分類： 一旦檢測(cè)到與標(biāo)準(zhǔn)不符的區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)將其標(biāo)記為缺陷，并根據(jù)其特征進(jìn)行分類（如開路、短路等）。缺陷的位置和類型會(huì)顯示在操作界面上，并通過聲光報(bào)警提示操作員。

5. 下料： 檢測(cè)完成的板件被送出AOI設(shè)備，進(jìn)入后續(xù)的修補(bǔ)或分類區(qū)域。

6.3 缺陷修補(bǔ)與良率控制

AOI檢測(cè)出的缺陷并非全部導(dǎo)致報(bào)廢。對(duì)于一些可以接受的、且不影響產(chǎn)品性能的缺陷（如輕微劃痕、微小殘銅），可以進(jìn)行人工修補(bǔ)。

• 開路修補(bǔ)： 對(duì)于輕微的開路，可以通過激光焊接或?qū)щ娿y漿進(jìn)行修補(bǔ)，但這種修補(bǔ)必須嚴(yán)格評(píng)估其可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，通常僅限于非關(guān)鍵線路或在特定條件下允許。

• 短路修補(bǔ)： 對(duì)于殘銅導(dǎo)致的短路，可以通過精密刀具或激光去除多余的銅。

修補(bǔ)后的板件需要再次進(jìn)行AOI檢測(cè)或目視檢查，確保缺陷已經(jīng)完全消除。對(duì)于無法修補(bǔ)或修補(bǔ)后仍不符合標(biāo)準(zhǔn)的板件，則會(huì)被判定為不良品并報(bào)廢。

AOI在內(nèi)層制作中的應(yīng)用極大地提高了缺陷檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，減少了人工誤差，顯著提升了內(nèi)層制作的良率。通過對(duì)AOI檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決生產(chǎn)過程中的工藝問題，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的質(zhì)量控制。例如，如果發(fā)現(xiàn)某種類型的缺陷（如線路變細(xì)）出現(xiàn)頻率異常升高，則可以追溯到上一步的蝕刻或曝光參數(shù)可能存在問題，從而及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。AOI是現(xiàn)代PCB制造中不可或缺的“火眼金睛”，保障了內(nèi)層線路的內(nèi)在質(zhì)量。

七、 層壓：內(nèi)層與半固化片的結(jié)合

層壓是將多層內(nèi)層板、半固化片（Prepreg）和銅箔（外層）在高溫高壓下壓合在一起，形成具有預(yù)設(shè)層數(shù)的整體多層板的關(guān)鍵工藝。內(nèi)層制作的最終目的就是為了這一步驟。

7.1 層壓材料：半固化片與銅箔

層壓材料主要包括內(nèi)層板、半固化片和銅箔。

• 半固化片（Prepreg）： 半固化片是環(huán)氧樹脂浸漬玻璃纖維布后，經(jīng)過半固化處理而成的片狀材料。它在常溫下是干的、有粘性的，但在高溫高壓下會(huì)熔化、流動(dòng)并最終固化，起到絕緣、粘合以及填充層間空隙的作用。半固化片的性能（如樹脂含量、玻璃布類型、介電常數(shù)、熱膨脹系數(shù)等）直接影響多層板的電氣特性、機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性。不同層數(shù)和不同用途的PCB會(huì)選擇不同型號(hào)和厚度的半固化片。

• 銅箔（Copper Foil）： 銅箔分為電解銅箔（ED copper foil）和壓延銅箔（RA copper foil）。電解銅箔表面粗糙度較大，易于與樹脂結(jié)合，成本較低，是常用類型。壓延銅箔表面光潔度高，具有更好的柔韌性和信號(hào)傳輸性能，常用于高頻板和柔性板。銅箔的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇，通常為1/2盎司（約17微米）、1盎司（約35微米）或2盎司（約70微米）。

這些材料在層壓前都需要進(jìn)行清潔和預(yù)處理，以確保表面無污染，提高結(jié)合力。例如，外層銅箔通常會(huì)進(jìn)行粗化處理，增加表面粗糙度以增強(qiáng)與半固化片和阻焊的結(jié)合力。

7.2 層壓疊層結(jié)構(gòu)與對(duì)位

層壓前的首要任務(wù)是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定正確的疊層結(jié)構(gòu)。這包括確定每一層內(nèi)層板的順序、方向，以及它們之間半固化片和銅箔的層數(shù)和厚度。正確的疊層結(jié)構(gòu)是保證最終PCB電氣性能和物理完整性的基礎(chǔ)。

在層壓過程中，各層之間的精確對(duì)位至關(guān)重要。任何微小的對(duì)位偏差都可能導(dǎo)致后續(xù)鉆孔時(shí)偏離焊盤或線路，造成短路或開路。常用的對(duì)位方法包括：

• 鉚釘對(duì)位： 在內(nèi)層板、半固化片和外層銅箔上預(yù)先鉆出幾個(gè)對(duì)位孔，然后通過鉚釘將所有材料固定在一起。這是傳統(tǒng)且常用的方法，優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本較低。

• 熱熔鉚釘對(duì)位： 使用熱塑性材料制成的鉚釘，在層壓過程中鉚釘材料會(huì)熔化并與樹脂融合，形成更穩(wěn)定的連接。

• X射線對(duì)位： 對(duì)于高密度和高精度的多層板，通常使用X射線鉆靶機(jī)進(jìn)行對(duì)位。X射線能夠穿透板材，識(shí)別出內(nèi)層線路上的靶點(diǎn)，然后根據(jù)這些靶點(diǎn)精確鉆出定位孔。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)更高的對(duì)位精度。

• 光學(xué)對(duì)位： 使用高精度視覺系統(tǒng)識(shí)別內(nèi)層板上的對(duì)位標(biāo)記，然后通過機(jī)械手臂或氣動(dòng)夾具進(jìn)行精確的對(duì)位。

對(duì)位完成后，將疊層好的板件放置在壓機(jī)盤中。通常，為了提高生產(chǎn)效率，一個(gè)壓機(jī)盤中會(huì)疊放多套板件，每套之間用隔板隔開，形成一個(gè)“生產(chǎn)包”。

7.3 層壓工藝參數(shù)與設(shè)備

層壓是在高溫高壓的層壓機(jī)中進(jìn)行的。層壓機(jī)由加熱板、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。層壓工藝曲線通常包括升溫、保壓、固化和冷卻四個(gè)階段。

1. 升溫： 壓機(jī)開始加熱，溫度逐漸升高，使半固化片中的樹脂軟化、熔融并開始流動(dòng)。

2. 加壓： 在樹脂開始流動(dòng)時(shí)施加壓力。壓力使得熔融的樹脂填充內(nèi)層線路之間的所有空隙，并排出層間的空氣。壓力的大小和施加時(shí)機(jī)至關(guān)重要，過早加壓可能導(dǎo)致樹脂過度流失，空隙填充不充分；過晚加壓則可能導(dǎo)致氣泡殘留。

3. 固化： 在設(shè)定的溫度和壓力下保持一段時(shí)間，使半固化片中的樹脂完全固化，形成堅(jiān)硬的絕緣層。固化溫度和時(shí)間必須嚴(yán)格控制，以確保樹脂完全聚合，達(dá)到最佳的機(jī)械和電氣性能。

4. 冷卻： 固化完成后，在保持一定壓力下逐漸冷卻，使板材內(nèi)部的應(yīng)力均勻釋放，防止翹曲變形。

層壓的溫度、壓力、時(shí)間和升降溫速率是層壓工藝的關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)需要根據(jù)所使用的覆銅板、半固化片類型、層數(shù)以及板厚進(jìn)行精確設(shè)置。例如，高Tg板材需要更高的固化溫度；厚板需要更長(zhǎng)的固化時(shí)間。任何參數(shù)的偏差都可能導(dǎo)致層壓不良，如分層、氣泡、樹脂空洞、板厚不均勻或尺寸穩(wěn)定性差。

7.4 層壓后的質(zhì)量檢測(cè)

層壓完成后，需要對(duì)多層板進(jìn)行全面的質(zhì)量檢測(cè)。

• 外觀檢查： 檢查板面是否有氣泡、劃痕、壓痕、分層等明顯缺陷。

• 厚度測(cè)量： 測(cè)量板的整體厚度是否符合設(shè)計(jì)要求。

• 尺寸穩(wěn)定性測(cè)量： 測(cè)量板的XY方向尺寸變化，確保在公差范圍內(nèi)。

• 超聲波掃描（C-SAM）： C-SAM是一種無損檢測(cè)技術(shù)，通過超聲波探測(cè)板內(nèi)部是否存在分層、氣泡、樹脂空洞等缺陷。這是評(píng)估層壓質(zhì)量最有效的手段之一。

• 剝離強(qiáng)度測(cè)試： 隨機(jī)抽取樣品進(jìn)行剝離強(qiáng)度測(cè)試，評(píng)估層與層之間的結(jié)合力。

• 耐熱沖擊測(cè)試： 將板件暴露在高溫環(huán)境下，然后迅速冷卻，模擬焊接過程中的熱沖擊，檢查是否存在分層或起泡。

• 切片分析（Microsection）： 對(duì)板件進(jìn)行切片，通過顯微鏡觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如各層之間的結(jié)合情況、樹脂填充情況、孔壁質(zhì)量等。這是最直觀且準(zhǔn)確的內(nèi)部質(zhì)量評(píng)估方法。

層壓是PCB制造過程中投資最大、技術(shù)最復(fù)雜、對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的環(huán)節(jié)之一。其質(zhì)量控制涵蓋了材料選擇、疊層設(shè)計(jì)、對(duì)位精度、工藝參數(shù)控制以及全面的質(zhì)量檢測(cè)，是確保多層PCB高可靠性的基石。

八、 總結(jié)與展望

PCB板內(nèi)層制作是一個(gè)高度復(fù)雜且精密的工程過程，它融合了化學(xué)、物理、光學(xué)和自動(dòng)化等多學(xué)科技術(shù)。從覆銅板的精心選擇，到光繪、曝光、顯影、蝕刻等一系列光化學(xué)圖形轉(zhuǎn)移工藝，再到干膜剝離、氧化處理以及最終的層壓成型，每一個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)最終產(chǎn)品的性能和可靠性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本篇詳細(xì)介紹了內(nèi)層制作的八個(gè)主要步驟，并深入探討了每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)原理、關(guān)鍵工藝參數(shù)、常用設(shè)備以及嚴(yán)格的質(zhì)量控制要求。

內(nèi)層制作的成功，離不開對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)的把控。例如，在光繪與圖形轉(zhuǎn)移階段，激光光繪機(jī)的分辨率和DI技術(shù)的對(duì)位精度直接決定了線路的精細(xì)程度；感光干膜的貼附質(zhì)量和曝光顯影的參數(shù)控制，確保了線路圖形的完整性和清晰度。在蝕刻環(huán)節(jié)，蝕刻液的選擇與參數(shù)控制（如濃度、溫度、噴淋壓力）是控制線路寬度和側(cè)蝕的關(guān)鍵，而蝕刻終點(diǎn)控制和AOI檢測(cè)則是保證線路精度和良率的“守門員”。氧化處理（棕化/黑化）則在微觀層面優(yōu)化了銅面與樹脂的結(jié)合力，為后續(xù)的層壓提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，層壓工藝的溫度、壓力、時(shí)間和疊層對(duì)位精度，決定了多層板的物理完整性和尺寸穩(wěn)定性。

隨著電子產(chǎn)品向更小、更輕、更快、更高性能的方向發(fā)展，PCB的密度和復(fù)雜度也在不斷攀升。高密度互聯(lián)（HDI）、任意層互聯(lián)（Any-layer HDI）、高頻高速板、柔性板和剛撓結(jié)合板等新型PCB技術(shù)不斷涌現(xiàn)，對(duì)內(nèi)層制作工藝提出了更高的挑戰(zhàn)。例如，HDI板要求更細(xì)的線路、更小的孔徑和更高的層間對(duì)位精度，這推動(dòng)了DI技術(shù)、更先進(jìn)的蝕刻設(shè)備和更精密的AOI系統(tǒng)的發(fā)展。高頻高速板則要求內(nèi)層材料具有更低的介電損耗和更穩(wěn)定的介電常數(shù)，且對(duì)線路的平整度和介質(zhì)厚度均勻性有著極其嚴(yán)苛的要求，這促使行業(yè)不斷開發(fā)新的基材和更精準(zhǔn)的層壓工藝。

未來的PCB內(nèi)層制作將朝著智能化、自動(dòng)化和綠色環(huán)保的方向發(fā)展。人工智能和大數(shù)據(jù)分析將被更多地應(yīng)用于工藝參數(shù)的優(yōu)化和質(zhì)量缺陷的預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)。例如，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析AOI數(shù)據(jù)，可以更早地識(shí)別潛在的工藝偏差，并自動(dòng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。綠色制造理念也將貫穿始終，研發(fā)和應(yīng)用更環(huán)保的化學(xué)品和更高效的廢棄物處理技術(shù)，減少對(duì)環(huán)境的影響。此外，隨著新型材料（如更低損耗的介質(zhì)材料、導(dǎo)電油墨等）和新工藝（如半加成法、增層法等）的不斷突破，PCB內(nèi)層制作的邊界將被持續(xù)拓寬，為電子產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供更強(qiáng)大的支撐。

內(nèi)層制作作為PCB制造的基石，其重要性不言而喻。它不僅僅是簡(jiǎn)單的物理疊加，更是精密化學(xué)、光學(xué)和機(jī)械工程的完美結(jié)合。理解并掌握其核心流程和技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)于確保高性能、高可靠性電子產(chǎn)品的制造至關(guān)重要。