PCB內(nèi)層制作工藝流程詳解

印制電路板（PCB）是電子產(chǎn)品的核心組成部分，而多層PCB的內(nèi)層制作工藝，則是其制造過程中最為復(fù)雜和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。內(nèi)層承載著電路的信號傳輸、電源分配和接地等重要功能，其制造精度和可靠性直接決定了最終產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。本篇文章將詳細(xì)剖析PCB內(nèi)層從基材準(zhǔn)備到壓合完成的每一個步驟，深入探討其背后的原理、技術(shù)要點以及在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用。

一、內(nèi)層制作工藝概述與重要性

PCB內(nèi)層制作是指在多層板制造過程中，對位于板材內(nèi)部的導(dǎo)電圖形層進行加工的系列工藝。與外層制作不同，內(nèi)層在完成圖形制作后會被預(yù)浸料（Prepreg）和銅箔覆蓋，并通過高溫高壓進行壓合，形成一個堅固的整體。因此，內(nèi)層制作的任何微小缺陷都可能被“封裝”在板材內(nèi)部，難以修復(fù)，從而導(dǎo)致整塊PCB報廢。這使得內(nèi)層制作對環(huán)境潔凈度、設(shè)備精度、工藝參數(shù)控制以及操作人員的專業(yè)技能都有著極高的要求。

內(nèi)層的主要作用包括：

• 信號傳輸： 承載高速、高頻信號的布線，確保信號完整性。

• 電源與接地： 提供穩(wěn)定的電源和接地平面，降低噪聲，提高電源完整性。

• 阻抗控制： 通過精確控制導(dǎo)線寬度、介質(zhì)厚度等參數(shù)，實現(xiàn)信號線的阻抗匹配。

• 層間互連： 通過內(nèi)層焊盤和通孔（Via）實現(xiàn)不同層之間的電氣連接。

內(nèi)層制作的質(zhì)量直接影響到多層PCB的電氣性能、機械強度和長期可靠性，是整個PCB制造鏈條中至關(guān)重要的一環(huán)。

二、內(nèi)層材料準(zhǔn)備

內(nèi)層制作的第一步是準(zhǔn)備合適的基材?；牡倪x擇直接影響到PCB的電氣性能、機械性能、熱性能以及成本。

1. 基材選擇

最常用的內(nèi)層基材是覆銅板（Copper Clad Laminate, CCL），它由絕緣基材和覆蓋在其上的銅箔組成。

• FR-4 (環(huán)氧樹脂玻璃纖維布基材)： 這是目前應(yīng)用最廣泛的PCB基材，具有良好的電氣性能、機械強度和加工性。FR-4的成本相對較低，適用于大多數(shù)消費電子、計算機和通信設(shè)備。其主要成分是環(huán)氧樹脂和玻璃纖維布，通過熱壓固化而成。

• 高Tg基材： Tg（Glass Transition Temperature）是指玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，是衡量基材耐熱性的重要指標(biāo)。當(dāng)PCB在高溫環(huán)境下工作時，如果溫度超過基材的Tg值，基材會從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)，導(dǎo)致材料膨脹、尺寸穩(wěn)定性下降，甚至分層。因此，對于需要承受更高工作溫度或在高溫環(huán)境下進行無鉛焊接的PCB，會選用高Tg基材（通常Tg值大于150°C）。高Tg基材能提供更好的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性和抗分層能力。

• 高頻高速基材： 隨著電子產(chǎn)品向高頻高速發(fā)展，傳統(tǒng)FR-4基材的介電常數(shù)（Dk）和介質(zhì)損耗（Df）已無法滿足要求。高頻高速基材如聚四氟乙烯（PTFE，特氟龍）、碳?xì)浠衔锾沾商畛洳牧系?，具有更低的Dk和Df，能有效減少信號傳輸損耗和串?dāng)_，確保信號的完整性。這類材料通常價格昂貴，主要應(yīng)用于通信設(shè)備、雷達、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域。

• 其他特殊基材： 如金屬基板（用于散熱）、陶瓷基板（用于高頻、高功率）、柔性基板（用于可彎曲應(yīng)用）等，根據(jù)特定需求選用。

2. 銅箔厚度

覆銅板上的銅箔厚度通常以盎司（oz）表示，1oz銅箔代表每平方英尺的銅重為1盎司，其厚度約為35微米（μm）。常見的內(nèi)層銅箔厚度有：

• 1/3 oz (約12μm)： 適用于對線寬線距要求極高的精細(xì)線路。

• 0.5 oz (約18μm)： 常見于高密度、多層板的內(nèi)層。

• 1 oz (約35μm)： 最常用的銅箔厚度，適用于大多數(shù)內(nèi)層應(yīng)用。

• 2 oz (約70μm) 及以上： 用于需要承載大電流或具有特殊散熱要求的電源層或接地層。

銅箔厚度的選擇需綜合考慮電流承載能力、阻抗控制、蝕刻精度以及成本等因素。

3. 材料檢驗

所有進廠的覆銅板和預(yù)浸料都需要進行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，包括尺寸、厚度、銅箔附著力、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、耐熱性等指標(biāo)，確保材料符合設(shè)計要求和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

三、內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移

圖形轉(zhuǎn)移是將電路設(shè)計圖紙上的線路、焊盤等圖形信息精確地復(fù)制到覆銅板銅箔上的過程。這是內(nèi)層制作的核心環(huán)節(jié)，直接決定了線路的精度和質(zhì)量。

1. 清潔與前處理

在進行圖形轉(zhuǎn)移之前，必須對覆銅板表面進行徹底的清潔和前處理，以確保干膜（或濕膜）與銅箔之間有良好的附著力。

• 目的：

• 去除銅箔表面的油污、氧化物、灰塵等污染物。

• 增加銅箔表面的粗糙度，提高干膜的機械附著力。

• 活化銅箔表面，使其更易于后續(xù)的化學(xué)反應(yīng)。

• 方法：

• 刷磨（Brush Scrubbing）： 使用旋轉(zhuǎn)的刷輥和磨料對銅箔表面進行物理研磨，去除氧化層和污物，并形成一定的粗糙度。這是最常用的物理清潔方法。

• 化學(xué)清洗： 使用堿性清洗劑去除油污和指紋。

• 微蝕（Micro-etching）： 使用微蝕劑（如過硫酸鈉、過氧化氫/硫酸混合液等）對銅箔表面進行輕微的化學(xué)腐蝕，去除最表層的氧化銅，并形成均勻的微觀粗糙表面，進一步提高干膜的附著力。微蝕后的銅箔表面應(yīng)呈現(xiàn)均勻的粉紅色。

• 水洗與烘干： 清潔和微蝕后，必須用大量去離子水徹底沖洗，去除殘留的化學(xué)品和微蝕產(chǎn)物，然后進行徹底烘干，確保表面無水漬殘留。

2. 壓膜（Lamination of Dry Film）

清潔后的覆銅板表面需要壓覆一層感光干膜。干膜是一種由聚合物、光引發(fā)劑和單體組成的感光材料，在曝光和顯影后會形成所需的線路圖形。

• 干膜特性：

• 感光性： 在紫外光照射下會發(fā)生光聚合反應(yīng)，由可溶變?yōu)椴蝗堋?/span>

• 保護性： 在蝕刻過程中保護其覆蓋的銅箔不被腐蝕。

• 附著力： 對銅箔具有良好的附著力。

• 分辨率： 能夠精確地復(fù)制精細(xì)的線路圖形。

• 壓膜過程：

• 將卷狀的干膜通過加熱輥和壓力輥壓覆到清潔干燥的覆銅板銅箔表面。

• 溫度控制： 適當(dāng)?shù)臏囟龋ㄍǔＴ?00-120°C）使干膜中的粘合劑軟化，提高其流動性和與銅箔的結(jié)合力。

• 壓力控制： 均勻的壓力確保干膜與銅箔之間無氣泡、無空隙，緊密貼合。

• 速度控制： 壓膜速度影響干膜與銅箔的接觸時間，需與溫度和壓力匹配。

• 壓膜后的板材表面應(yīng)平整、無褶皺、無氣泡，干膜與銅箔之間結(jié)合牢固。

3. 曝光（Exposure）

曝光是將線路圖形從光繪底片（Phototool）轉(zhuǎn)移到感光干膜上的過程。

• 光繪板制作：

• 電路設(shè)計完成后，通過光繪機將數(shù)字化的線路圖形信息轉(zhuǎn)換為高精度、高對比度的透明光繪底片。光繪底片通常由聚酯薄膜制成，上面有不透明的黑色圖形區(qū)域和透明區(qū)域，分別對應(yīng)最終線路的非銅區(qū)和銅區(qū)。

• 內(nèi)層曝光通常使用負(fù)性光繪底片，即光繪底片上的黑色區(qū)域?qū)?yīng)最終的非線路區(qū)域（將被蝕刻掉），透明區(qū)域?qū)?yīng)最終的線路區(qū)域（將被保留）。

• 曝光原理：

• 將壓覆干膜的覆銅板與光繪底片緊密貼合，放入曝光機中。

• 曝光機發(fā)出特定波長的紫外光（通常是365nm左右）。

• 紫外光透過光繪底片的透明區(qū)域照射到干膜上，引發(fā)干膜中的光聚合反應(yīng)，使受光區(qū)域的聚合物分子交聯(lián)固化，變得不溶于顯影液。

• 光繪底片的黑色區(qū)域阻擋紫外光，其下方的干膜未受光照，保持原有的可溶性。

• 曝光設(shè)備：

• 平行光曝光機： 提供高度平行的紫外光束，有利于實現(xiàn)精細(xì)線路的曝光，減少光線衍射和散射，提高圖形分辨率。

• 準(zhǔn)直曝光機： 介于平行光和散射光之間，提供較好的曝光效果。

• 激光直接成像（LDI）： 是一種更先進的曝光技術(shù)，無需光繪底片。激光束直接在感光材料上掃描成像，具有更高的精度、更快的速度和更好的靈活性，特別適用于高密度互連（HDI）板的微細(xì)線路制作。

• 對位（Alignment）：

• 對于多層板，內(nèi)層圖形的精確對位至關(guān)重要。曝光前，操作人員需要將光繪底片上的對位標(biāo)記與覆銅板上的對位孔或?qū)ξ粯?biāo)記進行精確對齊。

• 先進的曝光機通常配備CCD視覺系統(tǒng)，實現(xiàn)自動高精度對位，確保各層圖形之間的精確疊合，避免層間錯位導(dǎo)致的功能失效。

4. 顯影（Developing）

顯影是將曝光后的干膜上的潛像轉(zhuǎn)化為可見的、具有抗蝕能力的圖形的過程。

• 顯影液： 通常使用稀釋的碳酸鈉（Na2CO3）溶液作為顯影液。

• 顯影原理：

• 曝光后的板材進入顯影機。

• 顯影液會溶解掉干膜中未受紫外光照射（即光繪底片黑色區(qū)域下方）的可溶性部分。

• 受紫外光照射并已固化的干膜部分（即光繪底片透明區(qū)域下方）則不溶于顯影液，被保留下來，形成與線路圖形一致的抗蝕層。

• 顯影控制：

• 顯影液濃度： 濃度過高可能導(dǎo)致線路變細(xì)甚至脫落，濃度過低則可能顯影不徹底，殘留膜渣。

• 顯影液溫度： 溫度升高會加速顯影速率，但過高可能損傷干膜。

• 顯影速度： 顯影機傳送帶的速度，影響板材在顯影液中的停留時間。

• 噴淋壓力： 適當(dāng)?shù)膰娏軌毫τ兄陲@影液均勻接觸板面，并沖刷掉溶解的干膜。

• 顯影后的板材，銅箔表面會清晰地呈現(xiàn)出由干膜保護的線路圖形和裸露的非線路銅區(qū)。

四、內(nèi)層蝕刻

蝕刻是內(nèi)層制作中最關(guān)鍵的化學(xué)過程，它通過化學(xué)反應(yīng)選擇性地去除銅箔上不需要的銅，從而形成最終的線路圖形。

• 蝕刻原理：

• 顯影后，線路圖形被固化的干膜保護，而未被保護的銅箔區(qū)域則暴露在外。

• 蝕刻液與裸露的銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其溶解并去除。

• 受干膜保護的銅箔則不會被蝕刻液腐蝕，從而形成了所需的線路。

• 蝕刻液：

• 酸性氯化銅（CuCl2）蝕刻液： 這是目前PCB行業(yè)內(nèi)層蝕刻最常用的蝕刻液。它具有蝕刻速度快、蝕刻均勻性好、側(cè)蝕小、可再生循環(huán)使用等優(yōu)點。反應(yīng)式：Cu+CuCl2→2CuCl；2CuCl+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O (再生)。

• 堿性氯化銨（NH4Cl）蝕刻液： 早期常用，但環(huán)保壓力大，且對設(shè)備腐蝕性強，現(xiàn)在較少用于內(nèi)層蝕刻。

• 蝕刻設(shè)備：

• 臥式蝕刻機： 板材水平通過噴淋腔體，蝕刻液從上下噴嘴均勻噴淋到板面。這種設(shè)備具有蝕刻均勻性好、產(chǎn)量高等優(yōu)點。

• 蝕刻參數(shù)控制：

• 蝕刻速度： 影響蝕刻時間，需根據(jù)銅厚和蝕刻液狀態(tài)調(diào)整。

• 蝕刻液濃度： 蝕刻液中銅離子濃度、酸度等都會影響蝕刻速率和效果。

• 蝕刻液溫度： 溫度升高會加速蝕刻反應(yīng)，但過高可能導(dǎo)致側(cè)蝕增加。

• 噴淋壓力與角度： 影響蝕刻液與銅箔的接觸效果和沖刷能力。

• 蝕刻因子（Etch Factor）： 是指垂直蝕刻深度與側(cè)蝕寬度之比。理想情況下，蝕刻因子越大越好，意味著側(cè)蝕越小，線路邊緣越垂直，這對于精細(xì)線路的制作至關(guān)重要。通過優(yōu)化蝕刻液配方、添加劑和工藝參數(shù)來控制蝕刻因子。

• 側(cè)蝕控制（Undercut Control）：

• 側(cè)蝕是指蝕刻過程中，不僅垂直方向的銅被去除，干膜下方邊緣的銅也會被橫向腐蝕。

• 側(cè)蝕過大會導(dǎo)致線路寬度變窄，影響線路阻抗和電流承載能力，甚至可能導(dǎo)致開路。

• 通過精確控制蝕刻參數(shù)，使用高性能蝕刻液和添加劑，可以有效控制側(cè)蝕，保證線路的精度。

• 蝕刻后的板材需要經(jīng)過徹底的水洗，去除殘留的蝕刻液，防止二次腐蝕。

五、去膜（Stripping）

去膜是蝕刻完成后，去除線路表面殘余的感光干膜抗蝕層的過程。

• 去膜液： 通常使用氫氧化鈉（NaOH）或氫氧化鉀（KOH）等強堿性溶液作為去膜液。

• 去膜原理：

• 去膜液會溶解或剝離固化后的感光干膜，使其從銅箔表面脫落。

• 去膜過程必須徹底，不能有任何膜渣殘留，否則會影響后續(xù)的黑化/棕化處理和壓合質(zhì)量。

• 去膜控制：

• 去膜液濃度和溫度： 影響去膜速度和效果。

• 噴淋壓力： 有助于沖刷掉剝離的膜渣。

• 去膜后的內(nèi)層板，銅箔表面應(yīng)光亮、潔凈，線路圖形清晰完整。

六、AOI（自動光學(xué)檢測）

AOI（Automated Optical Inspection）即自動光學(xué)檢測，是內(nèi)層制作過程中至關(guān)重要的一道檢測工序。它在蝕刻去膜后進行，旨在早期發(fā)現(xiàn)內(nèi)層線路的缺陷，避免將不良品帶入后續(xù)的昂貴工序。

• 作用：

• 開路（Opens）： 線路中斷。

• 短路（Shorts）： 不應(yīng)連接的線路之間發(fā)生連接。

• 線寬不均（Line Width Variation）： 線路寬度超出公差。

• 缺口（Nicks）： 線路邊緣有缺失。

• 毛刺（Burrs）： 線路邊緣有多余的銅。

• 針孔（Pinholes）： 線路或焊盤上的小孔。

• 銅渣（Copper Residue）： 不應(yīng)存在的銅塊。

• 圖形變形、錯位： 線路圖形與設(shè)計不符。

• 缺陷檢測： 自動檢測內(nèi)層線路上的各種缺陷，包括：

• 提高良率： 早期發(fā)現(xiàn)缺陷并進行修復(fù)（或報廢），可以顯著降低后續(xù)工序的成本，提高整體生產(chǎn)良率。

• 原理：

• AOI設(shè)備通過高分辨率的CCD相機對內(nèi)層板進行高速掃描成像。

• 獲取的圖像數(shù)據(jù)與原始設(shè)計數(shù)據(jù)（CAD數(shù)據(jù)）或標(biāo)準(zhǔn)合格板的圖像數(shù)據(jù)進行比較。

• 通過圖像處理和模式識別算法，自動識別出與標(biāo)準(zhǔn)不符的區(qū)域，即缺陷。

• 檢測到缺陷后，系統(tǒng)會標(biāo)記出缺陷位置和類型，并生成報告。

• 重要性：

• AOI是內(nèi)層制作的“守門員”。如果內(nèi)層板存在缺陷而未被發(fā)現(xiàn)，一旦進入壓合工序，缺陷就會被永久地封裝在PCB內(nèi)部。

• 壓合后的多層板，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)層缺陷，通常無法修復(fù)，只能整板報廢，這將造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，在蝕刻去膜后進行AOI檢測，是控制成本、提高效率的關(guān)鍵措施。

• 對于檢測到的缺陷，部分可以通過人工進行修補（如小范圍的開路或短路），但對于嚴(yán)重缺陷則直接報廢。

七、黑化/棕化（Black/Brown Oxidation）

黑化或棕化處理是內(nèi)層制作中一個至關(guān)重要的表面處理工藝，其目的是在銅箔表面形成一層均勻的氧化層，以增強其與預(yù)浸料之間的結(jié)合力。

• 目的：

• 增強附著力： 經(jīng)過蝕刻的銅箔表面光滑，與后續(xù)壓合的預(yù)浸料（Prepreg）之間的結(jié)合力較差。黑化/棕化處理在銅箔表面形成一層粗糙的、具有微觀結(jié)構(gòu)的氧化層（如針狀或絨毛狀結(jié)構(gòu)），顯著增加了銅箔的表面積和粗糙度，使得預(yù)浸料中的樹脂在壓合時能夠更好地滲透和錨固，從而形成牢固的機械結(jié)合。

• 防止分層（Delamination）： 良好的層間結(jié)合力是多層板可靠性的基礎(chǔ)。黑化/棕化層能有效防止在后續(xù)的熱沖擊（如焊接）或長期使用過程中出現(xiàn)層間分層現(xiàn)象。

• 提供絕緣性： 氧化層本身具有一定的絕緣性，有助于防止層間短路。

• 原理：

• 將清潔后的內(nèi)層板浸入含有特定化學(xué)藥品的溶液中。

• 溶液中的氧化劑與銅表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一層黑色的氧化銅（CuO）或棕色的氧化亞銅（Cu2O）/氧化銅混合物。

• 通過控制藥液成分、溫度、時間和攪拌等參數(shù)，可以控制氧化層的厚度、均勻性和微觀形貌。

• 工藝類型：

• 傳統(tǒng)黑化（Black Oxide）： 早期常用的工藝，在銅表面形成黑色氧化銅層。但這種氧化層在高溫壓合過程中，有時會發(fā)生還原反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)合力下降，甚至出現(xiàn)“粉紅圈”（Pink Ring）現(xiàn)象（指孔壁與內(nèi)層連接處出現(xiàn)粉紅色，是分層的前兆）。

• 棕化（Brown Oxide）： 是一種改進型的黑化工藝，通常采用特殊的化學(xué)配方，在銅表面形成棕色的有機-無機混合氧化層。棕化層具有更好的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，在壓合過程中不易還原，能提供更優(yōu)異的層間結(jié)合力，有效避免“粉紅圈”問題。因此，棕化工藝在現(xiàn)代多層板生產(chǎn)中越來越普及。

• 無黑化/棕化（Direct Lamination/Adhesion Promotion）： 隨著材料科學(xué)的發(fā)展，一些新型的預(yù)浸料和銅箔表面處理技術(shù)（如超粗化處理）可以直接提供良好的結(jié)合力，從而可以省略傳統(tǒng)的黑化/棕化步驟，簡化工藝流程，但這類技術(shù)對材料和工藝控制要求更高。

• 工藝流程：

• 脫脂： 清除表面油污。

• 微蝕： 活化銅表面，去除氧化層。

• 預(yù)浸： 潤濕板面，為氧化反應(yīng)做準(zhǔn)備。

• 黑化/棕化： 在氧化槽中進行化學(xué)處理。

• 水洗： 清除殘留藥液。

• 烘干： 徹底烘干，為壓合做準(zhǔn)備。

八、鉚合與疊層（Riveting and Lay-up）

鉚合與疊層是將經(jīng)過處理的內(nèi)層板、預(yù)浸料和外層銅箔按照設(shè)計順序精確組合起來的過程，為后續(xù)的壓合做準(zhǔn)備。

1. 鉚合（Riveting）

• 目的： 確保內(nèi)層板在疊層和壓合過程中保持精確的對位。

• 原理：

• 在內(nèi)層板的特定位置（通常是四個角或邊緣）預(yù)先鉆有對位孔。

• 將多張內(nèi)層板通過這些對位孔，使用鉚釘（通常是鋁制或銅制）進行臨時固定。

• 鉚釘將所有內(nèi)層板精確地對齊，形成一個穩(wěn)定的內(nèi)層疊合體。

• 鉚合的精度直接影響到最終多層板的層間對位精度，這對于后續(xù)的鉆孔和導(dǎo)通至關(guān)重要。

2. 疊層（Lay-up）

疊層是將鉚合好的內(nèi)層疊合體、預(yù)浸料和外層銅箔按照設(shè)計順序，在潔凈的環(huán)境中堆疊起來的過程。

• 材料組成：

• 外層銅箔： 位于最外側(cè)，通常是較厚的電解銅箔，用于形成外層線路。

• 預(yù)浸料（Prepreg, PP）： 是一種由玻璃纖維布浸漬環(huán)氧樹脂（或其他樹脂）并經(jīng)過半固化處理的材料。它在壓合過程中會受熱軟化流動，填充層間空隙，并將各層粘合在一起。預(yù)浸料的厚度、樹脂含量和玻璃纖維布類型會根據(jù)設(shè)計要求（如阻抗控制、介質(zhì)厚度）進行選擇。

• 內(nèi)層板： 經(jīng)過黑化/棕化處理并鉚合好的內(nèi)層線路板。

• 疊層順序：

• 典型的多層板疊層順序（從下到上）可能為：壓合墊板 -> 銅箔 -> 預(yù)浸料 -> 內(nèi)層1 -> 預(yù)浸料 -> 內(nèi)層2 -> ... -> 預(yù)浸料 -> 銅箔 -> 壓合墊板。

• 疊層順序必須嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進行，任何錯位或顛倒都將導(dǎo)致PCB功能失效。

• 防塵與清潔：

• 疊層操作通常在萬級或千級潔凈室中進行。

• 操作人員需穿戴無塵服、手套、口罩等，并使用防靜電工具。

• 所有材料在疊層前都需進行清潔，去除灰塵、纖維等雜質(zhì)。

• 潔凈的環(huán)境可以有效避免雜質(zhì)被封裝在層間，導(dǎo)致短路、開路或分層等缺陷。

• 自動化疊層：

• 為了提高效率和精度，現(xiàn)代PCB工廠通常采用自動化疊層系統(tǒng)，通過機械臂和視覺系統(tǒng)精確抓取和放置材料，減少人工操作帶來的誤差和污染。

九、壓合（Lamination）

壓合是多層板制造中最關(guān)鍵的物理化學(xué)過程，它通過高溫高壓將疊層好的內(nèi)層板、預(yù)浸料和銅箔永久地粘合在一起，形成一個堅固的整體。

• 壓合原理：

• 將疊層好的板材組放入壓合機中。

• 加熱： 壓合機逐漸升溫，使預(yù)浸料中的樹脂受熱軟化、熔融并流動。

• 加壓： 在樹脂流動的同時施加均勻的壓力，使樹脂充分填充各層之間的空隙（包括線路之間的空隙、銅箔表面的微觀粗糙度），并排除層間空氣。

• 固化： 隨著溫度的持續(xù)升高，預(yù)浸料中的樹脂發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，形成堅固的絕緣層，將各層永久地粘合在一起。

• 冷卻： 固化完成后，在保持一定壓力的同時進行冷卻，使板材尺寸穩(wěn)定，防止翹曲。

• 壓合參數(shù)： 壓合過程的參數(shù)控制至關(guān)重要，直接影響到板材的質(zhì)量和性能。

• 溫度曲線： 包括升溫速率、最高溫度和保溫時間。不同的預(yù)浸料和樹脂體系有不同的固化溫度和時間要求。精確的溫度控制能確保樹脂充分流動和完全固化。

• 壓力曲線： 包括加壓速率、最高壓力和保壓時間。適當(dāng)?shù)膲毫δ艽_保樹脂充分填充，排除氣泡，并使各層緊密結(jié)合。過大的壓力可能導(dǎo)致樹脂溢出過多，線路變形；過小的壓力則可能導(dǎo)致空隙、分層。

• 真空： 大多數(shù)現(xiàn)代壓合機都具備真空功能。在加熱和加壓前抽真空，可以有效地將層間和樹脂中的空氣和揮發(fā)物排出，防止在壓合過程中形成氣泡，提高板材的致密性和可靠性。

• 壓合設(shè)備：

• 真空壓合機： 具有加熱板、冷卻板、液壓系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。能夠提供精確的溫度、壓力和真空控制。

• 多層壓合機： 可以同時壓合多套板材組，提高生產(chǎn)效率。

• 樹脂流動與固化：

• 在壓合過程中，預(yù)浸料中的樹脂會經(jīng)歷從固體到軟化流動再到固化的轉(zhuǎn)變。

• 樹脂的流動性要好，以便充分填充線路間的空隙和銅箔表面的微觀結(jié)構(gòu)。

• 樹脂的固化必須徹底，形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提供良好的絕緣性和機械強度。

• 樹脂的流動和固化特性直接影響到板材的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、尺寸穩(wěn)定性以及層間結(jié)合力。

• 壓合后的處理：

• 壓合完成后，板材會從壓合機中取出。

• 需要進行去毛邊、切割等初步處理，然后進入后續(xù)的鉆孔工序。

• 壓合后的板材，各層之間應(yīng)結(jié)合牢固，無分層、無氣泡、無樹脂空洞等缺陷。

十、后續(xù)工序簡述（與內(nèi)層功能緊密相關(guān)）

盡管以下工序并非嚴(yán)格意義上的“內(nèi)層制作”，但它們與內(nèi)層的功能實現(xiàn)和整體PCB的性能息息相關(guān)。

1. 鉆孔（Drilling）

• 作用： 在壓合好的多層板上鉆出各種孔，包括通孔（Through-hole）、盲孔（Blind Via）和埋孔（Buried Via）。這些孔用于安裝元器件、實現(xiàn)層間導(dǎo)通以及作為定位孔。

• 原理：

• 機械鉆孔： 使用高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭進行鉆孔，是最常用的方法。

• 激光鉆孔： 對于微小孔徑（如HDI板的微孔）和盲孔、埋孔，常使用激光鉆孔，精度更高。

• 與內(nèi)層關(guān)系： 鉆孔會穿過內(nèi)層，形成內(nèi)層與孔壁之間的連接點（孔環(huán)），這是內(nèi)層信號能夠與其他層互連的基礎(chǔ)。鉆孔的精度和質(zhì)量直接影響到內(nèi)層與孔壁的連接可靠性。

2. 去鉆污（Desmear）

• 作用： 鉆孔過程中，鉆頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量會使孔壁上的樹脂熔化，并在孔壁上形成一層樹脂殘渣（鉆污）。去鉆污的目的是徹底清除這些鉆污，暴露出孔壁上的銅箔，以便后續(xù)的化學(xué)沉銅和電鍍能夠形成良好的導(dǎo)電層。

• 原理： 通常采用化學(xué)方法，如高錳酸鉀氧化法、等離子體刻蝕法等，去除孔壁上的樹脂殘渣。

• 與內(nèi)層關(guān)系： 徹底的去鉆污是確保內(nèi)層線路與孔壁電鍍層可靠連接的關(guān)鍵。如果鉆污未能完全清除，會導(dǎo)致孔壁與內(nèi)層之間的導(dǎo)通不良，甚至開路。

十一、內(nèi)層的工作原理、作用、特點與功能

1. 工作原理

PCB內(nèi)層的工作原理是基于導(dǎo)電圖形的電信號傳輸和層間互連。每一內(nèi)層都承載著特定的電路功能（如信號線、電源平面、接地平面）。當(dāng)電信號從一個元器件的引腳發(fā)出時，它沿著內(nèi)層的銅線（走線）傳輸，通過通孔（Via）或盲埋孔與其他層上的線路進行電氣連接，最終到達目標(biāo)元器件。電源層和接地層則通過大面積的銅平面提供穩(wěn)定的電壓和參考電位，降低電源噪聲。整個內(nèi)層制作過程的核心就是精確地將這些導(dǎo)電圖形“復(fù)制”到基材上，并確保它們在壓合后能夠可靠地互連。

2. 作用

• 實現(xiàn)高密度布線： 在有限的板面空間內(nèi)，通過增加層數(shù)，將復(fù)雜的電路布線分散到不同的內(nèi)層，從而實現(xiàn)更高的集成度和更小的產(chǎn)品尺寸。

• 優(yōu)化信號完整性： 內(nèi)層可以作為信號傳輸?shù)膮⒖计矫妫娫磳踊蚪拥貙樱?，有效控制信號阻抗，減少信號反射和串?dāng)_，提高信號傳輸質(zhì)量。

• 改善電源完整性： 大面積的電源層和接地層可以提供低阻抗的電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN），降低電源噪聲，確保元器件獲得穩(wěn)定的電源供應(yīng)。

• 增強抗電磁干擾（EMI）能力： 接地層可以作為電磁屏蔽層，有效抑制電磁輻射和外部電磁干擾。

• 提高機械強度和熱穩(wěn)定性： 多層結(jié)構(gòu)增加了PCB的整體機械強度和剛性，同時有助于熱量的均勻分布和散發(fā)。

3. 特點

• 不可見性與不可修復(fù)性： 內(nèi)層一旦壓合完成，其線路便被封裝在板材內(nèi)部，無法直接觀察和修復(fù)。因此，內(nèi)層制作的每一步都必須嚴(yán)格控制，確保零缺陷。

• 高精度要求： 隨著電子產(chǎn)品的小型化和高密度化，內(nèi)層線路的線寬、線距越來越小，對曝光、蝕刻等工藝的精度要求極高。

• 阻抗控制： 對于高速數(shù)字電路和高頻模擬電路，內(nèi)層線路的阻抗必須嚴(yán)格控制在設(shè)計值范圍內(nèi)，以確保信號完整性。這需要精確控制介質(zhì)厚度、線寬和銅箔厚度。

• 層間對位精度： 多層板的各層之間必須精確對位，才能保證鉆孔后內(nèi)層焊盤與孔壁的可靠連接。

• 材料多樣性： 根據(jù)不同的應(yīng)用需求，內(nèi)層基材和預(yù)浸料的選擇具有多樣性，以滿足電氣、熱學(xué)和機械性能要求。

4. 功能（引腳功能在內(nèi)層制作中的體現(xiàn)）

在內(nèi)層制作的語境下，“引腳功能”可以理解為內(nèi)層線路和通孔所承載的電氣連接功能。

• 信號線（Signal Traces）： 內(nèi)層承載著大量的信號走線，這些走線是連接各種集成電路、電阻、電容等元器件的“橋梁”，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)、時鐘、控制信號等。其功能類似于元器件的信號引腳，將電信號從源端傳送到目的端。

• 電源平面（Power Planes）： 大面積的銅平面，用于提供穩(wěn)定的工作電壓。它們的功能類似于元器件的電源引腳，為所有需要該電壓的元器件提供能量。

• 接地平面（Ground Planes）： 大面積的銅平面，作為電路的公共參考點和電流回流路徑。它們的功能類似于元器件的接地引腳，確保電路的穩(wěn)定運行和噪聲抑制。

• 內(nèi)層焊盤（Inner Layer Pads）： 鉆孔穿過內(nèi)層時，會在內(nèi)層上形成一個銅環(huán)，即內(nèi)層焊盤。這個焊盤的功能是作為內(nèi)層線路與通孔電鍍層之間的連接點，確保信號或電源從內(nèi)層可靠地導(dǎo)通到孔壁，進而連接到其他層或元器件。

• 埋孔（Buried Vias）和盲孔（Blind Vias）： 這些特殊類型的通孔只連接PCB的內(nèi)部層，或連接外層與內(nèi)部層。它們的功能是實現(xiàn)層間局部互連，減少對板面空間的占用，提高布線密度，尤其在HDI（高密度互連）板中應(yīng)用廣泛。

十二、應(yīng)用到哪些產(chǎn)品上面

PCB內(nèi)層制作工藝是現(xiàn)代電子產(chǎn)品制造的基石，幾乎所有復(fù)雜、高性能的電子設(shè)備都需要多層PCB，因此內(nèi)層制作技術(shù)廣泛應(yīng)用于以下產(chǎn)品：

• 智能手機和平板電腦： 這些設(shè)備對小型化、高集成度、高性能有極高要求，多層板（特別是HDI板）是其核心。

• 計算機及服務(wù)器： 主板、顯卡、內(nèi)存條等都需要多層PCB來承載復(fù)雜的處理器、存儲器和高速總線。

• 通信設(shè)備： 路由器、交換機、基站、光纖通信設(shè)備等，需要處理大量高速數(shù)據(jù)，對信號完整性和可靠性要求極高。

• 汽車電子： 汽車的發(fā)動機控制單元（ECU）、車載信息娛樂系統(tǒng)、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等，對PCB的耐高溫、高可靠性有特殊要求。

• 醫(yī)療設(shè)備： 各種診斷設(shè)備、監(jiān)護儀、影像設(shè)備等，要求高精度、高可靠性，多層板是其重要組成部分。

• 工業(yè)控制設(shè)備： 自動化設(shè)備、機器人、工業(yè)計算機等，通常工作在復(fù)雜環(huán)境中，對PCB的穩(wěn)定性、抗干擾能力有要求。

• 航空航天和軍事： 對PCB的性能、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性有最嚴(yán)苛的要求，通常采用特種材料和高層數(shù)PCB。

• 消費電子： 智能電視、游戲機、數(shù)碼相機、可穿戴設(shè)備等，也普遍采用多層PCB以實現(xiàn)其復(fù)雜功能和小型化設(shè)計。

簡而言之，任何對尺寸、性能、功能集成度有較高要求的電子產(chǎn)品，都離不開先進的PCB內(nèi)層制作工藝。

十三、能替代哪些常見型號/方法

在PCB制造領(lǐng)域，“替代常見型號”更多地體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 替代低層數(shù)PCB（如單/雙面板）

• 替代對象： 簡單的單層板和雙層板，它們只能在單面或雙面進行布線，無法滿足復(fù)雜電路的需求。

• 替代原因： 當(dāng)電路功能日益復(fù)雜、元器件密度不斷提高時，單/雙面板的布線空間不足，信號完整性難以控制，電源分配也存在挑戰(zhàn)。多層板的內(nèi)層設(shè)計提供了更多的布線空間和功能層（如電源層、接地層），能夠有效解決這些問題。

• 替代方式： 通過增加PCB層數(shù)，將部分線路轉(zhuǎn)移到內(nèi)層，從而實現(xiàn)更高密度、更優(yōu)性能的電路板。

2. 替代傳統(tǒng)內(nèi)層蝕刻工藝的改進方法

• 替代對象： 傳統(tǒng)的濕法蝕刻工藝，尤其是在制作極細(xì)線路時可能面臨的側(cè)蝕、均勻性等挑戰(zhàn)。

• 替代方式：

• 減去法（當(dāng)前主流）： 先在整個板面覆銅，然后通過圖形轉(zhuǎn)移和蝕刻去除不需要的銅。這種方法在制作細(xì)線時容易出現(xiàn)側(cè)蝕問題。

• 半加成法： 先在絕緣基材上（或薄銅層上）通過化學(xué)沉銅形成一層薄的導(dǎo)電層，然后通過圖形轉(zhuǎn)移（通常是LDI）和電鍍在需要形成線路的地方增厚銅層，最后再進行一次輕微的閃蝕去除背景薄銅。這種方法可以實現(xiàn)更細(xì)的線寬線距，因為線路是通過“加”而不是“減”形成的，側(cè)蝕問題大大減輕。

• 全加成法： 直接在絕緣基材上通過化學(xué)方法或選擇性電鍍形成線路，完全避免了蝕刻。這種方法還在發(fā)展中，但被認(rèn)為是未來超細(xì)線路制造的方向。

• 激光直接成像（LDI）： 替代傳統(tǒng)的光繪底片曝光方式。LDI通過激光直接在感光干膜上成像，無需物理底片，可以實現(xiàn)更高的分辨率和對位精度，減少了底片制作和維護的成本與時間，特別適用于HDI板的微細(xì)線路。

• 半加成法（Semi-Additive Process, SAP）/全加成法（Fully Additive Process, FAP）： 替代傳統(tǒng)的減去法（Subtractive Process）蝕刻。

• 等離子體蝕刻： 在某些特殊材料或微細(xì)結(jié)構(gòu)處理中，等離子體蝕刻可以提供比濕法蝕刻更高的精度和各向異性。

3. 替代傳統(tǒng)黑化工藝

• 替代對象： 傳統(tǒng)的黑化處理工藝，可能存在的“粉紅圈”和結(jié)合力不足問題。

• 替代方式：

• 棕化工藝： 如前所述，棕化工藝提供了更穩(wěn)定、更可靠的層間結(jié)合力，已成為多層板內(nèi)層表面處理的主流。

• 無黑化/棕化（Adhesion Promotion）： 某些新型材料（如超粗化銅箔）或表面處理技術(shù)可以直接提供足夠的附著力，從而省略黑化/棕化步驟，簡化工藝流程。

4. 替代傳統(tǒng)壓合材料

• 替代對象： 傳統(tǒng)FR-4預(yù)浸料和銅箔。

• 替代方式：

• 低損耗、低介電常數(shù)預(yù)浸料： 替代普通FR-4預(yù)浸料，用于高頻高速應(yīng)用，以減少信號傳輸損耗。

• 超薄預(yù)浸料： 用于HDI板的微盲埋孔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更小的層間距離。

• 特殊結(jié)構(gòu)的銅箔： 如低粗糙度（Low Profile, LP）銅箔或超低粗糙度（Very Low Profile, VLP）銅箔，這些銅箔表面更光滑，在高頻信號傳輸時能減少趨膚效應(yīng)帶來的損耗。

5. 替代人工操作

• 替代對象： 疊層、對位、檢測等環(huán)節(jié)中的人工操作。

• 替代方式：

• 自動化疊層系統(tǒng)： 提高疊層精度和效率，減少人工污染。

• 自動光學(xué)檢測（AOI）： 替代人工目檢，提高檢測速度和準(zhǔn)確性。

• 自動對位系統(tǒng)： 在曝光、鉆孔等環(huán)節(jié)實現(xiàn)高精度自動對位。

總而言之，PCB內(nèi)層制作的“替代”并非簡單地用一個“型號”替換另一個，而是通過引入更先進的材料、更精密的工藝技術(shù)和更高程度的自動化，來不斷提升內(nèi)層制造的精度、可靠性、效率和性能，以適應(yīng)電子產(chǎn)品不斷升級的需求。

總結(jié)

PCB內(nèi)層制作工藝是一個高度復(fù)雜且精密的系統(tǒng)工程，它涵蓋了材料科學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、機械工程和自動化控制等多個學(xué)科領(lǐng)域。從基材的精心選擇，到圖形的精確轉(zhuǎn)移，再到銅箔的精準(zhǔn)蝕刻，以及最終的黑化/棕化處理和高壓壓合，每一步都凝聚著先進的技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制。內(nèi)層作為多層PCB的“骨架”和“血管”，其制造質(zhì)量直接決定了整個電路板的電氣性能、機械強度和長期可靠性。隨著電子產(chǎn)品向更高密度、更高頻率、更小尺寸方向發(fā)展，PCB內(nèi)層制作工藝也將不斷創(chuàng)新和演進，以滿足未來電子技術(shù)對印制電路板的更高要求。