多层电路板封装概述

多层电路板封装是一个复杂且关键的过程，在电子设备制造中起着重要作用。它涉及到多个步骤和多种技术的综合运用，以确保电路板能够正常工作并满足各种性能要求。

一、多层电路板封装流程介绍

多层电路板封装主要是将一级封装的元器件组装到印刷电路板（PCB）上，包括板上封装单元和器件的互连，同时要考虑阻抗的控制、连线的精细程度和低介电常数材料的应用等方面。在这个过程中，从最初的材料准备到最后的成品测试，每一个环节都紧密相连，任何一个环节出现问题都可能影响到整个多层电路板的性能和质量。

（一）材料准备

1. 基材选择

• 在多层PCB的制造过程中，基材的选择是基础且至关重要的一步。基材不仅需要具备优良的电气性能，还需考虑到机械强度、热稳定性和加工难度。常用的基材包括FR - 4（一种具有优良绝缘性能和机械强度的玻璃纤维增强环氧树脂），适用于一般的电子设备。对于更高频率的应用，会使用PTFE（聚四氟乙烯），它在高频环境下具有更好的电气性能。在一些特殊的高频应用，例如某些高端通信设备或者雷达系统中，可能还会用到陶瓷或其它特殊材料，这些材料能够满足在特殊频段下对信号传输的严格要求。

• 除了基材，还需要准备铜箔、预浸料（半固化片）、化学试剂等。铜箔是电路板上导电线路的主要材料来源，预浸料（半固化片）在层压阶段用来粘合不同层，对电路板的电气性能和结构完整性至关重要。化学试剂则用于电路板制造过程中的蚀刻、清洗等工艺环节。

2. 多层电路板结构材料

• 多层电路板在电路板结构中有多个铜层，因此需要特殊的基材来制造。创建多层电路板需要使用半固化片（PP）和相对较薄的覆铜层压板（Core芯板）进行组合压合固化后形成最终的厚度。这种结构使得多层电路板能够在有限的空间内实现更多的电路连接和功能集成。

（二）设计阶段

1. 层数确定

• 根据电路的复杂程度、信号传输要求、元件数量等因素确定多层电路板的层数。例如，对于简单的低频电路，双层板可能就足够满足需求；但对于复杂的高速数字电路或者含有多种功能模块的电路，可能就需要四层、六层甚至更多层数的电路板。例如在智能手机主板中，由于集成了处理器、内存、通信模块等众多功能元件，通常采用六层或八层的多层电路板，以满足信号完整性、电源分配和空间限制等多方面的要求。

2. 层叠结构设计

• 层叠结构设计要遵从一定的规则，如每个走线层都必须有一个邻近的参考层（电源或地层），邻近的主电源层和地层要保持最小间距，以提供较大的耦合电容。以四层板为例，常见的层叠结构有SIG - GND(PWR)-PWR(GND)-SIG或者GND - SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND。对于第一种方案，通常应用于板上芯片较多的情况，可得到较好的SI（信号完整性）性能；第二种方案通常应用于板上芯片密度足够低和芯片周围有足够面积（放置所要求的电源覆铜层）的场合，从EMI（电磁干扰）控制的角度看是较好的4层PCB结构。

• 在设计层叠结构时，还需要考虑信号的类型和走向。对于高速信号，要尽量使其在相邻的参考层之间传输，以减少信号反射和串扰。例如时钟信号这种周期性的高速信号，要特别注意其布线和层叠结构中的位置安排，以确保信号的稳定传输。

3. 布局布线

• 布局方面，要根据元件的功能、大小、发热量等因素合理安排元件在电路板上的位置。例如，发热量大的元件（如功率放大器）要远离对温度敏感的元件（如某些精密的传感器），并且要考虑散热通道的设计。对于集成电路芯片，要按照其引脚功能进行合理布局，方便后续的布线连接。

• 布线时，要遵循一定的规则以保证信号完整性。对于高速信号，要控制布线的长度、宽度和弯曲程度。例如，差分信号对的布线要保证等长、等间距，以减少信号的偏差。同时，要避免在布线过程中出现锐角，因为锐角会导致信号反射增加。对于电源线和地线，要尽量加宽，以降低线路的电阻，提高电源的稳定性。

（三）制造过程

1. 内层图形制作

• 首先对芯板进行内层图形制作。这一过程包括对芯板进行清洗、光刻、蚀刻等步骤。清洗是为了去除芯板表面的杂质和油污，保证后续工艺的良好附着力。光刻是将设计好的电路图形通过光刻胶转移到芯板上，光刻胶在曝光和显影后会形成与电路图形对应的图案。蚀刻则是利用化学试剂将没有被光刻胶保护的铜箔去除，从而形成内层的电路图形。

2. 层压

• 将制作好内层图形的芯板和半固化片按照设计好的层叠结构进行叠放。然后通过热压的方式使半固化片固化，将各层紧密地粘合在一起。在层压过程中，需要控制好温度、压力和时间等参数。如果温度过高，可能会导致树脂过度流动，造成内层图形移位或者板翘等问题；如果压力不足，则可能会出现层间结合不牢固的情况。例如，在层压四层板时，根据不同的芯板和半固化片材料，可能需要将温度控制在170 - 190℃，压力在200 - 400psi，层压时间在60 - 120分钟之间。

3. 钻孔

• 层压完成后，需要进行钻孔操作，以制作过孔。过孔用于连接不同的层，实现信号和电源的传输。钻孔的精度对于多层电路板的性能至关重要。随着电子设备的小型化和复杂化，对钻孔的要求也越来越高，目前常用的钻孔技术包括机械钻孔和激光钻孔。机械钻孔适用于较大直径的过孔，而激光钻孔能够实现更小直径的过孔，并且具有更高的精度和更快的速度。例如在一些高端智能手机的多层电路板制造中，为了满足高密度布线的需求，会采用激光钻孔技术来制作直径在0.1 - 0.3mm的过孔。

4. 外层图形制作

• 钻孔完成后，对外层进行图形制作，这一过程与内层图形制作类似，包括清洗、光刻、蚀刻等步骤，从而在外层形成电路图形和焊盘等结构。

5. 表面处理

• 表面处理主要是为了提高电路板的可焊性和抗氧化性。常见的表面处理方法有热风整平、化学镀镍/浸金、有机可焊性保护剂（OSP）等。热风整平是将电路板浸入熔融的锡铅合金中，使电路板表面的铜箔被锡铅合金覆盖，这种方法成本较低，但平整度较差。化学镀镍/浸金是先在电路板表面镀上一层镍，然后再浸入金溶液中形成一层金层，这种方法具有良好的可焊性和抗氧化性，但成本较高。OSP则是在电路板表面形成一层有机保护膜，这种方法成本适中，可焊性也较好，在许多中高端电子产品中得到广泛应用。

（四）封装与装配

1. 元器件贴装

• 这一阶段采用表面贴装技术（SMT）或者通孔插装技术（THT）将元器件安装到多层电路板上。SMT是目前最常用的技术，它具有生产效率高、体积小、适合自动化生产等优点。在SMT贴装过程中，通过贴片机将元器件准确地贴装到电路板上的指定位置。对于一些小型的无源元件（如电阻、电容等），贴片机可以实现高速、高精度的贴装。而对于较大的集成电路芯片或者特殊的元器件（如连接器等），可能需要采用手工贴装或者特殊的贴装设备。THT则主要用于一些对机械强度要求较高或者功率较大的元器件的安装，例如大型的电解电容或者功率晶体管。

2. 焊接

• 贴装完成后，进行焊接操作将元器件固定在电路板上。焊接方法包括波峰焊和回流焊。波峰焊主要用于THT元器件的焊接，它是将电路板通过熔化的焊锡波峰，使元器件引脚与电路板上的焊盘焊接在一起。回流焊则适用于SMT元器件的焊接，它是通过加热使预先涂覆在焊盘上的焊锡膏熔化，从而实现元器件与焊盘的焊接。在焊接过程中，要控制好焊接温度、时间和焊锡量等参数，以确保焊接质量。如果焊接温度过高或者时间过长，可能会导致元器件损坏或者焊点出现虚焊、短路等问题。

3. 测试与检验

• 焊接完成后，需要对多层电路板进行测试和检验。测试内容包括电气性能测试（如开路、短路测试，信号完整性测试等）、功能测试（验证电路板是否能够实现预期的功能）等。电气性能测试可以使用专门的测试仪器（如万用表、示波器等）来检测电路中的电阻、电容、电感等参数是否符合设计要求，以及信号的传输是否正常。功能测试则需要根据电路板的具体功能，通过输入相应的信号来检测输出是否正确。检验方面，要检查电路板的外观是否有缺陷（如焊点是否饱满、元器件是否安装正确等），同时要检查电路板的尺寸是否符合设计要求。

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二、多层电路板封装步骤详解

（一）材料准备与处理

1. 基材采购与检验

• 在多层电路板制造中，首先要根据设计要求采购合适的基材。对于一般的工业控制电路板，可能会选择FR - 4基材，因为其性价比高且能满足大多数常规电气性能需求。在采购时，要对基材的厚度、介电常数、铜箔厚度等参数进行严格检验。例如，厚度偏差过大可能会影响层压后的电路板整体厚度，从而影响后续的安装和使用。对于介电常数，如果与设计值偏差较大，可能会导致信号传输速度和阻抗不匹配等问题。铜箔厚度则直接关系到电路板的导电能力和承载电流的能力，一般会使用厚度为1oz（盎司）或2oz的铜箔，在一些高功率应用中可能会选择更厚的铜箔。

• 同时，要对基材的表面质量进行检查，确保没有划痕、凹坑等缺陷，因为这些缺陷可能会影响内层图形的制作质量。例如，如果基材表面有划痕，在光刻和蚀刻过程中可能会导致光刻胶附着不均匀，从而使蚀刻后的电路图形出现缺陷。

2. 铜箔准备

• 铜箔在使用前需要进行切割和预处理。切割要根据电路板的尺寸要求进行精确切割，确保铜箔的尺寸与芯板相匹配。预处理包括清洗和表面粗化处理。清洗是为了去除铜箔表面的油污和杂质，一般采用化学清洗的方法，使用的化学试剂如氢氧化钠溶液、酸性清洗剂等。表面粗化处理是为了提高铜箔与半固化片之间的结合力，通常采用微蚀刻的方法，将铜箔表面蚀刻出一定的微观粗糙度。

3. 半固化片处理

• 半固化片在使用前要进行干燥处理，以去除其中的水分和挥发物。如果半固化片中的水分含量过高，在层压过程中可能会产生气泡，影响层间的结合质量。一般会将半固化片在真空环境下进行干燥处理，干燥温度和时间根据半固化片的型号和厂家要求而定，例如，有些半固化片可能需要在120℃下干燥2 - 4小时。干燥后的半固化片要妥善保存，避免再次受潮。

（二）内层图形制作

1. 芯板清洗

• 芯板在进行内层图形制作之前，需要进行彻底的清洗。清洗的目的是去除芯板表面的油污、灰尘和氧化物等杂质。一般采用化学清洗和物理清洗相结合的方法。化学清洗使用的试剂有碱性清洗剂和酸性清洗剂，碱性清洗剂可以去除油污和有机杂质，酸性清洗剂可以去除氧化物。物理清洗则包括超声波清洗，利用超声波的振动作用使杂质从芯板表面脱离。例如，在使用氢氧化钠碱性清洗剂清洗后，再使用稀盐酸酸性清洗剂进行清洗，然后进行超声波清洗，这样可以确保芯板表面的清洁度。

2. 光刻胶涂覆

• 清洗后的芯板要进行光刻胶涂覆。光刻胶的涂覆方法有旋涂法、喷涂法等。旋涂法是将光刻胶滴在芯板表面，然后通过高速旋转使光刻胶均匀地涂覆在芯板表面。喷涂法则是通过喷枪将光刻胶喷涂在芯板表面。在涂覆过程中，要控制好光刻胶的厚度，光刻胶的厚度会影响到后续光刻的分辨率和精度。一般来说，对于精细线路的制作，需要较薄的光刻胶层，而对于一些较大线路的制作，可以使用稍厚一点的光刻胶层。

3. 曝光与显影

• 涂覆光刻胶后的芯板要进行曝光操作。曝光是将设计好的电路图形通过掩膜版投射到光刻胶上，使光刻胶发生光化学反应。曝光的能量和时间要根据光刻胶的型号和掩膜版的透光性等因素进行调整。曝光不足会导致光刻胶未完全反应，使得电路图形转移不完全；曝光过度则可能会使光刻胶过度反应，影响电路图形的精度。曝光后进行显影操作，显影是将未曝光部分的光刻胶去除，从而在光刻胶上形成与电路图形对应的图案。显影液的浓度和显影时间也要严格控制，否则可能会导致光刻胶图案的变形或者残留。

4. 蚀刻与光刻胶去除

• 显影后的芯板要进行蚀刻操作。蚀刻是利用化学试剂将没有被光刻胶保护的铜箔去除，从而形成内层的电路图形。常用的蚀刻剂有氯化铜蚀刻液、氯化铁蚀刻液等。在蚀刻过程中，要控制好蚀刻液的浓度、温度和蚀刻时间等参数，以确保蚀刻的精度和速度。蚀刻完成后，要去除光刻胶，一般采用有机溶剂（如丙酮等）进行清洗，将光刻胶完全去除，得到干净的内层电路图形。

（三）层压

1. 叠层准备

• 在层压之前，要根据设计好的层叠结构将制作好内层图形的芯板、半固化片等材料进行叠放。在叠放过程中，要注意各层的方向和顺序，确保与设计要求一致。例如，对于有电源层和地层要求的层叠结构，要准确放置电源层和地层的芯板和半固化片。同时，要避免在叠放过程中引入杂质，如毛发、灰尘等，因为这些杂质可能会在层压后造成层间短路或者其他电气性能问题。

2. 层压参数设置

• 层压过程中的参数设置非常关键。温度、压力和时间是三个主要的参数。不同的材料组合和电路板厚度要求会有不同的最佳参数设置。例如，对于由FR - 4芯板和特定半固化片组成的四层电路板，层压温度可能设置在180℃左右，压力在300psi左右，层压时间为90分钟左右。如果温度过高，可能会导致半固化片中的树脂过度流动，造成内层图形移位或者层间短路；如果压力不足，可能会使层间结合不紧密，影响电路板的机械强度和电气性能；如果层压时间过短，则可能会导致半固化片固化不完全。

3. 层压过程操作

• 将叠放好的材料放入层压机中进行层压操作。在层压过程中，层压机要保持稳定的温度、压力和时间控制。同时，要注意层压机的加热和加压方式，确保各层材料能够均匀受热和受压。例如，有些层压机采用上下加热板同时加热的方式，这样可以使层间温度分布更加均匀。在层压过程中，还要对层压过程进行监控，例如通过压力传感器和温度传感器来监测压力和温度的变化，确保层压过程符合设定的参数要求。

（四）钻孔

1. 钻孔设计与编程

• 在进行钻孔操作之前，要根据电路设计的要求进行钻孔设计。确定过孔的位置、直径和数量等参数。然后根据钻孔设备的类型（如机械钻床或激光钻孔机）进行编程，设置钻孔的路径、速度和深度等参数。对于高密度多层电路板，钻孔的设计和编程要更加精细，以确保在有限的空间内能够准确地钻出所需的过孔。例如，在一些手机主板的多层电路板中，过孔的直径可能只有0.1 - 0.3mm，而且数量众多，需要精确的钻孔编程来避免过孔之间的干涉。

2. 钻孔操作与质量控制

• 根据编程设置进行钻孔操作。在钻孔过程中，要控制好钻孔的速度和进给量，以确保钻孔的质量。对于机械钻孔，钻孔速度过快可能会导致钻头磨损加剧，钻孔精度下降，甚至可能会造成钻头折断；进给量过大则可能会使孔壁粗糙，影响过孔的电气性能。对于激光钻孔，要控制好激光的功率和脉冲频率等参数。同时，在钻孔过程中要进行质量控制，例如通过显微镜检查钻出的过孔是否符合设计要求，如孔的直径、垂直度等。如果发现过孔存在缺陷，如孔径偏差过大或者孔壁不光滑等问题，要及时调整钻孔参数或者更换钻头。

（五）外层图形制作

1. 外层清洗与预处理

• 钻孔完成后，对外层进行清洗和预处理。清洗是为了去除钻孔过程中产生的碎屑和油污等杂质。预处理包括对孔壁进行金属化处理，以提高孔壁的导电性。孔壁金属化处理的方法有化学

PCBA电路板/线路板清洗剂W3000介绍

电路板/线路板清洗剂W3000 是针对 PCBA 焊后清洗开发的一款碱性水基清洗剂，是一款环保洗板水。能够快速有效的去除焊后锡膏、助焊剂及油污、灰尘等残留物质。适用于超声波和喷淋清洗工艺。该产品采用我公司专利技术研发，清洗力强，气味清淡，不含卤素，无闪点。温和的配方使其对敏感金属合金具有良好的材料兼容性，是一款理想的环保型水基清洗剂。

电路板/线路板清洗剂W3000的产品特点：

1、清洗负载能力高，可过滤性好，具有超长的使用寿命，维护成本低。

2、能够有效清除元器件底部细小间隙中的残留物，清洗之后焊点保持光亮。

3、配方温和，特别适用于较长接触时间的清洗应用。对 PCBA 上各种零器件无影响，材料兼容性好。

4、不含卤素，无闪点，使用安全，不需要额外的防爆措施。

5、无泡沫，适合用在喷淋清洗工艺中。

6、不含固态物质，被清洗件和清洗设备上无残留，无发白现象。

电路板/线路板清洗剂W3000的适用工艺：

W3000环保洗板水适用在超声波清洗工艺和喷淋清洗工艺中。

电路板/线路板清洗剂W3000产品应用：

W3000环保洗板水主要用于去除PCBA 焊接工艺后的锡膏、助焊剂残留。对油污也有一定的溶解性。

超声波清洗工艺：

W3000用在超声波清洗工艺中，可批量清洗结构复杂的电子组装件，对于底座低间隙的助焊剂残留物也能达到很好的清洗效果。在超声波清洗工艺中，将待清洗件浸没在清洗槽中，利用超声波在清洗剂中的空化作用、加速度作用及直进流作用，和清洗剂对污垢的超强溶解性相结合，使污垢层被溶解、分散、乳化，或剥离而达到清洗目的。