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连接器理论基础手册

第十章 印刷电路板

  • 印刷电路板(PWB)的历史能被追溯到1936年。今天这项发明一般认为是来自于Paul Eisner 博士,而他恐怕怎么也想不到PWB在60年后会占有200亿美元的市场。(请参阅图10.1和10.2)
  • 将PWB与它们对现代连接器的影响分开来是不可能的,反过来也一样。一种技术与另一种术相互推动与限制达到如此的程度,以至于它们就象是一个硬币的两面。在这一章,我们就来看一下在电子插组件中的两个基本方面是怎样相互影响与推动的。
  • 10.1 PWB制作技术

  • PWB工业是被不断增长的来自于插组件工程技术人员对要求所推动的持续发展之一(图10.3和图10.4)。为了满足这些需要,在过去的大约50年中发展了许多制作方法和基体材料。有些人找到了再生基材,比如摄影的感光胶片、环氧/玻璃基体材料,另一些人在PWB中用银做材料,结果以失败而告终。在这一章仅会讨论现代主要的制作技术。
  • 在考虑PWB与连接器的关系如何,很重要的一点就是,对PWB的设计与制作如图10.5所示的做一个一般的理解。PWB的产生源于将分离的电子插组件连接在一起以形成电路的需要。这无论在过去还是现在都是PWB的唯一作用。在它发展历史的开始阶段,“板”的称谓是名副其实----一个扁平的,绝缘的平面,其硬度足以支持电路的组件,这些组件与实际的导线是连在一起的。很快,分离的导线被传导讯号的的铜接脚所代替。在实际中将铜接脚剪切下来再粘在板上的想法显然对于大量生产电路来说行不通,于是,照相制板工艺被采用了。
  • 最简单的PWB当然是单层板(SSB)。这种类型的电路仍然为消费电子市场中的低级电路的需求而大量生产,也就是电视摇控之类的。它们的制作是通过在石碳酸树脂纸或环氧/玻璃基材上加铜薄片的迭片结构。铜薄片,如图10.6所示,用一些抗蚀刻物质按照一定形式去制作成电路铜线。
  • 为了制作一个电路格局,抗蚀刻物质可由自动网板印刷机施加,如果这种抗蚀刻物质是可摄影成像的,则可以有滚涂机,隔板涂层器,或者甚至是感光胶片。这一工序一般指的是印制与蚀刻。这一类型的电路生产一般是用可网板印刷的抗蚀刻物质,在现在已几乎全部实现自动化。
  • 很快显然易见的,如果板的两侧被利用了(一种双层板),在板表面上设置的电路密度就变成子两倍。如果两个电路被安置在一块板上,那么就需要在二者之间建立一种连接。这种电性连接明显的安排是用组件孔来装配被导引的组件。但,这样就产生了一个严重的制作问题:如何使介电材料金属化,比如说最近才出现的为电镀铜脚而使用的环氧和玻璃纤维的合成物。
  • 10.1.1 镀通孔技术

  • 镀通孔技术(PTH),根据现在所知道的,产生于1953年摩托罗拉公司。现代胶体锡铅催化剂与稳定的无电镀铜溶液的发展可上溯到六十年代。C. Shipley,现代生产铅/锡催化剂shipley公司的创始人,Brenner和Riddell以及其它人使无电镀铜系统变得稳定,这些成果的结合为现代PTH技术奠定了基础。现代双层板(DSB)生产工艺如图10.7所示。
  • 10.1.2 

  • 当无电解铜工艺问世以后,为通孔配合一个合适的电镀基板的问题就解决了。然而把PHT圆孔的电解镀层达到其预定的厚度仍需要如图10.8所示意的模板电镀操作。而这会导致整个模板(包括PHT圆孔与铜箔)被镀上多余厚度的电解铜。
  • 显然,只有固体薄层成像方法才能被使用,基板的任何破损都会导致PHT孔的铜镀层被侵蚀或者镀层厚度变薄。任何形式的定位不正都是有的,以及环状圆形尺寸必须能够应付因材料的运动,工艺的变更,钻孔位置不正等造成的工具的错位。典型的环状尺寸要求约在20条左右。
  • 由于tent需要基准点,为充分使固体层粘着而要求环状最小。随着孔尺寸的变小及电路密度的提高,此基准点的尺寸会成为高密度布线的限制因素。
  • 为了保证充分的粘着,好线的应用要求通常进行良好的表面预处理。如果环状过小,偏移和侵蚀就不可避免。
  • 板镀对于高密度的PWB有一个不利点。相比较单面的电路板箔而言,它外层铜的侵蚀变的非常困难。这是因为它在表层的厚度是基体铜和附加的电镀铜混合的结果,即要侵蚀双层铜的厚度才能形成PWB的信号线,如图10.10所示。
  • 在线较宽或空间区域,这不是最重要的。然而在1990年,由于外层线和空间在5/5条标准及3/3条水平标准,侵蚀就成为板镀应用中一个重要的不利。
  • 此外,由于整个板都镀了铜,因而电路线成型就失去了铜的重要性。这导致了成本问题,不但有电镀工作及化学应用,而且还有额外侵蚀的消耗及处理铜垃圾的成本。因而希望图案镀的出现。
  • 在基板镀工艺中,每一个基板在一个宽的电镀架上。单个的板上无铜电镀且立即镀到最后的铜的厚度,无论是圆柱孔还是整个表面。这样的过程不会产生图案镀的情况。
  • 在从基板镀到图案镀转变的过程中有一个基本的问题,是由于无电镀铜的沉积而使其更加坚固。普通的lo-dep成形在板的表面及孔内会沉积30条厚度的无电镀铜。这对后面的电镀步骤来说太薄了,不足以承受任何突然的撞击。
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