《現代印制電路原理與工藝(第2版)》從印制電路基板材料、設計、制造、裝配、焊接、質量保證、環保和質量標準等方面全面系統地講述了印制電路技術的基本概念、原理和工藝,以及最新的印制電路板制造工藝和技術。內容涵蓋了各類印制電路板制造所必須掌握的基礎知識和實踐知識,力求科學性、先進性、新穎性和實用性的統一。鑒于印制電路技術飛速發展,《現代印制電路原理與工藝(第2版)》還增加了即將成為印制電路主要生產技術的高密度互連積層印制電路、無鉛化技術與工藝、特殊用途的特種印制電路技術、集成元器件印制電路板和印制電路發展趨勢等內容。《現代印制電路原理與工藝(第2版)(附電子教案)》共分19章,著重基本概念和原理的闡述,深入淺出,理論聯系實際。每章都配有習題,以指導讀者深入地進行學習。為了方便教學,還提供了與《現代印制電路原理與工藝(第2版)(附電子教案)》配套的多媒體教學課件。
《現代印制電路原理與工藝(第2版)》不僅可作為高等院校電氣信息類和化學類“印制電路技術(原理和工藝)”課程的教材,也可供從事印制電路行業的工程技術人員參考。 《現代印制電路原理與工藝(第2版)》已被中國印制電路行業協會推薦為印制電路行業工程技術人員的培訓教材。
絕大多數電子設備都要使用印制電路板,用以安裝集成電路等元器件并提供它們之間的電氣連接。印制電路技術已發展成為一門自成體系、完全獨立的生產技術,與大規模集成電路一樣,已躋身于“高科技”行列之中,成為電子工業生產中的重要技術之一。電子設備的“輕量化、小型化、薄型化、智能化”發展,對電子設備的關鍵——印制電路板的性能和制造技術提出了更新、更高的要求。
印制電路行業在我國發展迅猛,2006年我國印制板總產值達到128億美元,進出口總額達到163億美元,已經超過日本,成為世界第一大印制電路板生產國,年平均增長速度達到220%,總產值占到電子類產品產值的7%,國內印制電路行業從業人員超過70萬人。然而,以前國內不少高校開設的印制電路課程的內容主要偏重于印制電路的設計,直接導致印制電路制造技術的工藝人才奇缺。現在我國越來越多的大學已開始設立培養印制電路制造工藝技術的課程,以滿足我國印制電路工藝人才的需求。但目前國內講述印制電路原理和工藝方面的教材不多。
電子科技大學應用化學系是我國第一個在應用化學專業設置印制電路工藝專業的系,為我國印制電路行業輸送了大量印制電路工藝人才。本書是在電子科技大學應用化學系1996年編寫的《印制電路技術》教學講義和2005年編寫的《現代印制電路原理與工藝》教材的基礎上,結合13年的教學經驗并補充相關新技術和新工藝編寫而成的。
本書從印制電路基板材料、設計、制造、裝配、焊接、質量保證、環保和質量標準等方面全面系統地講述了印制電路技術的基本概念、原理和工藝。內容涵蓋了各類印制板制造所必須掌握的基礎知識和實用知識,力求科學性、先進性、新穎性和實用性的統一。鑒于印制電路技術發展迅速,本書還增加了即將成為印制電路主要生產技術的高密度互連積層印制電路、電子產品無鉛化技術、特種印制電路技術、集成元器件印制電路板和印制電路發展趨勢等內容。
本課程建議授課學時數為70。各章內容相對獨立,授課教師可根據實際需要取舍教學內容。為了方便教學,還提供了與本書配套的多媒體教學課件。
本書的編寫得到了我校產、學、研基地——珠海元盛電子科技股份有限公司的大力支持,書中部分工藝方面的實驗就是在該公司胡可總經理的大力支持下在該公司的生產線上完成的,在此特表示衷心的感謝。在編寫本書的過程中,參考了很多國內外的著作和資料(主要書目列于書末的參考文獻),引用了其中的一些內容和實例,在此對這些文獻的作者表示誠摯的感謝。
本書由國家“長江學者計劃”特聘教授、國家杰出青年基金獲得者、全國優秀教師張懷武教授擔任主編;我國著名印制電路專家、總參56所總工程師、中國印制電路行業協會“印制電路信息”雜志社主編林金堵和我國印制電路專家、電子科技大學教授何為任副主編;全書共19章,其中第13、19章由張懷武編寫;第18章由林金堵編寫;第1、6、7、11、16、17章由何為編寫;第3、8、9、10、12、14章由胡文成教授編寫;第2、4、5、15章由唐先忠教授編寫。全書由何為整理定稿。重慶大學張勝濤教授對全書進行了審定,在此深表謝意。
對于書中存在的錯誤和不妥之處,敬請讀者提出寶貴意見。
出版說明
序
前言
第1章 印制電路概述
1.1 印制電路的相關定義和功能
1.1.1 印制電路的相關定義
1.1.2 印制電路在電子設備中的地位和功能
1.2 印制電路的發展史、分類和特點
1.2.1 早期的制造工藝
1.2.2 現代印制電路的發展
1.2.3 印制電路的特點和分類
1.3 印制電路制造工藝簡介
1.3.1 減成法
1.3.2 加成法
1.4 我國印制電路制造工藝簡介
1.4.1 單面印制電路板生產工藝
1.4.2 雙面印制電路板生產工藝
1.4.3 多層印制電路板生產線
1.4.4 撓性印制電路和齊平印制電路的制造工藝
1.5 習題
第2章 基板材料
2.1 覆銅箔層壓板及其制造方法
2.1.1 覆銅箔層壓板分類
2.1.2 覆銅箔層壓板制造方法
2.2 覆銅箔層壓板的特性
2.2.1 覆銅箔層壓板的力學特性
2.2.2 覆銅箔層壓板熱特性
2.2.3 覆銅箔層壓板電氣特性
2.3 覆銅箔層壓板電性能測試
2.3.1 表面電阻和體積電阻系數試驗
2.3.2 介電常數和介電損耗試驗
2.3.3 平行層向絕緣電阻試驗
2.3.4 垂直于板面電氣強度試驗
2.3.5 表面腐蝕
2.3.6 邊緣腐蝕
2.4 習題
第3章 印制電路板設計與布線
3.1 設計的一般原則
3.1.1 印制電路板的類型
3.1.2 坐標網絡系統
3.1.3 設計放大比例
3.1.4 印制電路板的生產條件
3.1.5 標準化
3.1.6 設計文件
3.2 設計應考慮的因素
3.2.1 基材的選擇
3.2.2 表面鍍層和表面涂覆層的選擇
3.2.3 機械設計原則
3.2.4 印制電路板的結構尺寸
3.2.5 孔
3.2.6 連接盤
3.2.7 印制導線
3.2.8 印制插頭
3.2.9 電氣性能
3.2.1 0可燃性
3.3 CAD設計技術
3.3.1 CAD技術的發展概況
3.3.2 原理圖的設計
3.3.3 PCB圖的設計
3.3.4 計算機輔助制造(CAM)數據的產生
3.4 習題
第4章 照相制版技術
4.1 感光材料的結構和性能
4.1.1 感光材料的結構
4.1.2 感光材料的照相性能
4.1.3 感光材料的分類
4.2 感光成像原理
4.2.1 潛影的形成
4.2.2 增感
4.3 顯影
4.3.1 顯影機理
4.3.2 顯影方法
4.3.3 顯影液的組成
4.3.4 常用顯影液的配制及性能
4.3.5 顯影條件及過程對圖像質量的影響
4.4 定影
4.4.1 定影的定義
4.4.2 定影原理
4.4.3 定影液的配制
4.4.4.影響定影的因素
4.4.5 水洗
4.4.6 圖像的加厚與減薄
4.5 圖像反轉沖洗工藝
4.5.1 反轉沖洗原理
4.5.2 反轉沖洗工藝
4.6 重氮鹽感光材料
4.6.1 重氮鹽感光材料的組成與分類
4.6.2 重氮感光材料負性印像法
4.6.3 微泡照相技術
4.7 習題
第5章 圖形轉移
5.1 光致抗蝕劑的分類與作用機理
5.1.1 概述
5.1.2 光交聯型光敏樹脂
5.1.3 光分解型光敏抗蝕劑
5.1.4 光聚合型光敏抗蝕劑
5.1.5 光增感
5.1.6 光敏抗蝕劑的感光度和分辨率
5.2 絲網制版用液體光敏抗蝕劑
5.2.1 重鉻酸鹽系水溶性光敏抗蝕劑
5.2 ,2重氮化合物水溶性光敏抗蝕劑
5.3 絲印印料光敏抗蝕劑
5.3.1 概述
5.3.2 熱固型印料
5.3.3 光固化型印料
5.4 干膜抗蝕劑
5.4.1 概述!
5.4.2 抗蝕干膜的基本性能
5.5 習題
第6章 化學鍍與電鍍技術
6.1 電鍍銅
6.1.1 銅鍍層的作用及對鍍層、鍍液的基本要求
6.1.2 鍍銅液的選擇
6.1.3 光亮酸性鍍銅
6.1.4 半光亮酸性鍍銅
6.1.5 印制電路板鍍銅的工藝過程
6.1.6 脈沖鍍銅
6.2 電鍍Sn-Pb合金
6.2.1 Sn-Pb合金鍍配方與工藝規范
6.2.2 主要成分的作用
6.2.3 工藝參數的影響
6.2.4 磺酸鹽體系電鍍Sn-Pb合金或純錫層
6.3 電鍍鎳和電鍍金
6.3.1 插頭電鍍鎳與金
6.3.2 電鍍鎳/閃鍍金或電鍍鎳/電鍍厚金
6.4 化學鍍鎳/浸金
6.4.1 化學鍍鎳/金發展的背景
6.4.2 化學鎳和化學浸金的狀況
6.4.3 化學鍍鎳
6.4.4 化學浸金
6.5 脈沖鍍金、化學鍍金及激光化學鍍金
6.5.1 脈沖鍍金
6.5.2 化學鍍金
6.6 化學鍍錫、鍍銀、鍍鈀和鍍銠
6.6.1 化學鍍錫
6.6.2 化學鍍銀
6.6.3 化學鍍鈀
6.6.4 化學鍍銠
6.7 習題
第7章 孔金屬化技術
7.1 概述
7.2 鉆孔技術
7.2.1 數控鉆孔
7.2.2 激光鉆孔
7.2.3 化學蝕孔
7.3 去鉆污工藝
7.3.1 等離子體處理法
7.3.2 濃硫酸處理法
7.3.3 堿性高錳酸鉀處理法
7.3.4 PI調整法
7.4 化學鍍銅技術
7.4.1 化學鍍銅的原理
……
第8章 蝕刻技術
8.1 概述
8.2 三氯化鐵蝕刻
8.3 氯化銅蝕刻
8.4 其他蝕刻工藝
8.5 側蝕與鍍層突沿
8.6 習題
第9章 焊接技術
9.1 焊料
9.2 助焊劑
9.3 錫—鉛合金鍍層的熱熔技術
9.4 焊接工藝
9.5 習題
第10章 多層印制電路
10.1 概述
10.2 多層印制板的設計
10.3 多層印制電路板專用材料
10.4 多層板的定位系統
10.5 多層印制板的層壓
10.6 多層印制板的可靠性檢測
10.7 習題
第11章 撓性及剛撓印制電路板
11.1 概述
11.2 撓性及剛撓印制板的材料及設計標準
11.3 撓性板的制造
11.4 撓性及剛撓印制板的性能要求
11.5 撓性印制電路板的發展趨勢
11.6 習題
第12章 高密度互連積層多層板工藝
12.1 概述
12.2 積層多層板用材料
12.3 積層多層板的關鍵工藝
12.4 積層多層板盲孔的制造技術
12.5 積層多層板工藝的實例分析——導電膠堵空法(ALIVH)與導電凸塊法(B2it)積層多層板工藝
12.6 習題
第13章 集成元件印制板
13.1 概述
13.2 埋入平面電阻印制板
13.3 埋入平面電容器印制板
13.4 埋入平面電感器印制板
13.5 埋入無源元件印制板的可靠性
13.6 習題
第14章 特種印制板技術
14.1 高頻微波印制板
14.2 金屬基印制板
14.3 厚銅箔埋/盲孔多層板
14.4 習題
第15章 印制電路清洗技術
15.1 污染來源及危害
15.2 氟碳溶劑清洗
15.3 半水清洗
15.4 水清洗技術和免清洗技術
15.5 印制板清洗效果的評價
15.6 習題
第16章 印制電路生產的三廢控制
16.1 印制電路板生產三廢(廢水、廢氣、固體廢料)回收技術
16.2 印制電路板生產中的三廢處理技術
16.3 印制電路行業污染預防方案
16.4 習題
第17章 印制板質量與標準
17.1 標準.標準化與印制板
17.2 標準的分類
17.3 印制板標準
17.4 印制板的相關標準
17.5 印制板的質量與合格評定
17.6 習題
第18章 無鉛化技術與工藝
18.1 電子產品實施無鉛化的提出
18.2 無鉛焊料及其特性
18.3 無鉛焊料的焊接
18.4 無鉛化對電子元器件的要求
18.5 無鉛化對覆銅箔層壓板的基本要求
18.6 無鉛化對PCB基板的主要要求
18.7 習題
第19章 印制電路技術現狀與發展趨勢
19.1 PCB技術發展進程
19.2 印制電路工業現狀與特點
19.3 推動現代印制電路技術發展的主要因素
19.4 印制電路板制造技術的發展趨勢
19.5 習題
參考文獻
1.2.2現代印制電路的發展
“印制電路(PrintedCircuit)”這個概念,首先由英國的Eisler博士在1936年提出,但那時并沒有引起電子制造商的興趣。Eisler博士對原有的工藝方法進行研究比較,感到不滿意,于是他提出了銅箔腐蝕法工藝。正是他首創了現在大規模工業化生產使用的在全面覆蓋金屬箔的絕緣基板上涂上耐蝕刻油墨后,再將不需要的金屬箔腐蝕掉的PCB制造基本技術。1942年他用紙質層壓絕緣基板粘接銅箔,絲網印制導電圖形,再用蝕刻法把不需要的銅箔腐蝕掉,制造出了收音機用印制電路板。這種工藝當時在英國受到冷落,但卻被美國人率先接受。在二次世界大戰中,美國人應用Eisler博士發明的技術制造印制電路板,用于軍事電子裝置中,并獲得巨大成功,這引起了電子制造商們的重視。到了20世紀50年代初,銅箔腐蝕法成為了最為實用的印制電路板制造技術,并開始廣泛應用。因此,Eisler博士也被人們稱為“印制電路之父”。
從銅箔腐蝕法成為印制電路生產的主要方法后,印制電路技術發展得非常迅速,以適應飛速發展的電子技術發展的需要。
實際上,印制電路的發展幾乎是與半導體器件的發展同步進行的。
1.印制電路板(PCB)技術50年間的發展
(1)PCB試產期:20世紀50年代(制造方法:減成法)
在晶體管問世不久,當時只是“單面”的印制電路板就可以滿足晶體管收音機的需要。產品主要是民用電器,如收音機、電視機等。這是20世紀50年代前后的情況。
制造方法是使用覆銅箔紙基酚醛樹脂層壓板(PP基材),用化學藥品溶解除去不需要的銅箔,留下的銅箔成為電路,稱為“減成法工藝”。在一些名牌制造工廠內用此工藝試做PCB,以手工操作為主,腐蝕液是三氯化鐵。當時應用PCB的代表性產品是索尼公司制造的手提式晶體管收音機,應用PP基材的單面PCB。在1958年日本出版了名為《印制電路》的最早有關PCB的啟蒙書。
在20世紀50年代后期,電子管逐漸被晶體管取代,電子工業進入“晶體管時代”。為了適應生產發展的需要,印制電路板已由單面的酚醛樹脂為絕緣基材發展到用玻璃纖維布增強的環氧樹脂為絕緣基材。
(2)PCB實用期:20世紀60年代(新材料:GE基材登場)
1955年日本起沖電氣公司與美國Raytheon公司進行技術合作,制造海洋雷達。Raytheon公司指定:PCB要應用覆銅箔玻璃布環氧樹脂層壓板(GE基材)。日本開發的GE基材,實現了海洋雷達批量生產。1960年起沖電氣公司開始在批量生產電氣傳輸裝置的PCB上大量應用GE基板材料。1962年日本印制電路工業會成立。1964年美國光電路公司開發出沉厚銅化學鍍銅液(CC叫溶液),開始了新的加成法制造印制電路板工藝。日立化成公司引進了CC叫技術。用于PCB的GE基板,在初期有加熱翹曲變形、銅箔剝離等問題,經材料制造商逐漸改進后得到改善。1965年起日本有好幾家材料制造商開始批量生產GE基板,工業用電子設備用GE基板,民用電子設備用PP基板。
在1960年前后,兩面都有印制電路的“雙面印制電路板”、“孔金屬化雙面印制電路板”相繼投入生產。同時,由幾層印制電路板重疊在一起的“多層印制電路板”也開發出來了,這時的產品主要用于精密電子儀器及軍用電子裝備中。
……