加工的主要材料

加工PCB的材料，一般主要有覆铜板、干膜、油墨等，下面对这几种材料进行简单介绍。

1. 覆铜板

覆铜板又称覆铜基板， 英文名称为Copper Clad Laminate， 简称CCL， 它是将补强材料浸以树脂， 一面或两面覆以铜箔， 经热压而成的一种板状材料， 也称为覆铜箔层压板。 它是做PCB的基本材料， 常叫基材， 当它用于多层板生产时， 也叫芯板。

（1） 覆铜板的结构。

覆铜板 （敷铜板） 是由基板、 铜箔和黏合剂构成的。 基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板； 在基板的表面覆盖着一层导电率较高、 焊接性良好的纯铜箔， 按照部颁标准规定， 铜箔厚度的标称系列为18、25、35、70和105μm。 按照铜箔的不同制法可分为压延铜箔和电解铜箔两大类， 由于压延铜箔耐折性和弹性系数大于电解铜箔， 故适于挠性覆铜箔上。 铜箔覆盖在基板一面的覆铜板称为单面覆铜板， 基板的两面均覆盖铜箔的覆铜板称双面覆铜板。 铜箔能否牢固地覆在基板上， 则由黏合剂来决定， 覆铜板的抗剥强度主要取决于黏合剂的性能。 常用覆铜板的厚度有1.0mm、1.5mm和2.0mm三种。

（2） 覆铜板的种类。

覆铜板的分类方法有多种。 一般按板的增强材料不同， 可划分为： 纸基、 玻璃纤维布基、 复合基 （CEM系列）、 积层多层板基和特殊材料基 （陶瓷、 金属芯基等） 五大类。 若按板所采用的树脂胶黏剂不同进行分类， 常见的纸基CCL有： 酚醛树脂 （XPC、 XXXPC、FR－1、 FR－2等）、 环氧树脂 （FE－3）、 聚酯树脂等各种类型。 常见的玻璃纤维布基CCL有环氧树脂 （FR－4、 FR－5）， 它是目前最广泛使用的玻璃纤维布基类型。 另外还有其他特殊性树脂 （以玻璃纤维布、 聚基酰胺纤维、 无纺布等为增加材料）： 双马来酰亚胺改性三嗪树脂 （BT）、 聚酰亚胺树脂 （PI）、 二亚苯基醚树脂 （PPO）、 马来酸酐亚胺－苯乙烯树脂（MS）、 聚氰酸酯树脂、 聚烯烃树脂等。

按CCL的阻燃性能分类， 可分为阻燃型和非阻燃型两类板。 近一二年， 随着对环保问题更加重视， 在阻燃型CCL中又分出一种新型不含溴类物的CCL品种， 可称为 “绿色型阻燃CCL”。 随着电子产品技术的高速发展， 对CCL有更高的性能要求。 因此， 从CCL的性能分类， 又分为一般性能CCL、 低介电常数CCL、 高耐热性的CCL、 低热膨胀系数的CCL （一般用于封装基板上） 等类型。 具体类型见表1－1。

表1－1 覆铜板的种类

续表

（3） 覆铜板的性能指标。

1） 玻璃化转变温度。

当温度升高到某一区域时， 基板将由 “玻璃态” 转变为 “橡胶态”， 此时的温度称为该板的玻璃化转变温度 （Tg）。 也就是说， Tg是基材保持刚性的最高温度 （℃）。 也就是说普通基板材料在高温下， 不但产生软化、 变形、 熔融等现象， 同时还表现在机械、 电气特性的急剧下降。

一般的板材Tg为130℃以上， 高Tg一般大于170℃， 中等Tg约大于150℃。 通常Tg≥170℃的PCB印制板， 称作高Tg印制板。 基板的Tg提高了， 印制板的耐热性、 耐潮湿性、耐化学性、 耐稳定性等特征都会提高和改善。 Tg值越高， 板材的耐温度性能越好， 尤其在无铅制程中， 高Tg应用比较多。

2） 介电常数。

随着电子技术的迅速发展， 信息处理和信息传播速度提高， 为了扩大通信通道， 使用频率向高频领域转移， 它要求基板材料具有较低的介电常数e和低介电损耗Tg。 只有降低e才能获得高的信号传播速度， 也只有降低Tg， 才能减少信号传播损失。

3） 热膨胀系数。

随着印制板精密化、 多层化以及BGA、 CSP等技术的发展， 对覆铜板尺寸的稳定性提出了更高的要求。 覆铜板的尺寸稳定性虽然和生产工艺有关， 但主要还是取决于构成覆铜板的三种原材料： 树脂、 增强材料、 铜箔。 通常采取的方法是， 对树脂进行改性， 如改性环氧树脂； 降低树脂的含量比例， 但这样会降低基板的电绝缘性能和化学性能； 铜箔对覆铜板的尺寸稳定性影响比较小。

4） UV阻挡性能。

今年来， 在电路板制作过程中， 随着光敏阻焊剂的推广使用， 为了避免两面相互影响产生重影， 要求所有基板必须具有屏蔽UV的功能。 阻挡紫外光透过的方法很多， 一般可以对玻纤布和环氧树脂中一种或两种进行改性， 如使用具有UV－BLOCK和自动化光学检测功能的环氧树脂。

2. 干膜

干膜 （Dry film） 是相对湿膜 （Wet film） 而言的， 干膜是一种高分子的化合物， 它通过紫外线的照射后能够产生一种聚合反应， 形成一种稳定的物质附着于板面， 从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。

（1） 干膜的结构。

干膜的结构一般分为三层， 如图1－67所示， 一层是聚乙烯 （PE） 保护膜， 中间是光致抗蚀剂膜层， 另一个是聚酯薄膜 （PET） 保护层。 聚酯薄膜是支撑感光胶层的载体， 使之涂布成膜， 厚度通常为25μm左右。 聚酯薄膜在曝光之后显影之前除去， 防止曝光时氧气向抗蚀剂层扩散， 破坏游离基， 引起感光度下降。 聚乙烯膜是覆盖在感光胶层上的保护膜，防止灰尘等污物粘污干膜， 避免在卷膜时， 每层抗蚀剂膜之间相互粘连。 聚乙烯膜一般厚度为25μm左右。 在压膜前去掉PE层。 光致抗蚀剂膜为干膜的主体， 多为负性感光材料， 其厚度视其用途不同， 有若干种规格， 最薄的可以是十几个微米， 最厚的可达100μm。

（2） 干膜的主要成分及作用。

1） 黏结剂 （成膜树脂）。

图1－67 干膜结构

作为光致抗蚀剂的成膜剂， 使感光胶黏结成膜， 起抗蚀剂伪骨架作用， 它在光致聚合过程中不参与化学反应。 要求： 黏结剂具有较好的成膜性； 与光致抗蚀剂的各组分有较好的互溶性； 与加工金属表面有较好的附着力； 它很容易从金属表面用碱溶液除去； 有较好的抗蚀、 抗电镀、 抗冷流、 耐热等性能。 黏结剂通常是酯化或酰胺化的聚苯乙烯——顺丁烯二酸酐树脂 （聚苯丁树脂）。

2） 光聚合单体。

它是光致抗蚀剂胶膜的主要组分， 在光引发剂的存在下， 经紫外光照射发生聚合反应，生成体型聚合物， 感光部分不溶于显影液， 而未曝光部分可通过显影除去， 从而形成抗蚀图像。 多元醇烯酸酯类及甲基丙烯酸酯类是广泛应用的聚合单体， 例如季戊四醇三丙烯酸酯是较好的光聚合单体。

3） 光引发剂 （光敏剂）。

在紫外光线照射下， 光引发剂吸收紫外光的能量产生游离基， 而游离基进一步引发光聚合单体交联。 干膜光致抗蚀剂通常使用安息香醚作光引发剂。

4） 增塑剂。

可增加干膜抗蚀剂的均匀性和柔韧性。 三乙二醇双醋酸酯可作为增塑剂。

5） 增黏剂。

可增加干膜光致抗蚀剂与铜表面的化学结合力， 防止因黏结不牢引起胶膜起翘、 渗镀等弊病。 常用的增黏剂如苯并三氮唑。

6） 热阻聚剂。

在干膜的生产及应用过程中， 很多步骤需要接受热能， 为阻止热能对干膜的聚合作用加入热阻聚剂。 如甲氧基酚、 对苯二酚等均可作为热阻聚剂。

7） 色料。

为使干膜呈现鲜艳的颜色， 便于修理和检查而添加色料。 如加入孔雀石绿、 苏丹三等色料， 使干膜呈现鲜艳的绿色、 蓝色等。

8） 溶剂。

为溶解上述各组分必须使用溶剂。 通常采用丙酮、 酒精作溶剂。 此外有些种类的干膜还加入光致变色剂， 使之在曝光后增色或减色， 以鉴别是否曝光， 这种干膜又叫变色干膜。

（3） 干膜的分类。

1） 根据显影和去膜的方法可把干膜分为三种类型：

a. 溶剂型干膜。

使用有机溶剂作显影剂和去膜剂， 例如用三氯乙烷显影， 二氯甲烷去膜， 这两种溶剂遇火不燃烧。 醋酸丁酯等有机溶剂也可用作显影和去膜， 但易燃烧， 很不安全。 溶剂型干膜是美国最早研制并投入大量生产的一种干膜， 我国早期也研制过。 它的优点是技术成熟， 工艺稳定， 耐酸耐碱， 应用范围广。 但是， 使用这种干膜需要消耗大量的有机溶剂， 需要价格昂贵的显影和去膜设备及辅助装置， 生产成本高， 溶剂有毒， 污染环境， 所以日趋被水溶性干膜所取代， 仅在特殊要求时才使用。

b. 水溶性干膜。

它包括半水溶性和全水溶性两种。 半水溶性干膜显影剂和去膜剂以水为主， 并加有2％～15％的有机溶剂。 全水溶性的干膜显影剂和去膜剂是碱的水溶液。 半水溶性干膜成本较低， 而全水溶性干膜的成本最低， 毒性亦小。

c. 干显影或剥离型干膜。

这种干膜不需用任何显影溶剂， 而是利用干膜的感光部分与未感光部分对聚酯薄膜表面和加工工件表面附着力的差别， 在从曝光板上撕下聚酯薄膜时， 未曝光的不需要的干膜随聚酯薄膜剥离下来， 在加工工件表面留下已曝光的干膜， 由此得到所需要的干膜图像。

2） 根据干膜的用途， 可把干膜分为抗蚀干膜、 掩孔干膜和阻焊干膜三种。

抗蚀干膜和掩孔干膜用作制造印制板图像， 而阻焊干膜是涂覆在印制板成品板的表面上，有选择地保护印制板表面，以便在焊接元器件时，防止导线和焊盘问的短路、 桥接， 它也是印制板表面的永久性保护层， 能起到防潮、 防霉、 防盐雾等作用。 由于阻焊干膜的成本高，并且在应用中需要昂贵的真空贴膜设备，因而被近年来飞速发展的液体感光阻焊剂所代替。

3） 依据厚度的不同干膜可以分为三类：1.2mil、1.5mil、2.0mil。

①1.2mil干膜主要用于精度要求高的内层板作业。

②1.5mil干膜主要用于外层板作业， 当然也可以用于内层板作业， 但由于在较厚蚀刻的过程中容易造成侧蚀而且成本相对较高， 所以一般不使用其作内层。

③2.0mil干膜主要用于一些较特殊要求的板， 比如说较大的孔径1.5mil干膜无法达到要求时， 才使用到。

（4） 干膜的储存。

干膜在储存过程中可能由于溶剂的挥发而变脆， 也可能由于环境温度的影响而产生热聚合， 或因抗蚀剂产生局部流动而造成厚度不均匀 （即所谓冷流）， 这些都严重影响干膜的使用。 因此在良好的环境里储存干膜是十分重要的。 技术要求规定， 干膜应储存在阴凉而洁净的室内， 防止与化学药品和放射性物质一起存放。 储存条件为： 黄光区， 温度低于21℃（5℃～21℃为最佳）， 相对湿度50％左右。 储存期从生产标示日期算起必须在六个月内用完。 超过储存期按技术要求试验确认后判定合格的， 须严格依照试验条件使用。 在储存和运输过程中应避免受潮、 受热、 受机械损伤和受日光直接照射。

干膜的放置方式如图1－68所示。 图 （a）、 （b） 为正确的放置方式。 图 （c） 为错误的， 此种放置方式容易造成流胶。

图1－68 干膜的放置方式

3. 油墨

一般油墨分为线路油墨、 阻焊油墨、 字符油墨等三种类型， 如图1－69、 图1－70、图1－71所示。 线路油墨一般为蓝色； 阻焊油墨一般为绿色， 通常称为绿油， 还有黑色、红色等； 字符油墨一般为白色。 阻焊油墨、 字符油墨在使用时需要添加对应的固化剂。

图1－69 线路油墨

图1－70 阻焊油墨

图1－71 字符油墨

PCB油墨品质是否优异， 原则上不可能脱离以上几大组分的组合。 油墨品质优异， 是配方的科学性、 先进性以及环保性的综合体现。 其体现在：

1） 黏度。

它是动力黏度的简称。 一般用viscosity表示， 即流体流动的剪切应力除以流层方向的速度梯度， 国际单位为帕／秒或毫帕／秒。 在PCB生产中是指油墨受到外力推动产生的流动性。

2） 可塑性。

它指油墨受外力作用发生变形后， 仍保持其变形前的性质。 油墨的可塑性有利于提高印刷精度。

3） 触变性。

触变性是指油墨在静置时呈胶状， 而受到触动时黏度发生变化的一种性质， 又称摇变性、 抗流挂性。

4） 流动性。

流动性是指油墨在外力作用下， 向四周展开的性质， 其大小用流动度来表示。 流动度是黏度的倒数。 流动性与油墨的塑性和触变性有关。 塑性和触变性大的， 流动性就大； 流动性大的则印迹容易扩大。 流动性小的， 易出现结网， 产生结墨现象， 亦称网纹。

5） 黏弹性。

黏弹性是指油墨在刮板刮印后， 被剪切断裂的油墨迅速回弹的性能。 要求油墨变形速度快， 油墨回弹迅速才能有利于印刷。

6） 干燥性。

要求油墨在网版上的干燥愈慢愈好， 而希望油墨转移到承印物上之后， 则要求越快越好。

7） 细度。

颜料及固体料颗粒的大小， PCB油墨一般小于10μm， 细度的大小应小于网孔开度的三分之一。

8） 拉丝性。

用墨铲挑起油墨时， 丝状的油墨拉伸不断裂的程度称为拉丝性。 墨丝长， 在油墨面及印刷面出现很多细丝， 使承印物及印版沾脏， 甚至无法印刷。

9） 油墨的透明度和遮盖力。

对于PCB油墨， 根据用途和要求的不同， 对油墨的透明度和遮盖力也提出各种要求。一般来说， 线路油墨、 导电油墨和字符油墨， 都要求有高的遮盖力。 而阻焊剂则比较灵活。

10） 油墨的耐化学品性。

PCB油墨根据使用目的的不同， 相应要求对酸、 碱、 盐和溶剂等要求都有严格的标准。

11） 油墨的耐物理特性。

PCB油墨必须符合耐外力划伤、 耐热冲击、 抗机械剥离， 以及达到各种严格的电气性能要求。

12） 油墨的使用安全和环保性。

PCB油墨要求具备低毒、 无臭、 安全和环保性。