微电子制造概论
印制电路板的设计和制造
印制电路板设计基础
印制电路板的几个概念
设计流程
设计基本原则
设计软件举例
印制电路板的几个概念
印制电路板（印刷电路板，
PCB）
按材料不同可以分为
纸质覆铜板、玻璃覆铜板、
绕性材料覆铜板
按导电层数
单面板
双面板
多层板
印制插头
坐标网格
印制电路板的几个概念
元器件的封装形式
插装器件
贴装器件
印制电路板的几个概念
元器件的封装形式
插装器件
贴装器件
片式电容
或电阻
印制电路板的几个概念
导线
铜膜导线
飞线
印制电路板的几个概念
助焊膜和阻焊膜
助焊膜Solder
Mask]
阻焊膜Paste Mask
印制电路板的几个概念
层
半盲孔（Blind）
盲孔（Buried）
过孔（via）
Mil：【电】密耳(千分之一英寸)
印制电路板的几个概念
焊盘
丝印层（SilkScreen overlay）
PCB设计
设计流程
布局
元件的选择
热处理设计
焊盘设计
基准设计和元件布局
设计文件档案
布线和检查
电磁兼容性设计
信号完整性设计
DFM
DFT
仿真
设计流程
绘制电路原理图
规划电路板
设置各项参数
载入网格表和元器件封装
元器件自动布局
手工调整布局
比较网格表以及DRC校验
文件保存，打印输出
送厂加工
设计基本原则
元件布局
关键元件优先，如单片机、DSP、FPGA等
模拟电路通道和数字电路通道分开
高频元件引脚铜箔导线尽量短
重量大的元件加支架固定
各元件间尽量平行放置
其他
设计基本原则
布线
微处理器芯片的数据线和地址线尽量平行放置
铜箔导线间距不能小于12mil，以免产生击穿
导线拐弯时，一般取45度或圆弧，高频为甚，以免产
生信号反射
尽量加粗电源线，增强抗噪能力
数模电路接地分开
数字电路接地布成环状有助增强抗干扰能力
其他
设计基本原则
去耦电容的配置
去耦电容不是一般称的滤波电容,滤波电容指电源系统
用的,去藕电容则是分布在器件附近或子电路处主要用
于对付器件自身或外源性噪声的特殊滤波电容,故有特
称——去耦电容,去耦指“去除(噪声)耦合”之意.
1、去耦电容的一般配置原则
设计基本原则
● 电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果
印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器
的抗干扰效果会更好.
● 为每个集成电路芯片配置一个的陶瓷电容器.
如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯
片配置一个1~10uF钽电解电容器,这种器件的高频阻
抗特别小,在500kHz~20MHz范围内阻抗小于1Ω,而
且漏电流很小(以下).
● 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、
RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线
(GND)间直接接入去耦电容.
设计基本原则
● 去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能
带引线.
● 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作
它们时均会产生较大火花放电,必须RC 电路来吸收放
电电流.一般 R 取 1 ~ 2K,C取 ~ 47UF.
● CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对
不用端要接地或接正电源.
设计基本原则
● 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容,中频
与低频去耦电容可根据器件与PCB功耗决定,可分别选
47-1000uF和470-3300uF;高频电容计算为:
C=P/V*V*F.
● 每个集成电路一个去耦电容.每个电解电容边上都要
加一个小的高频旁路电容.
● 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路
充放电储能电容.使用管状电时,外壳要接地.
PCB制造技术
典型的印制电路板技术
挠性基板与玻璃基板
微过孔技术
典型的印制电路板技术
对基板材料的性能要求
加工要求
尺寸稳定性
电镀性
孔加工性
翘曲和扭曲
耐化学药品性
粘结性
紫外光遮蔽性
典型的印制电路板技术
对基板材料的性能要求
安装性能
尺寸稳定性
平整度
耐热冲击性
可焊性
剥离强度
典型的印制电路板技术
对基板材料的性能要求
整机运行性能
电气绝缘性
介电特性
基板厚度
耐热、耐湿，耐霉
机械性能
热传导性
安全性
环境特性
常用的印制电路板材料
基板材料的分类
刚性基板（覆铜箔层压板：CCL）
纸基板：
酚醛树脂板：FR1，FR2
环氧树脂板：FR3
玻璃布基板
环氧树脂板：FR4，FR5（耐高温型）
聚酰亚胺树脂板：PI
等
复合材料基板：环氧树脂型（CEM-1、
3），聚酯树脂类（CEM-7、8）
积层多层板基材：
感光树脂、热固性树脂、其他粘结片
基材
特殊型
金属板、陶瓷板、耐热的热塑性基板
电路板材料的选择
玻璃层比纸、布板要好（工作温度、
电性能）
酚醛和甲醛树脂板耐湿性能和高频
性能不好，但电性能和温度较好
最常用环氧树脂浸渍的玻璃布层压
板FR4
高频下，氟碳树脂浸渍的玻璃布层
压板PTFE
PCB制作工艺 单面板制作工艺
单面板制作工艺
基板：酚醛纸基、环氧纸基、
环氧玻璃布基，单面覆铜
工艺：
铜箔蚀刻法
金属箔蚀刻法
PCB单面板制造流程
下料磨边→钻孔→外层图形→（全板镀金）→蚀
刻→检验→丝印阻焊→（热风整平）→丝印字符
→外形加工→测试→检验
外形加工
一、 印制板外形加工方法：
1.铣外形：利用数控铣床加工外形，需提供铣外形数据以及相应定位孔数据，这些数
据均由编程人员提供，由于印制板拼板间距不可能很大，一般为3mm左右，因此铣刀
直径一般为3mm或。先在铣床垫板上钻管位孔，用销钉将印制板与铣床垫板
固定后，再用铣外形数据铣外形。
2.冲外形：利用冲床冲切外形，需使用模具，并且模具上定位钉与印制板的定位孔相
对应，一般选择左右的孔作定位孔。
3.开"V"槽：利用"V"槽切割机沿印制板设计的"V"槽线将印制板切割成彼此相连的几部
分；
4.钻外形：利用钻床沿外形线处钻孔。通常开"V"槽与钻外形只作加工的辅助手段。
二、 外形加工方法的选择：
外形加工方法的选择通常与客户的要求及外形的形状和加工的批量有关系，一般选择铣外形，编写
铣外形数据时，要注意下刀点的选择和行刀方向。要确保行刀方向与有效外形的切削方向成180度
即可，因此铣外形与铣槽内的行刀方向相反，铣的下刀点一般选择在距定位孔较近的一角，以减轻
下刀和起刀动作对外形的影响；同样道理，如果内槽有凸角，则铣内槽的下刀点选择在凸角处；如
果内槽没有凸角，下刀点选择在距内槽两边为铣刀半径处。另外，在下刀点处起刀时，由于印制板
直角的一边已铣去，铣板时铣刀对板的挤压会使直角变形，因此一般铣处形时，在板四角都加一半
径为的圆角。当印制板单元内无法加定位孔时则在拼板板边加定位孔。冲外形能够适应大
批量生产的需要，加工效率高，通常定位孔的选择对外形加工质量和加工效率有较大影响。"V" 槽
和钻外形是外形加工非常有效的辅助手段。其中开"V"槽是较常用的外形加工辅助手段。当印制板
单元尺寸较小时，为减少铣板时间，可将几个印制板拼为一个单元，铣外形后再开"V"槽，这不仅
提高了外形加工的效率，而且也有利于板件清洗和产品包装，还提高了板料利用率，对于不能加管
位孔且尺寸较小的印制板，这对批量较大的板件很有利。当客户要求有工艺边或多种板样、拼在一
起时，开"V"槽是首选的外形加工方式。开"V"槽虽有效率高的优点，但受设备制约，"V"槽间距还
不能太大，也不能沿折线开"V" 槽。与此相比，钻外形虽然较慢，但能克服以上困难，还能克服铣
外形铣刀直径较大的缺点，如果客户要求的印制板单元间距超出开"V"槽宽度时，沿小单元拼板间
加邮票孔（相邻孔间距大于孔直径约的一连串的孔，孔直径小于）便可满足客
户要求；还有是客户将多种板拼在一起无法开"V"槽时，可在印制间加邮票孔，如果印制板有宽度d
小于铣刀直径的内缺，无法采取铣外形来加工，而采取多次钻来加工就能实现。现实运用时可根据
实际相互结合各种方法以达到客户要求。
三、定位孔的放置
定位孔是外形加工的重要因素。冲外形和铣外形是外形加工常用方法，其是冲外形加
工效率很高，但它们都离不开与之相适应的定位孔，有时定位孔的放置对外形加工影
响很大。通常在印制板单元中加两个孔，一般放在板对角，原则上距离越远定位越好，
但对长或宽以及长宽相差悬殊的板，一般沿板边每200mm左右放置一定位孔。另外对
一些特殊外形，孔个数会多于两个，位置也不一定在对角，如果客户技术资料中有工
艺边，则管位孔最好加在工艺边上，或在板角选择两孔径在的非金属化孔
作定位孔。冲外形的定位孔放置很重要，为提高模具利用率和劳动生产率，使外形相
同但布线不同的印制板使用同一模具，在模具设计时，选择通用的安装孔作定位孔，
如有工艺边，则加在工艺边上，这往往要与客户技术专家充分协商。无论冲外形或是
铣外形，一般都最好是在印制板单元内加或选某类孔作定位孔，但不幸的是确有一些
客户不允许在板内加定位孔且无法在板内选某类孔作定位，我们不得不采用外定位加
工外形，即在印制板单元外加定位孔。铣外形时在四个角上留下大约1～2毫末连接，
然后用胶带固定，在用钻头打断，最后锉去边缘毛刺，冲外形也可采用同样方法加定
位孔；如果印制板单元内有掏空的槽，则定位孔可加在内槽，另外是在板边加工艺块，
工艺块与印制板单元用邮票孔相连，定位孔就加在工艺块上，冲外形后掰去工艺块，
锉平毛刺，当采用冲外形加工时，会大大提高加工效率，但加工艺块会使拼板利用率
下降。在冲外形时，板内无法加模具通用的定位孔，客户又不同意加邮票孔时，则在
板外内槽处加模具通用定位孔。
钻孔-数控钻铣
一、钻床选择
1.机床台面的刚性和稳定性：
2.转轴的转速和稳定度：
3.台面的移动精度和位移重复精度：
、Y、Z轴的进给速率：
5.台面的移动及固定装置：
6.最大加工尺寸：
7.操作系统和控制系统：
8.刀具管理系统：
9.光尺系统的选购：
10.吸尘系统：
11.保护系统：
钻孔-数控钻铣
一、钻头选择
数控钻床的钻头种类：
印制板钻孔用钻头有直柄麻花钻头、定柄麻花钻头和定柄铲形(undercut)钻头。直柄麻花钻头大都用
于单头钻床，钻较简单的印制板或单面板，现在在大型的线路板生产厂中已很少见到，其钻孔深度可达
钻头直径的10倍。在基板叠层不高的情况下，使用钻套可避免钻偏。 目前大部分的厂家使用数控钻床，
数控钻床使用的是硬质合金的定柄钻头，其特点是能实现自动更换钻头。定位精度高，不需要使用钻套。
大螺旋角，排屑速度快，适于高速切削。在排屑槽全长范围内，钻头直径是一个倒锥，钻削时与孔壁的
磨擦小，钻孔质量较高。常见的钻柄直径有和。
钻头的材质：
印制板钻孔用钻头一般都采用硬质合金，因为环氧玻璃布复铜箔板对刀具的磨损特别快。所谓硬质合金
是以碳化钨粉末为基体，以钴粉作粘结剂经加压、烧结而成。通常含碳化钨94％，含钴6％。由于其硬
度很高，非常耐磨，有一定强度，适于高速切削。但韧性差，非常脆，为了改善硬质合金的性能，有的
采用在碳化基体上化学汽相沉积一层5～7微米的特硬碳化钛（TIC）或氮化钛（TIN），使其具有更高
的硬度。有的用离子注入技术，将钛、氮、和碳注入其基体一定的深度，不但提高了硬度和强度而且在
钻头重磨时这些注入成份还能内迁。还有的用物理方法在钻头顶部生成一层金刚石膜，极大的提高了钻
头的硬度与耐磨性。硬质合金的硬度与强度，不仅和碳化钨与钴的配比有关，也与粉末的颗粒有关。超
微细颗粒的硬质合金钻头，其碳化钨相晶粒的平均尺寸在1微米以下。这种钻头，不仅硬度高而且抗压
和抗弯强度都提高了。为了节省成本现在许多钻头采用焊接柄结构，原来的钻头为整体都是硬质合金，
现在后部的钻柄采用了不锈钢，成本大大下降但是由于采用不同的材质其动态的同心度不及整体硬质合
金钻头，特别在小直径方面。
PCB制作工艺 单面板制作工艺
PCB制作工艺 双面板制作工艺
双面板制作工艺
互连两层：贯穿连接（过孔）
孔的金属化（PTH）：
减成法
加成法（无需蚀刻）
制造工艺
堵孔法（正相抗蚀）：工
艺简单，浪费大，清除堵
孔物质较难
掩蔽法
工艺导线法
图形电镀-蚀刻法（减成法）
裸铜覆阻焊膜工艺
（SMOBC）
PCB制作工艺
多层板制作工艺
积层式多层板典型工艺
高密度多层板的发展方向
激光柔性布线技术
LCVD
LIEP（激光诱导液相反映沉积）
激光熔覆布线
挠性板
微过孔技术
多层板制作工艺
多层印制板是由三层以上的导电图形层与绝缘材料层交替地
经层压粘合一起而形成的印制板，并达到设计要求规定的
层间导电图形互连。它具有装配密度高、体积小、重量轻、
可靠性高等特点，是产值最高、发展速度最快的一类PCB
产品。随着电子技术朝高速、多功能、大容量和便携低耗
方向发展，多层印制板的应用越来越广泛，其层数及密度
也越来越高，相应之结构也越来越复杂。
所谓多层印制板的层压技术，是指利用半固化片(由玻璃布
浸渍环氧树脂后，烘去溶剂制成的一种片状材料。其中的
树脂处于B阶段，在温度和压力作用下，具有流动性并能
迅速地固化和完成粘结。)将导电图形在高温、高压下粘
合起来的技术。
多层板制作工艺
多层印制板的层压工艺技术按所采用的定位系统
的不同，可分为前定位系统层压技术和后定位系
统层压技术。前者须采用销钉进行各层间的定位，
而后者则无须采用销钉进行定位，因而更适用于
大规模的工业化生产。
此外，销钉进行定位的层压过程，一般采用电加
热系统；而无销钉进行定位的层压过程，则通常
采用油加热系统。
半固化片
半固化片主要由树脂和增强材料组成，增强材料又分为玻纤布、纸基、复合材料等几
种类型，而多层制板所使用的半固化片(黏结片)大多是采用玻纤布做增强材料。
经过处理的玻纤布t浸渍上树脂胶液，再经热处理(预烘)使树脂进入B阶段而制成的薄
片材料称为半固化片，是多层板生产中的主要材料之一。
半固化片中所用树脂主要为热靼性树脂如环氧树脂、双马来酰亚胺三嗪、聚酰亚胺
等多个品种，相应的黏结片为FR-4、BT、PI等不同品牌，其物理性能和电气性能都不
尽相同，黏结片在生产过程中其树脂通常分为如下三个阶段。
A阶段：在室温下能够完全流动的液态树脂，这是玻纤布浸胶时状态。
B阶段：环氧树脂部分交联处于半固化状态，在加热条件下，又能恢复到液体状态。
C阶段：树脂全部交联为C阶段，在加热加压下会软化，但不能再成为液态，这是多层板压制后半固
化片转成的最终状态。
为了使多层板在压合后能保持最强的固着力起见，其内层板的铜导体表面，必须要先做上黑
氧化处理层才行。
前定位
多层板层压制作采用销钉定位法，有两圆孔销钉
定位法、一孔一槽销钉定位法、三圆孔或四圆孔
定位法，以及四槽孔定位法。
四槽孔定位法是美国Multiline公司推出的，利用
其提供的一系列四槽孔定位设备，在照相模版、
内层单片上冲制出四个槽孔。然后利用相应的四
个槽形销来实现图形转移、叠片、层压和数控钻
孔等一系列工序的定位。
后定位
采用后定位系统进行多层印制板的生产时，无需多层定位设备，直接
使用铜箔和半固化片。与全部采用覆铜箔基材来进行多层板的生产相
比，除了省去多层板定位设备外，还可节省制作内层线路时对外层的
保护干膜和生产操作量；此外，能充分利用基材和设备，增加压机每
开口中之压板数量，提高生产效率。
具体做法是：(1)于每内层图形边框线外，按工艺要求添加三孔定位
孔标记； (2)在内层图形边框线外四角处，按工艺要求添加工具孔
标记； (3)制作内层图形，并于四角处冲制工具孔； (4)进行内
层单片的黑化处理； (5)层压前排板操作(对于四层以上的多层板，
各内层间通过专用铆钉于工具孔位处进行铆接，以保证层间重合度；
各内层间按工艺要求填入半固化片。)； (6)按工艺要求进行层压操
作； (7)拆板、点孔划线、二次剪板后，于指示位置进行铣铜皮、
钻定位孔操作。
