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【摘要】双面印制电路板的设计与制作是电子科技大学应用化学专业开设的核心实验课程之一，也是全校的公选实验课程，受到学校微电子、集成电路、通讯工程等专业学生广泛欢迎。实验主要有钻孔、孔金属化、图形转移、线路制作和线路保护技术以及印制板检测技术等内容。 该实验让学生对于现代印制电路产业的工艺流程有了较为具体、形象的了解，并能自己制作成品的电路板，同时也能为学生以后可能的就业方向提供一定的支持，因此学生对该实验有浓厚的兴趣。
【关键词】印制电路；双面板；钻孔
1 引言
我校应用化学专业是我国目前唯一培养电子技术与化学技术相结合的综合性高科技人才的专业，着重培养在信息产业重要组成部分的电子工艺技术领域的高技术人才[1]，而印制电路工艺作为其中一门必不可少的课程，将化学知识与电子工艺结合在一起，培养学生的动手能力和创新能力。
印制电路（printed circuit board 即PCB）是一种新的互连工艺技术，它革新了电子产品的结构工艺和产品的组装工艺。印制电路工艺技术总的发展方向是高密度、高精度、高可靠性、大面积、细线条，而基础又在印制技术、化学工艺、精密机械加工、光学技术、CAD技术及新材料等各种技术的不断提高与发展[2]。
电子科技大学拥有全国高校第一个印制电路制造工艺平台。利用该平台开设的印制电路课程的实验教学旨在激发学生对印制电路制造的兴趣，提高学习的积极性，初步了解印制电路工艺的制造流程，了解将来工作的方向性。我们特别注重实验环节对学生专业知识的巩固与创新能力、实际动手能力的培养。下面将本课程实验内容介绍如下。
2 实验课程内容
印制电路工艺技术不断发展，制造方法有若干种，基本上分为两大类：减成法和加成法。本实验主要应用传统的减成法制作双面印制电路板。双面印制电路板制作主要工艺流程如图1所示。
〖TP31.TIF，BP〗
图1：双面印制电路板制作主要工艺流程图
2.1 钻孔。
本实验采用的数控机械钻孔是在电脑的控制下利用不同直径的钻头按相应的工艺参数（钻数、进刀速率、退刀速率）在印制电路板上得到所需的导通孔。
2.2 孔金属化。
其主要的工作是在孔壁上沉积上一层导电金属铜，为下一步的电镀加厚铜层打下基础。
实验选用C黑导电悬浮液代替化学镀铜。在涂覆C黑之前，先将印制电路板放置除油液中10min，除油液在印制电路表面形成一层与C黑电荷相反的电荷层。将带有电荷的印制电路板放置碳黑悬浮液中，碳黑能很好地吸附在印制电路板的孔壁及表面。碳黑吸附之后，进行电镀铜，本实验选择的电镀铜液是属于高分散能力的镀液，其主要配方如表1。
表1：电镀铜配方表
镀铜溶液的主要成分是硫酸铜和硫酸，在直流电压的作用下，在阴，阳极上发生如下反应：
阴极：Cu2+ + 2e → Cu
阳极：Cu - 2e → Cu2+
2.3 图形转移。
图形转移是用具有一定抗蚀性能的感光树脂涂覆到覆铜板上，然后用光化学反应或“印刷”的方法，把电路底图或照像底版上的电路图形“转印”在覆铜箔板上。本实验图形转移主要包括以下步骤：
2.3.1 贴膜。贴膜机系用于印刷电路板干膜，利用由内而外的加热方式，加热两支压膜滚轮，由两组红外线测温感应器探测压膜轮的表面温度，再由精密电子温度控制器，
控制加热器的加热，使得压膜轮外表的温度在压膜过程中能趋于稳定，使整个感光膜牢牢的沾附在板上。
2.3.2 曝光。在UV光下，感光性树脂在吸收光量子后，引发化学反应，使高分子内部或高分子之间的化学结构发生变化，从而导致感光性高分子的物性发生变化，其化学活性较差。未照射的不发生化学反应，活性不变，发生反应部分化学活性较低，在显影中不去掉，留下设计所需的图形。
2.3.3 显影。显影时使用化学试剂将没有进行光化学反应的部分除去而留下需要保护线路的部分。在显影中，主要使用Na2CO3作为显影液，干膜中未发生光化学反应的与Na2COV3发生反应并溶解在显影液中。
2.4 线路制作和线路保护技术。
2.4.1 蚀刻：在蚀刻过程中，蚀刻液与金属铜之间发生氧化还原化学反应。三氯化铁蚀刻液因其不产生酸雾，廉价，溶通量大，因而在实验室使用。蚀刻过程中，裸露的铜被三氯化铁离子氧化成氯化亚铜，而一价铜离子又进一步被氧化成二价离子：
①FeCl3+ Cu = FeCl2+ CuCl
②FeCl3+ CuCl = FeCl2+ CuCl2
随着反应的进行，溶液中的二价铜离子逐渐积累并发生与铜离子之间的氧化还原反应，生成一价的铜离子：
CuCl2 + Cu = Cu2Cl2
PCB的蚀刻工艺包括两类，一类是静态蚀刻，一类是喷淋蚀刻，喷淋蚀刻又有水平喷淋蚀刻和垂直喷淋蚀刻两类，现在工厂大部分以喷淋蚀刻工艺为主。实验室使用的垂直喷淋蚀刻蚀刻PCB
2.4.2 脱干膜由于干膜力学性能较差，在后续过程中容易脱落。因此，线路蚀刻完成后必须将干膜去掉。去膜采用1%-2%的氢氧化钠溶液，温度20-30℃，强碱能够破坏已曝光的干膜，使干膜溶解。
2.4.3 线路保护技术。铜是非常容易氧化的金属，干膜去掉后，必须使用阻焊剂将线路保护起来。本实验采用的是绿油阻焊剂。绿油阻焊剂首先要将绿油油墨与固化剂进行混合，然后将阻焊剂印刷到线路板上，阻焊剂经过一段时间流延，短时间固化，在曝光机中曝光、显影得到需要阻焊的图形。阻焊剂此时固化度不够，需要在高温，长时间下固化，才能有较强的防腐防摩擦等性能。
2.5 印制板检测技术。
电路板品质的好坏、问题的发生与解决、制程改进的评估，在都需要微切片作为客观检查、研究与判断的根据。实验室蚀刻因子、金属化孔效果检测使用的设备是金相测试系统，包括研抛机、金相显微镜和软件等部分。
3 结束语
很多同学反应，通过该课程的学习，使他们开阔了眼界，把一些理论知识与社会生产结合了起来，把化学知识与电子产品结合起来。从开设实验的过程来看，学生对实验的积极性很高，在实验前对相关的知识做了较为深入的了解，查阅的大量文献，在实验过程中相互合作，培养了学生的好奇心和求知欲，提高了学生自主学习，独立思考的能力。营造了一个积极求知，善于实践，追求真理的氛围。
参考文献
[1] 胡文成. 涉及多知识点的物理化学综合性实验——化学镀铜实验[J]. 中国科学教育. 2007. 13；32-34
[2] 张怀武，何为，林金堵等. 现代印制电路原理与工艺[M]. 机械工业出版社2009. 北京
【关键词】印制电路；双面板；钻孔
1 引言
我校应用化学专业是我国目前唯一培养电子技术与化学技术相结合的综合性高科技人才的专业，着重培养在信息产业重要组成部分的电子工艺技术领域的高技术人才[1]，而印制电路工艺作为其中一门必不可少的课程，将化学知识与电子工艺结合在一起，培养学生的动手能力和创新能力。
印制电路（printed circuit board 即PCB）是一种新的互连工艺技术，它革新了电子产品的结构工艺和产品的组装工艺。印制电路工艺技术总的发展方向是高密度、高精度、高可靠性、大面积、细线条，而基础又在印制技术、化学工艺、精密机械加工、光学技术、CAD技术及新材料等各种技术的不断提高与发展[2]。
电子科技大学拥有全国高校第一个印制电路制造工艺平台。利用该平台开设的印制电路课程的实验教学旨在激发学生对印制电路制造的兴趣，提高学习的积极性，初步了解印制电路工艺的制造流程，了解将来工作的方向性。我们特别注重实验环节对学生专业知识的巩固与创新能力、实际动手能力的培养。下面将本课程实验内容介绍如下。
2 实验课程内容
印制电路工艺技术不断发展，制造方法有若干种，基本上分为两大类：减成法和加成法。本实验主要应用传统的减成法制作双面印制电路板。双面印制电路板制作主要工艺流程如图1所示。
〖TP31.TIF，BP〗
图1：双面印制电路板制作主要工艺流程图
2.1 钻孔。
本实验采用的数控机械钻孔是在电脑的控制下利用不同直径的钻头按相应的工艺参数（钻数、进刀速率、退刀速率）在印制电路板上得到所需的导通孔。
2.2 孔金属化。
其主要的工作是在孔壁上沉积上一层导电金属铜，为下一步的电镀加厚铜层打下基础。
实验选用C黑导电悬浮液代替化学镀铜。在涂覆C黑之前，先将印制电路板放置除油液中10min，除油液在印制电路表面形成一层与C黑电荷相反的电荷层。将带有电荷的印制电路板放置碳黑悬浮液中，碳黑能很好地吸附在印制电路板的孔壁及表面。碳黑吸附之后，进行电镀铜，本实验选择的电镀铜液是属于高分散能力的镀液，其主要配方如表1。
表1：电镀铜配方表
镀铜溶液的主要成分是硫酸铜和硫酸，在直流电压的作用下，在阴，阳极上发生如下反应：
阴极：Cu2+ + 2e → Cu
阳极：Cu - 2e → Cu2+
2.3 图形转移。
图形转移是用具有一定抗蚀性能的感光树脂涂覆到覆铜板上，然后用光化学反应或“印刷”的方法，把电路底图或照像底版上的电路图形“转印”在覆铜箔板上。本实验图形转移主要包括以下步骤：
2.3.1 贴膜。贴膜机系用于印刷电路板干膜，利用由内而外的加热方式，加热两支压膜滚轮，由两组红外线测温感应器探测压膜轮的表面温度，再由精密电子温度控制器，
控制加热器的加热，使得压膜轮外表的温度在压膜过程中能趋于稳定，使整个感光膜牢牢的沾附在板上。
2.3.2 曝光。在UV光下，感光性树脂在吸收光量子后，引发化学反应，使高分子内部或高分子之间的化学结构发生变化，从而导致感光性高分子的物性发生变化，其化学活性较差。未照射的不发生化学反应，活性不变，发生反应部分化学活性较低，在显影中不去掉，留下设计所需的图形。
2.3.3 显影。显影时使用化学试剂将没有进行光化学反应的部分除去而留下需要保护线路的部分。在显影中，主要使用Na2CO3作为显影液，干膜中未发生光化学反应的与Na2COV3发生反应并溶解在显影液中。
2.4 线路制作和线路保护技术。
2.4.1 蚀刻：在蚀刻过程中，蚀刻液与金属铜之间发生氧化还原化学反应。三氯化铁蚀刻液因其不产生酸雾，廉价，溶通量大，因而在实验室使用。蚀刻过程中，裸露的铜被三氯化铁离子氧化成氯化亚铜，而一价铜离子又进一步被氧化成二价离子：
①FeCl3+ Cu = FeCl2+ CuCl
②FeCl3+ CuCl = FeCl2+ CuCl2
随着反应的进行，溶液中的二价铜离子逐渐积累并发生与铜离子之间的氧化还原反应，生成一价的铜离子：
CuCl2 + Cu = Cu2Cl2
PCB的蚀刻工艺包括两类，一类是静态蚀刻，一类是喷淋蚀刻，喷淋蚀刻又有水平喷淋蚀刻和垂直喷淋蚀刻两类，现在工厂大部分以喷淋蚀刻工艺为主。实验室使用的垂直喷淋蚀刻蚀刻PCB
2.4.2 脱干膜由于干膜力学性能较差，在后续过程中容易脱落。因此，线路蚀刻完成后必须将干膜去掉。去膜采用1%-2%的氢氧化钠溶液，温度20-30℃，强碱能够破坏已曝光的干膜，使干膜溶解。
2.4.3 线路保护技术。铜是非常容易氧化的金属，干膜去掉后，必须使用阻焊剂将线路保护起来。本实验采用的是绿油阻焊剂。绿油阻焊剂首先要将绿油油墨与固化剂进行混合，然后将阻焊剂印刷到线路板上，阻焊剂经过一段时间流延，短时间固化，在曝光机中曝光、显影得到需要阻焊的图形。阻焊剂此时固化度不够，需要在高温，长时间下固化，才能有较强的防腐防摩擦等性能。
2.5 印制板检测技术。
电路板品质的好坏、问题的发生与解决、制程改进的评估，在都需要微切片作为客观检查、研究与判断的根据。实验室蚀刻因子、金属化孔效果检测使用的设备是金相测试系统，包括研抛机、金相显微镜和软件等部分。
3 结束语
很多同学反应，通过该课程的学习，使他们开阔了眼界，把一些理论知识与社会生产结合了起来，把化学知识与电子产品结合起来。从开设实验的过程来看，学生对实验的积极性很高，在实验前对相关的知识做了较为深入的了解，查阅的大量文献，在实验过程中相互合作，培养了学生的好奇心和求知欲，提高了学生自主学习，独立思考的能力。营造了一个积极求知，善于实践，追求真理的氛围。
参考文献
[1] 胡文成. 涉及多知识点的物理化学综合性实验——化学镀铜实验[J]. 中国科学教育. 2007. 13；32-34
[2] 张怀武，何为，林金堵等. 现代印制电路原理与工艺[M]. 机械工业出版社2009. 北京