pcb制造流程介紹-免費閱讀

　　

【正文】 此種亞銅之長針在高溫下容易折斷而大大影響銅與樹脂間的附著力 ,並隨流膠而使黑點流散在板中形成電性問題 ,而且也容易出現水份而形成高熱後局部的分層爆板。但 AOI 有其極限 ,例如細斷路及漏電 (Leakage)很難找出 ,故各廠漸增加短、斷路電性測試。待冷卻，壓力釋 放後，又回復原尺寸，是一頗佳的對位系統。所以也有在溶液中加入 BCS 幫助溶解，但有違環保，且對人體有 害。+ H2CuCl4 → 2H2CuCl3 + CuCl (不溶 ) (3) CuCl + 2HCl → 2H2CuCl3 (可溶 ) (4) 式中因產生 CuCl 沈澱，會阻止蝕刻反應繼續發生，但因 HCl的存在溶解 CuCl，維持了蝕刻的進行。, 藍色離子的 Cu++以及較不常見 的亞銅離子 Cu+。其抗蝕刻層是鍚鉛合金或純鍚，故一定要用鹼性蝕刻液，以免傷及抗蝕刻金屬層。 對已有線路起伏之板面上的印 綠漆及文字 ,則需用較軟之 60－ 70度。而原有四層板則多升級為六層板，當然高層次多層板也因高密度裝配而日見增多 .本章將探討多層板之內層製作及注意事宜 . 製作流程 依產品的不同現有三種流程 A. Print and Etch 發料→對位孔→銅面處理→影像轉移→蝕刻→剝膜 B. Postetch Punch 發料→銅面處理→影像轉移→蝕刻→剝膜→工具孔 C. Drill and Panelplate 發料→鑽孔→通孔→電鍍→影像轉移→蝕刻→剝膜 上述三種製程中 ,第三種是有埋孔 (buried hole)設計時的流程 ,將在 20章介紹 .本章則探討第二種 ( Postetch Punch)製程－高層次板子較普遍使用的流程 . PCB 制造流程及說明 12 發料 發料就是依製前設計所規劃的工作尺寸，依 BOM 來裁切基材，是一很單純的步驟，但以下幾點須注意： A. 裁切方式 會影響下料尺寸 B. 磨邊與圓角的考量 影響影像轉移良率製程 C. 方向要一致 即經向對經向，緯向對緯向 D. 下製程前的烘烤 尺寸安定性考量 銅面處理 在印刷電路板製程中，不管那一個 step，銅面的清潔與粗化的效果，關係著下 一製程的成敗，所以看似簡單，其實裡面的學問頗大。 美國是尖端科技領先國家，從其半導體工業協會所預估在 Chip 及 Package 方面的未來演變 見表 (a)與 (b)，可知基板面臨的挑戰頗為艱辛。它同時產生一種化學鍵，對於附著力有幫助。若是成本的考量 ,Grade 2,EType的 highductility 或是 Grade 2,EType HTE 銅箔也是一種選擇 . 國際製造銅箔大廠多致力於開發 ED細晶產品以解決此問題 . 銅箔的表面處理 A 傳統處理法 ED 銅箔從 Drum 撕下後，會繼續下面的處理步驟： a. Bonding Stage－在粗面 (Matte Side)上再以高電流極短時間內快速鍍上銅， 其長相如瘤，稱 瘤化處理 Nodulization目的在增加表面積，其厚度約 2020~4000A b. Thermal barrier treatments瘤化完成後再於其上鍍一層黃銅 (Brass，是 Gould 公司專利，稱為 JTC 處理 )，或鋅 (Zinc 是 Yates 公司專利，稱為 TW 處理 )。 PCB 基材所選擇使用的 E 級玻璃，最主要的是其非常優秀的抗水性。按組成的不同 (見表 )，玻 璃的等級可分四種商品： A 級為高鹼性， C 級為抗化性， E 級為電子用途， S級為高強度。本節僅討論最大宗的玻璃纖維。 BT/EPOXY 高性能板材可克服此點。 由於玻璃束未能被樹脂填滿，很容易在做鍍通孔時造成玻璃中滲銅 (Wicking) 的出現，影響板子的可信賴度。就 Z 方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機會。 高性能環氧樹脂 (Multifunctional Epoxy) 傳統的 FR4 對今日高性能的線路板而 言已經力不從心了， 故有各種不同的樹脂與原有的環氧樹脂混合以提升其基板之各種性質， A. Novolac 最早被引進的是酚醛樹脂中的一種叫 Novolac 者 ,由 Novolac 與環氧氯丙烷所形成的酯類稱為 Epoxy Novolacs，見圖 之反應式 . 將此種聚合物 混入 FR4 之樹脂， 可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性 , Tg 也隨之提高，缺點是酚醛樹脂本身的硬度及脆性都很高而易鑽頭，加之抗化性能力增強 ,對於因鑽孔而造成的膠渣 (Smear) 不易除去而造成多層板 PTH 製程之困擾。傳統 FR4 之 Tg 約在 115120℃之間，已被使用多年，但近年來由於電子產品各PCB 制造流程及說明 7 種性能要求愈來愈高 ,所以對材料的特性也要求日益嚴苛，如抗濕性、抗化性、抗溶劑性、抗熱性 ,尺寸安定性等都要求改進 ,以適應更廣泛的用途 , 而這些性質都與樹脂的 Tg 有關 , Tg 提 高之後上述各種性質也都自然變好。見圖 NEMA 規範中稱為 FR4。 e. 抗漏電壓 (AntiTrack)用紙質基板 人類的生活越趨精緻，對物品的要求且也就越講就短小輕薄，當印刷電路板 的線路設計越密集，線距也就越小，且在高功能性的要求下，電流負載變大 了，那麼線路間就容易因發生電弧破壞基材的絕緣性而造成漏電，紙質基板 業界 為解決該類問題，有供應採用特殊背膠的銅箔所製成的抗漏電壓 用紙質基板 環氧樹脂 Epoxy Resin 是目前印刷線路板業用途最廣的底材。 b1 基板材質 1) 尺寸安定性： 除要留意 X、 Y 軸 (纖維方向與橫方向 )外，更要注意 Z 軸 (板材厚度方向 )，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導體的斷裂。 P 表示需要加熱才能沖板子（ Punchable ），否則材料會破裂， C 表示可以冷沖加工（ cold punchable ）， FR 表示樹脂中加有不易著火的物質使基板有難燃 (Flame Retardent) 或抗燃 (Flame resistance) 性。 PCB 廠必須有一套針對廠內製程上的特性而編輯的規範除了改善產品良率以及提昇生產力外，也可做為和 PCB 線路 Layout 人員的溝通語言，見圖 . C. Tooling 指 AOI 與電測 Netlist 檔 ..AOI 由 CAD reference 檔產生 AOI 系統可接受的資料、且含容差，而電測 Net list 檔則用來製作電測治Fixture。所須繪製的底片有內外層之線路，外層之防焊，以及文字底片。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。 c. Working Panel 排版注意事項： － PCB Layout 工程師在設計時，為協助提醒或注意某些事項，會做一些輔助的記號做參考，所以必須在進入排版前，將之去除。 較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多 ,而且設備製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要的。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。 .資料審查 面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程 序與重點，如下所述。 名詞的定義與解說 A Gerber file 這是一個從 PCB CAD 軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。主要取其散熱功能 B. 以成品軟硬區分 a. 硬板 Rigid PCB Flexible PCB 見圖 RigidFlex PCB 見圖 C. 以結構分 見圖 見圖 見圖 D. 依用途分：通信 /耗用性電子 /軍用 /電腦 /半導體 /電測板… ,見圖 BGA. 另有一種射出成型的立體 PCB，因使用少，不在此介紹。 PCB 的演變 1903 年 Mr. Albert Hanson 首創利用 線路 (Circuit)觀念應用於電話交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線 路導體，將之黏著於石蠟紙上，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今 PCB 的機構雛型。 製造方法介紹 A. 減除法，其流程見圖 B. 加成法，又可分半加成與全加成法，見圖 C. 尚有其它因應 IC封裝的變革延伸而出的一些先進製程，本光碟僅提及但不詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度尚不夠。 1960 年代一家名叫 Gerber Scientific（現在叫 Gerber System）專業做繪圖機的美國公司所發展出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。 A. 審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製程能力檢查表 . （ BOMBill of Material） 根據上述資料審查分析後，由 BOM 的展開，來決定原物料的廠牌、種類及規格。大部份電子廠做線路 Layout 時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。 著手設計 所有資料檢 核齊全後，開始分工設計： A. 流程的決定 (Flow Chart) 由資料審查的分析確認後，設計工程師就要決定最適切的流程步驟。下表列舉數個項目，及其影響。 （裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。 由於線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺寸控制，是目前很多 PCB 廠的一大課題。 結語 頗多公司對於製前設計的工 作重視的程度不若製程 ,這個觀念一定要改 ,因為隨著電子產品的演變 ,PCB 製作的技術層次愈困難 ,也愈須要和上游客戶做最密切的溝通 ,現在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的產品沒有問題 ,產品的使用環境 , 材料的物 ,化性 , 線路Layout 的電性 , PCB 的信賴性等 ,都會影響產品的功能發揮 .所以不管軟體 ,硬體 ,功能設計上都有很好的進展 ,人的觀念也要有所突破才行 . 三 . 基板 印刷電路板是以銅箔基板（ Copperclad Laminate 簡稱 CCL ）做為原料而製造的電器或電子的重要機構元件 ,故從事電 路板之上下游業者必須對基板有所瞭解 :有那些種類的基板 ,它們是如何製造出來的 ,使用於何種產品 , 它們各有那些優劣點 ,如此才能選擇適當的基板 .表 簡單列出不同基板的適用場合 . 基板工業是一種材料的基礎工業， 是由介電層（樹脂 Resin ，玻璃纖維 Glass fiber ），及高純度的導體 (銅箔 Copper foil )二者所構成的複合材料（ Composite material），其所牽涉的理論及實務不輸於電路板本身的製作。 紙質板中最暢銷的是 XXXPC 及 FR2．前者在溫度 25 ℃ 以上 ,厚度在 .062in 以下就可以沖製成型很方便，後者的組合與前完全相同，只是在樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。 2) 電氣與吸水性： 許多絕緣體在吸濕狀態下，降低了絕緣性，以致提供金屬在電位差趨動力下 發生移行的現象， FR4 在尺寸安性、電氣性與吸水性方面都比 FR1 及 XPC 佳，所以生產銀貫孔印刷電路板時，要選用特製 FR1 及 XPC 的紙質基板 .板材。在液態時稱為清漆或稱凡立水（ Varnish) 或稱為 Astage， 玻璃布在浸膠半乾成膠片後再經高溫軟化液化而呈現黏著性而用於雙面基板製作或多層板之壓合用稱 Bstage prepreg ,經此壓合再硬化而無法回復之最終狀態稱為 Cstage。 (不含溴的樹脂在 NEMA 規範中稱為 G10) 此種含溴環氧樹脂的優點很多如介電常數很低，與銅箔的附著力很強，與玻璃纖維結合後之撓性強度很不錯等。例如 Tg 提高後 , ， 使基板在 X 及 Y 方向的膨脹減少，使得板子在受熱後銅線路與基材之間附著力不致減弱太多，使線路有較好的附著力。 B. Tetrafunctional Epoxy 另一種常被添加於 FR4 中的是所謂 四功能的環氧樹脂 (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其與傳統 雙功能 環氧樹脂不同之處是具立體空間架橋 ,見圖 ， Tg 較高能抗較差的熱環 境，且抗溶劑性、抗化性、抗濕性及尺寸安定性也好很多，而且不會發生像 Novolac 那樣的缺點。 C. 缺點 : ，不易達到 UL94 V0 的難燃要求。 B. 此四氟乙烯材料分子結構，非常強勁無法用一般機械或化學法加以攻擊， 做蝕回時只有用電漿法 . C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常溫時呈可撓性， 也使線路的附著力及尺寸安定性不好。 b. BGA ,PGA, MCMLs 等半導體封裝載板 半導體封裝測試中，有兩個很重要的常見問題，一是漏電現象，或稱 CAF(Conductive Anodic Filamen