pcb制造流程介紹(留存版)

　　

【正文】 FR4 的 23 倍，故只有軍用板或 Rigid Flex 板才用的起。 B. 問題 a. 硬化後脆度高 . b. 對濕度敏感，甚至可能和水起反應 . 玻璃纖維 前言 玻璃纖維 (Fiberglass)在 PCB 基板中的功用，是作為補強材料。 性質：玻纖有很低的熬線性膨脹係數，及高的熱導係數，因此在高溫環境下有極佳的表現。 b. 矽化處理 (Low profile) 傳統銅箔粗面處理其 Tooth Profile (稜線 ) 粗糙度 (波峰波谷 )，不利於細 線路的製造 ( 影響 just etch時間 ,造成 overetch)，因此必須設法降低稜線 的高度。加上美國聯邦通訊委員會 (FCC)宣佈自 1984 年 10月以後，所有上市的電器產品若有涉及電傳通訊者，或有參與網路連線者，皆必須要做 接地 以消除干擾的影響。在內層製程中 D/F或油墨是作為抗蝕刻之用，因此大部份選擇酸性蝕刻。即使 (2)式已有些複雜，但它仍是以下兩 個反應式的簡式而已。 蝕後沖 孔 (post Etch Punch)方式 A. Pin Lam 理論 此方法的原理極為簡單，內層預先沖出 4 個 Slot 孔，見圖 ，包括底片， prepreq 都沿用此沖孔系統，此 4 個 SLOT 孔，相對兩組，有一組不對稱， 可防止套反。 . 製程操作條件 ( 一般代表 ),典型氧化流程及條件。 C. 在裸銅表面產生一層緻密的鈍化層 (Passivation)以阻絕高溫下液態樹脂中胺類 (Amine)對銅面的影響。剝膜 液為鹼性，因此水洗的徹底與否，非常重要，內層之剝膜後有加 酸洗中和，也有防銅面氧化而做氧化處理者。+Cu++→ 2 Cu+ (1) 在酸性蝕刻的再生系統，就是將 Cu+氧化成 Cu++,因此使蝕刻液能將更多的 金屬銅咬蝕掉。 刮刀在使用一段時間後其銳利的直角會變圓，與網布接觸的面積增大， 就 無法印出邊緣畢直的細條，需要將刮刀重新磨利才行，需且刮刀刃線上 不 可出現缺口，否則會造成印刷的缺陷。但對 PCB 的製作卻又是進一步的挑戢。樹脂中的 Dicy 於高溫時會攻擊銅面而 生成胺類與水份，一旦生水份時，會導致附著力降底。 －玻璃纖維一些共同的特性如下所述： ：和其它紡織用纖維比較，玻璃有極高強度。這兩點也是 BT/EPOXY 板材可以避免的。 ，或與銅箔之間的黏著力較差，不如環氧樹脂那麼強，而且撓性也較差。 Z 方向的膨脹減小後，使得通孔之孔壁受熱後不易被底材所拉斷。 傳統環氧樹脂的組成及其性質 用於基板之環氧樹脂之單體一向都是 Bisphenol A 及 Epichlorohydrin 用 dicy 做為架橋劑所形成的聚合物。以下介紹幾個較常使用紙質基板及其特殊用途 : A 常使用紙質基板 a. XPC Grade：通常應用在低電壓、低電流不會引起火源的消費性電子產品， 如玩具、手提收音機、電話機、計算機、遙控器及鐘錶等等。表是傳統底片與玻璃底片的比較表。 －排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因此， PCB工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片 Layout 的尺寸能在排版成工作 PANEL 時可有最佳的利用率。幾乎所有 CAD 系統的發展，也都依此格式作其 Output Data，直接輸入繪圖機就可繪出 Drawing 或 Film，因此 Gerber Format 成了電子業界的公認標準。見圖 2. 至 1936 年， Dr Paul Eisner 真正發明了 PCB 的製作技術，也發表多項專利。 b. 無機材質 鋁、 Copper Invercopper、 ceramic 等皆屬之。這些額外資料，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。 . ，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一樣。因此， PCB 工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片 Layout 的尺寸能在排版成工作 PANEL 時可有最佳的利用率。 但是製前工程師的修正，有時卻會影響客戶產品的特性甚或性能，所以不得不謹慎。 B. 其他特殊用途： a. 銅鍍通孔用紙質基板 主要目的是計劃取代部份物性要求並不高的 FR4 板材，以便降低 PCB 的成 本 . b. 銀貫孔用紙質基板 時下最流行取代部份物性要求並不很高的 FR4 作通孔板材，就是銀貫孔用 紙質基板印刷電路板兩面線路的導通，可直接借由印刷方式將銀膠 (Silver Paste) 塗佈於孔壁上，經由高溫硬化，即成為導通體，不像一般 FR4 板材的銅鍍通 孔，需經由活化、化學銅、電鍍銅、錫鉛 等繁雜手續。也就是說當出現燃燒的條件或環境時，它要不容易被點燃，萬一已點燃在燃燒環境消失後，能自己熄滅而不再繼續延燒。此種加溴之樹脂難燃性自然增強很多，但卻降低了樹脂與銅皮以及玻璃間的黏著力，而且萬一著火後更會放出劇毒的溴氣，會帶來的不良後果。 PCB 制造流程及說明 8 在美軍規範 MILP13949H 中 , 聚亞醯胺樹脂基板代號為 GI. 聚四氟乙烯 (PTFE) 全名為 Polyterafluoroethylene ,分子式見圖 . 以之抽絲作 PTFE 纖維的商品名為 Teflon 鐵弗龍 ,其最大的特點是阻抗很高 (Impedance) 對高頻微波 (microwave) 通信用途上是無法取代的，美軍規範賦與 GT、 GX、及 GY 三種材料代字 ,皆為玻纖補強type，其商用基板是由 3M 公司所製，目前這種材料尚無法大量投入生產，其原因有 : A. PTFE 樹脂與玻璃纖維間的附著力問題； 此樹脂很難滲入玻璃束中，因其抗化性特強，許多濕式製程中都無法使其反應及活化，在做鍍通孔時所得之銅孔壁無法固著在底材上，很難通過 MILP55110E 中 之固著強度試驗?；宓难a強材 料尚有其它種，如紙質基板的紙材， Kelvar(Polyamide聚醯胺 )纖維，以及石英 (Quartz)纖維。 ：由於玻璃纖維的不導電性，是一個很好的絕緣物質的選擇。上述 Polyclad 的 DST 銅箔，以光面做做處理，改善了這個問題， 另外，一種叫 有機PCB 制造流程及說明 11 矽處理 （ Organic Silane Treatment），加入傳統處理 方式之後，亦可有此效果。但因板面面積不夠 ,因此 pcb layout 就將 接地 與 電壓 二功能之大銅面移入內層，造成四層板的瞬間大量興起 ,也延伸了 阻抗控制的要求。外層製程中，若為傳統負片流程， D/F 僅是抗電鍍，在蝕 刻前會被剝除。 Cu176。每個 SLOT 孔當置放圓 PIN 後，因受溫壓會有變形時，仍能 自由的左右、上下伸展，但中心不變，故不會有應力產生。 棕化與黑化的比較 A. 黑化層因液中存有高鹼度而雜 有 Cu2O,此物容易形成長針狀或羽毛狀結晶。 AOI 及測試後面有專題 ,在此不詳述 . 內層製作至此完成 , 下一流程為壓合 . 五 .壓合 . 製程目的 : 將銅箔 (Copper Foil),膠片 (Prepreg)與氧化處理 (Oxidation)後的內層線路板 ,壓合成多層基板 .本章仍介紹氧化處理 ,但未來因成本及縮短流程考量 ,取代製程會逐漸普遍 . . 壓合流程 ,如下圖 : . 各製程說明 內層氧化處理 (Black/Brown Oxide Treatment) . 氧化反應 A. 增加與樹脂接觸的表面積 ,加強二者 之間的附著力 (Adhesion). B. 增加銅面對流動樹脂之潤濕性 ,使樹脂能流入各死角而在硬化後有更強的抓地力。 C. 有文獻指 K(鉀 )會攻擊錫，因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹慎評 估。金屬銅可在銅溶液中被氧化而溶解，見下面反應式（ 1） Cu176。 第三點是刮刀的長度，須比圖案的寬度每側長出 3/4－ 1 吋左右。 高頻化 從個人電腦的演進，可看出 CPU 世 代交替的速度愈來愈快，消費者應接不應 暇，當然對大眾而言是好事。 也是鍍鎳處理其作用是做為耐熱層。電路板中所用的就是 E 級玻璃，主要是其介電性質優於其它三種。 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 Filament),一是爆米花現象 (受濕氣及高溫衝 擊 )。 C. 缺點 : ，不易達到 UL94 V0 的難燃要求。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。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。 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。 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。下表列舉數個項目，及其影響。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。 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。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。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。 .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。 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。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。 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。 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。見圖 NEMA 規範中稱為 FR4。 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。 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。本節僅討論最