pcb制造流程介紹(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 性都很高而易鑽頭，加之抗化性能力增強(qiáng) ,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。 B. Tetrafunctional Epoxy 另一種常被添加於 FR4 中的是所謂 四功能的環(huán)氧樹脂 (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其與傳統(tǒng) 雙功能 環(huán)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(huán) 境，且抗溶劑性、抗化性、抗?jié)裥约俺叽绨捕ㄐ砸埠煤芏啵也粫l(fā)生像 Novolac 那樣的缺點(diǎn)。最早是美國一家叫 Polyclad 的基板廠所引進(jìn)的。四功能比起 Novolac 來還有一種優(yōu)點(diǎn)就是有更好的均勻混合。為保持多層板除膠渣的方便起見，此種四功能的基板在鑽孔後最好在烤箱中以 160 ℃烤 24 小時 , 使孔壁露出的樹脂產(chǎn)生氧化作用，氧化後的樹脂較容易被蝕除，而且也增加樹脂進(jìn)一步的架橋聚合 ,對後來的製程也有幫助。因?yàn)榇嘈缘年P(guān)係 , 鑽孔要特別注意 . 上述兩種添加樹脂都無法溴化 ,故加入一般 FR4 中會降低 其難燃性 . 聚亞醯胺樹脂 Polyimide(PI) A. 成份 主要由 Bismaleimide 及 Methylene Dianiline 反應(yīng)而成的聚合物 ,見圖 . B. 優(yōu)點(diǎn) 電路板對溫度的適應(yīng)會愈來愈重要，某些特殊高溫用途的板子，已非環(huán)氧樹脂所能勝任，傳統(tǒng)式 FR4 的 Tg 約 120℃ 左右，即使高功能的 FR4 也只到達(dá) 180190 ℃，比起聚亞醯胺的 260 ℃ 還有一大段距離 .PI 在高溫下所表現(xiàn)的良好性質(zhì) ,如良好的撓性、銅箔抗撕強(qiáng)度、抗化性、介電性 、尺寸安定性皆遠(yuǎn)優(yōu)於 FR4。鑽孔時不容易產(chǎn)生膠渣，對內(nèi)層與孔壁之接通性自然比 FR4 好。 而且由於耐熱性良好，其尺寸之變化甚少，以 X 及 Y 方向之變化而言，對細(xì)線路更為有利，不致因膨脹太大而降低了與銅皮之間的附著力。就 Z 方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機(jī)會。 C. 缺點(diǎn) : ，不易達(dá)到 UL94 V0 的難燃要求。 ，或與銅箔之間的黏著力較差，不如環(huán)氧樹脂那麼強(qiáng)，而且撓性也較差。 ，有吸濕性 (Hygroscopic), 而黏著性、延性又都很差。 (Varnish,又稱生膠水 ,液態(tài)樹脂稱之 )中所使用的溶劑之沸點(diǎn)較高，不易趕完，容易產(chǎn)生高溫下分層的現(xiàn)象。而且流動性不好 ,壓合不易填 滿死角 。 FR4 的 23 倍，故只有軍用板或 Rigid Flex 板才用的起。 PCB 制造流程及說明 8 在美軍規(guī)範(fàn) 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(diǎn)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(guī)範(fàn)賦與 GT、 GX、及 GY 三種材料代字 ,皆為玻纖補(bǔ)強(qiáng)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(chǎn)，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(qiáng)，許多濕式製程中都無法使其反應(yīng)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(qiáng)度試驗(yàn)。 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(xiàn)，影響板子的可信賴度。 B. 此四氟乙烯材料分子結(jié)構(gòu)，非常強(qiáng)勁無法用一般機(jī)械或化學(xué)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。 表為四種不同樹脂製造的基板性質(zhì)的比較 . BT/EPOXY 樹脂 BT 樹脂也是一種熱固型樹脂，是日本三菱瓦斯化成公司 (Mitsubishi Gas Chemical Co.)在 1980 年研製成功。是由 Bismaleimide 及Trigzine Resin monomer 二者反應(yīng)聚合而成。其反應(yīng)式見圖 。 BT 樹脂通常和環(huán)氧樹脂混合而製成基板。 A. 優(yōu)點(diǎn) a. Tg 點(diǎn)高達(dá) 180℃，耐熱性非常好， BT 作成之板材，銅箔的抗撕強(qiáng)度 (peel Strength)，撓性強(qiáng)度亦非常理想鉆孔後的膠渣 (Smear)甚少 b. 可進(jìn)行難燃處理，以達(dá)到 UL94V0 的要求 c. 介質(zhì)常數(shù)及散逸因數(shù)小，因此對於高頻及高速傳輸?shù)碾?路板非常有利。 d. 耐化性，抗溶劑性良好 e. 絕緣性佳 B. 應(yīng)用 a. COB 設(shè)計(jì)的電路板 由於 wire bonding 過程的高溫，會使板子表面變軟而致打線失敗。 BT/EPOXY 高性能板材可克服此點(diǎn)。 b. BGA ,PGA, MCMLs 等半導(dǎo)體封裝載板 半導(dǎo)體封裝測試中，有兩個很重要的常見問題，一是漏電現(xiàn)象，或稱 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花現(xiàn)象 (受濕氣及高溫衝 擊 )。這兩點(diǎn)也是 BT/EPOXY 板材可以避免的。 Cyanate Ester Resin 1970 年開始應(yīng)用於 PCB 基材，目前 Chiba Geigy 有製作此類樹脂。其反應(yīng)式如圖 。 A. 優(yōu)點(diǎn) a. Tg 可達(dá) 250℃，使用於非常厚之多層板 b. 極低的介電常數(shù) (~)可應(yīng)用於高速產(chǎn)品。 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(yīng) . 玻璃纖維 前言 玻璃纖維 (Fiberglass)在 PCB 基板中的功用，是作為補(bǔ)強(qiáng)材料。基板的補(bǔ)強(qiáng)材 料尚有其它種，如紙質(zhì)基板的紙材， Kelvar(Polyamide聚醯胺 )纖維，以及石英 (Quartz)纖維。本節(jié)僅討論最大宗的玻璃纖維。 玻璃 (Glass)本身是一種混合物，其組成見表它是一些無機(jī)物經(jīng)高溫融熔合而成，再經(jīng)抽絲冷卻而成一種非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬物體。此物質(zhì)的使用，已有數(shù)千年的歷史。做成纖維狀使用則可追溯至 17世紀(jì)。真正大量做商用產(chǎn)品，則是由 OwenIllinois 及 Corning Glass PCB 制造流程及說明 9 Works 兩家公司其共同的研究努力後，組合成 OwensCorning Fiberglas Corporation 於 1939 年正式生產(chǎn)製造。 玻璃纖維布 玻璃纖維的製成可分兩種，一種是連續(xù)式 (Continuous)的纖維另一種則是不連續(xù)式 (discontinuous)的纖維前者即用於織成玻璃布(Fabric)，後者則做成片狀之玻璃蓆 (Mat)。 FR4 等基材，即是使用前者， CEM3 基材，則採用後者玻璃蓆。 A. 玻璃纖維的特性 原始融熔態(tài)玻璃的組成成份不同，會影響玻璃纖維的特性，不同組成所呈現(xiàn)的差異，表中有詳細(xì)的區(qū)別，而且各有獨(dú)特及不同應(yīng)用之處。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(qiáng)度。電路板中所用的就是 E 級玻璃，主要是其介電性質(zhì)優(yōu)於其它三種。 －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(qiáng)度。在某些應(yīng)用上，其強(qiáng)度 /重量比甚至超過鐵絲。 ：玻璃纖維為無機(jī)物，因此不會燃燒 ：可耐大部份的化學(xué)品，也不為黴菌，細(xì)菌的滲入及昆蟲的功擊。 ：玻璃並不吸水，即使在很潮濕的環(huán)境，依然保持它的機(jī)械強(qiáng)度。 性質(zhì)：玻纖有很低的熬線性膨脹係數(shù)，及高的熱導(dǎo)係數(shù)，因此在高溫環(huán)境下有極佳的表現(xiàn)。 ：由於玻璃纖維的不導(dǎo)電性，是一個很好的絕緣物質(zhì)的選擇。 PCB 基材所選擇使用的 E 級玻璃，最主要的是其非常優(yōu)秀的抗水性。因此在非常潮濕，惡劣的環(huán)境下，仍然保有非常好的電性及物性一如尺寸穩(wěn)定度。 －玻纖布的製作： 玻璃纖維布的製作，是一係列專業(yè)且投資全額龐大的製程本章略而不談． 銅箔 (copper foil) 早期線路的設(shè)計(jì)粗粗寬寬的 ,厚度要求亦不挑剔 ,但演變至今日線寬 3,4mil,甚至更細(xì) (現(xiàn)國內(nèi)已有工廠開發(fā) 1 mil線寬 ),電阻要求嚴(yán)苛 .抗撕強(qiáng)度 ,表面 Profile 等也都詳加規(guī)定 .所以對銅箔發(fā)展的現(xiàn)況及驅(qū)勢就必須進(jìn)一步了解 . 傳統(tǒng)銅箔 輾軋法 (Rolledor Wrought Method) 是將銅塊經(jīng)多次輾軋製作而成，其所輾出之寬度受到技術(shù)限制很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸基板的要求 (3 呎 *4 呎 ) ,而且很容易在輾製過程中造成報(bào)廢，因表面粗糙度不夠 ,所以與樹脂之結(jié)合能力比較不好，而且製造過程中所受應(yīng)力需要做熱處理之回火軔化 (Heat treatment or Annealing),故其成本較高。 A. 優(yōu)點(diǎn) . a. 延展性 Ductility 高 ,對 FPC 使用於動態(tài)環(huán)境下 ,信賴度極佳 . b. 低的表面稜線 Lowprofile Surface,對於一些 Microwave 電子應(yīng)用是一利基 . B. 缺點(diǎn) . a. 和基材的附著力不好 . b. 成本較高 . c. 因技術(shù)問題 ,寬度受限 . 電鍍法 (Electrodeposited Method) 最常使用於基板上的銅箔就是 ED銅 .利用各種廢棄之 電線電纜熔解成硫酸銅鍍液，在殊特深入地下的大型鍍槽中，陰陽極距非常短 ,以非常高的速度沖動鍍液，以 600 ASF 之高電流密度，將柱狀 (Columnar) 結(jié)晶的銅層鍍在表面非常光滑又經(jīng)鈍化的 (passivated) 不銹鋼大桶狀之轉(zhuǎn)胴輪上 (Drum)，因鈍化處理過的不銹鋼胴輪上對銅層之附著力並不好，故鍍面可自轉(zhuǎn)輪上撕下，如此所鍍得的連續(xù)銅層 ,可由轉(zhuǎn)輪速度，電流密度而得不同厚度之銅箔，貼在轉(zhuǎn)胴之光滑銅箔表面稱為光面 (Drum side ), 另一面對鍍液之粗糙結(jié)晶表面稱為毛面 (Matte side) .此種銅箔 : PCB 制造流程及說明 10 A. 優(yōu)點(diǎn) a. 價(jià)格便宜 . b. 可有各種尺寸與厚度 . B. 缺點(diǎn) . a. 延展性差 , b. 應(yīng)力極高無法撓曲又很容易折斷 . 厚度單位 一般生產(chǎn)銅箔業(yè)者為計(jì)算成本 , 方便訂價(jià)，多以每平方呎之重量做為厚度之計(jì)算單位， 如 Ounce (oz)的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重量 1 oz ()的銅層厚度 .經(jīng)單位換算 35 微米 (micron)或 mil. 一般厚度 1 oz 及 1/2 oz 而超薄銅箔可達(dá) 1/4 oz,或更低 . 新式銅箔介紹及研發(fā)方向 超薄銅箔 一般所說的薄銅箔是指 oz ( micron ) 以下，表三種厚度則稱超薄銅箔 3/8 oz 以下因本身太薄很不容易操作故需要另加載體 (Carrier) 才能做各種操作 (稱複合式 copper foil),否則很容易造成損傷。所用之載體有兩類，一類是以傳統(tǒng) ED 銅箔為載體 ,厚約 ,厚度約 3 . 超薄銅箔最不易克服的問題就是 針孔 或 疏孔 (Porosity)，因厚度太薄 ,電鍍時無法將疏孔完全填滿 .補(bǔ)救之道是降低電流密度 ,讓結(jié)晶變細(xì) . 細(xì)線路 ,尤其是 5 mil 以下更需要超薄銅箔 ,以減少蝕刻時的過蝕與側(cè)蝕 . 輾軋銅箔 對薄銅箔超細(xì)線路而言，導(dǎo)體與絕緣基材之間的接觸面非常狹小，如何能耐得住二者之間熱膨脹係數(shù)的巨大差異而仍維持足夠 的附著力，完全依賴銅箔毛面上的粗化處理是不夠的，而且高速鍍銅箔的結(jié)晶結(jié)構(gòu)粗糙在高溫焊接時容易造成 XY 的斷裂也是一項(xiàng)難以解決的問題。輾軋銅箔除了細(xì)晶之外還有另一項(xiàng)長處那就是應(yīng)力很低 (Stress)。 ED 銅箔應(yīng)力高，但後來線路板業(yè)者所鍍上的一次銅或二次銅的應(yīng)力就沒有那麼高。於是造成二者在溫度變化時使細(xì)線容易斷製 .因此輾軋銅箔是一解決之途。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(fā) ED細(xì)晶產(chǎn)品以解決此問題 . 銅箔的表面處理 A 傳統(tǒng)處理法 ED 銅箔從 Drum 撕下後，會繼續(xù)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(nèi)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 Yat