pcb制造流程及說明(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用一般機(jī)械或化學(xué)法加以攻擊， 做蝕回時(shí)只有用電漿法. C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常溫時(shí)呈可撓性， 也使線路的附著力及尺寸安定性不好。 表為四種不同樹脂制造的基板性質(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年研制成功。是由Bismaleimide及Trigzine Resin monomer二者反應(yīng)聚合而成。BT樹脂通常和環(huán)氧樹脂混合而制成基板。 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)度亦非常理想鉆孔后的膠渣(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)及散逸因子小，因此對(duì)于高頻及高速傳輸?shù)碾娐钒宸浅Ｓ欣?　　 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 由于wire bonding過程的高溫，會(huì)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(cè)試中，有兩個(gè)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(受濕氣及高溫沖 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)用于PCB基材，目前Chiba Geigy有制作此類樹脂。 A. 優(yōu)點(diǎn) 　　 a. Tg可達(dá)250℃，使用于非常厚之多層板 　　 b. 極低的介電常數(shù)(~)可應(yīng)用于高速產(chǎn)品。B. 問題 　　 a. 硬化后脆度高. 　　 b. 對(duì)濕度敏感，甚至可能和水起反應(yīng). 　　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(wú)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 Works兩家公司其共同的研究努力后，組合成OwensCorning Fiberglas Corporation于1939年正式生產(chǎn)制造。 玻璃纖維布 　　玻璃纖維的制成可分兩種，一種是連續(xù)式(Continuous)的纖維另一種則是不連續(xù)式(discontinuous)的纖維前者即用于織成玻璃布(Fabric)，后者則做成片狀之玻璃席(Mat)。FR4等基材，即是使用前者，CEM3基材，則采用后者玻璃席。 A. 玻璃纖維的特性 　　 原始融熔態(tài)玻璃的組成成份不同，會(huì)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(jí)可分四種商品：A級(jí)為高堿性，C級(jí)為抗化性，E級(jí)為電子用途，S級(jí)為高強(qiáng)度。電路板中所用的就是E級(jí)玻璃，主要是其介電性質(zhì)優(yōu)于其它三種。　　－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(wú)機(jī)物，因此不會(huì)燃燒 　　　 ：可耐大部份的化學(xué)品，也不為霉菌，細(xì)菌的滲入及昆蟲的功擊。 　　　 ：玻璃并不吸水，即使在很潮濕的環(huán)境，依然保持它的機(jī)械強(qiáng)度。 　　　 ：玻纖有很低的熬線性膨脹系數(shù)，及高的熱導(dǎo)系數(shù)，因此在高溫環(huán)境下有極佳的表現(xiàn)。 　　　 ：由于玻璃纖維的不導(dǎo)電性，是一個(gè)很好的絕緣物質(zhì)的選擇。 　　PCB基材所選擇使用的E級(jí)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。 　　－玻纖布的制作： 　　　 玻璃纖維布的制作，是一系列專業(yè)且投資全額龐大的制程本章略而不談． 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(guó)內(nèi)已有工廠開發(fā)1 mil線寬),. (Rolledor Wrought Method) 　　是將銅塊經(jīng)多次輾軋制作而成，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) ,而且很容易在輾制過程中造成報(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，而且制造過程中所受應(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(duì)FPC使用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下,信賴度極佳. 　　 b. 低的表面棱線Lowprofile Surface,對(duì)于一些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) 　　，在殊特深入地下的大型鍍槽中，陰陽(yáng)極距非常短,以非常高的速度沖動(dòng)鍍液，以 600 ASF 之高電流密度，將柱狀 (Columnar) 結(jié)晶的銅層鍍?cè)诒砻娣浅９饣纸?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(duì)銅層之附著力并不好，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(duì)鍍液之粗糙結(jié)晶表面稱為毛面 (Matte side) .此種銅箔: 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(wú)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， Ounce (oz)的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重量1 oz () 35 微米 (micron) 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(稱復(fù)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,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(shí)的過蝕與側(cè)蝕. 輾軋銅箔 　　對(duì)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系數(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(shí)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(zhǎng)處那就是應(yīng)力很低 (Stress)。ED 銅箔應(yīng)力高，但后來(lái)線路板業(yè)者所鍍上的一次銅或二次銅的應(yīng)力就沒有那么高。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(guó)際制造銅箔大廠多致力于開發(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撕下后，會(huì)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(shí)間內(nèi)快速鍍上銅， 其長(zhǎng)相如瘤，稱瘤化處理Nodulization目的在增加表面積，其厚度約 2000~4000A 　　b. Thermal barrier treatments瘤化完成后再于其上鍍一層黃銅(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)。 也是鍍鎳處理其作用是做為耐熱層。樹脂中的Dicy于高溫時(shí)會(huì)攻擊銅面而 生成胺類與水份，一旦生水份時(shí)，會(huì)導(dǎo)致附著力降底。此層的作用即是防止 上述反應(yīng)發(fā)生，其厚度約500~1000A 　　 c. Stabilization－耐熱處理后，再進(jìn)行最后的鉻化處理(Chromation)，光面與 粗面同時(shí)進(jìn)行做為防污防銹的作用，也稱鈍化處理(passivation)或抗氧化 處理(antioxidant) B新式處理法 　　 a. 兩面處理(Double treatment)指光面及粗面皆做粗化處理，嚴(yán)格來(lái)說，此法 的應(yīng)用己有20年的歷史，但今日為降低多層板的COST而使用者漸多． 在光面也進(jìn)行上述的傳統(tǒng)處理方式，如此應(yīng)用于內(nèi)層基板上，可以省掉壓 膜前的銅面理處理以及黑/棕化步驟。 美國(guó)一家Polyclad銅箔基板公司，發(fā)展出來(lái)的一種處理方式，稱為DST 銅箔，其處理方式有異曲同工之妙。該法是在光面做粗化處理，該面就壓 在膠片上，所做成基板的銅面為粗面，因此對(duì)后制亦有幫助。 　　 b. 硅化處理(Low profile) 傳統(tǒng)銅箔粗面處理其Tooth Profile (棱線) 粗糙度 (波峰波谷)，不利于細(xì) 線路的制造( 影響just etch時(shí)間,造成overetch)，因此必須設(shè)法降低棱線 的高度。上述Polyclad的DST銅箔，以光面做做處理，改善了這個(gè)問題， 另外，一種叫有機(jī)硅處理（Organic Silane Treatment），加入傳統(tǒng)處理 方式之后，亦可有此效果。它同時(shí)產(chǎn)生一種化學(xué)鍵，對(duì)于附著力有幫助。 銅箔的分類　　按 IPCCF150 將銅箔分為兩個(gè)類型，TYPE E 表電鍍銅箔，TYPE W 表輾軋銅箔,再將之分成八個(gè)等級(jí)， class 1 到 class 4 是電鍍銅箔，class 5 到 class 8 PP(膠片 Prepreg)的制作 　　Prepreg是preimpregnated的縮寫，意指玻璃纖維或其它纖維浸含樹脂，并經(jīng)部份聚合而稱之。其樹脂此時(shí)是Bstage。Prepreg又有人稱之為Bonding sheet 　　制造過程中，須定距離做Gel time, Resin flow, Resin Content的測(cè)試，也須做Volatile成份及Dicy成份之分析，以確保品質(zhì)之穩(wěn)定。 儲(chǔ)放條件與壽命 　　大部份EPOXY系統(tǒng)之儲(chǔ)放溫度要求在5℃以下，其壽命約在3~6個(gè)月。而各廠牌prepreg可參照其提供之Data sheet做為作業(yè)時(shí)的依據(jù)。 ，其膠含量及Cruing后厚度關(guān)系，見表 　　趨使基板不斷演進(jìn)的兩大趨動(dòng)力(Driving Force)，一是極小化(Miniaturization)，一是高速化(或高頻化)。 　　如分行動(dòng)電話，PDA，PC卡，汽車定位及衛(wèi)星通信等系統(tǒng)。 美國(guó)是尖端科技領(lǐng)先國(guó)家，從其半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)所預(yù)估在Chip及Package 方面的未來(lái)演變見表(a)與(b)，可知基板面臨的挑戰(zhàn)頗為艱辛。 　　從個(gè)人計(jì)算機(jī)的演進(jìn)，可看出CPU世代交替的速度愈來(lái)愈快，消費(fèi)者應(yīng)接不應(yīng) 暇，當(dāng)然對(duì)大眾而言是好事。但對(duì)PCB的制作卻又是進(jìn)一步的挑戢。因?yàn)楦哳l化, 須要基材有更低的Dk與Df值。 最后，表歸納出PCB一些特性的現(xiàn)在與未來(lái)演變的指標(biāo)。 制程目的 　　三層板以上產(chǎn)品即稱多層板,傳統(tǒng)之雙面板為配合零件之密集裝配，在有限的板面上無(wú)法安置這么多的零組件以及其所衍生出來(lái)的大量線路，因而有多層板之發(fā)展。加上美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)宣布自1984年10月以后，所有上市的電器產(chǎn)品若有涉及電傳通訊者，或有參與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)者，皆必須要做接地以消除干擾的影響。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(nèi)層，造成四層板的瞬間大量興起,也延伸了阻抗控制的要求。而原有四層板則多升級(jí)為六層板，. 制作流程 　　依產(chǎn)品的不同現(xiàn)有三種流程 A. Print and Etch 　　發(fā)料→對(duì)位孔→銅面處理→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜 B. Postetch Punch 　　 發(fā)料→銅面處理→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜→工具孔 C. Drill and Panelplate 　　 發(fā)料→鉆孔→通孔→電鍍→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜 　　上述三種制程中,第三種是有埋孔(buried hole)設(shè)計(jì)時(shí)的流程,( Postetch Punch)制程－高層次板子較普遍使用的流程. 　　發(fā)料就是依制前設(shè)計(jì)所規(guī)劃的工作尺寸，依BOM來(lái)裁切基材，是一很單純的步驟，但以下幾點(diǎn)須注意： 　　 A. 裁切方式會(huì)影響下料尺寸 　　 B. 磨邊與圓角的考量影響影像轉(zhuǎn)移良率制程 　　 C. 方向要一致即經(jīng)向?qū)?jīng)向，緯向?qū)曄?　　 D. 下制程前的烘烤尺寸安定性考量 銅面處理 　　在印刷電路板制程中，不管那一個(gè)step，銅面的清潔與粗化的效果，關(guān)系著下 一制程的成敗，所以看似簡(jiǎn)單，其實(shí)里面的學(xué)問頗大。 A. 須要銅面處理的制程有以下幾個(gè) 　　 a. 干膜壓膜 　　 b. 內(nèi)層氧化處理前 　　 c. 鉆孔后 　　 d. 化學(xué)銅前 　　 e. 鍍銅前 　　 f. 綠漆前 　　 g. 噴