CB工艺与制作学生.ppt

0,2023/7/5,1.1 PCB的作用与地位 PCB在整个电子产品中，扮演了整合连结集成所有功能的角色。电气连接、电气绝缘、支撑骨架、散热阻燃1.2 PCB的演变PCB雏型诞生：1903年Mr.Albert Hanson在电话交换机系统中用金属箔切割成线路，粘在石蜡纸上。见图1.2PCB技术成熟：上世纪40年代前，出现多种PCB制造方法：涂料法（用导电涂料绘制线路）、模压法（用线路形状模具热压铜箔）、粉末烧结法（将金属粉末烧结固化形成线路）、喷涂法（用熔化金属喷涂到基板形成线路）、真空镀膜法（金属真空阴极蒸发）、化学沉积法（银盐沉积还原）等。1936年，Dr Paul Eisner真正发明了PCB的制作技术，也发表多项专利。现在的影像转移(photoimage transfer)技术，就是沿袭其发明而来的。,第一章 PCB技术概论,1,2023/7/5,在材料、层次、制程上的多样化以适合不同的电子产品及其特殊需求。以下就归纳一些通用的区别办法,来简单介绍PCB的分类以及它的制造方法。1.3.1 PCB种类A.以材质分a.有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂等。b.无机材质 铝、Copper-invar-copper、ceramic等皆属之。主要取其散热功能B.以成品软硬区分a.刚性板 Rigid PCBb.挠性板 Flexible PCB见图1.3c.刚挠结合板 Rigid-Flex PCB见图1.4C.以结构分单面板 b.双面板 c.多层板D.依用途分：通信/消费类电子/军用/计算机/半导体/电测板E.新技术类：立体PCB（MID)、印制电子电路（PEC），后面再具体介绍。,1.3 PCB种类及制法,2,2023/7/5,减除法，其流程见图1.9B.加成法，又可分半加成与全加成法，见图1.10 1.11C.尚有其它因应IC封装的变革延伸而出的一些先进制程，本课程仅提及但不详加介绍，因有许多尚属机密也不易取得，或者成熟度尚不够。本课程以传统负片多层板的制程为主轴，深入浅出的介绍各个制程，再辅以先进技术的观念来探讨未来的PCB走势。,制造方法介绍,3,2023/7/5,PCB制造方法之减成法 这是最普遍采用的方法PCB制造方法，即在敷铜板上，通过光化学法，网印图形转移或电镀图形抗蚀层，然后蚀刻掉非图形部分的铜箔或采用机械方式去除不需要部分而制成印制电路板PCB,现大，大多PCB数线路板厂的PCB制造方法都为PCB减成法。PCB制造方法减成法的分类:蚀刻法：采用化学腐蚀方法减去不需要的铜箔，这是目前最主要的 PCB制造方法。雕刻法：用机械或激光加工方法除去不需要的铜箔，在单件试制或业余条件下可快速制出PCB。PCB制造方法之加成法 在未敷铜箔的基材上，有选择地沉积导电材料而形成导电图形的印制板PCB。有丝印电镀法，粘贴法等，不过，目前在国内，这种PCB制造方法，并不多见，所以一般我们所说的PCB制造方法都为减成法,4,2023/7/5,大陆PCB产业属性，就是受客户委托制作空板（Bare Board）而已，不像美国，很多PCB 厂商是包括了线路设计，空板制作以及装配(Assembly)的业务。以前，只要客户提供的原始数据，再以手动翻片、排版、打带等作业，即可进行制作，但近年由于电子产品日趋轻薄短小，PCB的制造面临了几个挑战:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速(5)产品周期缩短（6）降低成本等。以往以灯桌、笔刀、贴图及照相机做为制前工具，现在己被计算机、工作软件及激光绘图机所取代。过去，以手工排版，或者还需要修正尺寸等费时耗工的作业，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人员取得客户的设计资料，可能几小时内，就可以依设计规则或DFM(Design For Manufacturing)自动排版并变化不同的生产条件。同时可以输出如钻孔、成型、测试治具等资料。,第二章 PCB工艺流程,5,2023/7/5,客户必须提供的数据：电子厂或装配工厂，委托PCB SHOP生产空板（Bare Board）时，必须提供下列数据以供制作。见表料号资料表-供制前设计使用.2.1.2.资料审查面对这么多的数据，制前设计工程师接下来所要进行的工作程序与重点，如下所述。A.审查客户的产品规格，是否厂内制程能力可及，审查项目见承接料号制程能力检查表.,2.1.制前设计流程,6,2023/7/5,B.原物料需求（BOM-Bill of Material）资料审查分析后，由BOM来决定原物料的厂牌、种类及规格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、胶片（Prepreg）、铜箔（Copper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等。另外客户对于表面处理的规定,将影响流程的选择,当然会有不同的物料需求与规格，例如：软、硬金、喷锡、OSP(有机保焊膜)等。C.排版排版的尺寸选择将影响该项目的利润。因为基板是主要原料成本（排版最佳化，可减少板材浪费）；而适当排版可提高成品率并降低不良率。2.2.3 着手设计所有数据检核齐全后，开始分工设计：设计工程师要决定最合适的流程步骤。传统多层板的制作流程可分作两个部分:内层制作和外层制作.以下是一种代表性简易流程.,7,2023/7/5,在CAM系统编辑排版完成后，由光绘机绘出底片。所须绘制的底片有内层、外层线路，外层为防焊，以及文字底片。光绘机数据格式一般为Gerber格式，光绘仪原理见下面示意图与表格中指令。由于线路密度愈来愈高，容差要求越来越严谨，因此底片尺寸控制，是目前很多PCB厂的一大课题。下表是传统底片与玻璃底片的比较表。玻璃底片使用比例已有提高趋势。而底片制造商也积极研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如干式做法的铋金属底片.一般在保存以及使用传统底片时应注意如下事项：1.环境的温度与相对温度的控制 2.全新底片取出使用的前置适应时间3.取用、传递以及保存方式 4.置放或操作区域的清洁度,底片的光绘：,8,2023/7/5,DFMDesign for manufacturing.很多PCB工程在Lay-out线路时，仅考虑电性、逻辑、尺寸等。PCB制前必须从生产力，良率等考虑而修正一些线路特性，如圆形接线焊盘修正泪滴状，见图2.5。但是制前工程师的修正，有时却会影响客户产品的特性甚或性能。PCB厂必须有一套规范，除了改善产品良率以及提升生产力外，也可做为和PCB线路布局人员的沟通语言，见图2.6.C.Tooling指AOI（自动光学检测）与电测Netlist文档.AOI由CAD reference文件产生AOI系统可接受的数据、且含容差，而电测Net list档则用来制作电测治具Fixture,返回,9,2023/7/5,印刷电路板是以铜箔基板做为原料而制造成的电器的重要机构组件,这里从基板种类、如何制造、用途,优劣点等几个方面介绍，以便选择适当的基板.下表简单列出不同基板的适用场合.,2.2.基板,10,2023/7/5,基板工业是一种材料的基础工业，是由介电层（树脂 Resin，玻璃纤维 Glass fiber)，及高纯度的导体(铜箔 Copper foil)二者所构成的复合材料构成，起到导电、绝缘、支撑的作用.PCB的性能、质量、制造中的加工性、制造成本及制造水平等，在很大程度上取决于基板材料介电层1.纸基覆铜板常用的树脂 目前已使用于线路板的树脂类别很多,如酚醛树脂（FR2）、环氧树脂（FR3）、聚亚酰胺树脂（Polyimide）、聚四氟乙烯（PTFE或称TEFLON），B一三氮 树脂（Bismaleimide Triazine 简称 BT）等均为热固型的树脂（Thermosetted Plastic Resin）。,11,2023/7/5,玻璃纤维(Fiberglass)在PCB基板中的功用，是作为补强材料。玻璃经高温融，再经抽丝冷却成非结晶结构的坚硬玻璃纤维。玻璃纤维的制成可分两种，一种是连续式(Continuous)的纤维，另一种则是不连续式(discontinuous)的纤维，前者即用于织成玻璃布(Fabric)，后者则做成片状之玻璃席(Mat)。FR4等基材（如图），即是使用前者；CEM3基材，则采用后者。,2.玻璃纤维树脂基材,12,2023/7/5,玻璃纤维材料的优点：a.高强度：和其它纺织用纤维比较，玻璃有极高强度。在某些应用上，其强度/重量比甚至超过铁丝。b.抗热与火：玻璃纤维为无机物，因此不会燃烧c.抗化性：可耐大部份的化学品，也不为霉菌，细菌的渗入及昆虫的攻击。d.防潮：玻璃并不吸水，即使在很潮湿的环境，依然保持它的机械强度。e.热性质：玻纤有很低的熬线性膨胀系数，及高的热导系数，因此在高温环境下有极佳的表现。f.电性：由于玻璃纤维的不导电性，是一个很好的绝缘物质的选择。PCB基材所选择使用的E级玻璃纤维，最主要的是其非常优秀的抗水性。因此在非常潮湿，恶劣的环境下，仍然保有非常好的电性及物性一如尺寸稳定度。,13,2023/7/5,早期线路的设计粗粗宽宽的,厚度要求不高,但到目前线宽3,4mil,甚至更细(现国内已有工厂开发1 mil线宽),线路电气特性要求越来越高。1.传统铜箔1.1辗轧法(Rolled-or Wrought Method)是将铜块经多次辗轧制作而成，所辗出的宽度受到技术限制而难达到标准尺寸基板的要求,而且很容易在辗制过程中报废，因表面粗糙度不够,所以与树脂结合能力不好，而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化,故成本较高。A.优点.a.延展性Ductility高,对FPC使用于动态环境下,信赖度极佳.b.低的表面棱线Low-profile Surface,利于一些Microwave电子应用.B.缺点.a.和基材的附着力不好.b.成本较高.c.因技术问题,宽度受限.,铜箔(copper foil),14,2023/7/5,最常使用于基板上的铜箔就是ED铜.利用各种铜熔解成硫酸铜镀液，在特殊深入地下的大型镀槽中，阴阳极距非常短,以非常高的速度冲动镀液，以高电流密度，将柱状结晶的铜层镀在表面非常光滑又经钝化的 不锈钢大桶状转轮上，因钝化处理过的不锈钢轮对铜层附着力并不好，故镀面可自转轮上撕下，如此镀得的连续铜层,可由转轮速度，电流密度而得不同厚度的铜箔，贴转轮的光滑铜箔表面称为光面(Drum side),另一面是镀液的粗糙结晶表面称为毛面(Matte side).特点:价格便宜，可有各种尺寸与厚度，但延展性差,应力极高无法挠曲又很容易折断.,1.2 电镀法(Electrodeposited Method),15,2023/7/5,1 超薄铜箔 一般所说的薄铜箔是指 17.5 微米以下，称超薄铜箔,因本身太薄很不容易操作故需要另加载体(Carrier)才能做各种操作(称复合式copper foil),否则很容易造成损伤。所用载体有两类，一类是以传统 ED 铜箔为载体,厚约2.1 mil.另一类载体是铝箔,厚度约3 mil.两者使用之前须将载体撕离.超薄铜箔最不易克服的问题就是 针孔或 疏孔(Porosity)，因厚度太薄,电镀时无法将疏孔完全填满.补救之道是降低电流密度,让结晶变细.细线路,尤其是5 mil以下更需要超薄铜箔,以减少蚀刻时的过蚀与侧蚀.,新式铜箔介绍及研发方向,16,2023/7/5,对薄铜箔超细线路而言，导体与绝缘基材之间的接触面非常狭小，如何能耐得住二者之间热膨胀系数的巨大差异而仍维持足够的附着力，完全依赖铜箔毛面上的粗化处理是不够的，而且高速镀铜箔的结晶结构粗糙在高温焊接时容易造成 XY 的断裂也是一项难以解决的问题。辗轧铜箔除了细晶之外还有另一项长处那就是应力很低。电镀铜箔应力高，但后来线路板业者所镀上的一次铜或二次铜的应力就没有那么高。于是造成二者在温度变化时使细线易断.因此辗轧铜箔是一解决之途。国际制造铜箔大厂多致力于开发辗轧铜箔细晶产品以解决此问题.,2.辗轧铜箔,17,2023/7/5,A.传统处理法ED铜箔从载体撕下后，会继续下面的处理步骤：在粗面(Matte Side)上再以高电流极短时间内快速镀上铜，其长相如瘤，称“瘤化处理”目的在增加表面积b.瘤化完成后再镀一层黄铜(Brass，是Gould 公司专利，称为JTC处理)，或锌(Zinc是Yates公司专利，称为TW处理)。也可镀镍处理，其作用是做为耐热层。树脂中的Dicy于高温时会攻击铜面而 生成胺类与水份，一旦生水份时，会导致附着力降底。此层的作用即是防止上述反应发生c.耐热处理后，再进行最后的“铬化处理“(Chromation)，光面与粗面同时进行做为防污防锈的作用，也称“钝化处理“或抗氧化 处理,3.铜箔的表面处理,18,2023/7/5,B.新式处理法a.两面处理(Double treatment)：指光面及粗面皆做粗化处理在光面也进行上述的传统处理方式，如此应用于内层基板上，可以省掉压膜前的铜面理处理以及黑/棕化步骤。美国一家Polyclad铜箔基板公司，发展出来的一种处理方式，称为DST铜箔。该法是在光面做粗化处理，该面就压在胶片上，所做成基板的铜面为粗面。b.硅化处理(Low profile)：传统铜箔粗面处理的棱线粗糙度不利于细线路制造，因此必须设法降低棱线的高度。上述Polyclad的DST铜箔，以光面做处理，改善了这个问题，另外，一种叫“有机硅处理”（Organic Silane Treatment），加入传统处理方式之后，也可有此效果。它同时产生一种化学键，对于附着力有帮助。,19,2023/7/5,1 制作流程依产品的不同现有三种流程A.Print and Etch发料对位孔铜面处理影像转移蚀刻剥膜B.Post-etch Punch发料铜面处理影像转移蚀刻剥膜工具孔C.Drill and Panel-plate发料钻孔通孔电镀影像转移蚀刻剥膜上述三种制程中,第三种是有埋孔(buried hole)设计时的流程,将在后面介绍.这里则探讨第二种(Post-etch Punch)制程高层次板子较普遍使用的流程.,2.3.内层制作与检验,20,2023/7/5,发料就是依制前设计所规划的工作尺寸来裁切基材，以下几点须注意：A.裁切方式-会影响下料尺寸B.磨边与圆角的考虑-影响影像转移质量C.方向要一致-即经向对经向，纬向对纬向D.下制程前的烘烤-尺寸安定性考虑2.1 铜面处理PCB制程中任何一个步骤，铜面的清洁与粗化的效果，都关系下一制程的成败。A.须要铜面处理的制程有以下几个a.干膜压膜；b.内层氧化处理前；c.钻孔后；d.化学铜前；e.镀铜前；f.绿漆前；g.喷锡(或其它焊垫处理流程)前；h.金手指镀镍前。本节针对a.c.f.g.等制程来探讨最好的处理方式(其余皆属制程自动化中的一部份),2.0、发料,21,2023/7/5,B.处理方法 现行铜面处理方式可分三种：刷磨法(Brush)、喷砂法(Pumice)、化学法(Microetch),C.刷磨法刷磨原理图,见图4.1所示.表4.1是铜面刷磨法的比较表注意事项：a.刷轮有效长度都需均匀使用到,否则易造成刷轮表面高低不均b.须做刷痕实验，以确定刷深及均匀性优点:a.成本低;b.制程简单缺点：a.薄板细线路板不易进行b.基材拉长，不适内层薄板c.刷痕深时易造成D/F附着不易而渗镀d.有残胶的潜在可能,22,2023/7/5,D.喷砂法以不同材质的细石(俗称pumice)为研磨材料优点：a.表面粗糙均匀程度较刷磨方式好；b.尺寸安定性较好；c.可用于薄板及细线缺点：Pumice容易沾留板面，机器维护不易E.化学法(微蚀法)化学法有几种选择，见表：几种不同药剂铜面化学处理.F.结纶使用何种铜面处理方式，各厂应以产品的层次及制程能力来决定，但可预知的是化学处理法会更普遍，因细线薄板的比例愈来愈高。,23,2023/7/5,2.2 影像转移 印刷法 目前，丝网印刷除了大量应用于电路板外，其它电子工业诸如厚膜(Thick Film)的混成电路(Hybrid Circuit)、芯片电阻(Chip Resist)、及表面贴装锡膏印刷等也都有应用。近年电路板高密度,高精度的要求,印刷方法已无法达到规格需求,且印刷技术员培养困难,工资高。因此其应用范围渐缩,而干膜法成本逐渐降低，已取代了大部分影像转移制作方式。干膜法注意事项A.曝光机台的平坦度B.曝光时注意真空度C.一般压膜机(Laminator)需多注意膜皱问题D.显影时Break point 维持50-70%,温度302,24,2023/7/5,现业界用于蚀刻的化学药液种类，常见者有两种，一是酸性氯化铜(CuCl2)、蚀刻液，一种是碱性氨水蚀刻液。还有近年开始使用的高价氯酸盐制剂等。两种药液的选择，视影像转移制程中，阻剂是抗电镀之用或抗蚀刻之用。在内层制程中干膜或油墨是作为抗蚀刻之用，因此大部份选择酸性蚀刻。外层制程中，若为传统负片流程，D/F仅是抗电镀，在蚀刻前会被剥除。其抗蚀刻层是锡铅合金或纯锡，故一定要用碱性蚀液，以免伤及抗蚀刻金属层。还有不同药剂的侧蚀不同也是选择标准（如下图）。,2.4 剥膜 剥膜在pcb制程中有两次使用，一是内层线路蚀刻后之干膜剥除，二 是外层线路蚀刻前干膜剥除(若外层制作为负片制程)干膜的剥除是一单纯简易的制程，一般皆使用联机水平设备，其使用之化学药液多为NaOH或KOH浓度在13%重量比。,2.3 蚀刻,25,2023/7/5,AOI(简单线路采目视)电测(修补)确认 内层板线路成完后,必须保证通路及绝缘的完整性(integrity),即如同单面板一样先要仔细检查。因一旦完成压合后,不幸仍有缺陷时,则已为时太晚,对于高层次板子而言更是必须先逐一保证其各层质量之良好,始能进行压合,由于高层板渐多,内层板的负担加重,且线路愈来愈细,万一有漏失将会造成压合后的昂贵损失.传统目视外,自动光学检查(AOI)之使用在大厂中已非常普遍,利用计算机将原图案牢记,再配合特殊波长光线的扫瞄,而快速完美对各层板详作检查。但AOI有其极限,例如细断路及漏电(Leakage)很难找出,故各厂渐增加短、断路电性测试。AOI及测试后面有专题,在此不详述.,3 内层检测,返回,26,2023/7/5,1.制程目的:将铜箔(Copper Foil),胶片(Prepreg)与氧化处理(Oxidation)后的内层线路板,压合成多层基板.本章仍介绍氧化处理,但未来因成本及缩短流程考虑,取代制程会逐渐普遍.2.压合流程,如下图5.1:3.各制程说明3.1内层氧化处理(Black/Brown Oxide Treatment)氧化反应A.增加与树脂接触的表面积,加强二者之间的附着力(Adhesion).B.增加铜面对流动树脂之润湿性,使树脂能流入各死角而在硬化后有更强的抓地力。C.在裸铜表面产生一层致密的钝化层(Passivation)以阻绝高温下液态树脂中胺类(Amine)对铜面的影响。,图5.1,2.4.压合,27,2023/7/5,3.1.2.还原反应目的在增加气化层的抗酸性，并剪短绒毛高度至恰当水平以使树脂易于填充并能减少粉红圈(pink ring)的发生。3.1.3.黑化及棕化标准配方:亚氯酸钠为主要氧化剂,其余为安定剂。金属铜与亚氯酸钠所释放出的初生态氧，先生成中间体氧化亚铜,2Cu+O Cu2O,再继续反应成为氧化铜CuO,若反应能彻底到达二价铜的境界,则呈现黑巧克力色之棕氧化层,若层膜中尚含有部份一价亚铜时则呈现无光泽的墨黑色的黑氧化层。,28,2023/7/5,进压合机之前,需将各多层板使用原料准备好,以便迭板(Lay-up)作业.除已氧化处理之内层外,尚需胶片(Prepreg),铜箔(Copper foil),以下就叙述其规格种类及作业:3.2.1 胶片规格胶片的选用要考虑下列事项:绝缘层厚度 内层铜厚 树脂含量 内层各层残留铜面积 对称 最重要还是要替客户节省成本,3.2 迭板,29,2023/7/5,3.2.2 迭板作业压板方式一般区分两种:一是帽式压合法 Cap-lamination,一是铜箔压板法 Foil-lamination，本节仅讨论Foil-lamination.A.组合的原则组合的方法依客户规格要求有多种选择,考虑对称,铜厚,树脂含量,流量等以最低成本达质量要求:B.迭板环境及人员迭板现场温度要控制在202,相对湿度应在50%5%,人员要穿着连身抗静电服装、戴罩帽、手套、口罩(目的在防止皮肤接触及湿气),布鞋,进入室内前要先经空气吹浴30秒,并清除鞋底污物。胶片自冷藏库取出及剪裁完成后要在室内稳定至少24小时才能用做迭置。若有抽真空装置,应在压合前先抽一段时间,以赶走水气。胶片中湿气太大时会造成Tg降低及不易硬化现象。,30,2023/7/5,C.迭板法无梢压板法-此法每一个开口中每个隔板间的多层板散册要上下左右对准,而且各隔板间也绝对要上下对准,自然整个压床之各开口间也要对准在中心位置。(b)有梢套孔迭置-将已精准钻出的工具孔的内层一一套在下方铝载板定位梢上,并套上冲孔较大的胶片、牛皮纸、脱模纸、隔皮等。(c)压力舱式迭置法-将板册内容按上无梢法迭在铝载板上,此载板与液压法不同,其反面有导气的井字形沟槽,正面平坦用以承载板册,连同隔板以多孔性的毯子包住放在导气板上,外面再包以两层防漏绝气特殊隔膜,最后以有弹性可耐压的特殊胶带将隔膜四周贴合气板上,推入压力舱内,关上门后先把包裹内抽至极低之气压使板册死处的藏气都被抽出,再于舱内压入高温的二氧化碳或氮气至150-200PSI,进行真空压合。,31,2023/7/5,压板原理：利用半固化片从B阶向C-阶的转换过程将各线路层粘结成一体。压合机种类压合机可分为三大类:A.舱压式压合机(Autoclave):压合机构造为密闭舱体，外舱加压、内袋抽真空受热压合成型，各层板材所承受的热力与压力，来自加压加温惰性气体，其基本构造如图5.4优点:因压力热力来自于四面八方，故其成品板厚均匀、流胶小。缺点:设备构造复杂，成本高，且产量小。,3.3 压合制程操作,32,2023/7/5,B.液压式压合机（Hydraulic）液压式压合机构造有真空式与常压式，其各层开口的板材夹于上下两热压盘间，压力由下往上压，热力由上下热压盘加热传至板材。其基本构造如下图5.5优点:设备构造简单，成 本低，且产量大。可加装真空设备，有利排气及流胶缺点:板边流胶量较大，板厚较不均匀。,33,2023/7/5,C.Cedal压合机：在一密闭真空舱体中，利用连续卷状铜箔迭板，在两端通电流,因其电阻使铜箔产生高温,加热胶片，用热传系数低的材质做压盘，借由上方加压，达到压合效果，因其利用夹层中的铜箔加热，所以受热均匀，其结构简图如图5.6Cedal Adara压合机优点:a.利用上下夹层的铜板箔通电 加热，省能源，操作成本低。b.内外层温差小、受热均匀，产品质量佳。c.可加装真空设备，有利排气 及流胶。d.流程时间短，约4O分钟，作业空间减小很多.缺点:设备构造复杂，成本高，且单机产量小迭板耗时。,34,2023/7/5,A.电热式:于压合机各开口中的压盘内，安置电加热器，直接加热。优点:设备构造简单，成本低，保养简易。缺点:a.电力消耗大。b.加热器易产生局部高温，使温度分布不均。B.加热软水使其产生高温高压的蒸汽，直接通入热压盘。优点:因水蒸汽的热传系数大，热媒为水较便宜。缺点:a.蒸气锅炉必需专人操作，设备构造复杂且易锈蚀,保养麻烦。b.高温高压操作，危险性高。,3.3.2.压合机热源方式:,35,2023/7/5,C.由耐热性油类当热媒，以强制对流方式输送，将热量以间接方式传至热压盘。优点:升温速率及温度分布皆不错，操作危险性较蒸汽式操作低。缺点:设备构造复杂，价格不便宜，保养也不易。D.通电流式:利用连续卷状铜箔迭板，在两端通电流因其电阻使铜箔产生高温加热Prepreg，用热传系数低的材质做压盘，减少热流失。优点:a.升温速率快(35/min.)、内外层温差小，及温度分布均匀。b.省能源，操作成本低廉。缺点:a.构造复杂，设备成本高。b.产量少。,36,2023/7/5,3.3.3.压合时升温速率与升压速率对板子的影响典型Profile见图 5.11A.温度:a.升温段:以最适当的升温速率，控制流胶。b.恒温段:提供硬化所需之能量及时间。c.降温段:逐步冷却以降低内应力(Internal stress)减少板弯、板翘(Warp、Twist)。B.压力:a.初压(吻压 Kiss pressure):每册(Book)紧密接合传热,驱赶挥发物及残余气体。b.第二段压:使胶液顺利填充并驱赶胶内气泡，同时防止一次压力过高导致的皱折及应力。c.第三段压:产生聚合反应，使材料硬化而达到C-stage。d.第四段压:降温段仍保持适当的压力，减少因冷却伴随而来的内应力。,37,2023/7/5,A.后烤(post cure,post lamination)通常后烤条件是150,4小时以上.如果先前压合步骤修复很完整,可不做后烤,否则反而有害(降低Tg).可以测量Tg,判断修复是否完整.后烤的目的有如下三个:a.让聚合更完全.b.若外表有弯翘,则可使之平整.c.消除内部应力并可改善对位.,3.4 后处理作业,38,2023/7/5,B.铣靶,打靶手动作业:将板置于普通的单轴钻床下用既定深度的平头铣刀铣出箭靶 及去掉原贴的耐热胶带,再置于有投影灯的单轴钻床或由下向上冲的冲床 上冲出靶心的定位孔,再用此定位孔定在钻床上即行钻孔作业。X射线透视打靶:有单轴及双轴,双轴可自动补偿取均值,减少公差.C.剪边(电脑数控裁板)完成压合的板子其边缘都会有溢胶,必须用剪床裁掉以便在后续制程中作业方便及避免造成人员的伤害,剪边最好沿着边缘直线内1公分处切下,切太多会造成电镀夹点的困扰,最好再用磨边机将四个角落磨圆及边缘毛头磨掉,以减少板子互相间的刮伤及对槽液的污染。或者现在很普遍直接以CNC成型机做裁边的作业。,返回,39,2023/7/5,单面或双面板的制作都是在下料之后直接进行非导通孔或导通孔的钻孔,多层板则是在完成压板之后才去钻孔。传统孔的种类除以导通与否简单的区分外,以功能的不同尚可分:零件孔,工具孔,通孔(Via),盲孔(Blind hole),埋孔(Buried hole)近年电子产品轻.薄.短.小.快.的发展趋势,使得钻孔技术一日千里,机钻,雷射烧孔,感光成孔等,不同设备技术应用于不同层次板子。传统机械钻孔工艺1 机钻流程上钻孔钻孔检查,2.5 钻孔,40,2023/7/5,2上钻孔作业 钻孔作业时除了钻盲孔、高层次板孔位精准度要求很严时,用单片钻之外,通常都以多片钻.至于几片一钻则根据：1.板子要求精度2.最小孔径3.总厚度4.总铜层数.来加以考虑。因为多片一钻,所以钻之前先以销将每片板子固定住,此动作由上销机执行。双面板很简单,大半用靠边方式,上打孔、打孔连续动作一次完成.多层板比较复杂,另须多层板专用上打孔机作业.3.钻孔3.1钻孔机：钻孔机的类型及配备功能种类非常多钻孔机房环境要求A.温湿度控制 B.干净的环境C.地板承受的重量 D.绝缘接地的考虑E.外界振动干扰3.2 物料介绍钻孔作业中会使用的物料有钻针(Drill Bit),垫板(Back-up board),盖板(Entry board)等.图6.1为钻孔作业中几种物料的示意图.,41,2023/7/5,3.3 操作3.3.1 CNC控制现有CAD/CAM工作站都可直接转换钻孔机接受的语言。只要设定一些参数，如各孔号代表的孔径等即可.大部分工厂钻孔机数量动辄几十台连网作业，由工作站直接指示.若加上自动装载源板，则人员可减至最少.3.3.2 作业条件钻孔最重要两大条件就是进刀速度及旋转速度A.进刀速度(Feeds):每分钟钻入的深度，多以吋分(IPM)表示。也可用“排屑量”(Chip Load)取代，钻针之所以能刺进材料中心须要退出相同体积的钻屑才行，其表示的方法是以钻针每旋转一周后所能刺进的吋数(in/R)。,42,2023/7/5,B.旋转速度(Speeds)一每分钟所旋转圈数(Revolution Per MinuteRPM)通常转数约为万万RPM，转速太高时会造成积热及磨损钻针。当进刀速度约为120in/min左右，转速为万RPM时，其每一转所能刺入的深度为其排屑量排屑量高表示钻针快进快出而与孔壁接触时间短，反之排屑量低时表示钻针进出缓慢与孔壁磨擦时间增长以致孔温升高。设定排屑量高或低随下列条件有所不同:1.孔径大小2.基板材料3.层数4.厚度,43,2023/7/5,随着PCB向微型和高密度互连的方向发展，越来越多制板采用微导孔的连接方式实现高密度互连，而目前制作微导孔的主要方法是laser drill。如何利用现有镭射钻机制作出各种高质量的microvia，是现在PCB制造的迫切任务。,激光钻孔工艺,44,2023/7/5,、常见的LASER激发方式,LASER 类型UV 激发介质YAG 激发能量发光二极管LASER 类型 IR（RF-Radio Frequency）激发介质密封CO2气体 激发能量高频电压LASER 类型 IR（横波激励）激发介质外供CO2气体 激发能量高压电极,2、激光光路原理,45,2023/7/5,3、激光成孔原理,利用红外线的热能，当温度升高或能量增加到一定程度后，如有机物的熔点、燃点或沸点时，则有机物分子的相互作用力或束缚力将大为减小到使有机物分子相互脱离成自由态或游离态，由于激光的不断提供能量，而使有机分子逸出或者与空气中的氧气燃烧而成为二氧化碳或水气体而散离去，由于激光是以一定直径的红外光束来加工的，因而形成微小孔。,3.2、UV的成孔原理（蚀孔）,固态Nd：YAG紫外激光器发射的是高能量的紫外光光束，利用其光学能(高能量光子)，破坏了有机物的分子键(如共价键)，金属晶体(如金属键)等，形成悬浮颗粒或原子团、分子团或原子、分子而逸散离出，最后形成盲孔。,3.1、CO2的成孔原理（烧孔）,4、不同材料对波长的吸收情况由于不同材料对各类激光的吸收不同，导致激光加工混合材料困难。,46,2023/7/5,1 制程目的双面板以上完成钻孔后即进行镀通孔(Plated Through Hole,PTH)步骤，其目的使孔壁上之非导体部份之树脂及玻纤束进行金属化(metalization),以进行后来之电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。1986年，美国有一家化学公司Hunt 宣布PTH不再需要传统的贵金属及无电铜的金属化制程,可用碳粉的涂布成为通电的媒介，商名为Black hole。之后陆续有其它不同base产品上市,国内使用者非常多.除传统PTH外,直接电镀direct plating)本章节也会述及.2 制造流程去毛头除胶渣PTH&一次铜2.1.去巴里(deburr)钻完孔后,若是钻孔条件不适当,孔边缘有1.未切断铜丝2.未切断玻纤的残留,称为burr.因其要断不断,而且粗糙,若不将之去除,可能造成通孔不良及孔小,因此钻孔后会有deburr制程.也有deburr是放在除胶渣之后才作业.一般deburr是用机器刷磨,且会加入超音波及高压冲洗的应用.,2.6镀通孔,47,2023/7/5,A.目的:a.Desmearb.微糙化增加附着力B.Smear产生的原因:由于钻孔时造成的高温树脂超过Tg值，而形成融熔状，终致产生胶渣。此胶渣生于内层铜边缘及孔壁区，会造成不良内层连接。C.Desmear的四种方法:硫酸法(Sulferic Acid)、电浆法(Plasma)、铬酸法(Cromic Acid)、高锰酸钾法(Permanganate).,2.2.除胶渣(Desmear),48,2023/7/5,PTH系统概分为酸性及碱性系统。2.3.1 酸性系统：A.基本制程：整孔Conditioner 微蚀 Microetch预活化 Catalpretreatment活化Cataldeposit速化Accelerator化学铜沉积Electroless Deposit、碱性系统：A.基本制程：整孔Conditioner 蚀洗Etch Cleaner预活化 Catalpretreatment活化Activator 还原Reducer无电铜Electroless Copper2.4一次铜(Panel plating)非导体的孔壁经PTH金属化后，立即进行电镀铜制程,其目的是镀上200500微英吋以保护仅有2040微英吋厚的化学铜被后制程破坏而造成孔破(Void)。有关铜电镀基本理论及实际作业请参看二次铜更详细的解说.,2.3 化学铜(PTH),49,2023/7/5,传统金属化之化学铜的厚度仅约2030微吋，无法单独存在于制程中，必须再做一次全板面的电镀铜始能进行图形的转移如印刷或干膜。但若能把化学铜层的厚度提高到100微吋左右，则自然可以直接做线路转移的工作，无需再一道全板的电镀铜步骤而省却了设备，药水、人力、及时间，并达简化制程减少问题的良好目标。因此有厚化铜制程出现，此方式已经实际生产在线进行十多年，由于镀液管理困难，分析添加的设备需要较高层次技术，成本居高不下等,此制程已经无优势。厚化铜的领域又可分为:A.半加成Semi-Additive式是完全为了取代全板面电镀铜制程.B.全加成Fully Additive式则是用于制造加成法线路板所用的。日本某些商用消费性电子产品用24小时以上的长时间的全加成镀铜，而且只镀在孔及线路部份.,3.厚化铜,50,2023/7/5,由于化学铜的制程中，有很多对人体健康有害的成份(如甲醛会致癌)，以及废水处理有不良影响的成份，因此早在10多年前就有取代传统PTH所谓Direct Plating(不须靠化学铜的铜当导体)商品出现，至今在台湾量产有很多条线。但在国外，除欧洲应用者很多以外，美、日(尤其是美国)并不普遍，一些大的电子公司(如制造计算机、手机等)并不赞成直接电镀制程，这也是国内此制程普及率尚低的原因之一。4.1直接电镀种类大致上可归为三种替代铜的导体A.Carbon-碳粉(Graphite同)B.Conductive Polymer-导体高分子C.Palladium-钯金属4.2直接电镀后续制程有两种方式:A.一次镀铜后,再做影像转移及二铜B.直接做影像转移及线路电镀,4 直接电镀(Direct plating),返回,51,2023/7/5,1 制程目的经钻孔及通孔电镀后,内外层已连通,本制程再制作外层线路,以达到电性能的完整.2 制作流程铜面处理压膜曝光显像2.1 铜面处理与内层制作铜面处理相似.2.2 压膜,2.7 外层,52,2023/7/5,干膜（dry film）介绍1968年杜邦公司开发感旋光性聚合物的干膜，到1984年末杜邦的专利到期后日本的HITACHI也有自己的品牌问世。尔后就陆续有其它厂牌加入此一战场.依干膜发展的历史可分下列三种:溶剂显像型 半水溶液显像型 碱水溶液显像型现在几乎是后者的天下,所以本章仅探讨此类干膜.A.干膜组成水溶性干膜主要是由于其组成中含有机酸根，会与强碱反应使成为有机酸的盐类，可被水溶掉。水溶性干膜最早以碳酸钠显像，用稀氢氧化钠剥膜，当然经不断改进才有今日成熟而完整的产品线B.制程步骤干膜作业的环境，需要在黄色照明,通风良好,温湿度控制的无尘室中操作，以减少污染，提高阻剂的质量。其主要的步骤如下：压膜停置曝光停置显像,53,2023/7/5,2.2.2 压膜(Lamination)作业A.压膜机压膜机可分手动及自动两种,有收集聚烯类隔层的卷轮，干膜主轮，加热轮，抽风设备等四主要部份,进行连续作业a.传统手动压膜机须两人作业，一人在机前送板，一人在机后收板并切断干膜，此方式用在样品、小量多料号适合，对人力、物料的耗用浪费颇多。b.自动压膜机的机械操作在板前缘粘压干膜方式及压膜后缘切膜动作上多有不同，但都朝产速加快，节省干膜以及粘贴能力上在改进。c.干膜在上述之温度下达到其玻璃态转化点而具有流动性及填充性，而能覆盖铜面。但温度不可太高，否则会引起干膜的聚合而造成显像的困难。压膜前板子若能预热,