PCB制作流程工艺简介.pptx
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1、PCB的演变1.1.早於早於19031903年年Mr.Albert HansonMr.Albert Hanson首創利用首創利用“線路線路”(Circuit)Circuit)觀念應用於電話交換機系統。它是用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,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,成了現今上面同樣貼上一層石蠟紙,成了現今PCBPCB的機構雛的機構雛型。見型。見下下圖圖: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。而今日之print-etch(photoimage transfe
2、r)的技術,就是沿襲其發明而來的。PCB的种类A.以材質分 a.有機材質 酚醛樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、聚酰亚胺等。b.無機材質 鋁、陶瓷等皆屬之。主要起散熱功能 B.以成品軟硬區分 a.硬板 Rigid PCB b.軟板 Flexible PCB 見下左圖:c.軟硬板 Rigid-Flex PCB 見右圖C.C.以结构分以结构分1.1.单面板单面板2.2.双面板双面板3.3.多层板多层板D.依用途分:通信/耗用性電子/軍用/電腦/半導體/電測板 双面喷锡板正片生产工艺流程图双面喷锡板负片生产工艺流程图双面沉镍金板正片工艺流程图:双面沉锡/沉银板正片工艺流程图:1.钻孔制程目的制程目的制程目的
3、制程目的 单面或双面板的制作都是在下料之后直接进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行非导通孔或导通孔的钻孔,多层板则是在完成压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单的区分外,以功能的不同尚可分以功能的不同尚可分:零件孔零件孔,工具孔工具孔,通孔通孔(Via),(Via),盲孔盲孔(Blind hole),(Blind hole),埋孔埋孔(Buried hole)(Buried hole)(后后二者亦为二者亦为via holevia hole的一种的一种).).近年电子产品近年电子产品 轻轻
4、.薄薄.短短.小小.快快.的发展趋势的发展趋势,使得钻孔技术一日千里使得钻孔技术一日千里,机钻机钻,雷射烧孔雷射烧孔,感光成孔等感光成孔等.流程流程流程流程:上上PINPIN钻孔钻孔检查检查钻头的介绍钻头的介绍:钻针材料钻针材料 钻针组成材料主要有三钻针组成材料主要有三:a.a.硬度高耐磨性强的碳化钨硬度高耐磨性强的碳化钨 (Tungsten Carbide,WC)(Tungsten Carbide,WC)b.b.耐冲击及硬度不错的钴耐冲击及硬度不错的钴 (Cobalt)(Cobalt)c.c.有机黏着剂有机黏着剂.三种粉末按比例均匀混合之后三种粉末按比例均匀混合之后,于精密控制的焚炉中于高温
5、中在模子中烧结于精密控制的焚炉中于高温中在模子中烧结 (Sinter)(Sinter)而成而成.其成份约有其成份约有 94%94%是碳化钨是碳化钨,6%,6%左右是钴。左右是钴。耐磨性和硬度是钻针评估耐磨性和硬度是钻针评估的重点其合金粒子愈细能提高硬度以及适合钻小孔的重点其合金粒子愈细能提高硬度以及适合钻小孔.通常其合金粒子小于通常其合金粒子小于1 micron.1 micron.B.B.外型结构外型结构 钻针之外形结构可分成三部份钻针之外形结构可分成三部份,见下图见下图,即钻尖即钻尖 (drill point)(drill point)、退屑槽、退屑槽 (或退刃槽或退刃槽 Flute)Flu
6、te)、及握柄及握柄 (handle,shank)(handle,shank)。盖板盖板盖板盖板 Entry Board(Entry Board(进料板进料板进料板进料板)的作用的作用 A.A.盖板的功用有盖板的功用有:a.a.定位定位 b.b.散热散热 c.c.减少毛头减少毛头 d.d.钻头的清扫钻头的清扫 e.e.防止压力脚直接压伤铜面防止压力脚直接压伤铜面 B.B.盖板的材料盖板的材料:以下简述其种类及优缺点以下简述其种类及优缺点 a.a.复合材料复合材料-是用木浆纤维或纸材是用木浆纤维或纸材,配合酚醛树脂当成黏着剂热压而配合酚醛树脂当成黏着剂热压而 成的。其材质与单面成的。其材质与单面
7、板之基材相似。此种材料最便宜板之基材相似。此种材料最便宜.b.b.铝箔压合材料铝箔压合材料 是用薄的铝箔压合在上下两层,中间填去脂及去化学品的是用薄的铝箔压合在上下两层,中间填去脂及去化学品的 纯木屑纯木屑.c.c.铝合金板铝合金板 530mil,530mil,各种不同合金组成各种不同合金组成,价格最贵价格最贵 上述材料依各厂之产品层次上述材料依各厂之产品层次,环境及管理环境及管理.成本考虑做最适当的选择成本考虑做最适当的选择.其质量标准其质量标准 必须必须:表面平表面平滑滑,板子平整板子平整,没有杂质没有杂质,油脂油脂,散热要好散热要好.垫板垫板垫板垫板 BackBackup boardup
8、 board A.A.垫板的功用有:垫板的功用有:a.a.保护钻机之台面保护钻机之台面 ,b.b.防止出口性毛头防止出口性毛头(Exit Burr(Exit Burr)c.c.降低钻针温度。降低钻针温度。d.d.清洁钻针沟槽中之胶渣。清洁钻针沟槽中之胶渣。B.B.材料种类:材料种类:.复合材料复合材料-其制造法与纸质基板类似,但以木屑为基础,再混合含酸或盐类的黏着剂,其制造法与纸质基板类似,但以木屑为基础,再混合含酸或盐类的黏着剂,高温高压下压合硬化成为一体而硬度很高的板子高温高压下压合硬化成为一体而硬度很高的板子.b.b.酚醛树脂板(酚醛树脂板(phenolicphenolic)价格比上述的
9、合板要贵一些,也就是一般单面板的基材价格比上述的合板要贵一些,也就是一般单面板的基材.c.c.铝箔压合板铝箔压合板 与盖板同与盖板同 上下两面铝箔,中层为折曲同质的纯铝箔,空气可以自由流通其间,一如石棉浪一样。上下两面铝箔,中层为折曲同质的纯铝箔,空气可以自由流通其间,一如石棉浪一样。垫板的选择一样依各厂条件来评估垫板的选择一样依各厂条件来评估.其重点在其重点在:不含有机油脂不含有机油脂,屑够软不伤孔壁屑够软不伤孔壁,表面够硬表面够硬,板厚均匀板厚均匀,平整等平整等.2.沉铜工艺(PTH)制程目的制程目的制程目的制程目的 双面板以上完成钻孔后即进行镀通孔双面板以上完成钻孔后即进行镀通孔(Pla
10、ted Through Hole,PTH)(Plated Through Hole,PTH)步骤,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),(metalization),以以进行后来之电镀铜制程进行后来之电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。完成足够导电及焊接之金属孔壁。19861986年,美国有一家化学公司年,美国有一家化学公司Hunt Hunt 宣布宣布PTHPTH不再需要传统的贵金属及无不再需要传统的贵金属及无电铜的金属化制程电铜的金属化制程,可用碳粉的涂布成为通电的媒介,商名为可用碳粉的涂
11、布成为通电的媒介,商名为“Black holeBlack hole”。流程流程:去毛刺去毛刺上板上板膨松膨松水洗水洗水洗水洗除胶渣除胶渣预中和预中和水洗水洗22中和中和 水洗水洗水洗水洗整孔整孔水洗水洗水洗水洗微蚀微蚀水洗水洗水洗水洗酸洗酸洗(H2SO4)(H2SO4)水洗水洗水洗水洗预浸预浸活化活化水洗水洗水洗水洗加速加速水洗水洗水洗水洗沉铜沉铜水洗水洗 水洗水洗下板下板 各缸的作用各缸的作用:(一)碱性除油(一)碱性除油 作用与目的:作用与目的:除去板面油污,指印,氧化物,孔内粉尘;对孔壁基材进行极性调整(使孔壁由负电除去板面油污,指印,氧化物,孔内粉尘;对孔壁基材进行极性调整(使孔壁由负
12、电荷调整为正电荷)便于后工序中胶体钯的吸附;荷调整为正电荷)便于后工序中胶体钯的吸附;多为碱性除油体系,也有酸性体系,但酸性除油体系较碱性除油体系无论除油效果,多为碱性除油体系,也有酸性体系,但酸性除油体系较碱性除油体系无论除油效果,还是电荷调整效果都差,表现在生产上即沉铜背光效果差,孔壁结合力差,板面除油还是电荷调整效果都差,表现在生产上即沉铜背光效果差,孔壁结合力差,板面除油不净,容易产生脱皮起泡现象。不净,容易产生脱皮起泡现象。碱性体系除油与酸性除油相比:操作温度较高,清洗较困难;因此在使用碱性除油碱性体系除油与酸性除油相比:操作温度较高,清洗较困难;因此在使用碱性除油体系时,对除油后清
13、洗要求较严体系时,对除油后清洗要求较严 除油调整的好坏直接影响到沉铜背光效果;除油调整的好坏直接影响到沉铜背光效果;(二)微蚀:(二)微蚀:作用与目的:作用与目的:除去板面的氧化物,粗化板面,保证后续沉铜层与基材底铜之间良好的结合力;除去板面的氧化物,粗化板面,保证后续沉铜层与基材底铜之间良好的结合力;新生成的铜面具有很强的活性,可以很好吸附胶体钯;新生成的铜面具有很强的活性,可以很好吸附胶体钯;(三)预浸(三)预浸/活化:活化:预浸目的与作用:主要是保护钯槽免受前处理槽液的污染,延长钯槽的使用预浸目的与作用:主要是保护钯槽免受前处理槽液的污染,延长钯槽的使用寿命,主要成分除氯化钯外与钯槽成份
14、一致,可有效润湿孔壁,便于后续活寿命,主要成分除氯化钯外与钯槽成份一致,可有效润湿孔壁,便于后续活化液及时进入孔内活化使之进行足够有效的活化;化液及时进入孔内活化使之进行足够有效的活化;活化的目的与作用:经前处理碱性除油极性调整后,带正电的孔壁可有效吸活化的目的与作用:经前处理碱性除油极性调整后,带正电的孔壁可有效吸附足够带有负电荷的胶体钯颗粒,以保证后续沉铜的均匀性,连续性和致密附足够带有负电荷的胶体钯颗粒,以保证后续沉铜的均匀性,连续性和致密性;因此除油与活化对后续沉铜的质量起着十分重要的作用性;因此除油与活化对后续沉铜的质量起着十分重要的作用.(四)加速:(四)加速:作用与目的:可有效除
15、去胶体钯颗粒外面包围的亚锡离子,使胶体颗粒中的作用与目的:可有效除去胶体钯颗粒外面包围的亚锡离子,使胶体颗粒中的钯核暴露出来,以直接有效催化启动化学沉铜反应,钯核暴露出来,以直接有效催化启动化学沉铜反应,(五)沉铜(五)沉铜 作用与目的:通过钯核的活化诱发化学沉铜自催化反应,新生成的化学铜作用与目的:通过钯核的活化诱发化学沉铜自催化反应,新生成的化学铜和反应副产物氢气都可以作为反应催化剂催化反应,使沉铜反应持续不断进和反应副产物氢气都可以作为反应催化剂催化反应,使沉铜反应持续不断进行。通过该步骤处理后即可在板面或孔壁上沉积一层化学铜。行。通过该步骤处理后即可在板面或孔壁上沉积一层化学铜。原理:
16、利用甲醛在碱性条件下的还原性来还原被络合的可溶性铜盐。原理:利用甲醛在碱性条件下的还原性来还原被络合的可溶性铜盐。空气搅拌:槽液要保持正常的空气搅拌,目的是氧化槽液中的亚铜离子和槽空气搅拌:槽液要保持正常的空气搅拌,目的是氧化槽液中的亚铜离子和槽液中的铜粉,使之转化为可溶性的二价铜。液中的铜粉,使之转化为可溶性的二价铜。厚化铜基本观念厚化铜基本观念 a.a.厚化铜也仍然采用与传统无电铜相似的配方,即仍以铜离子、强碱、及甲厚化铜也仍然采用与传统无电铜相似的配方,即仍以铜离子、强碱、及甲醛做为反应的原动力,但与温度及其所产生的副产物关系较大。醛做为反应的原动力,但与温度及其所产生的副产物关系较大。
17、b.b.无电铜因厚度很薄无电铜因厚度很薄,内应力内应力(inner Stress)(inner Stress)影响不大故不需重视,但厚化铜影响不大故不需重视,但厚化铜则必须考虑。也就是说厚化铜与板面铜箔间的附着力也为关键则必须考虑。也就是说厚化铜与板面铜箔间的附着力也为关键 ,应特别注意,应特别注意其镀前活化之过程如整孔及微蚀是否完美。控制不好时可能发生孔壁剥离其镀前活化之过程如整孔及微蚀是否完美。控制不好时可能发生孔壁剥离(pull away)(pull away)及板面脱皮。及板面脱皮。c.c.厚化铜之外表能接受油墨或干膜之附着,所以印刷前尽少做磨刷或其它化厚化铜之外表能接受油墨或干膜之附
18、着,所以印刷前尽少做磨刷或其它化学粗化。在阻剂完成转移后又要能耐得环境的氧化学粗化。在阻剂完成转移后又要能耐得环境的氧化,而且也要耐得最低起码的而且也要耐得最低起码的活性清洗及活化。活性清洗及活化。d.d.厚化铜主要的目的是既能完成非导体的金属化同时又可取代一次镀铜厚化铜主要的目的是既能完成非导体的金属化同时又可取代一次镀铜 ,能,能够发挥大量的设备、人力、物料、及操作时间的节省,但化学铜槽本身比传够发挥大量的设备、人力、物料、及操作时间的节省,但化学铜槽本身比传统的无电铜要贵,管理不易,要利用特定的自动添加设备。统的无电铜要贵,管理不易,要利用特定的自动添加设备。直接电镀种类直接电镀种类直接
19、电镀种类直接电镀种类 大致上可归为三种替代铜的导体大致上可归为三种替代铜的导体 A.Carbon-A.Carbon-碳粉碳粉(Graphite(Graphite同同)B.Conductive Polymer-B.Conductive Polymer-导体高分子导体高分子 C.Palladium-C.Palladium-钯金属钯金属 3.3.外层线路外层线路制程目的制程目的制程目的制程目的 经钻孔及通孔电镀后经钻孔及通孔电镀后,内外层已连通内外层已连通,本制程在制作外层线路本制程在制作外层线路,以达电性的完整以达电性的完整.制作流程制作流程制作流程制作流程 铜面处理铜面处理压膜压膜曝光曝光显像显
20、像 依干膜发展的历史可分下列三种类型依干膜发展的历史可分下列三种类型:溶剂显像型溶剂显像型 半水溶液显像型半水溶液显像型 碱水溶液显像型碱水溶液显像型 一般压膜条件为:一般压膜条件为:压膜热轮温度压膜热轮温度 1201012010 板面温度板面温度 50105010 压膜速度压膜速度 1.02.51.02.5米分米分 压力压力 40-60 psi40-60 psi 曝光曝光 Exposure 曝光机种类曝光机种类曝光机种类曝光机种类 手动与自动手动与自动 平行光与非平行光平行光与非平行光 LDILDI雷射直接暴光雷射直接暴光 A.A.手动曝光机,是将将欲曝板子上下底片以手动定手动曝光机,是将将
21、欲曝板子上下底片以手动定PINPIN对位后,送入机对位后,送入机台面,台面,吸真空后曝光。吸真空后曝光。B.B.自动曝机一般含装载自动曝机一般含装载/卸载,须于板子外框先做好工具孔,做初步定卸载,须于板子外框先做好工具孔,做初步定 位再由机台上之位再由机台上之CCDCCD,检查底片与孔的对位状况,并做微调后入曝光区曝,检查底片与孔的对位状况,并做微调后入曝光区曝 光。光。依目前的精密须求程度,不以视觉机器自动对位,恐怕做不到好质量的依目前的精密须求程度,不以视觉机器自动对位,恐怕做不到好质量的 板子。板子。平行光与非平行光曝光机的对比平行光与非平行光曝光机的对比:干膜环境的要求干膜环境的要求
22、线路板之细线及高密度要求渐严,其成功的契机端赖各种精密的控制。干膜线路板之细线及高密度要求渐严,其成功的契机端赖各种精密的控制。干膜 转移影像转移影像之精准除了上述各种生产技术外,环境的完善也占有很大的比重。之精准除了上述各种生产技术外,环境的完善也占有很大的比重。A.A.首先要注意到的是无尘室首先要注意到的是无尘室(Clean Room)(Clean Room)的建立,一般常说的无尘室是以的建立,一般常说的无尘室是以 美国联美国联邦标准邦标准Fed.STD 209 Fed.STD 209 做为分级的规范,是以每立方呎的空气中做为分级的规范,是以每立方呎的空气中 所含大于所含大于0.50.5微
23、米的尘微米的尘粒之数目粒之数目(PPCF)(PPCF)作为分级的,可分为三级,见表作为分级的,可分为三级,见表 三者间之维护与安装费用相差极大,三者间之维护与安装费用相差极大,class 100 class 100 级多用在集成电路程级多用在集成电路程(IC)(IC)之晶圆制造上。之晶圆制造上。至于精密线路板之干膜压膜及曝光区则至于精密线路板之干膜压膜及曝光区则10,00010,000级已够。级已够。B.B.无尘室质量之控制有三要件,防止外界尘埃之进入、避免内部产生、及清无尘室质量之控制有三要件,防止外界尘埃之进入、避免内部产生、及清 除内除内部既有之尘量;需在环境系统上加装进气之过滤设备、工
24、作人员穿戴部既有之尘量;需在环境系统上加装进气之过滤设备、工作人员穿戴 不易起尘之工作不易起尘之工作服、鞋、手套、头罩。室内装配则应采表面平滑的墙板、服、鞋、手套、头罩。室内装配则应采表面平滑的墙板、无缝地板、气密式之照明及无缝地板、气密式之照明及公共设施、进出口之公共设施、进出口之 Air ShowerAir Shower,室内送风则,室内送风则 采水平层流采水平层流(Laminar Flow)(Laminar Flow)及垂直层流及垂直层流方式以消除气流的死角方式以消除气流的死角,避免尘埃的避免尘埃的 聚积。聚积。C.C.干膜区之照明为黄色光源以避免干膜于正式曝光前先感光,此种黄光波长干膜
25、区之照明为黄色光源以避免干膜于正式曝光前先感光,此种黄光波长 必须在必须在500 n m(naro-meter500 n m(naro-meter为为10 m10 m,或,或5000A)5000A),比,比500nm500nm短的光源中含短的光源中含 有紫外线而导致干有紫外线而导致干膜之局部感光,市面上有金黄色日光灯管出售,在一般膜之局部感光,市面上有金黄色日光灯管出售,在一般 日光灯外加装橘黄色灯罩也可日光灯外加装橘黄色灯罩也可使用。使用。4.电镀 利用电解的方法使金属或合金沉积在工件表面利用电解的方法使金属或合金沉积在工件表面,以形成均匀以形成均匀.致密致密.结合力良好的金属层结合力良好的
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