PCB制造流程及说明教学提纲.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PCB制造流程及说明-PCB制造流程及说明一.PCB演变1.1PCB扮演的角色PCB的功能为提供完成第一层级构装的组件与其它必须的电子电路零件接合的基地以组成一个具特定功能的模块或成品所以PCB在整个电子产品中扮演了整合连结总其成所有功能的角色也因此时常电子产品功能故障时最先被质疑往往就是PCB图1.1是电子构装层级区分示意1.2PCB的演变1.早于1903年Mr.AlbertHanson首创利用线路(Circuit)观念应用于电话交换机系统它是用金属箔予以切割成线路导体将之黏着于石蜡纸上上面同样贴上一

2、层石蜡纸成了现今PCB的机构雏型见图1.22.至1936年DrPaulEisner真正发明了PCB的制作技术也发表多项专利而今日之print-etch(photoimagetransfer)的技术就是沿袭其发明而来的1.3PCB种类及制法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1.3.1PCB种类A.以材质分a.有机材质酚醛树脂玻璃纤维/环氧树脂PolyamideBT/Epoxy等皆属之b.无机材质铝CopperInver-copperceramic等皆属之主要取其散热功能B.以成品软硬区分a.硬板RigidPC

3、Bb.软板FlexiblePCB见图1.3c.软硬板Rigid-FlexPCB见图1.4C.以结构分a.单面板见图1.5b.双面板见图1.6c.多层板见图1.7D.依用途分通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板,见图1.8BGA.另有一种射出成型的立体PCB因使用少不在此介绍1.3.2制造方法介绍A.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1.101.11C.尚有其它因应IC封装的变革延伸而出的一些先进制程本光盘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光盘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

4、二.制前准备2.1.前言台湾PCB产业属性几乎是以也就是受客户委托制作空板BareBoard而已不像美国很多PCBShop-是包括了线路设计空板制作以及装配(Assembly)的Turn-Key业务以前只要客户提供的原始数据如Drawing,Artwork,Specification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Micro-Modifier来修正尺寸等费时耗工的作业今天只

5、要在CAM(ComputerAidedManufacturing)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(DesignForManufacturing)自动排版并变化不同的生产条件同时可以output如钻孔成型测试治具等资料2.2.相关名词的定义与解说AGerberfile这是一个从PCBCAD软件输出的数据文件做为光绘图语言1960年代一家名叫GerberScientific现在叫GerberSystem专业做绘图机的美国公司所发展出的格式尔后二十年行销于世界四十多个国家几乎所有CAD系统的发展也都依此格式作其OutputData直接输入绘图机就可绘出Drawing或

6、Film因此GerberFormat成了电子业界的公认标准B.RS-274D是GerberFormat的正式名称正确称呼是EIASTANDARDRS-274D(ElectronicIndustriesAssociation)主要两大组成1.FunctionCode如Gcodes,Dcodes,Mcodes等2.Coordinatedata定义图像imagingC.RS-274X是RS-274D的延伸版本除RS-274D之Code以外包括RS-274XParameters或称整个extendedGerberformat它以两个字母为组合定义了绘图过程的一些特性D.IPC-350IPC-350是I

7、PC发展出来的一套neutralformat,可以很容易由PCBCAD/CAM产生,然后依此系统,PCBSHOP再产生NCDrillProgram,Netlist,并可直接输入LaserPlotter绘制底片.E.LaserPlotter见图2.1,输入Gerberformat或IPC350format以绘制ArtworkF.ApertureListandD-Codes见表2.1及图2.2,举一简单实例来说明两者关系,Aperture的定义亦见图2.12.3.制前设计流程2.3.1客户必须提供的数据电子厂或装配工厂委托PCBSHOP生产空板BareBoard时必须提供下列数据以供制作见表料号数

8、据表-供制前设计使用.上表数据是必备项目有时客户会提供一片样品,一份零件图一份保证书保证制程中使用之原物料耗料等不含某些有毒物质等这些额外数据厂商须自行判断其重要性以免误了商机2.3.2.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.B.原物料需求BOM-BillofMaterial根据上述资料审查分析后由BOM的展开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Copperfoil防焊油墨SolderMask文字油墨Legend等另外客户对于Fi

9、nish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钖OSP等表归纳客户规范中可能影响原物料选择的因素C.上述乃属新数据的审查,审查完毕进行样品的制作.若是旧资料,则须Check有无户ECO(EngineeringChangeOrder).再进行审查.D.排版排版的尺寸选择将影响该料号的获利率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生产力并降低不良率有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力但原物料成本增加很多.下列是一些考虑的方向一般制作成本直间接原物料约占总成本3060%包含了基板胶片铜箔防焊干膜钻头重金属铜钖铅化学耗品等而这些原物料的耗用直

10、接和排版尺寸恰当与否有关系大部份电子厂做线路Layout时会做连片设计以使装配时能有最高的生产力因此PCB工厂之制前设计人员应和客户密切沟通以使连片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可有最佳的利用率要计算最恰当的排版须考虑以下几个因素a.基材裁切最少刀数与最大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去b.铜箔胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好以免浪费c.连片时piece间最小尺寸以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸.e.不同产品结构有不同制作流程及不同的排版限制例如金手指板其排版间距须较大且有方向的考量其测试治具或测试次序规定也不

11、一样较大工作尺寸可以符合较大生产力但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升如何取得一个平衡点设计的准则与工程师的经验是相当重要的2.3.3着手设计所有数据检核齐全后开始分工设计A.流程的决定(FlowChart)由数据审查的分析确认后设计工程师就要决定最适切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.以下图标几种代表性流程供参考.见图2.3与图2.4B.CAD/CAM作业a.将GerberData输入所使用的CAM系统此时须将apertures和shapes定义好目前己有很多PCBCAM系统可接受IPC-350的格式部份CAM系统可产生外型NCRouting档不过一

12、般PCBLayout设计软件并不会产生此文件有部份专业软件或独立或配合NCRouter,可设定参数直接输出程序.Shapes种类有圆正方长方,亦有较复杂形状如内层之thermalpad等着手设计时Aperturecode和shapes的关连要先定义清楚否则无法进行后面一系列的设计b.设计时的Checklist依据checklist审查后当可知道该制作料号可能的良率以及成本的预估c.WorkingPanel排版注意事项PCBLayout工程师在设计时为协助提醒或注意某些事项会做一些辅助的记号做参考所以必须在进入排版前将之去除下表列举数个项目及其影响排版的尺寸选择将影响该料号的获利率因为基板是主要

13、原料成本排版最佳化可减少板材浪费而适当排版可提高生产力并降低不良率有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力但原物料成本增加很多.下列是一些考虑的方向一般制作成本直间接原物料约占总成本3060%包含了基板胶片铜箔防焊干膜钻头重金属铜钖铅金化学耗品等而这些原物料的耗用直接和排版尺寸恰当与否有关系大部份电子厂做线路Layout时会做连片设计以使装配时能有最高的生产力因此PCB工厂之制前设计人员应和客户密切沟通以使连片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可有最佳的利用率要计算最恰当的排版须考虑以下几个因素1.基材裁切最少刀数与最大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去2.铜箔胶片与干膜的使用

14、尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好以免浪费3.连片时piece间最小尺寸以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸4.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸.5不同产品结构有不同制作流程及不同的排版限制例如金手指板其排版间距须较大且有方向的考量其测试治具或测试次序规定也不一样较大工作尺寸可以符合较大生产力但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升如何取得一个平衡点设计的准则与工程师的经验是相当重要的进行workingPanel的排版过程中尚须考虑下列事项以使制程顺畅表排版注意事项d.底片与程序底片Artwork在CAM系统编辑排版完成后配合D-Code档案而由雷射绘图机LaserPlotte

15、r绘出底片所须绘制的底片有内外层之线路外层之防焊以及文字底片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亦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应注意事项如下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程序含一,二次孔钻孔程序以及外形Routing程序其中NCRouting程序一般须另行处理e.DFMDesignformanufacturing.PCBlayout工程师

16、大半不太了解PCB制作流程以及各制程需要注意的事项所以在Lay-out线路时仅考虑电性逻辑尺寸等而甚少顾及其它PCB制前设计工程师因此必须从生产力良率等考量而修正一些线路特性如圆形接线PAD修正成泪滴状见图2.5,为的是制程中PAD一孔对位不准时尚能维持最小的垫环宽度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所以不得不谨慎PCB厂必须有一套针对厂内制程上的特性而编辑的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Lay-out人员的沟通语言见图2.6.C.Tooling指AOI与电测Netlist檔.AOI由CADreference文件产生AOI系统可接受的数据且含容差而

17、电测Netlist档则用来制作电测治具Fixture2.4结语颇多公司对于制前设计的工作重视的程度不若制程,这个观念一定要改,因为随着电子产品的演变,PCB制作的技术层次愈困难,也愈须要和上游客户做最密切的沟通,现在已不是任何一方把工作做好就表示组装好的产品没有问题,产品的使用环境,材料的物,化性,线路Lay-out的电性,PCB的信赖性等,都会影响产品的功能发挥.所以不管软件,硬件,功能设计上都有很好的进展,人的观念也要有所突破才行.三.基板印刷电路板是以铜箔基板Copper-cladLaminate简称CCL做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件,故从事电路板之上下游业者必须对基板有所了

18、解:有那些种类的基板,它们是如何制造出来的,使用于何种产品,它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的基板.表3.1简单列出不同基板的适用场合.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Glassfiber及高纯度的导体(铜箔Copperfoil)二者所构成的复合材料Compositematerial其所牵涉的理论及实务不输于电路板本身的制作以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨.3.1介电层3.1.1树脂Resin3.1.1.1前言目前已使用于线路板之树脂类别很多,如酚醛树脂Phonetic环氧树脂Epoxy聚亚醯胺树脂Polyamide聚四氟乙烯Polytetrafluor

19、ethylene简称PTFE或称TEFLONB一三氮树脂BismaleimideTriazine简称BT等皆为热固型的树脂ThermosettedPlasticResin3.1.1.2酚醛树脂PhenolicResin是人类最早开发成功而又商业化的聚合物是由液态的酚phenol及液态的甲醛Formaldehyde俗称Formalin两种便宜的化学品在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥Crosslinkage的连续反应而硬化成为固态的合成材料其反应化学式见图3.11910年有一家叫Bakelite公司加入帆布纤维而做成一种坚硬强固绝缘性又好的材料称为Bakelite俗名为电木板或尿素板美国电子制

20、造业协会(NEMA-NationlElectricalManufacturersAssociation)将不同的组合冠以不同的编号代字而为业者所广用,现将酚醛树脂之各产品代字列表如表NEMA对于酚醛树脂板的分类及代码表中纸质基板代字的第一个X是表示机械性用途第二个X是表示可用电性用途第三个X是表示可用有无线电波及高湿度的场所P表示需要加热才能冲板子Punchable否则材料会破裂C表示可以冷冲加工coldpunchableFR表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃(FlameRetardent)或抗燃(Flameresistance)性纸质板中最畅销的是XXXPC及FR-2前者在温度25以上

21、,厚度在.062in以下就可以冲制成型很方便后者的组合与前完全相同只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性以下介绍几个较常使用纸质基板及其特殊用途:A常使用纸质基板a.XPCGrade通常应用在低电压低电流不会引起火源的消费性电子产品如玩具手提收音机电话机计算器遥控器及钟表等等UL94对XPCGrade要求只须达到HB难燃等级即可b.FR-1Grade电气性难燃性优于XPCGrade广泛使用于电流及电压比XPCGrade稍高的电器用品如彩色电视机监视器VTR家庭音响洗衣机及吸尘器等等UL94要求FR-1难燃性有V-0V-1与V-2不同等级不过由于三种等级板材价位差异不大而且考虑安全起见目前电器界

22、几乎全采用V-0级板材c.FR-2Grade在与FR-1比较下除电气性能要求稍高外其它物性并没有特别之处近年来在纸质基板业者努力研究改进FR-1技术FR-1与FR-2的性质界线已渐模糊,FR-2等级板材在不久将来可能会在偏高价格因素下被FR-1所取代B.其它特殊用途a.铜镀通孔用纸质基板主要目的是计划取代部份物性要求并不高的FR-4板材以便降低PCB的成本.b.银贯孔用纸质基板时下最流行取代部份物性要求并不很高的FR-4作通孔板材就是银贯孔用纸质基板印刷电路板两面线路的导通可直接借由印刷方式将银胶(SilverPaste)涂布于孔壁上经由高温硬化即成为导通体不像一般FR-4板材的铜镀通孔需经由

23、活化化学铜电镀铜锡铅等繁杂手续b-1基板材质1)尺寸安定性除要留意XY轴(纤维方向与横方向)外更要注意Z轴(板材厚度方向)因热胀冷缩及加热减量因素容易造成银胶导体的断裂2)电气与吸水性许多绝缘体在吸湿状态下降低了绝缘性以致提供金属在电位差趋动力下发生移行的现象FR-4在尺寸安性电气性与吸水性方面都比FR-1及XPC佳所以生产银贯孔印刷电路板时要选用特制FR-1及XPC的纸质基板.板材b.-2导体材质1)导体材质银及碳墨贯孔印刷电路的导电方式是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内藉由微粒的接触来导电而铜镀通孔印刷电路板则是借由铜本身是连贯的结晶体而产生非常顺畅的导电性2)延展性铜镀通孔上的铜是一种连续

24、性的结晶体有非常良好的延展性不会像银碳墨胶在热胀冷缩时容易发生界面的分离而降低导电度3)移行性银铜都是金属材质容易发性氧化还原作用造成锈化及移行现象因电位差的不同银比铜在电位差趋动力下容易发生银迁移(SilverMigration)c.碳墨贯孔(CarbonThroughHole)用纸质基板.碳墨胶油墨中的石墨不具有像银的移行特性石墨所担当的角色仅仅是作简单的讯号传递者所以PCB业界对积层板除了碳墨胶与基材的密着性翘曲度外并没有特别要求.石墨因有良好的耐磨性所以CarbonPaste最早期是被应用来取代KeyPad及金手指上的镀金而后延伸到扮演跳线功能碳墨贯孔印刷电路板的负载电流通常设计的很低

25、所以业界大都采用XPC等级至于厚度方面在考虑轻薄短小与印刷贯孔性因素下常通选用0.81.0或1.2mm厚板材d.室温冲孔用纸质基板其特征是纸质基板表面温度约40以下即可作Pitch为1.78mm的IC密集孔的冲模孔间不会发生裂痕并且以减低冲模时纸质基板冷却所造成线路精准度的偏差该类纸质基板非常适用于细线路及大面积的印刷电路板e.抗漏电压(Anti-Track)用纸质基板人类的生活越趋精致对物品的要求且也就越讲就短小轻薄当印刷电路板的线路设计越密集线距也就越小且在高功能性的要求下电流负载变大了那么线路间就容易因发生电弧破坏基材的绝缘性而造成漏电纸质基板业界为解决该类问题有供应采用特殊背胶的铜箔所

26、制成的抗漏电压用纸质基板2.1.2环氧树脂EpoxyResin是目前印刷线路板业用途最广的底材在液态时称为清漆或称凡立水Varnish)或称为A-stage玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现黏着性而用于双面基板制作或多层板之压合用称B-stageprepreg,经此压合再硬化而无法回复之最终状态称为C-stage2.1.2.1传统环氧树脂的组成及其性质用于基板之环氧树脂之单体一向都是BisphenolA及Epichlorohydrin用dicy做为架桥剂所形成的聚合物为了通过燃性试验(Flammabilitytest),将上述仍在液态的树脂再与Tetrabromo-Bispheno

27、lA反应而成为最熟知FR-4传统环氧树脂现将产品之主要成份列于后:单体-BisphenolA,Epichlorohydrin架桥剂(即硬化剂)-双氰Dicyandiamide简称Dicy速化剂(Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine(BDMA)及2-Methylimidazole(2-MI)溶剂-Ethyleneglycolmonomethyether(EGMME)Dimethyformamide(DMF)及稀释剂Acetone,MEK填充剂(Additive)-碳酸钙硅化物及氢氧化铝或化物等增加难燃效果填充剂可调整其Tg.A.单体及低分子量之树脂典型的传统树脂一般

28、称为双功能的环气树脂(DifunctionalEpoxyResin),见图3.2.为了达到使用安全的目的特于树脂的分子结构中加入溴原子使产生部份碳溴之结合而呈现难燃的效果也就是说当出现燃烧的条件或环境时它要不容易被点燃万一已点燃在燃烧环境消失后能自己熄灭而不再继续延烧见图3.3.此种难燃材炓在NEMA规范中称为FR-4(不含溴的树脂在NEMA规范中称为G-10)此种含溴环氧树脂的优点很多如介电常数很低与铜箔的附着力很强与玻璃纤维结合后之挠性强度很不错等B.架桥剂(硬化剂)环氧树脂的架桥剂一向都是Dicey,它是一种隐性的(latent)催化剂,在高温160之下才发挥其架桥作用常温中很安定故多层

29、板B-stage的胶片才不致无法储存但Dicey的缺点却也不少第一是吸水性(Hygroscopicity)第二个缺点是难溶性溶不掉自然难以在液态树脂中发挥作用早期的基板商并不了解下游电路板装配工业问题那时的dicey磨的不是很细其溶不掉的部份混在底材中经长时间聚集的吸水后会发生针状的再结晶,造成许多爆板的问题当然现在的基板制造商都很清处它的严重性,因此已改善此点.C.速化剂用以加速epoxy与dicey之间的架桥反应最常用的有两种即BDMA及2-MID.Tg玻璃态转化温度高分子聚合物因温度之逐渐上升导致其物理性质渐起变化由常温时之无定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞度非

30、常高,柔软如橡皮一般的另一种状态传统FR4之Tg约在115-120之间已被使用多年但近年来由于电子产品各种性能要求愈来愈高,所以对材料的特性也要求日益严苛如抗湿性抗化性抗溶剂性抗热性,尺寸安定性等都要求改进,以适应更广泛的用途,而这些性质都与树脂的Tg有关,Tg提高之后上述各种性质也都自然变好例如Tg提高后,a.其耐热性增强使基板在X及Y方向的膨胀减少使得板子在受热后铜线路与基材之间附着力不致减弱太多使线路有较好的附着力b.在Z方向的膨胀减小后使得通孔之孔壁受热后不易被底材所拉断c.Tg增高后其树脂中架桥之密度必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶剂性使板子受热后不易发生白点或织纹显露而有更好的

31、强度及介电性.至于尺寸的安定性,由于自动插装或表面装配之严格要求就更为重要了因而近年来如何提高环氧树脂之Tg是基板材所追求的要务E.FR4难燃性环氧树脂传统的环氧树脂遇到高温着火后若无外在因素予以扑灭时会不停的一直燃烧下去直到分子中的碳氢氧或氮燃烧完毕为止若在其分子中以溴取代了氢的位置使可燃的碳氢键化合物一部份改换成不可燃的碳溴键化合物则可大大的降低其可燃性此种加溴之树脂难燃性自然增强很多但却降低了树脂与铜皮以及玻璃间的黏着力而且万一着火后更会放出剧毒的溴气会带来的不良后果3.1.2.2高性能环氧树脂(MultifunctionalEpoxy)传统的FR4对今日高性能的线路板而言已经力不从心了

32、故有各种不同的树脂与原有的环氧树脂混合以提升其基板之各种性质A.Novolac最早被引进的是酚醛树脂中的一种叫Novolac者,由Novolac与环氧氯丙烷所形成的酯类称为EpoxyNovolacs见图3.4之反应式.将此种聚合物混入FR4之树脂可大大改善其抗水性抗化性及尺寸安定性,Tg也随之提高缺点是酚醛树脂本身的硬度及脆性都很高而易钻头加之抗化性能力增强,对于因钻孔而造成的胶渣(Smear)不易除去而造成多层板PTH制程之困扰B.TetrafunctionalEpoxy另一种常被添加于FR4中的是所谓四功能的环氧树脂(TetrafunctionalEpoxyResin).其与传统双功能环氧

33、树脂不同之处是具立体空间架桥,见图3.5Tg较高能抗较差的热环境且抗溶剂性抗化性抗湿性及尺寸安定性也好很多而且不会发生像Novolac那样的缺点最早是美国一家叫Polyclad的基板厂所引进的四功能比起Novolac来还有一种优点就是有更好的均匀混合为保持多层板除胶渣的方便起见此种四功能的基板在钻孔后最好在烤箱中以160烤2-4小时,使孔壁露出的树脂产生氧化作用氧化后的树脂较容易被蚀除而且也增加树脂进一步的架桥聚合,对后来的制程也有帮助因为脆性的关系,钻孔要特别注意.上述两种添加树脂都无法溴化,故加入一般FR4中会降低其难燃性.3.1.2.3聚亚醯胺树脂Polyimide(PI)A.成份主要由

34、Bismaleimide及MethyleneDianiline反应而成的聚合物,见图3.6.B.优点电路板对温度的适应会愈来愈重要某些特殊高温用途的板子已非环氧树脂所能胜任传统式FR4的Tg约120左右即使高功能的FR4也只到达180-190比起聚亚醯胺的260还有一大段距离.PI在高温下所表现的良好性质,如良好的挠性铜箔抗撕强度抗化性介电性尺寸安定性皆远优于FR4钻孔时不容易产生胶渣对内层与孔壁之接通性自然比FR4好而且由于耐热性良好其尺寸之变化甚少以X及Y方向之变化而言对细线路更为有利不致因膨胀太大而降低了与铜皮之间的附着力就Z方向而言可大大的减少孔壁铜层断裂的机会C.缺点:a.不易进行溴

35、化反应不易达到UL94V-0的难燃要求b.此种树脂本身层与层之间或与铜箔之间的黏着力较差不如环氧树脂那么强而且挠性也较差c.常温时却表现不佳有吸湿性(Hygroscopic),而黏着性延性又都很差d.其凡立水(Varnish,又称生胶水,液态树脂称之)中所使用的溶剂之沸点较高不易赶完容易产生高温下分层的现象而且流动性不好,压合不易填满死角e.目前价格仍然非常昂贵约为FR4的2-3倍故只有军用板或Rigid-Flex板才用的起在美军规范MIL-P-13949H中,聚亚醯胺树脂基板代号为GI.3.1.2.4聚四氟乙烯(PTFE)全名为Polyterafluoroethylene,分子式见图3.7.

36、以之抽丝作PTFE纤维的商品名为Teflon铁弗龙,其最大的特点是阻抗很高(Impedance)对高频微波(microwave)通信用途上是无法取代的美军规范赋与GTGX及GY三种材料代字,皆为玻纤补强type其商用基板是由3M公司所制目前这种材料尚无法大量投入生产其原因有:A.PTFE树脂与玻璃纤维间的附着力问题此树脂很难渗入玻璃束中因其抗化性特强许多湿式制程中都无法使其反应及活化在做镀通孔时所得之铜孔壁无法固着在底材上很难通过MILP-55110E中4.8.4.4之固着强度试验由于玻璃束未能被树脂填满很容易在做镀通孔时造成玻璃中渗铜(Wicking)的出现影响板子的可信赖度B.此四氟乙烯材

37、料分子结构非常强劲无法用一般机械或化学法加以攻击做蚀回时只有用电浆法.C.Tg很低只有19度c,故在常温时呈可挠性也使线路的附着力及尺寸安定性不好表为四种不同树脂制造的基板性质的比较.3.1.2.5BT/EPOXY树脂BT树脂也是一种热固型树脂是日本三菱瓦斯化成公司(MitsubishiGasChemicalCo.)在1980年研制成功是由Bismaleimide及TrigzineResinmonomer二者反应聚合而成其反应式见图3.8BT树脂通常和环氧树脂混合而制成基板A.优点a.Tg点高达180耐热性非常好BT作成之板材铜箔的抗撕强度(peelStrength)挠性强度亦非常理想钻孔后的

38、胶渣(Smear)甚少b.可进行难燃处理以达到UL94V-0的要求c.介质常数及散逸因子小因此对于高频及高速传输的电路板非常有利d.耐化性抗溶剂性良好e.绝缘性佳B.应用a.COB设计的电路板由于wirebonding过程的高温会使板子表面变软而致打线失败BT/EPOXY高性能板材可克服此点b.BGA,PGA,MCM-Ls等半导体封装载板半导体封装测试中有两个很重要的常见问题一是漏电现象或称CAF(ConductiveAnodicFilament),一是爆米花现象(受湿气及高温冲击)这两点也是BT/EPOXY板材可以避免的3.1.2.6CyanateEsterResin1970年开始应用于PC

39、B基材目前ChibaGeigy有制作此类树脂其反应式如图3.9A.优点a.Tg可达250使用于非常厚之多层板b.极低的介电常数(2.53.1)可应用于高速产品B.问题a.硬化后脆度高.b.对湿度敏感甚至可能和水起反应.3.1.2玻璃纤维3.1.2.1前言玻璃纤维(Fiberglass)在PCB基板中的功用是作为补强材料基板的补强材料尚有其它种如纸质基板的纸材Kelvar(Polyamide聚醯胺)纤维以及石英(Quartz)纤维本节仅讨论最大宗的玻璃纤维玻璃(Glass)本身是一种混合物其组成见表它是一些无机物经高温融熔合而成再经抽丝冷却而成一种非结晶结构的坚硬物体此物质的使用已有数千年的历史

40、做成纤维状使用则可追溯至17世纪真正大量做商用产品则是由Owen-Illinois及CorningGlassWorks两家公司其共同的研究努力后组合成Owens-CorningFiberglasCorporation于1939年正式生产制造3.1.2.2玻璃纤维布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等基材即是使用前者CEM3基材则采用后者玻璃席A.玻璃纤维的特性原始融熔态玻璃的组成成份不同会影响玻璃纤维的特性不同组成所呈现的差异表中有详细的

41、区别而且各有独特及不同应用之处按组成的不同(见表)玻璃的等级可分四种商品A级为高碱性C级为抗化性E级为电子用途S级为高强度电路板中所用的就是E级玻璃主要是其介电性质优于其它三种玻璃纤维一些共同的特性如下所述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功击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

42、的E级玻璃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玻纤布的制作玻璃纤维布的制作是一系列专业且投资全额庞大的制程本章略而不谈3.2铜箔(copperfoil)早期线路的设计粗粗宽宽的,厚度要求亦不挑剔,但演变至今日线宽3,4mil,甚至更细(现国内已有工厂开发1mil线宽),电阻要求严苛.抗撕强度,表面Profile等也都详加规定.所以对铜箔发展的现况及驱势就必须进一步了解.3.2.1传统铜箔3.2.1.1辗轧法(Rolled-orWroughtMethod)是将铜块经多次辗轧制作而成其所辗出之宽度受到技术限制很难达到标准尺寸基板的要求(3呎

43、*4呎),而且很容易在辗制过程中造成报废因表面粗糙度不够,所以与树脂之结合能力比较不好而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化(HeattreatmentorAnnealing),故其成本较高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-profileSurface,对于一些Microwave电子应用是一利基.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.3.2.1.2电镀法(ElectrodepositedMethod)最常使用于基板上的铜箔就是ED铜.利用各种废弃之电线电缆熔解成硫酸铜镀液在殊特深入地

44、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600ASF之高电流密度将柱状(Columnar)结晶的铜层镀在表面非常光滑又经钝化的(passivated)不锈钢大桶状之转胴轮上(Drum)因钝化处理过的不锈钢胴轮上对铜层之附着力并不好故镀面可自转轮上撕下如此所镀得的连续铜层,可由转轮速度电流密度而得不同厚度之铜箔贴在转胴之光滑铜箔表面称为光面(Drumside),另一面对镀液之粗糙结晶表面称为毛面(Matteside).此种铜箔:A.优点a.价格便宜.b.可有各种尺寸与厚度.B.缺点.a.延展性差,b.应力极高无法挠曲又很容易折断.3.2.1.3厚度单位一般生产铜箔业者为计算成本,方

45、便订价多以每平方呎之重量做为厚度之计算单位如1.0Ounce(oz)的定义是一平方呎面积单面覆盖铜箔重量1oz(28.35g)的铜层厚度.经单位换算35微米(micron)或1.35mil.一般厚度1oz及1/2oz而超薄铜箔可达1/4oz,或更低.3.2.2新式铜箔介绍及研发方向3.2.2.1超薄铜箔一般所说的薄铜箔是指0.5oz(17.5micron)以下表三种厚度则称超薄铜箔3/8oz以下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copperfoil),否则很容易造成损伤所用之载体有两类一类是以传统ED铜箔为载体,厚约2.1mil.另一类载体是铝箔,厚

46、度约3mil.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5mil以下更需要超薄铜箔,以减少蚀刻时的过蚀与侧蚀.3.2.2.2辗轧铜箔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(Stress)ED铜箔应力高但后来线路板业者所镀上的一次铜

47、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容易断制.因此辗轧铜箔是一解决之途若是成本的考量,Grade2,E-Type的high-ductility或是Grade2,E-TypeHTE铜箔也是一种选择.国际制造铜箔大厂多致力于开发ED细晶产品以解决此问题.3.2.2.3铜箔的表面处理A传统处理法ED铜箔从Drum撕下后会继续下面的处理步骤a.BondingStage在粗面(MatteSide)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Nodulization目的在增加表面积其厚度约20004000Ab.Thermalbarriertreatments-瘤化完成后再于其上镀一层黄铜(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)也是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其厚度约5001000Ac.Stabilization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(passivation