pcb制造流程介绍

pcb制造流程介绍内容摘要：

性都很高而易鑽頭，加之抗化性能力增強 ,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 四功能的環氧樹脂 (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其與傳統 雙功能 環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 境，且抗溶劑性、抗化性、抗濕性及尺寸安定性也好很多，而且不會發生像 Novolac 那樣的缺點。 最早是美國一家叫 Polyclad 的基板廠所引進的。 四功能比起 Novolac 來還有一種優點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，而且也增加樹脂進一步的架橋聚合 ,對後來的製程也有幫助。 因為脆性的關係 , 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 反應而成的聚合物 ,見圖 . B. 優點 電路板對溫度的適應會愈來愈重要，某些特殊高溫用途的板子，已非環氧樹脂所能勝任，傳統式 FR4 的 Tg 約 120℃ 左右，即使高功能的 FR4 也只到達 180190 ℃，比起聚亞醯胺的 260 ℃ 還有一大段距離 .PI 在高溫下所表現的良好性質 ,如良好的撓性、銅箔抗撕強度、抗化性、介電性 、尺寸安定性皆遠優於 FR4。 鑽孔時不容易產生膠渣，對內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會。 C. 缺點 : ，不易達到 UL94 V0 的難燃要求。 ，或與銅箔之間的黏著力較差，不如環氧樹脂那麼強，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 ,液態樹脂稱之 )中所使用的溶劑之沸點較高，不易趕完，容易產生高溫下分層的現象。 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 在美軍規範 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，美軍規範賦與 GT、 GX、及 GY 三種材料代字 ,皆為玻纖補強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，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，許多濕式製程中都無法使其反應及活化，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 之固著強度試驗。 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，影響板子的可信賴度。 B. 此四氟乙烯材料分子結構，非常強勁無法用一般機械或化學法加以攻擊， 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 二者反應聚合而成。 其反應式見圖。 BT 樹脂通常和環氧樹脂混合而製成基板。 A. 優點 a. Tg 點高達 180℃，耐熱性非常好， BT 作成之板材，銅箔的抗撕強度 (peel Strength)，撓性強度亦非常理想鉆孔後的膠渣 (Smear)甚少 b. 可進行難燃處理，以達到 UL94V0 的要求 c. 介質常數及散逸因數小，因此對於高頻及高速傳輸的電 路板非常有利。 d. 耐化性，抗溶劑性良好 e. 絕緣性佳 B. 應用 a. COB 設計的電路板 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。 b. BGA ,PGA, MCMLs 等半導體封裝載板 半導體封裝測試中，有兩個很重要的常見問題，一是漏電現象，或稱 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花現象 (受濕氣及高溫衝 擊 )。 這兩點也是 BT/EPOXY 板材可以避免的。 Cyanate Ester Resin 1970 年開始應用於 PCB 基材，目前 Chiba Geigy 有製作此類樹脂。 其反應式如圖。 A. 優點 a. Tg 可達 250℃，使用於非常厚之多層板 b. 極低的介電常數 (~)可應用於高速產品。 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 . 玻璃纖維 前言 玻璃纖維 (Fiberglass)在 PCB 基板中的功用，是作為補強材料。 基板的補強材 料尚有其它種，如紙質基板的紙材， Kelvar(Polyamide聚醯胺 )纖維，以及石英 (Quartz)纖維。 本節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物經高溫融熔合而成，再經抽絲冷卻而成一種非結晶結構的堅硬物體。 此物質的使用，已有數千年的歷史。 做成纖維狀使用則可追溯至 17世紀。 真正大量做商用產品，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 年正式生產製造。 玻璃纖維布 玻璃纖維的製成可分兩種，一種是連續式 (Continuous)的纖維另一種則是不連續式 (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，不同組成所呈現的差異，表中有詳細的區別，而且各有獨特及不同應用之處。 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級為高強度。 電路板中所用的就是 E 級玻璃，主要是其介電性質優於其它三種。 －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，玻璃有極高強度。 在某些應用上，其強度 /重量比甚至超過鐵絲。 ：玻璃纖維為無機物，因此不會燃燒 ：可耐大部份的化學品，也不為黴菌，細菌的滲入及昆蟲的功擊。 ：玻璃並不吸水，即使在很潮濕的環境，依然保持它的機械強度。 性質：玻纖有很低的熬線性膨脹係數，及高的熱導係數，因此在高溫環境下有極佳的表現。 ：由於玻璃纖維的不導電性，是一個很好的絕緣物質的選擇。 PCB 基材所選擇使用的 E 級玻璃，最主要的是其非常優秀的抗水性。 因此在非常潮濕，惡劣的環境下，仍然保有非常好的電性及物性一如尺寸穩定度。 －玻纖布的製作： 玻璃纖維布的製作，是一係列專業且投資全額龐大的製程本章略而不談． 銅箔 (copper foil) 早期線路的設計粗粗寬寬的 ,厚度要求亦不挑剔 ,但演變至今日線寬 3,4mil,甚至更細 (現國內已有工廠開發 1 mil線寬 ),電阻要求嚴苛 .抗撕強度 ,表面 Profile 等也都詳加規定 .所以對銅箔發展的現況及驅勢就必須進一步了解 . 傳統銅箔 輾軋法 (Rolledor Wrought Method) 是將銅塊經多次輾軋製作而成，其所輾出之寬度受到技術限制很難達到標準尺寸基板的要求 (3 呎 *4 呎 ) ,而且很容易在輾製過程中造成報廢，因表面粗糙度不夠 ,所以與樹脂之結合能力比較不好，而且製造過程中所受應力需要做熱處理之回火軔化 (Heat treatment or Annealing),故其成本較高。 A. 優點 . a. 延展性 Ductility 高 ,對 FPC 使用於動態環境下 ,信賴度極佳 . b. 低的表面稜線 Lowprofile Surface,對於一些 Microwave 電子應用是一利基 . B. 缺點 . a. 和基材的附著力不好 . b. 成本較高 . c. 因技術問題 ,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) 結晶的銅層鍍在表面非常光滑又經鈍化的 (passivated) 不銹鋼大桶狀之轉胴輪上 (Drum)，因鈍化處理過的不銹鋼胴輪上對銅層之附著力並不好，故鍍面可自轉輪上撕下，如此所鍍得的連續銅層 ,可由轉輪速度，電流密度而得不同厚度之銅箔，貼在轉胴之光滑銅箔表面稱為光面 (Drum side ), 另一面對鍍液之粗糙結晶表面稱為毛面 (Matte side) .此種銅箔 : PCB 制造流程及說明 10 A. 優點 a. 價格便宜 . b. 可有各種尺寸與厚度 . B. 缺點 . a. 延展性差 , b. 應力極高無法撓曲又很容易折斷 . 厚度單位 一般生產銅箔業者為計算成本 , 方便訂價，多以每平方呎之重量做為厚度之計算單位， 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 1/4 oz,或更低 . 新式銅箔介紹及研發方向 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 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 .補救之道是降低電流密度 ,讓結晶變細 . 細線路 ,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蝕 . 輾軋銅箔 對薄銅箔超細線路而言，導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晶結構粗糙在高溫焊接時容易造成 XY 的斷裂也是一項難以解決的問題。 輾軋銅箔除了細晶之外還有另一項長處那就是應力很低 (Stress)。 ED 銅箔應力高，但後來線路板業者所鍍上的一次銅或二次銅的應力就沒有那麼高。 於是造成二者在溫度變化時使細線容易斷製 .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 ED細晶產品以解決此問題 . 銅箔的表面處理 A 傳統處理法 ED 銅箔從 Drum 撕下後，會繼續下面的處理步驟： 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。