PCB技术详解手册

1、PCB技术详解手册 中国PCB技术网整理上传 PCB论坛网交流旺区 PCB人才网找工作，找人才好地方 http:/ http:/ http:/ P.C.B. P.C.B. 製製 程程 綜綜 覽覽 LONG WIDTH VIOLATION NICKS PROTRUSION DISHDOWN FINE OPEN SURFACE SHORT WIDE SHORT FINE SHORT SHAVED PAD SPACING WIDTH VIOLATION PINHOLE NICK OVERETCHED PAD COPPER SPLASH MISSING PAD Missing Junction Mis

2、sing Open 一一. . PCBPCB演變演變 1.1 1.1 PCBPCB扮演的角色扮演的角色 PCBPCB的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電子電路零件接的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電子電路零件接 合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以PCBPCB在整個電子產品中在整個電子產品中 ，扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時，扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時， 最先被質疑往往就是最先被質疑往往就是PCBPCB。圖圖1.11.1是電子構裝層級區分

3、示意。是電子構裝層級區分示意。 圖1.1 晶圓 第0層次 第1層次 (Module) 第2層次 (Card) 第3層次 (Board) 第4層次 (Gate) 1.2 1.2 PCBPCB的演變的演變 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)觀念應用於電觀念應用於電 話話 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 ，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P

4、CBPCB的機構雛型。的機構雛型。見圖見圖1.21.2 2. 2. 至至19361936年，年，Dr Paul EisnerDr Paul Eisner真正發明了真正發明了PCBPCB的製作技術，也發表多項專的製作技術，也發表多項專 利利 。而今日之而今日之print-etch(photoimage transfer)print-etch(photoimage transfer)的技術，就是沿襲其發的技術，就是沿襲其發 明明 而來的。而來的。 圖1.2 1.3 1.3 PCBPCB種類及製法種類及製法 在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子產品及其特殊需求。在材料、層次、製程上的多樣化以

5、適合不同的電子產品及其特殊需求。 以下就歸納一些通用的區別辦法以下就歸納一些通用的區別辦法, ,來簡單介紹來簡單介紹PCBPCB的分類以及它的製造方法。的分類以及它的製造方法。 1.3.1 1.3.1 PCBPCB種類種類 A. A. 以材質分以材質分 a. a. 有機材質有機材質 酚醛樹脂、玻璃纖維酚醛樹脂、玻璃纖維/ /環氧樹脂、環氧樹脂、PolyimidePolyimide、BT/EpoxyBT/Epoxy等皆屬之。等皆屬之。 b. b. 無機材質無機材質 鋁、鋁、Copper-invar-copperCopper-invar-copper、ceramicceramic等皆屬之。主要取其

6、散熱功能等皆屬之。主要取其散熱功能 B. B. 以成品軟硬區分以成品軟硬區分 a. a. 硬板硬板 Rigid PCB Rigid PCB b. b. 軟板軟板 Flexible PCB Flexible PCB 見圖見圖1.31.3 c. c. 軟硬板軟硬板 Rigid-Flex PCB Rigid-Flex PCB 見圖見圖1.41.4 C. C. 以結構分以結構分 a. a. 單面板單面板 見圖見圖1.51.5 b. b. 雙面板雙面板 見圖見圖1.61.6 c. c. 多層板多層板 見圖見圖1.71.7 圖1.3圖1.4 圖1.5 圖1.6 圖1.7 圖1.8 D. D. 依用途分：依

7、用途分：通信通信/ /耗用性電子耗用性電子/ /軍用軍用/ /電腦電腦/ /半導體半導體/ /電測板電測板,見圖見圖1.81.8 BGA.BGA. 另有一種射出成型的立體另有一種射出成型的立體PCBPCB，因使用少，不在此介紹。因使用少，不在此介紹。 .2製造方法介紹製造方法介紹 A. A. 減除法減除法，其流程見圖，其流程見圖1.91.9 B. B. 加成法加成法，又可分半加成與全加成法，又可分半加成與全加成法，見圖見圖1.10 1.111.10 1.11 C. C. 尚有其它尚有其它因應因應ICIC封裝的變革延伸而出的一些先進製程，本光碟僅提及但封裝的變革延伸而出的一些先進

8、製程，本光碟僅提及但 不詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度尚不夠。本光碟以傳統不詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度尚不夠。本光碟以傳統 負片多層板的製程為主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來負片多層板的製程為主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來 探討未來的探討未來的PCBPCB走勢。走勢。 圖圖 1.9 減除法減除法 銅箔基板 鑽 孔 化銅+鍍銅 影像轉移 蝕 刻 防 焊 圖圖 1.11 銅箔基板 鑽 孔 化銅+鍍銅 影像轉移 蝕 刻 鍍銅,錫鉛 防 焊 圖圖 1.10 全加成法全加成法 樹脂積層板 (不含銅箔) 鑽 孔 樹脂表面活化

9、 印阻劑 (抗鍍也抗焊) 化學銅析鍍 防 焊 半加成法半加成法 二二. .製前準備製前準備 .前言前言 台灣台灣PCBPCB產業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空板（產業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空板（ Bare BoardBare Board）而已，不像美國，很多而已，不像美國，很多PCB ShopPCB Shop是包括了線路設計，空板製作是包括了線路設計，空板製作 以及裝配以及裝配( (Assembly)Assembly)的的Turn-KeyTurn-Key業務。以前，只要客戶提供的原始資料如業務。以前，只要客戶提供的原始資料如 Drawing, Artwork

10、, SpecificationDrawing, Artwork, Specification，再以手動翻片、排版、打帶等作業，再以手動翻片、排版、打帶等作業， 即可進行製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，即可進行製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，PCBPCB的製造面臨了幾個的製造面臨了幾個 挑戰挑戰: :（1 1）薄板（）薄板（2 2）高密度（）高密度（3 3）高性能（）高性能（4 4）高速）高速 (5) (5) 產品週期縮短（產品週期縮短（6 6 ）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做為製前工具，現在己被）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做為製前工具，現在己被 電腦、

11、工作軟體及鐳射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要電腦、工作軟體及鐳射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要 Micro-ModifierMicro-Modifier來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在CAM(Computer CAM(Computer Aided Manufacturing)Aided Manufacturing)工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可 以依設計規則或以依設計規則或DFM(Design For Manufacturing)DFM(Design For Man

12、ufacturing)自動排版並變化不同的生自動排版並變化不同的生 產條件。同時可以產條件。同時可以outputoutput如鑽孔、成型、測試治具等資料。如鑽孔、成型、測試治具等資料。 .相關名詞的定義與解說相關名詞的定義與解說 A Gerber file 這是一個從這是一個從PCB CADPCB CAD軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。19601960年代一家名年代一家名 叫叫Gerber ScientificGerber Scientific（現在叫現在叫Gerber SystemGerber System）專業做繪圖機的美國公司所發專業做繪圖機

13、的美國公司所發 展出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有展出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有CADCAD系統的發系統的發 展，也都依此格式作其展，也都依此格式作其Output DataOutput Data，直接輸入繪圖機就可繪出直接輸入繪圖機就可繪出DrawingDrawing或或FilmFilm ，因此因此Gerber FormatGerber Format成了電子業界的公認標準。成了電子業界的公認標準。 B. RS-274D 是是Gerber FormatGerber Format的正式名稱，正確稱呼是的正式名稱，正確稱呼是EIA STANDARD R

14、S-274D EIA STANDARD RS-274D (Electronic Industries Association)(Electronic Industries Association)主要兩大組成：主要兩大組成：1.1.Function CodeFunction Code： 如如G codes, D codes, M codes G codes, D codes, M codes 等。等。2.2.Coordinate dataCoordinate data：定義圖像定義圖像( (ImagingImaging ） C. RS-274X 是是RS-274DRS-274D的延伸版本，除的

15、延伸版本，除RS-274DRS-274D之之Code Code 以外，包括以外，包括RS-274X RS-274X ParametersParameters，或稱整個或稱整個extended Gerber formatextended Gerber format它以兩個字母為組合，定義了它以兩個字母為組合，定義了 繪圖過程的一些特性。繪圖過程的一些特性。 D. IPC-350 IPC-350IPC-350是是IPCIPC發展出來的一套發展出來的一套neutral format,neutral format,可以很容易由可以很容易由PCB PCB CAD/CAMCAD/CAM產生產生, ,然後依

16、此系統然後依此系統, ,PCB SHOPPCB SHOP再產生再產生NC Drill Program,Netlist,NC Drill Program,Netlist,並並 可直接輸入可直接輸入Laser PlotterLaser Plotter繪製底片繪製底片. . E. Laser Plotter 見見圖圖2.12.1, ,輸入輸入Gerber formatGerber format或或IPC-350 formatIPC-350 format以繪製以繪製Artwork Artwork F. Aperture List and D-Codes 見見表表 2.1 2.1 及及圖圖2.22.2,

17、 ,舉一簡單實例來說明兩者關係舉一簡單實例來說明兩者關係, ,ApertureAperture的定義亦見的定義亦見 圖圖2.12.1 圖2.2 圖2.1 表表 2.1 Gerber 資料資料 代表意義代表意義 X002Y002D02* 移至移至(0.2,0.2),快門開關快門開關 D11* 選擇選擇Aperture 2 D03* 閃現所選擇閃現所選擇Aperture D10* 選擇選擇Aperture 1 X002Y0084D01* 移至移至(0.2,0.84),快門開關快門開關 D11* 選擇選擇Aperture 2 D03* 閃現所選擇閃現所選擇Aperture D10* 選擇選擇Aper

18、ture 1 X0104Y0084D01* 移至移至(1.04,0.84),快門開關快門開關 D11* 選擇選擇Aperture 2 D03* 閃現所選擇閃現所選擇Aperture D12* 選擇選擇Aperture 3 X0104Y0048D02* 移至移至(1.04,0.48),快門開關快門開關 D03* 閃現所選擇閃現所選擇Aperture X0064Y0048D02* 移至移至(0.64,0.48),快門開關快門開關 D03* 閃現所選擇閃現所選擇Aperture .製前設計流程製前設計流程： .1客戶必須提供的資料：客戶必須提供的資料： 電子廠或裝配工廠

19、，委託電子廠或裝配工廠，委託PCB SHOPPCB SHOP生產空板（生產空板（Bare BoardBare Board）時，必須提時，必須提 供下列資料以供製作。供下列資料以供製作。見表見表料號資料表料號資料表- -供製前設計使用供製前設計使用. . 上表資料是必備項目，有時客戶會提供一片樣品上表資料是必備項目，有時客戶會提供一片樣品, ,一份零件圖，一份保證書（一份零件圖，一份保證書（ 保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料，保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料， 廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商

20、機。 2.3.2 .2.3.2 .資料審查資料審查 面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程序與重點面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程序與重點 ，如下所述。，如下所述。 A. A. 審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製 程能力檢查表程能力檢查表. . 料料 號號 資資 料料 表表 項 目 內 容 格 式 1.料號資料 (Part Number)包含此料號的版別,更改歷史,日期以及發行資訊.和Drawing一起或另有一Text檔. 2.工程圖 (Drawing) A.料號工程

21、圖: 包括一些特殊需求,如原物料需求,特性阻抗控 制,防焊,文字種類,顏色,尺寸容差,層次等. HPGL 及 Post Script. B.鑽孔圖: 此圖通常標示孔位及孔號. HPGL 及 Post Script. HPGL 及 Post Script. HPGL 及 Post Script. C.連片工程圖: 包含每一小片的位置,尺寸,折斷邊,工具孔相關 規格,特殊符號以及特定製作流程和容差. D.疊合結構圖: 包含各導體層,絕緣層厚度,阻抗要求,總厚度等. 3.底片資料 (Artwork Data)A:線路層 B:防焊層 C:文字層Gerber (RS-274) 4.Aperture Li

22、st 定義:各種pad的形狀,一些特別的如thermal pad 並須特別定義construction方法. Text file文字檔 5.鑽孔資料Excellon Format定義:A:孔位置, B:孔號, C:PTH 每寸每寸) (微米微米) (微米微米) (%) (ATM) 43T/110T 65 115 30.8 4.75 綠漆綠漆 55T/140T 綠漆綠漆 68HD/173HD 70 77 27.4 6.5 UL綠漆綠漆 73T/185T 50 84 39.0 3.75 文字文字 90T/230T 50 60 9.8 5 電鍍阻劑電鍍阻劑 110HD/280HD 53 46 21.

23、6 3.75 蝕刻阻劑蝕刻阻劑 120T/305T 37 45 30.1 4 UV蝕刻阻劑蝕刻阻劑 圖4.2 b.b.網版網版( (Stencil)Stencil)的種類的種類 (1).(1).直接網版直接網版( (Direct Stencil) Direct Stencil) 將感光乳膠調配均勻直接塗佈在網布上，烘乾後連框共同放置在曝光設將感光乳膠調配均勻直接塗佈在網布上，烘乾後連框共同放置在曝光設 備臺面上並覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，經顯像後即成為可備臺面上並覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，經顯像後即成為可 印印 刷的網版。通常乳膠塗佈多少次刷的網版。通常乳膠塗佈多少次, ,

24、視印刷厚度而定視印刷厚度而定. .此法網版耐用此法網版耐用, ,安定性安定性 高高, ,用於大量生產用於大量生產. .但製作慢但製作慢, ,且太厚時可能因厚薄不均而產生解像不良且太厚時可能因厚薄不均而產生解像不良. . (2).(2).間接網版間接網版( (Indirect Stencil) Indirect Stencil) 把感光版膜以曝光及顯像方式自原始底片上把圖形轉移過來，然後把已把感光版膜以曝光及顯像方式自原始底片上把圖形轉移過來，然後把已 有圖形的版膜貼在網面上，待冷風乾燥後撕去透明之載體護膜，即成間有圖形的版膜貼在網面上，待冷風乾燥後撕去透明之載體護膜，即成間 接性網版。其厚度均

25、勻接性網版。其厚度均勻, ,解析度好解析度好, ,製作快製作快, ,多用於樣品及小量產多用於樣品及小量產. . c. c. 油墨油墨 油墨的分類有幾種方式油墨的分類有幾種方式 (1). (1).以組成份可分單液及雙液型以組成份可分單液及雙液型. . (2). (2).以烘烤方式可分蒸發乾燥型、化學反應型及紫外線硬化型以烘烤方式可分蒸發乾燥型、化學反應型及紫外線硬化型( (UV) UV) (3). (3).以用途可分抗蝕以用途可分抗蝕, ,抗鍍抗鍍, ,防焊防焊, ,文字文字, ,導電導電, ,及塞孔油墨及塞孔油墨. .不同製程選用何種不同製程選用何種 油墨油墨, ,須視各廠相關製程種類來評估須

26、視各廠相關製程種類來評估, ,如鹼性蝕刻和酸性蝕刻選擇之抗蝕如鹼性蝕刻和酸性蝕刻選擇之抗蝕 油墨考慮方向就不一樣油墨考慮方向就不一樣. . d. d. 印刷作業印刷作業 網版印刷目前有三種方式網版印刷目前有三種方式: :手印、半自動印及全自動印刷手印、半自動印及全自動印刷. .手印機須要印手印機須要印 刷熟手操作刷熟手操作, ,是最彈性與快速的選擇是最彈性與快速的選擇, ,尤以樣品製作尤以樣品製作. .較小工廠及協力廠仍有不少採較小工廠及協力廠仍有不少採 手印手印. .半自動印則除半自動印則除loading/unloadingloading/unloading以人工作業外以人工作業外, ,印刷

27、動作由機器代勞印刷動作由機器代勞, ,但對但對 位還是人工作業位還是人工作業. .也有所謂也有所謂3/43/4機印機印, ,意指意指loadingloading亦採自動亦採自動, ,印好後人工放入印好後人工放入 RackRack 中中. . 全自動印刷則是全自動印刷則是loading/unloadingloading/unloading及對位及對位, ,印刷作業都是自動印刷作業都是自動. .其對位方式有其對位方式有 靠邊靠邊, , pinningpinning及及ccdccd三種三種. . 以下針對幾個要素加以解說以下針對幾個要素加以解說: : (1) (1) 張力張力: : 張力直接影響對位

28、張力直接影響對位, ,因為印刷過程中對網布不斷拉扯因為印刷過程中對網布不斷拉扯, ,因此新網張力因此新網張力 的要求非常重要一的要求非常重要一. .般張力測試量五點般張力測試量五點, ,即四角和中間即四角和中間. . (2) (2) 刮刀刮刀Squeegee Squeegee 刮刀的選擇考量有三，刮刀的選擇考量有三， 第一是材料，常用者有聚氨酯類第一是材料，常用者有聚氨酯類( (Polyure-thanePolyure-thane，簡稱簡稱PU)PU)。 第二是刮刀的硬度，電路板多使用第二是刮刀的硬度，電路板多使用Shore AShore A之硬度值之硬度值6060度度8080度者度者. .平

29、平 坦基板銅面上線路阻劑之印刷可用坦基板銅面上線路阻劑之印刷可用70708080度度; ; 對已有線路起伏之對已有線路起伏之 板面上的印綠漆及文字板面上的印綠漆及文字, ,則需用較軟之則需用較軟之60607070度。度。 第三點是刮刀的長度，須比圖案的寬度每側長出第三點是刮刀的長度，須比圖案的寬度每側長出3/43/41 1吋左右。刮刀吋左右。刮刀 在使用一段時間後其銳利的直角會變圓，與網布接觸的面積增大在使用一段時間後其銳利的直角會變圓，與網布接觸的面積增大 ，就無法印出邊緣畢直的細條，需要將刮刀重新磨利才行，需且，就無法印出邊緣畢直的細條，需要將刮刀重新磨利才行，需且 刮刀刃線上刮刀刃線上

30、不可出現缺口，否則會造成印刷的缺陷。不可出現缺口，否則會造成印刷的缺陷。 (3). (3). 對位及試印對位及試印 此步驟主要是要將三個定位此步驟主要是要將三個定位pinpin固定在印刷機台面上固定在印刷機台面上, ,調整網版調整網版 及離板間隙及離板間隙( (Off Contact Distance)(Off Contact Distance)(指版膜到基板銅面的距指版膜到基板銅面的距 離，應保持在離，應保持在2 2m/mm/m 5m/m5m/m做為網布彈回的應有距離做為網布彈回的應有距離),),然後覆墨試印然後覆墨試印. .若有不準再做若有不準再做 微調微調. . 若是自動印刷作業則是靠邊

31、若是自動印刷作業則是靠邊, ,pinningpinning及及ccdccd等方式對位等方式對位. .因其因其 產量大產量大, ,適合極大量的單一機種生產適合極大量的單一機種生產. . (4). (4). 烘烤烘烤 不同製程會選擇不同油墨不同製程會選擇不同油墨, , 烘烤條件也完全不一樣烘烤條件也完全不一樣, ,須須followfollow廠商提供的廠商提供的data data sheet, sheet,再依廠內製程條件的差異而加以再依廠內製程條件的差異而加以modify.modify.一般因油墨組成不一，烘烤方一般因油墨組成不一，烘烤方 式有風乾式有風乾, ,UV,IRUV,IR等烤箱須注意換

32、氣循環，溫控，時控等等烤箱須注意換氣循環，溫控，時控等. . (5). (5). 注意事項注意事項 不管是機印或手印皆要注意下列幾個重點不管是機印或手印皆要注意下列幾個重點 括刀行進的角度，包括與版面及平面的角度，括刀行進的角度，包括與版面及平面的角度， 須不須要回墨須不須要回墨. . 固定片數要洗紙固定片數要洗紙, ,避免陰影避免陰影. . 待印板面要保持清潔待印板面要保持清潔 每印刷固定片數要抽檢一片依每印刷固定片數要抽檢一片依 check list check list 檢驗品質檢驗品質. . 乾膜法乾膜法 更詳細製程解說請參讀外層製作更詳細製程解說請參讀外層

33、製作. .本節就幾個內層製作上應注意事項加以分析本節就幾個內層製作上應注意事項加以分析. . A. A. 一般壓膜機一般壓膜機( (Laminator)Laminator)對於對於0.10.1mmmm厚以上的薄板還不成問題厚以上的薄板還不成問題, ,只是膜皺要多注意只是膜皺要多注意 B. B. 曝光時注意真空度曝光時注意真空度 C. C. 曝光機臺的平坦度曝光機臺的平坦度 D. D. 顯影時顯影時Break point Break point 維持維持5070% ,5070% ,溫度溫度30+_2,30+_2,須須 auto dosing. auto dosing. 4.2.3 4.2.3 蝕

34、刻蝕刻 現業界用於蝕刻的化學藥液種類，常見者有兩種，一是酸性氯化銅現業界用於蝕刻的化學藥液種類，常見者有兩種，一是酸性氯化銅( (CaClCaCl2 2) )、 蝕刻蝕刻 液，一種是鹼性氨水蝕刻液。液，一種是鹼性氨水蝕刻液。 兩種化學藥液的比較，見表氨水蝕刻液兩種化學藥液的比較，見表氨水蝕刻液7.9ba ;7.9b ： 圖7.9a 圖7.9b 4. 4. 由於槽液在操作開始時缺少由於槽液在操作開始時缺少H H2 2含量，故其活性可能不夠，而且改變含量，故其活性可能不夠，而且改變 溫度也易使槽液不穩定。故在操作前一般先以溫度也易使槽液不穩定。故在操作前一般先以Dummy boardsDummy

35、boards先行提先行提 升活性再作生產，才能達到操作要求升活性再作生產，才能達到操作要求 5. 5. Bath loadingBath loading也因上述要求而有極大的影響，太高的也因上述要求而有極大的影響，太高的Bath loadingBath loading會造會造 成過度的活化而使槽液不安定。相反若太低則會因成過度的活化而使槽液不安定。相反若太低則會因H H2 2的流失而形成的流失而形成 沉積速率過低。故其沉積速率過低。故其MaxMax與與MinMin值應與廠商確認做出建議值值應與廠商確認做出建議值 6. 6. 如果溫度過高，如果溫度過高， NaOH, HCHONaOH, HCHO

36、濃度不當或者濃度不當或者Pd+2Pd+2累積過高都可能累積過高都可能 造成造成P.I.P.I.或或PTHPTH粗糙的問題粗糙的問題 g. g. 整個反應狀態見整個反應狀態見圖圖7.107.10所示所示 、鹼性系統：、鹼性系統： A. A. 基本製程：基本製程： Conditioner Etch Cleaner Catalpretreatment Activator Conditioner Etch Cleaner Catalpretreatment Activator Reducer Reducer Electroless Copper Electroless Co

37、pper 圖7.10 B. B. 單一步驟功能說明單一步驟功能說明 a. Conditionera. Conditioner：Wetting agent + 10 g/l NaOH (A) Wetting agent + 10 g/l NaOH (A) 1. 1. 以以Wetting agentWetting agent的觀念，而非電性中和，如此可形成較薄的的觀念，而非電性中和，如此可形成較薄的FilmFilm約約 300 300A A，且均勻而不致有附著不上或太厚之虞且均勻而不致有附著不上或太厚之虞 2. 2. 基本方式係以親水基與疏水基之特有基本方式係以親水基與疏水基之特有DipolDip

38、ol特性使特性使Wetting agentWetting agent被被 水排擠，快速吸附至孔壁。因其形成之單層膜不易再附上其他水排擠，快速吸附至孔壁。因其形成之單層膜不易再附上其他 ConditionerConditioner而與而與CleanerCleaner共同作用洗去多餘雜質共同作用洗去多餘雜質 3. 3. 其設計是一道酸一道鹼的藥液浸泡，使各種不同來源的板子皆有其設計是一道酸一道鹼的藥液浸泡，使各種不同來源的板子皆有 良好的良好的wettingwetting作用作用, ,其其FormulaFormula：Wetting agent + 10 ml/l H2SO4 Wetting ag

39、ent + 10 ml/l H2SO4 4. 4. 若水質不潔而含若水質不潔而含M+2(M+2(如：如：Ca+2Ca+2、Mg+2Mg+2、Fe+2Fe+2等等) )則則AmineAmine及及 Wetting agentWetting agent易與之結合而形成沉澱，故水質硬度應特別留意易與之結合而形成沉澱，故水質硬度應特別留意 5. 5. 當板子浸入水中，當板子浸入水中，CuCu正電迅速與正電迅速與OH-OH-中和而呈負電。而中和而呈負電。而DipolDipol靜電靜電 力有限，不致形成多層覆蓋，故無力有限，不致形成多層覆蓋，故無Over conditionOver condition的顧

40、慮的顧慮 b. Etch cleanerb. Etch cleaner：(SPS (SPS 與與 H2SO4/H2O2H2SO4/H2O2兩種兩種 ) ) 基本功能與酸性系列相似基本功能與酸性系列相似( (SPSSPS：10g/l) 10g/l) c. Catalpretreatmen) c. Catalpretreatmen)：同同ActivatorActivator但少但少Complex Complex d. Activator d. Activator：Activator + Pd(Activator + Pd(AmineAmine) complex ) complex 1. 1. 基本

41、上此系列的基本上此系列的PdPd，是由是由AmineAmine類形成的類形成的ComplexComplex， 2. 2. 其特點如下：其特點如下： (1) (1) Pd(Amine)+2Pd(Amine)+2呈正電荷，可吸附在呈正電荷，可吸附在ConditionerConditioner上而甚少吸附在銅上而甚少吸附在銅 上，少有上，少有P.I.P.I.問題問題 (2) (2) 沒有沒有SnSn形成的形成的ColloidColloid，其粒子較小，結晶較密且少有其粒子較小，結晶較密且少有Sn(OH)2Sn(OH)2 、Sn(OH)4Sn(OH)4析出問題。也沒有析出問題。也沒有Sn+2 + Fe

42、+2 a Sn+4 +CuSn+2 + Fe+2 a Sn+4 +Cu作用。作用。 (3) (3) 無無Cl-Cl-在外圍，由於在外圍，由於Cl-Cl-會與會與PolyimidePolyimide材料產生作用，故無材料產生作用，故無Cl-Cl-會會 有較廣的適用性有較廣的適用性 (4) (4) 由於由於Pd(Amine)+2 asPd+2+AminePd(Amine)+2 asPd+2+Amine為一平衡反應，吸附反應十分為一平衡反應，吸附反應十分 快，且由於粒子小空隙低因而緻密性佳。快，且由於粒子小空隙低因而緻密性佳。 (5) (5) ImpurityImpurity少有殘留，且吸附少有殘留

43、，且吸附Pd+2Pd+2少，故能有較少少，故能有較少P.I.P.I.機會機會 (6) (6) 由於無由於無Cl-,Cl-,對對Black-OxideBlack-Oxide的的attackattack相對減少，故相對減少，故Pink RingPink Ring較輕微較輕微 (7) (7) 由於吸附較密，將來作無電解銅時由於吸附較密，將來作無電解銅時CoverageCoverage也會較密較好也會較密較好 e. e. 整個反應狀態見整個反應狀態見圖圖7.117.11所示所示 .4一次銅一次銅( (Panel plating)Panel plating) 非導體的孔壁經非導體的孔壁經

44、PTHPTH金屬化後，立即進行電鍍銅製程金屬化後，立即進行電鍍銅製程, ,其目的是鍍上其目的是鍍上200500200500微英吋微英吋 以保護僅有以保護僅有20402040微英吋厚的化學銅被後製程破壞而造成孔破微英吋厚的化學銅被後製程破壞而造成孔破( (Void)Void)。有關銅電鍍基本有關銅電鍍基本 理論及實際作業請參看二次銅更詳細的解說理論及實際作業請參看二次銅更詳細的解說. . 圖7.11 7.3. 7.3. 厚化銅厚化銅 傳統金屬化之化學銅的厚度僅約傳統金屬化之化學銅的厚度僅約20302030微吋，無法單獨存在於製程微吋，無法單獨存在於製程 中，必須再做一次全板面的電鍍銅始能進行圖形

45、的轉移如印刷或乾膜。中，必須再做一次全板面的電鍍銅始能進行圖形的轉移如印刷或乾膜。 但若能把化學銅層的厚度提高到但若能把化學銅層的厚度提高到100100微吋左右，則自然可以直接做線路微吋左右，則自然可以直接做線路 轉移的工作，無需再一道全板的電鍍銅步驟而省卻了設備，藥水、人力轉移的工作，無需再一道全板的電鍍銅步驟而省卻了設備，藥水、人力 、及時間，並達簡化製程減少問題的良好目標。因此有厚化銅製程出現、及時間，並達簡化製程減少問題的良好目標。因此有厚化銅製程出現 ，此一方式已經實際生產線上進行十數年，由於鍍液管理困難分析添加，此一方式已經實際生產線上進行十數年，由於鍍液管理困難分析添加 之設備需

46、要較高層次之技術，成本居高不下等之設備需要較高層次之技術，成本居高不下等, ,此製程已經勢微此製程已經勢微. . 厚化銅的領域又可分為厚化銅的領域又可分為 : : A.A.半加成半加成Semi-AdditiveSemi-Additive式是完全為了取代全板面電鍍銅製程式是完全為了取代全板面電鍍銅製程. . B.B.全加成全加成Fully AdditiveFully Additive式則是用於製造加成法線路板所用的式則是用於製造加成法線路板所用的 。日本某些商用消費性電子產品用。日本某些商用消費性電子產品用2424小時以上的長時間的全加成鍍銅，小時以上的長時間的全加成鍍銅， 而且只鍍在孔及線路部

47、份而且只鍍在孔及線路部份. .日本之外尚不多見日本之外尚不多見, ,高雄日立化成數年前尚有高雄日立化成數年前尚有 CC-41CC-41製程製程, ,目前已關掉該生產線目前已關掉該生產線 7.3.1 7.3.1 厚化銅基本觀念厚化銅基本觀念 a. a. 厚化銅也仍然採用與傳統無電銅相似的配方，即仍以銅離子、強鹼厚化銅也仍然採用與傳統無電銅相似的配方，即仍以銅離子、強鹼 、及甲醛做為反應的原動力，但與溫度及其所產生的副產物關係較大。、及甲醛做為反應的原動力，但與溫度及其所產生的副產物關係較大。 b. b. 無電銅因厚度很薄無電銅因厚度很薄, ,內應力內應力( (inner Stress) inne

48、r Stress) 影響不大故不需重視，影響不大故不需重視， 但厚化銅則必須考慮。也就是說厚化銅與板面銅箔間的附著力也為關鍵但厚化銅則必須考慮。也就是說厚化銅與板面銅箔間的附著力也為關鍵 ， 應特別注意其鍍前活化之過程如整孔及微蝕是否完美。控制不好時可能發生應特別注意其鍍前活化之過程如整孔及微蝕是否完美。控制不好時可能發生 孔壁剝離孔壁剝離( (pull away)pull away)及板面脫皮。及板面脫皮。 c. c. 厚化銅之外表能接受油墨或乾膜之附著，所以印刷前儘少做磨刷或厚化銅之外表能接受油墨或乾膜之附著，所以印刷前儘少做磨刷或 其他化學粗化。在阻劑完成轉移後又要能耐得環境的氧化其他化

49、學粗化。在阻劑完成轉移後又要能耐得環境的氧化, ,而且也要耐得最而且也要耐得最 低起碼的活性清洗及活化。低起碼的活性清洗及活化。 d. d. 厚化銅主要的目的是既能完成非導體的金屬化同時又可取代一次鍍厚化銅主要的目的是既能完成非導體的金屬化同時又可取代一次鍍 銅銅 ，能夠發揮大量的設備、人力、物料、及操作時間的節省，但化學銅槽，能夠發揮大量的設備、人力、物料、及操作時間的節省，但化學銅槽 本身比傳統的無電銅要貴，管理不易，要利用特定的自動添加設備。本身比傳統的無電銅要貴，管理不易，要利用特定的自動添加設備。 e. e. 前處理之各製程比傳統前處理之各製程比傳統PTHPTH要更謹慎，原因是化學銅

50、的沉積是靠銅離要更謹慎，原因是化學銅的沉積是靠銅離 子在板子上之活化生長點子在板子上之活化生長點( (Active sites)Active sites)還原出銅金屬並增厚，當此等生長還原出銅金屬並增厚，當此等生長 點被銅覆蓋後其他板面上又逐次出現新的生長點再接受銅的沉積，電鍍銅的點被銅覆蓋後其他板面上又逐次出現新的生長點再接受銅的沉積，電鍍銅的 沉積則不但向上發展沉積則不但向上發展, ,也能橫向延伸。故萬一底材未能在前處理製程中完成也能橫向延伸。故萬一底材未能在前處理製程中完成 良好的活化時則會造成孔破良好的活化時則會造成孔破( (Hole Void)Hole Void)，而且經過乾膜或印刷

51、後而且經過乾膜或印刷後, ,可能進一可能進一 步的惡化，終必成為板子品質上極大的隱憂。步的惡化，終必成為板子品質上極大的隱憂。 7.4 7.4 直接電鍍直接電鍍( (Direct plating) Direct plating) 由於化學銅的製程中，有很多對人體健康有害的成份由於化學銅的製程中，有很多對人體健康有害的成份( (如甲醛會致如甲醛會致 癌癌) )，以及廢水處理，以及廢水處理( (如有如有Chelate)Chelate)有不良影響的成份，因此早在有不良影響的成份，因此早在1010多年多年 前就有取代傳統前就有取代傳統PTHPTH所謂所謂Direct Plating(Direct Pl

52、ating(不須靠化學銅的銅當導體不須靠化學銅的銅當導體) )商商 品出現，至今在台灣量產亦有很多條線。但放眼國外，除歐洲應用者很品出現，至今在台灣量產亦有很多條線。但放眼國外，除歐洲應用者很 多以外，美、日多以外，美、日( (尤其是美國尤其是美國) )並不普偏，一些大的電子公司並不普偏，一些大的電子公司( (如製造電如製造電 腦、大哥大等腦、大哥大等) )並不並不 ApproveApprove直接電鍍製程，這也是國內此製程普及率尚低的原因之一。直接電鍍製程，這也是國內此製程普及率尚低的原因之一。 .1直接電鍍種類直接電鍍種類 大致上可歸為三種替代銅的導體大致上可歸為三種替代銅

53、的導體 A. Carbon-A. Carbon-碳粉碳粉( (GraphiteGraphite同同) ) B. Conductive Polymer-B. Conductive Polymer-導體高分子導體高分子 C. Palladium-C. Palladium-鈀金屬鈀金屬 .2直接電鍍後續製程有兩種方式直接電鍍後續製程有兩種方式: : A. A. 一次鍍銅後一次鍍銅後, ,再做影像轉移及二銅再做影像轉移及二銅 B. B. 直接做影像轉移及線路電鍍直接做影像轉移及線路電鍍 .3表歸納目前國內己使用中的直接電鍍各商品之分析，供業界參考。表歸納目前國內己使用中

54、的直接電鍍各商品之分析，供業界參考。 本章中介紹了傳統薄化銅本章中介紹了傳統薄化銅, ,厚化銅以及直接電鍍等幾種鍍通孔方式厚化銅以及直接電鍍等幾種鍍通孔方式. .未來未來 製程走勢製程走勢: : A. A. 縮短製程縮短製程 B. B. 減少污染減少污染 C. C. 小孔通孔能力小孔通孔能力 D. D. 降低成本降低成本 E. E. 底材多樣化處理能力底材多樣化處理能力 而此製程是而此製程是PCBPCB製作的基礎工程製作的基礎工程, ,若處理不好影響良率及信賴度因此要仔若處理不好影響良率及信賴度因此要仔 細評估與選擇何種藥水及設備細評估與選擇何種藥水及設備. . 八八 外層外層 8.1 8.1

55、 製程目的製程目的 經鑽孔及通孔電鍍後經鑽孔及通孔電鍍後, ,內外層已連通內外層已連通, ,本製程在製作外層線路本製程在製作外層線路, ,以達電性以達電性 的完整的完整. . 8.2 8.2 製作流程製作流程 銅面處理銅面處理壓膜壓膜曝光曝光顯像顯像 8.2.1 8.2.1 銅面處理銅面處理 詳細資料請參考詳細資料請參考4.4.內層製作內層製作. . 8.2.2 8.2.2 壓膜壓膜 乾膜介紹乾膜介紹 乾膜乾膜( (dry film)dry film)的構造見的構造見圖圖8.18.1,1968,1968年由杜邦公司開發出來這種感光性聚合物的年由杜邦公司開發出來這種感

56、光性聚合物的 乾膜後，乾膜後，PCBPCB的製作就進入另一紀元的製作就進入另一紀元, ,到到19841984年末杜邦的專利到期後日本的年末杜邦的專利到期後日本的HITACHIHITACHI也也 有自己的品牌問世。爾後就陸續有其他廠牌加入此一戰場有自己的品牌問世。爾後就陸續有其他廠牌加入此一戰場. . 依乾膜發展的歷史可分下列三種依乾膜發展的歷史可分下列三種Type: Type: 溶劑顯像型溶劑顯像型 半水溶液顯像型半水溶液顯像型 鹼水溶液顯像型鹼水溶液顯像型 現在幾乎是後者的天下現在幾乎是後者的天下, ,所以本章僅探討此類乾膜所以本章僅探討此類乾膜. . A. A. 乾膜之組成乾膜之組成 水溶

57、性乾膜主要是由於其組成中含有機酸根，會與強鹼反應使成為有機酸的水溶性乾膜主要是由於其組成中含有機酸根，會與強鹼反應使成為有機酸的 鹽類，可被水溶掉。其組成見鹽類，可被水溶掉。其組成見圖圖8.18.1 水溶性乾膜最早由水溶性乾膜最早由Dynachem Dynachem 推出推出, ,以碳以碳 酸酸 鈉顯像，用稀氫氧化鈉剝膜，當然經不斷改進才有今日成熟而完整的產品線鈉顯像，用稀氫氧化鈉剝膜，當然經不斷改進才有今日成熟而完整的產品線. . B. B. 製程步驟製程步驟 乾膜作業的環境，需要在黃色照明乾膜作業的環境，需要在黃色照明, ,通風良好通風良好, ,溫濕度控制的無塵室中操作，溫濕度控制的無塵室

58、中操作， 以減少污染增進阻劑之品質。其主要的步驟如下：以減少污染增進阻劑之品質。其主要的步驟如下： 壓膜壓膜停置停置曝光曝光停置停置顯像顯像 圖8.1 壓膜壓膜( (Lamination)Lamination)作業作業 A. A. 壓膜機壓膜機可分手動及自動兩種壓膜機壓膜機可分手動及自動兩種, ,有收集聚烯類隔層的捲輪，乾膜主輪，加熱有收集聚烯類隔層的捲輪，乾膜主輪，加熱 輪，抽風設備等四主要部份輪，抽風設備等四主要部份, ,進行連續作業進行連續作業, ,其示意見其示意見圖圖8.28.2 圖8.2 一般壓膜條件為：一般壓膜條件為： 壓膜熱輪溫度壓膜熱輪溫度 12

59、0 12010 10 板面溫度板面溫度 5050 10 10 壓膜速度壓膜速度 2.5米分米分 壓力壓力 15-40 15-40 psi psi a. a. 傳統手動壓膜機須兩人作業，一人在機前送板，一人在機後收板並切傳統手動壓膜機須兩人作業，一人在機前送板，一人在機後收板並切 斷乾膜，此方式用在樣品、小量多料號適合，對人力、物料的耗用浪斷乾膜，此方式用在樣品、小量多料號適合，對人力、物料的耗用浪 費頗多。費頗多。 b. b. 自動壓膜機市面上自動壓膜機市面上HAKUTOHAKUTO，CEDALCEDAL，SCHMIDSCHMID等多種廠牌，其機構動作在等多種廠牌，其機構動作

60、在 板前緣黏壓乾膜方式及壓膜後緣切膜動作多有不同，但都朝產速加快板前緣黏壓乾膜方式及壓膜後緣切膜動作多有不同，但都朝產速加快 ，節省乾膜以及黏貼能力上在改進。，節省乾膜以及黏貼能力上在改進。 c. c. 國內志勝幾年前開發自動壓膜機頗為成功國內多家大廠均有使用國內志勝幾年前開發自動壓膜機頗為成功國內多家大廠均有使用. . d. d. 乾膜在上述之溫度下達到其玻璃態轉化點而具有流動性及填充性，而乾膜在上述之溫度下達到其玻璃態轉化點而具有流動性及填充性，而 能覆蓋銅面。但溫度不可太高，否則會引起乾膜的聚合而造成顯像的能覆蓋銅面。但溫度不可太高，否則會引起乾膜的聚合而造成顯像的 困難。壓膜前板子若能