PCB内层基础的介绍

1、层基础介绍制程目的三层板以上产品即称多层板, 传统之双面板为配合零件之密集装配，在有限的板面上无法安置这么多的零组件以及其所衍生出来的大量线路，因而有多层板之发展。加上美国联邦通讯委员会 (FCC) 宣布自 1984年 10 月以后，所有上市的电器产品若有涉及电传通讯者，或有参与网络联机者，皆必须要做"接地 "以消除干扰的影响。但因板面面积不够, 因此 pcblay-out就将 "接地 "与 " 电压 "二功能之大铜面移入层，造成四层板的瞬间大量兴起,也延伸了阻抗控制的要求。 而原有四层板则多升级为六层板，当然高层次多层板也因高密度装

2、配而日见增多 .本章将探讨多层板之层制作及注意事宜.制作流程依产品的不同现有三种流程A. Print and Etch发料钻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冲工具孔C. Drill and Panel-plate发料钻孔通孔（PTH ）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)设计时的流程使用，第一种制程已被淘汰，厂目前使用第二种( Post-etch Punch)制程高层次板子较普遍使用的流程.1. 发料发料就是依制前设计所规划的工作尺寸，依发料单 来裁切基材， 是一很单纯的步骤，但以下几点须注意

3、：A. 裁切方式 -会影响下料尺寸B. 磨边与圆角的考量 - 影响影像转移良率制程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 - 尺寸安定性考量2. 铜面处理在印刷电路板制程中，不管那一个step ，铜面的清洁与粗化的效果，关系着下一制程的成败，看似简单的一道制程，其实里面的学问颇大。A. 须要铜面处理的制程有以下几个a. 干膜压膜b. 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. 金手指镀镍及其它任何表面须另行处理的制程前a. c. f. g. 等制程一般为独立加装设备处理，其余皆属制程自动化中的一部份，多数

4、采用化学药液加压处理方式。B. 处理方法 现行铜面处理方式可分三种：a. 刷磨法 (Brush)b. 喷砂法 (Pumice)c. 化学法 (Microetch)以下即做此三法的介绍C. 刷磨法刷磨动作之机构, 见图所示 .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，弹性缺点a. 薄板细线路板不易进行b. 基材拉长，不适层薄板c. 刷痕深时易造成 D/F 附着不易而渗镀d. 有残胶之潜在可能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

5、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：a. Pumice容易沾留板面b. 机器维护不易E. 化学法 (微蚀法 )化学法有几种选择，见表 .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评估之，并无定论，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。3. 影像转移3.1 印刷法A. 前言电路板自其起源到目前之高密度设计,一直都与丝网印刷(Silk Screen Printing)或网版印刷有直接密切之关系，故称之为"印刷电路板 "。目前除了最大量的应用在电路板之外，其它电子工业尚有厚膜(Thick Film)的混成

6、电路 (Hybrid Circuit)、芯片电阻 (ChipResist ) 、及表面黏装(Surface Mounting)之锡膏印刷等也都优有应用。由于近年电路板高密度, 高精度的要求 ,印刷方法已无法达到规格需求, 因此其应用围渐缩, 而干膜法已取代了大部分影像转移制作方式.下列是目前尚可以印刷法代替的制程:a. 单面板之线路 ,防焊 ( 大量产多使用自动印刷 , 以下同 )b. 单面板之碳墨或银胶c. 双面板之线路 , 防焊d. 湿膜印刷e.层大铜面f. 文字g.可剥胶(Peelable ink)B.丝网印刷法(Screen Printing)简介丝网印刷中几个重要基本原素逐一简单介绍

7、 .:网材 ,网版 ,乳剂 ,曝光机 ,印刷机 ,刮刀 ,油墨 ,烤箱等 ,以下a. 网布材料(1) 依材质不同可分丝绢 (silk), 尼龙 (nylon), 聚酯 (Polyester, 或称特多龙 ),不锈钢 ,等. 电路板常用者为后三者 .(2)编织法 :最常用也最好用的是单丝平织法Plain Weave.(3)网目数 (mesh), 网布厚度 (thickness),线径 (diameter),开口 (opening)的关系开口 :网目数 : 每 inch或 cm 中的开口数线径 : 网布织丝的直径网布厚度 : 厚度规格有六 ,Slight(S),Medium(M),Thick(T)

8、,Half heavy duty(H),Heavy duty(HD),Super heavy duty(SHD)b. 网版 (Stencil) 的种类(1). 直接网版 (Direct Stencil)将感光乳胶调配均匀直接涂布在网布上，烘干后连框共同放置在曝光设备台面上并覆以原稿底片， 再抽真空使其密接感光， 经显像后即成为可印刷的网版。 通常乳胶涂布多少次 ,视印刷厚度而定 . 此法网版耐用 ,安定性高 ,用于大 量生产 . 但制作慢 , 且太厚时可能因厚薄不均而产生解像不良 .(2). 间接网版 (Indirect Stencil)把感光版膜以曝光及显像方式自原始底片上把图形转移过来，然

9、后把已有图形的版膜贴在网面上，待冷风干燥后撕去透明之载体护膜，即成间接性网版。分辨率好 ,制作快 ,多用于样品及小量产.其厚度均匀,c. 油墨油墨的分类有几种方式(1). 以组成份可分单液及双液型 .(2). 以烘烤方式可分蒸发干燥型、化学反应型及紫外线硬化型(UV)(3). 以用途可分抗蚀 , 抗镀 ,防焊 ,文字 , 导电 ,及塞孔油墨 . 不同制程选用何种油墨 ,须视各厂相关制程种类来评估, 如碱性蚀刻和酸性蚀刻选择之抗蚀油墨考虑方向就不一样.d. 印刷作业网版印刷目前有三种方式 :手印、半自动印及全自动印刷 . 手印机须要印刷熟 手操作 ,是最弹性与快速的选择, 尤以样品制作.较小工厂

10、及协力厂仍有不少采手印. 半自动印则除 loading/unloading以人工操作外 , 印刷动作由机器代劳,但对位还是人工操作.也有所谓 3/4机印 , 意指 loading亦采自动 , 印好后人工放入Rack中 . 全自动印刷则是loading/unloading及对位 , 印刷作业都是自动.其对位方式有靠边, pinning及 ccd 三种 .以下针对几个要素加以解说:(1) 力:力直接影响对位 , 因为印刷过程中对网布不断拉扯 , 因此新网力的要求非 常重要，一般力测试量五点 ,即四角和中间 .(2) 刮刀 Squeege刮刀的选择考量有三，第一是材料，常用者有聚氨酯类(Polyur

11、e-thane，简称 PU) 。第二是刮刀的硬度，电路板多使用Shore A之硬度值 60 度 80 度者 .平坦基板铜面上线路阻剂之印刷可用70 80 度 ; 对已有线路起伏之板面上的印绿漆及文字,则需用较软之 60 70 度。第三点是刮刀的长度，须比图案的宽度每侧长出3/4 1 吋左右。刮刀在使用一段时间后其锐利的直角会变圆，与网布接触的面积增大，就无法印出边缘毕直的细条，需要将刮刀重新磨利才行，需且刮刀刃线上不可出现缺口，否则会造成印刷的缺陷。(3).对位及试印此步骤主要是要将三个定位pin 固定在印刷机台面上,调整网版及离板间隙(Off Contact Distance)(指版膜到基板

12、铜面的距离，应保持在2m/m 5m/m做为网布弹回的应有距离), 然后覆墨试印 . 若有不准再做微调.若是自动印刷作业则是靠边, pinning及 ccd 等方式对位 .因其产量大 ,适合极大量的单一机种生产.(4).烘烤不同制程会选择不同油墨, 烘烤条件也完全不一样, 须 follow厂商提供的data sheet,再依厂制程条件的差异而加以modify.一般因油墨组成不一，烘烤方式有风干,UV,IR等烤箱须注意换气循环，温控，时控等.(5).注意事项不管是机印或手印皆要注意下列几个重点括刀行进的角度，包括与版面及平面的角度，须不须要回墨.固定片数要洗纸, 避免阴影 .待印板面要保持清洁每印

13、刷固定片数要抽检一片依check list检验品质.3.2A.干膜法一般压膜机(Laminator)对板厚的制程能力在0.1mm厚以上, 主要表现的问题为膜皱B. 曝光时注意真空度C. 曝光机台的平坦度D.显影时 Break point维持 5070% ,温度 30+_2, 须 auto dosing(自动添加 ).4 蚀刻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。两种药液的选择，视影像转移制程中，Resist是抗电镀之用或抗蚀刻之用。在层制程中 D/F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，

14、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，故一定要用碱性蚀刻液，以免伤及抗蚀刻金属层；若为正片流程，D/F是用于盖孔及保护客户设计之图形电路用，在蚀刻后被剥除，故一定要用酸性蚀刻液。B. 设备及药液控制两种Etchant对大部份的金属都是具腐蚀性，所以蚀刻槽通常都用塑料，如PVC(Poly Vinyl chloride)或 PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金属是钛(Ti) 。为了得到很好的蚀刻品质最笔直的线路侧壁 ,(衡量标准为蚀刻因子 etching factor ，不同的理论有不同的观点，且可能相冲突。 但有一点却是不变的基本观念，那就是以最快速度

15、的让欲蚀刻铜表面接触愈多新鲜的蚀刻液。因为作用之蚀刻液Cu + 浓度增高降低了蚀刻速度，须迅速补充 新液以维持速度。在做良好的设备设计规划之前，就必须先了解及分析蚀铜过程的化学反应。以下为层制作，介绍相关酸性蚀刻之容。a. CuCl2酸性蚀刻反应过程之分析+离子 Cu 。金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解，见下面反应式（1 ）Cu° +Cu+ 2 Cu+ - (1)在酸性蚀刻的再生系统，就是将 Cu +氧化成 Cu + , 因此使蚀刻液能将更多的金属铜咬蚀掉。以下是更详细的反应机构的说明。b.反应机构直觉的联想，在氯化铜酸性蚀刻液中，Cu + 及 Cu +应是以 CuCl 2 及 CuC

16、l才对，但事实非完全正确，两者事实上是以和HCl 形成的一庞大错化物存在的：Cu° +H2CuCl4 +2HCl2H2CuCl3 - (2)金属铜铜离子亚铜离子其中 H2CuCl4实际是CuCl2+ 2HCl2H2CuCl3实际是CuCl+ 2HCl存在在反应式 (2) 中可知 HCl 是消耗品。 即使 (2) 式已有些复杂， 但它仍是以下两个反应式的简式而已。Cu° + H2CuCl42H2CuCl3 + CuCl (不溶 ) - (3)CuCl+ 2HCl2H2CuCl3 (可溶 ) - (4)式中因产生CuCl沉淀，会阻止蚀刻反应继续发生，但因HCl 的存在溶解CuC

17、l维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl 是氯化铜蚀刻中的消耗品，而且 是蚀刻速度控制的重要化学品。虽然增加HCl 的浓度往往可加快蚀刻速度，但亦可能发生下述的缺点。1.侧蚀(undercut )增大，或者etching factor降低。，2. 若补充药液是使用氯化钠，则有可能产生氯气，对人体有害。3. 有可能因此补充过多的氧化剂(H2O2) ，而攻击钛金属 H2O2 。c. 自动监控添加系统 . 目前使用 CuCl2 酸性蚀铜水平设备者 , 大半都装置 Auto dosing 设备 ,以维持蚀铜速率 ,控制因子有五 :1. 比重2. HCl3. H2O24. 温度5. 蚀刻速度5. 剥膜剥膜在

18、 pcb 制程中，有两个 step 会使用，一是正片制程蚀刻后之 D/F 剥除，二是负片制程蚀刻前 D/F 剥除 (若外层制作为负片制程 )D/F 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。注意事项如下：A.硬化后之干膜在此溶液下部份溶解，部份剥成片状， 为维持药液的效果及后水洗能彻底，过滤系统的效能非常重要.B.有些设备设计了轻刷或超音波搅拌来确保剥膜的彻底，尤其是在外层蚀刻后的剥膜, 线路边被二次铜微微卡住的干膜必须被彻底剥下，以免影响线路品质。所以也有在溶液中加入BCS 帮助溶解，但有违环保，且对人体有害。C.

19、 因 K( 钾 )会攻击锡，因此外层线路蚀刻前之剥膜液之选择须谨慎评估。剥膜液为碱性，因此水洗的彻底与否，非常重要，正片制程之剥膜后有加酸洗及抗氧化，目的是防止板面过度氧化而影响下制程的品质。6. 对位系统6.1 传统方式四层板层以治方式，将 2.3 层底片事先对准, 黏贴于一压条上(和层同厚 ), 紧贴于曝光台面上，己压膜层则放进二底片间,1.2.5.2蚀后冲孔 (post Etch Punch)靠边即可进行曝光。方式A. Pin Lam理论此方法的原理较简单，层预先冲出4 个 Slot孔，包括底片，prepreq都沿用此冲孔系统，此 4 个 SLOT 孔，相对两组，有一组不对称，可防止套反。每个SLOT 孔当置放圆PIN 后，因受温压会有变形时，仍能自由的左右、上下伸展，但中心不变，故不会有应力产生。待冷却，压力释放后，又回复原尺寸，是一颇佳的对位系统。B. Mass Lam System沿用上一观念1. 透过 CAMMultiline 发展出 "蚀后冲孔在工作底片长方向边缘处做两"式的 PPS 系统，其作业重点如下："光学靶点 "(Optical Target)以及四角落之pads2. 将上、下底片仔细对准固定后，如治做法，做曝光、显