PCB制造流程的管理演变

1、PCB制造流程及说明一. PCB演变1.1 PCB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。1.2 PCBB的演变变1.早于于19003年Mr. Allberrt HHansson首首创利用用线路(Cirrcuiit)观观念应用用于电话话交换机机系统。它是用用金属箔箔予以切切割成线线路导体体，将之之黏着于于石蜡纸纸上，上上面同样样贴上一一层石蜡蜡纸，成成了现今今PCB

2、B的机构构雏型。见图11.2 2. 至19336年，Dr Pauul EEisnner真真正发明明了PCCB的制制作技术术，也发发表多项项专利。而今日日之prrintt-ettch (phhotoo immagee trranssferr)的技技术，就就是沿袭袭其发明明而来的的。1.3 PCBB种类及及制法在材材料、层层次、制制程上的的多样化化以适合合不同的的电子产产品及其其特殊需需求。以以下就归归纳一些些通用的的区别办办法，来来简单介介绍PCCB的分分类以及及它的制制造方法法。1.3.1 PPCB种类类A. 以以材质分分 a. 有机材材质酚醛树脂脂、玻璃璃纤维/环氧树树脂、PPolyyami

3、ide、BT/Epooxy等等皆属之之。 b. 无机材材质铝、Cooppeer IInveer-ccoppper、cerramiic等皆皆属之。主要取取其散热热功能B. 以以成品软软硬区分分 a. 硬板 RRigiid PPCB b.软软板 FFlexxiblle PPCB 见图1.3 c.软软硬板 Riggid-Fleex PPCB 见图1.4C. 以以结构分分 a.单单面板见见图1.5 b.双面面板见图图1.66 c.多多层板见见图1.7 D. 依依用途分分：通信/耗用性性电子/军用/计算机机/半导体体/电测板板,见图1.8 BBGA.另有一种种射出成成型的立立体PCCB，因使用用少，不在

4、此此介绍。1.3.2制造造方法介介绍A. 减减除法，其流程程见图11.9 B. 加加成法，又可分分半加成成与全加加成法，见图11.100 1.11C. 尚尚有其它它因应IIC封装装的变革革延伸而而出的一一些先进进制程，本光盘盘仅提及及但不详详加介绍绍，因有有许多尚尚属机密密也不易易取得，或者成成熟度尚尚不够。本光盘盘以传统统负片多多层板的的制程为为主轴，深入浅浅出的介介绍各个个制程，再辅以以先进技技术的观观念来探探讨未来来的PCCB走势势。二.制前前准备2.1.前言台湾湾PCBB产业属属性，几几乎是以以，也就就是受客客户委托托制作空空板（BBaree Booardd）而已已，不像像美国，很多P

5、PCB Shoop是包包括了线线路设计计，空板板制作以以及装配配(Asssemmblyy)的Turrn-KKey业业务。以以前，只只要客户户提供的的原始数数据如DDrawwingg, AArtwworkk, SSpeccifiicattionn，再以以手动翻翻片、排排版、打打带等作作业，即即可进行行制作，但近年年由于电电子产品品日趋轻轻薄短小小，PCCB的制制造面临临了几个个挑战:（1）薄板板（2）高密密度（33）高性性能（44）高速速 ( 5 ) 产品品周期缩缩短（66）降低低成本等等。以往往以灯桌桌、笔刀刀、贴图图及照相相机做为为制前工工具，现现在己被被计算机机、工作作软件及及激光绘绘图机

6、所所取代。过去，以手工工排版，或者还还需要MMicrro-MModiifieer来修修正尺寸寸等费时时耗工的的作业，今天只只要在CCAM(Commputter Aidded Mannufaactuurinng)工工作人员员取得客客户的设设计资料料，可能能几小时时内，就就可以依依设计规规则或DDFM(Dessignn Foor MManuufaccturringg)自动动排版并并变化不不同的生生产条件件。同时时可以ooutpput 如钻孔孔、成型型、测试试治具等等资料。2.2.相关名名词的定定义与解解说A Geerbeer ffilee这是是一个从从PCBB CAAD软件件输出的的数据文文件做为

7、为光绘图图语言。19660年代代一家名名叫Geerbeer SScieentiificc（现在在叫Geerbeer SSysttem）专业做做绘图机机的美国国公司所所发展出出的格式式，尔后后二十年年，行销销于世界界四十多多个国家家。几乎乎所有CCAD系系统的发发展，也也都依此此格式作作其Ouutpuut DDataa，直接接输入绘绘图机就就可绘出出Draawinng或Fillm，因因此Geerbeer FFormmat成成了电子子业界的的公认标标准。B. RRS-2274DD是GGerbber Forrmatt的正式式名称，正确称称呼是EEIA STAANDAARD RS-2744D(EEle

8、cctroonicc Inndusstriies Asssociiatiion)主要两两大组成成：1.Funnctiion Codde：如如G ccodees, D ccodees, M ccodees 等等。2.Cooordiinatte ddataa：定义义图像（imaaginng）C. RRS-2274XX是RRS-2274DD的延伸伸版本，除RSS-2774D之之Codde 以以外，包包括RSS-2774X Parrameeterrs，或或称整个个exttendded Gerrberr foormaat它以以两个字字母为组组合，定定义了绘绘图过程程的一些些特性。D. IIPC-3500

9、IPC-3500是IPCC发展出出来的一一套neeutrral forrmatt,可以以很容易易由PCCB CCAD/CAMM产生,然后依依此系统统,PCCB SSHOPP 再产产生NCC Drrilll Prrogrram,Nettlisst,并并可直接接输入LLaseer PPlottterr绘制底底片.E. LLaseer PPlottterr见图图2.11,输入入Gerrberr foormaat或IPCC 3550 fformmat以以绘制AArtwworkkF. AAperrturre LListt annd DD-Coodess见表表 2.1 及及图2.2,举举一简单单实例来来说

10、明两两者关系系, AAperrturre的定定义亦见见图2.12.3.制前设设计流程程：2.3.1客户户必须提提供的数数据：电子子厂或装装配工厂厂，委托托PCBB SHHOP生生产空板板（Baare Boaard）时，必必须提供供下列数数据以供供制作。见表料料号数据据表-供制前前设计使使用.上表数据据是必备备项目，有时客客户会提提供一片片样品, 一份份零件图图，一份份保证书书（保证证制程中中使用之之原物料料、耗料料等不含含某些有有毒物质质）等。这些额额外数据据，厂商商须自行行判断其其重要性性，以免免误了商商机。2.3.2 .资料审审查面对对这么多多的数据据，制前前设计工工程师接接下来所所要进行

11、行的工作作程序与与重点，如下所所述。A. 审审查客户户的产品品规格，是否厂厂内制程程能力可可及，审审查项目目见承接接料号制制程能力力检查表表.B.原物物料需求求（BOOM-BBilll off Maaterriall）根据据上述资资料审查查分析后后，由BBOM的的展开，来决定定原物料料的厂牌牌、种类类及规格格。主要要的原物物料包括括了：基基板（LLamiinatte）、胶片（Preepreeg）、铜箔（Coppperr fooil）、防焊焊油墨（Sollderr Maask）、文字字油墨（Leggendd）等。另外客客户对于于Finnishh的规定定,将影响响流程的的选择,当然会会有不同同的物

12、料料需求与与规格，例如：软、硬硬金、喷喷钖、OOSP等等。表归归纳客户户规范中中，可能能影响原原物料选选择的因因素。C. 上上述乃属属新数据据的审查查, 审查查完毕进进行样品品的制作作.若是旧旧资料,则须Chheckk有无户户ECOO (EEngiineeerinng CChannge Ordder) .再再进行审审查.D.排版版排版版的尺寸寸选择将将影响该该料号的的获利率率。因为为基板是是主要原原料成本本（排版版最佳化化，可减减少板材材浪费）；而适适当排版版可提高高生产力力并降低低不良率率。有些些工厂认认为固定定某些工工作尺寸寸可以符符合最大大生产力力，但原原物料成成本增加加很多.下列是是一

13、些考考虑的方方向：一般制作作成本，直、间间接原物物料约占占总成本本3060%，包含含了基板板、胶片片、铜箔箔、防焊焊、干膜膜、钻头头、重金金属（铜铜、钖、铅），化学耗耗品等。而这些些原物料料的耗用用，直接接和排版版尺寸恰恰当与否否有关系系。大部部份电子子厂做线线路Laayouut时，会做连连片设计计，以使使装配时时能有最最高的生生产力。因此，PCBB工厂之之制前设设计人员员，应和和客户密密切沟通通，以使使连片LLayoout的的尺寸能能在排版版成工作作PANNEL时时可有最最佳的利利用率。要计算算最恰当当的排版版，须考考虑以下下几个因因素。a.基材材裁切最最少刀数数与最大大使用率率（裁切切方式

14、与与磨边处处理须考考虑进去去）。b.铜箔箔、胶片片与干膜膜的使用用尺寸与与工作PPANEEL的尺尺寸须搭搭配良好好，以免免浪费。c.连片片时，ppiecce间最最小尺寸寸，以及及板边留留做工具具或对位位系统的的最小尺尺寸。d.各制制程可能能的最大大尺寸限限制或有有效工作作区尺寸寸.e.不同同产品结结构有不不同制作作流程，及不同同的排版版限制，例如，金手指指板，其其排版间间距须较较大且有有方向的的考量，其测试试治具或或测试次次序规定定也不一一样。较较大工作作尺寸，可以符符合较大大生产力力，但原原物料成成本增加加很多,而且设设备制程程能力亦亦需提升升，如何何取得一一个平衡衡点，设设计的准准则与工工

15、程师的的经验是是相当重重要的。2.3.3着手手设计所有数据据检核齐齐全后，开始分分工设计计：A. 流流程的决决定(FFloww Chhartt) 由由数据审审查的分分析确认认后，设设计工程程师就要要决定最最适切的的流程步步骤。传传统多层层板的制制作流程程可分作作两个部部分:内层制制作和外外层制作作.以下图图标几种种代表性性流程供供参考.见图2.3 与与图2.44B. CCAD/CAMM作业a. 将将Gerrberr Daata 输入所所使用的的CAMM系统，此时须须将appertturees和shaapess定义好好。目前前，己有有很多PPCB CAMM系统可可接受IIPC-3500的格式式。

16、部份份CAMM系统可可产生外外型NCC Rooutiing 档，不不过一般般PCBB Laayouut设计计软件并并不会产产生此文文件。有有部份专专业软件件或独立立或配合合NC Rouuterr,可设设定参数数直接输输出程序序.Shappes 种类有有圆、正正方、长长方,亦有较较复杂形形状，如如内层之之theermaal ppad等等。着手手设计时时，Appertturee coode和和shaapess的关连连要先定定义清楚楚，否则则无法进进行后面面一系列列的设计计。b. 设设计时的的Cheeck lisst依依据chheckk liist审审查后，当可知知道该制制作料号号可能的的良率以以及

17、成本本的预估估。c. WWorkkingg Paanell排版注注意事项项：PPCB Layyoutt工程师师在设计计时，为为协助提提醒或注注意某些些事项，会做一一些辅助助的记号号做参考考，所以以必须在在进入排排版前，将之去去除。下下表列举举数个项项目，及及其影响响。排排版的尺尺寸选择择将影响响该料号号的获利利率。因因为基板板是主要要原料成成本（排排版最佳佳化，可可减少板板材浪费费）；而而适当排排版可提提高生产产力并降降低不良良率。有些些工厂认认为固定定某些工工作尺寸寸可以符符合最大大生产力力，但原原物料成成本增加加很多.下列是是一些考考虑的方方向：一般制作作成本，直、间间接原物物料约占占总成

18、本本3060%，包含含了基板板、胶片片、铜箔箔、防焊焊、干膜膜、钻头头、重金金属（铜铜、钖、铅、金金），化化学耗品品等。而而这些原原物料的的耗用，直接和和排版尺尺寸恰当当与否有有关系。大部份份电子厂厂做线路路Layyoutt时，会会做连片片设计，以使装装配时能能有最高高的生产产力。因因此，PPCB工工厂之制制前设计计人员，应和客客户密切切沟通，以使连连片Laayouut的尺尺寸能在在排版成成工作PPANEEL时可可有最佳佳的利用用率。要要计算最最恰当的的排版，须考虑虑以下几几个因素素。1.基材材裁切最最少刀数数与最大大使用率率（裁切切方式与与磨边处处理须考考虑进去去）。2.铜箔箔、胶片片与干膜

19、膜的使用用尺寸与与工作PPANEEL的尺尺寸须搭搭配良好好，以免免浪费。3.连片片时，ppiecce间最最小尺寸寸，以及及板边留留做工具具或对位位系统的的最小尺尺寸。4.各制制程可能能的最大大尺寸限限制或有有效工作作区尺寸寸.5不同产产品结构构有不同同制作流流程，及及不同的的排版限限制，例例如，金金手指板板，其排排版间距距须较大大且有方方向的考考量，其其测试治治具或测测试次序序规定也也不一样样。较大大工作尺尺寸，可可以符合合较大生生产力，但原物物料成本本增加很很多,而且设设备制程程能力亦亦需提升升，如何何取得一一个平衡衡点，设设计的准准则与工工程师的的经验是是相当重重要的。进进行woorkii

20、ng Pannel的的排版过过程中，尚须考考虑下列列事项，以使制制程顺畅畅，表排排版注意意事项。d. 底底片与程程序：底底片Arrtwoork 在CAMM系统编编辑排版版完成后后，配合合D-CCodee档案，而由雷雷射绘图图机（LLaseer PPlottterr）绘出出底片。所须绘绘制的底底片有内内外层之之线路，外层之之防焊，以及文文字底片片。由于于线路密密度愈来来愈高，容差要要求越来来越严谨谨，因此此底片尺尺寸控制制，是目目前很多多PCBB厂的一一大课题题。表是是传统底底片与玻玻璃底片片的比较较表。玻玻璃底片片使用比比例已有有提高趋趋势。而而底片制制造商亦亦积极研研究替代代材料，以使尺尺寸

21、之安安定性更更好。例例如干式式做法的的铋金属属底片.一般般在保存存以及使使用传统统底片应应注意事事项如下下：1.环境境的温度度与相对对温度的的控制2.全新新底片取取出使用用的前置置适应时时间3.取用用、传递递以及保保存方式式4.置放放或操作作区域的的清洁度度程程序含一一,二次孔孔钻孔程程序，以以及外形形Rouutinng程序序其中NNC RRouttingg程序一一般须另另行处理理e. DDFMDessignn foor mmanuufaccturringg .PPCB layyoutt 工程程师大半半不太了了解，PPCB制制作流程程以及各各制程需需要注意意的事项项，所以以在Laay-oout

22、线线路时，仅考虑虑电性、逻辑、尺寸等等，而甚甚少顾及及其它。PCBB制前设设计工程程师因此此必须从从生产力力，良率率等考量量而修正正一些线线路特性性，如圆圆形接线线PADD修正成成泪滴状状，见图图2.55,为的的是制程程中PAAD一孔孔对位不不准时，尚能维维持最小小的垫环环宽度。但是是制前工工程师的的修正，有时却却会影响响客户产产品的特特性甚或或性能，所以不不得不谨谨慎。PPCB厂厂必须有有一套针针对厂内内制程上上的特性性而编辑辑的规范范除了改改善产品品良率以以及提升升生产力力外，也也可做为为和PCCB线路路Layy-ouut人员员的沟通通语言，见图22.6 .C. TToollingg指AO

23、II与电测测Nettlisst檔.AAOI由由CADD reeferrencce文件件产生AAOI系系统可接接受的数数据、且且含容差差，而电电测Neet llistt档则用用来制作作电测治治具Fiixtuure。2.4 结语颇多多公司对对于制前前设计的的工作重重视的程程度不若若制程,这个观观念一定定要改,因为随随着电子子产品的的演变,PCBB制作的的技术层层次愈困困难,也愈须须要和上上游客户户做最密密切的沟沟通,现在已已不是任任何一方方把工作作做好就就表示组组装好的的产品没没有问题题,产品的的使用环环境, 材料的的物,化性, 线路Laay-oout的的电性, PCCB的信信赖性等等,都会影影响

24、产品品的功能能发挥.所以不不管软件件,硬件,功能设设计上都都有很好好的进展展,人的观观念也要要有所突突破才行行.三. 基基板印刷刷电路板板是以铜铜箔基板板（ CCoppper-claad LLamiinatte 简简称CCCL ）做为原原料而制制造的电电器或电电子的重重要机构构组件,故从事事电路板板之上下下游业者者必须对对基板有有所了解解:有那些些种类的的基板,它们是是如何制制造出来来的,使用于于何种产产品, 它们各各有那些些优劣点点,如此才才能选择择适当的的基板.表3.11简单列列出不同同基板的的适用场场合.基板工业业是一种种材料的的基础工工业，是是由介电电层（树树脂 RResiin ，玻璃

25、纤纤维 GGlasss ffibeer ），及高高纯度的的导体 (铜箔箔 Cooppeer ffoill )二二者所构构成的复复合材料料（ CCompposiite matteriial），其所所牵涉的的理论及及实务不不输于电电路板本本身的制制作。以以下即针针对这二二个主要要组成做做深入浅浅出的探探讨.3.1介介电层3.1.1树脂脂 Reesinn3.1.1.11前言目前已使使用于线线路板之之树脂类类别很多多,如酚醛醛树脂（ Phhoneeticc ）、环氧树树脂（ Epooxy ）、聚聚亚醯胺胺树脂（ Poolyaamidde ）、聚四四氟乙烯烯（Poolyttetrraflluorreth

26、hyleene，简称PPTFEE或称TEEFLOON），B一三氮氮树脂（Bissmalleimmidee Trriazzinee 简称称 BTT ）等等皆为热热固型的的树脂（Theermoosetttedd Pllasttic Ressin）。3.1.1.22 酚醛醛树脂 Pheenollic Ressin是人类最最早开发发成功而而又商业业化的聚聚合物。是由液液态的酚酚（phhenool）及及液态的的甲醛（ Foormaaldeehydde 俗俗称Foormaalinn ）两两种便宜宜的化学学品，在在酸性或或碱性的的催化条条件下发发生立体体架桥（ Crrossslinnkagge ）的连续续反

27、应而而硬化成成为固态态的合成成材料。其反应应化学式式见图33.1 19110 年年有一家家叫 BBakeelitte 公公司加入入帆布纤纤维而做做成一种种坚硬强强固，绝绝缘性又又好的材材料称为为 Baakellitee，俗名名为电木木板或尿尿素板。美国电子子制造业业协会(NEMMA-NNatiionll Ellecttriccal Mannufaactuurerrs AAssoociaatioon) 将不同同的组合合冠以不不同的编编号代字字而为业业者所广广用, 现将酚酚醛树脂脂之各产产品代字字列表，如表 NEMMA 对对于酚醛醛树脂板板的分类类及代码码表中中纸质基基板代字字的第一一个 X 是表

28、示示机械性性用途，第二个个 XX 是是表示可可用电性性用途。第三个个 XX 是是表示可可用有无无线电波波及高湿湿度的场场所。 P 表示示需要加加热才能能冲板子子（ PPuncchabble ），否否则材料料会破裂裂， C 表示可可以冷冲冲加工（ coold punnchaablee ），FRR 表表示树脂脂中加有有不易着着火的物物质使基基板有难难燃 (Flaame Rettarddentt) 或或抗燃(Flaame ressisttancce) 性。纸质板中中最畅销销的是XXXXPPC及FR-2前前者在温温度255 以上,厚度在在.0662inn以下就就可以冲冲制成型型很方便便，后者者的组合合

29、与前完完全相同同，只是是在树脂脂中加有有三氧化化二锑增增加其难难燃性。以下介介绍几个个较常使使用纸质质基板及及其特殊殊用途:A 常使使用纸质质基板 a. XPCC Grradee：通常常应用在在低电压压、低电电流不会会引起火火源的消消费性电电子产品品，如玩玩具、手手提收音音机、电电话机、计算器器、遥控控器及钟钟表等等等。ULL94对对XPCC Grradee 要求求只须达达到HBB难燃等等级即可可。 b. FR-1 GGradde：电电气性、难燃性性优于XXPC Graade，广泛使使用于电电流及电电压比XXPC Graade稍稍高的电电器用品品，如彩彩色电视视机、监监视器、VTRR、家庭庭音

30、响、洗衣机机及吸尘尘器等等等。ULL94要要求FRR-1难难燃性有有V-00、V-11与V-22不同等等级，不不过由于于三种等等级板材材价位差差异不大大，而且且考虑安安全起见见，目前前电器界界几乎全全采用VV-0级级板材。 c. FR-2 GGradde：在在与FRR-1比比较下，除电气气性能要要求稍高高外，其其它物性性并没有有特别之之处，近近年来在在纸质基基板业者者努力研研究改进进FR-1技术术，FRR-1与与FR-2的性性质界线线已渐模模糊,FFR-22等级板板材在不不久将来来可能会会在偏高高价格因因素下被被FR-1 所所取代。B. 其其它特殊殊用途： a. 铜镀通通孔用纸纸质基板板主要目

31、的的是计划划取代部部份物性性要求并并不高的的FR-4板材材，以便便降低PPCB的的成本. b. 银贯孔孔用纸质质基板时下最流流行取代代部份物物性要求求并不很很高的FFR-44作通孔孔板材，就是银银贯孔用用纸质基基板印刷刷电路板板两面线线路的导导通，可可直接借借由印刷刷方式将将银胶(Sillverr Paastee) 涂涂布于孔孔壁上，经由高高温硬化化，即成成为导通通体，不不像一般般FR-4板材材的铜镀镀通孔，需经由由活化、化学铜铜、电镀镀铜、锡锡铅等繁繁杂手续续。 b-11 基板板材质1) 尺尺寸安定定性：除要留意意X、Y轴(纤维方方向与横横方向)外，更更要注意意Z轴(板材厚厚度方向向)，因热

32、热胀冷缩缩及加热热减量因因素容易易造成银银胶导体体的断裂裂。 2) 电气与与吸水性性：许多多绝缘体体在吸湿湿状态下下，降低低了绝缘缘性，以以致提供供金属在在电位差差趋动力力下发生生移行的的现象，FR-4在尺尺寸安性性、电气气性与吸吸水性方方面都比比FR-1及XPCC 佳，所以生生产银贯贯孔印刷刷电路板板时，要要选用特特制FRR-1及及XPCC的纸质质基板 .板材材。 b.-2 导导体材质质 1) 导体材材质银及及碳墨贯贯孔印刷刷电路的的导电方方式是利利用银及及石墨微微粒镶嵌嵌在聚合合体内，藉由微微粒的接接触来导导电，而而铜镀通通孔印刷刷电路板板，则是是借由铜铜本身是是连贯的的结晶体体而产生生非

33、常顺顺畅的导导电性。 2) 延展性性：铜镀通孔孔上的铜铜是一种种连续性性的结晶晶体，有有非常良良好的延延展性，不会像像银、碳碳墨胶在在热胀冷冷缩时，容易发发生界面面的分离离而降低低导电度度。 3) 移行性性：银、铜都都是金属属材质，容易发发性氧化化、还原原作用造造成锈化化及移行行现象，因电位位差的不不同，银银比铜在在电位差差趋动力力下容易易发生银银迁移(Sillverr Miigraatioon)。 c. 碳墨贯贯孔(CCarbbon Thrrouggh HHolee)用纸纸质基板板.碳墨胶油油墨中的的石墨不不具有像像银的移移行特性性，石墨墨所担当当的角色色仅仅是是作简单单的讯号号传递者者，所

34、以以PCBB业界对对积层板板除了碳碳墨胶与与基材的的密着性性、翘曲曲度外，并没有有特别要要求.石墨因因有良好好的耐磨磨性，所所以Caarboon PPastte最早早期是被被应用来来取代KKey Padd及金手手指上的的镀金，而后延延伸到扮扮演跳线线功能。碳墨贯贯孔印刷刷电路板板的负载载电流通通常设计计的很低低，所以以业界大大都采用用XPCC 等级级，至于于厚度方方面，在在考虑轻轻、薄、短、小小与印刷刷贯孔性性因素下下，常通通选用0.88、1.00或1.22mm厚厚板材。 d. 室温冲冲孔用纸纸质基板板其特征征是纸质质基板表表面温度度约400以下，即可作作Pittch为为1.778mmm的IC

35、密集孔的的冲模，孔间不不会发生生裂痕，并且以以减低冲冲模时纸纸质基板板冷却所所造成线线路精准准度的偏偏差，该该类纸质质基板非非常适用用于细线线路及大大面积的的印刷电电路板。 e. 抗漏电电压(AAntii-Trrackk)用纸纸质基板板人类的的生活越越趋精致致，对物物品的要要求且也也就越讲讲就短小小轻薄，当印刷刷电路板板的线路路设计越越密集，线距也也就越小小，且在在高功能能性的要要求下，电流负负载变大大了，那那么线路路间就容容易因发发生电弧弧破坏基基材的绝绝缘性而而造成漏漏电，纸纸质基板板业界为为解决该该类问题题，有供供应采用用特殊背背胶的铜铜箔所制制成的抗抗漏电压压用纸质质基板2.1.2环氧

36、氧树脂 Epooxy Ressin是目目前印刷刷线路板板业用途途最广的的底材。在液态态时称为为清漆或或称凡立立水（VVarnnishh) 或或称为 A-sstagge，玻璃布布在浸胶胶半干成成胶片后后再经高高温软化化液化而而呈现黏黏着性而而用于双双面基板板制作或或多层板板之压合合用称 B-sstagge ppreppregg ,经经此压合合再硬化化而无法法回复之之最终状状态称为为 C-staage。2.1.2.11传统环环氧树脂脂的组成成及其性性质用于于基板之之环氧树树脂之单单体一向向都是BBispphennol A 及及Epiichlloroohyddrinn 用 diicy 做为架架桥剂所

37、所形成的的聚合物物。为了了通过燃燃性试验验(Fllammmabiilitty ttestt), 将上述述仍在液液态的树树脂再与与Tettrabbrommo-BBispphennol A 反反应而成成为最熟熟知FRR-4 传统环环氧树脂脂。现将将产品之之主要成成份列于于后:单体 -Biisphhenool AA, EEpicchloorohhydrrin架桥剂(即硬化化剂) -双氰氰 Diicyaandiiamiide简简称Diicy速化剂 (Acccelleraatorr)-Bennzyll-Diimetthyllamiine ( BBDMAA ) 及 2- Meethyylimmidaazo

38、lle ( 2-MI )溶剂 -Etthyllenee gllycool mmonoometthy ethher( EGGMMEE ) Dimmethhy fformmamiide (DMMF) 及稀释释剂 AAcettonee ,MMEK。填充剂(Addditiive) -碳酸钙钙、硅化化物、及及氢氧化化铝或化物等等增加难难燃效果果。填充充剂可调调整其TTg.A. 单单体及低低分子量量之树脂脂典型的传传统树脂脂一般称称为双功功能的环环气树脂脂 ( Diffuncctioonall Eppoxyy Reesinn),见见图3.2. 为了达达到使用用安全的的目的，特于树树脂的分分子结构构中加入入

39、溴原子子，使产生生部份碳碳溴之结结合而呈呈现难燃燃的效果果。也就就是说当当出现燃燃烧的条条件或环环境时，它要不不容易被被点燃，万一已已点燃在在燃烧环环境消失失后，能能自己熄熄灭而不不再继续续延烧。见图33.3.此种难难燃材炓炓在 NNEMAA 规范范中称为为 FRR-4。(不含溴溴的树脂脂在 NNEMAA 规范范中称为为 G-10) 此种种含溴环环氧树脂脂的优点点很多如如介电常常数很低低，与铜铜箔的附附着力很很强，与与玻璃纤纤维结合合后之挠挠性强度度很不错错等。B. 架架桥剂(硬化剂剂)环氧树脂脂的架桥桥剂一向向都是DDiceey,它它是一种种隐性的的 (llateent) 催化化剂 , 在高

40、高温1660之下才才发挥其其架桥作作用，常常温中很很安定，故多层层板 BB-sttagee 的胶胶片才不不致无法法储存。但 Diiceyy的缺点点却也不不少，第第一是吸吸水性 (Hyygrooscoopiccityy)，第第二个缺缺点是难难溶性。溶不掉掉自然难难以在液液态树脂脂中发挥挥作用。早期的的基板商商并不了了解下游游电路板板装配工工业问题题，那时时的 ddiceey 磨磨的不是是很细，其溶不不掉的部部份混在在底材中中，经长长时间聚聚集的吸吸水后会会发生针针状的再再结晶, 造成成许多爆爆板的问问题。当当然现在在的基板板制造商商都很清清处它的的严重性性,因此已已改善此此点.C. 速速化剂用以

41、以加速 epooxy 与 diiceyy 之间间的架桥桥反应，最常用用的有两两种即BBDMAA 及 2-MI。D. TTg 玻玻璃态转转化温度度高分子聚聚合物因因温度之之逐渐上上升导致致其物理理性质渐渐起变化化，由常常温时之之无定形形或部份份结晶之之坚硬及及脆性如如玻璃一一般的物物质而转转成为一一种黏滞滞度非常常高,柔软如如橡皮一一般的另另一种状状态。传传统 FFR4 之 Tgg 约在在1155-1220之间，已被使使用多年年，但近近年来由由于电子子产品各各种性能能要求愈愈来愈高高,所以对对材料的的特性也也要求日日益严苛苛，如抗抗湿性、抗化性性、抗溶溶剂性、抗热性性 ,尺寸寸安定性性等都要要求

42、改进进,以适应应更广泛泛的用途途, 而这这些性质质都与树树脂的 Tg 有关, Tg 提高之之后上述述各种性性质也都都自然变变好。例例如 TTg 提提高后, a.其耐热热性增强强，使基基板在 X 及及 Y 方向的的膨胀减减少，使使得板子子在受热热后铜线线路与基基材之间间附着力力不致减减弱太多多，使线线路有较较好的附附着力。 b.在 Z 方向的的膨胀减减小后，使得通通孔之孔孔壁受热热后不易易被底材材所拉断断。c. Tgg 增高高后，其其树脂中中架桥之之密度必必定提高高很多使使其有更更好的抗抗水性及及防溶剂剂性，使使板子受受热后不不易发生生白点或或织纹显显露，而而有更好好的强度度及介电电性.至于尺尺

43、寸的安安定性,由于自自动插装装或表面面装配之之严格要要求就更更为重要要了。因因而近年年来如何何提高环环氧树脂脂之 TTg 是是基板材材所追求求的要务务。E. FFR4难难燃性环环氧树脂脂传统的环环氧树脂脂遇到高高温着火火后若无无外在因因素予以以扑灭时时，会不不停的一一直燃烧烧下去直直到分子子中的碳碳氢氧或或氮燃烧烧完毕为为止。若若在其分分子中以以溴取代代了氢的的位置，使可燃燃的碳氢氢键化合合物一部部份改换换成不可可燃的碳碳溴键化化合物则则可大大大的降低低其可燃燃性。此此种加溴溴之树脂脂难燃性性自然增增强很多多，但却却降低了了树脂与与铜皮以以及玻璃璃间的黏黏着力，而且万万一着火火后更会会放出剧剧

44、毒的溴溴气，会会带来的的不良后后果。3.1.2.22高性能能环氧树树脂(MMulttifuuncttionnal Epooxy)传统的 FR44 对今今日高性性能的线线路板而而言已经经力不从从心了，故有各各种不同同的树脂脂与原有有的环氧氧树脂混混合以提提升其基基板之各各种性质质，A. NNovoolacc最早被引引进的是是酚醛树树脂中的的一种叫叫 Noovollac 者 ,由 Noovollac 与环氧氧氯丙烷烷所形成成的酯类类称为 Epooxy Novvolaacs，见图33.4之之反应式式. 将此此种聚合合物混入入 FRR4 之之树脂，可大大大改善其其抗水性性、抗化化性及尺尺寸安定定性,

45、Tg 也随之之提高，缺点是是酚醛树树脂本身身的硬度度及脆性性都很高高而易钻钻头，加加之抗化化性能力力增强,对于因因钻孔而而造成的的胶渣 (Smmearr) 不不易除去去而造成成多层板板PTHH制程之之困扰。B. TTetrrafuuncttionnal Epooxy另一种常常被添加加于 FFR4 中的是是所谓 四四功能的的环氧树树脂 (TTetrrafuuncttionnal Epooxy Ressin ).其其与传统统 双功能能 环氧树树脂不同同之处是是具立体体空间架架桥 ,见图3.5，Tg 较高能能抗较差差的热环环境，且且抗溶剂剂性、抗抗化性、抗湿性性及尺寸寸安定性性也好很很多，而而且不会

46、会发生像像 Noovollac那那样的缺缺点。最最早是美美国一家家叫 PPolyyclaad 的的基板厂厂所引进进的。四四功能比比起 NNovoolacc来还有有一种优优点就是是有更好好的均匀匀混合。为保持持多层板板除胶渣渣的方便便起见，此种四四功能的的基板在在钻孔后后最好在在烤箱中中以1660 烤 2-4 小小时, 使孔壁壁露出的的树脂产产生氧化化作用，氧化后后的树脂脂较容易易被蚀除除，而且且也增加加树脂进进一步的的架桥聚聚合,对后来来的制程程也有帮帮助。因因为脆性性的关系系, 钻孔孔要特别别注意.上述述两种添添加树脂脂都无法法溴化,故加入入一般FFR4中中会降低低其难燃燃性.3.1.2.3

47、3 聚亚亚醯胺树树脂 PPolyyimiide(PI)A. 成成份主要由BBismmaleeimiide 及Metthyllenee Diianiilinne 反反应而成成的聚合合物,见图3.6.B. 优优点电路板对对温度的的适应会会愈来愈愈重要，某些特特殊高温温用途的的板子，已非环环氧树脂脂所能胜胜任，传传统式 FR44 的 Tgg 约1200左右，即使高高功能的的 FRR4 也也只到达达 1880-1190 ，比起起聚亚醯醯胺的2260 还有一一大段距距离.PPI在高高温下所所表现的的良好性性质,如良好好的挠性性、铜箔箔抗撕强强度、抗抗化性、介电性性、尺寸寸安定性性皆远优优于 FFR4。钻

48、孔时时不容易易产生胶胶渣，对对内层与与孔壁之之接通性性自然比比 FRR4 好好。而且且由于耐耐热性良良好，其其尺寸之之变化甚甚少，以以X 及 Y方向向之变化化而言，对细线线路更为为有利，不致因因膨胀太太大而降降低了与与铜皮之之间的附附着力。就 ZZ 方向向而言可可大大的的减少孔孔壁铜层层断裂的的机会。C. 缺缺点: a.不不易进行行溴化反反应，不不易达到到 ULL94 V-00 的难难燃要求求。 b.此此种树脂脂本身层层与层之之间，或或与铜箔箔之间的的黏着力力较差，不如环环氧树脂脂那么强强，而且且挠性也也较差。 c.常常温时却却表现不不佳，有有吸湿性性 (HHygrrosccopiic), 而

49、黏黏着性、延性又又都很差差。 d.其其凡立水水(Vaarniish,又称生生胶水,液态树树脂称之之)中所使使用的溶溶剂之沸沸点较高高，不易易赶完，容易产产生高温温下分层层的现象象。而且且流动性性不好,压合不不易填满满死角。 e.目目前价格格仍然非非常昂贵贵约为 FR44 的 2-3倍，故只有有军用板板或 RRigiid- Fleex 板板才用的的起。在美美军规范范MILL-P-139949HH中, 聚亚亚醯胺树树脂基板板代号为为GI.3.1.2.44 聚四四氟乙烯烯 (PPTFEE)全名名为 PPolyyterraflluorroetthyllenee ,分分子式见见图3.7. 以之抽抽丝作P

50、PTFEE纤维的的商品名名为 TTefllon 铁弗龙龙 ,其最最大的特特点是阻阻抗很高高 (IImpeedannce) 对高高频微波波 (mmicrrowaave) 通信信用途上上是无法法取代的的，美军军规范赋赋与 GT、GXX、及及 GGY 三种材材料代字字,皆为玻玻纤补强强typpe，其其商用基基板是由由3M公司司所制，目前这这种材料料尚无法法大量投投入生产产，其原原因有:A. PPTFEE 树脂脂与玻璃璃纤维间间的附着着力问题题；此树树脂很难难渗入玻玻璃束中中，因其其抗化性性特强，许多湿湿式制程程中都无无法使其其反应及及活化，在做镀镀通孔时时所得之之铜孔壁壁无法固固着在底底材上，很难通

51、通过 MMILPP-5551100E 中中4.88.4.4 之之固着强强度试验验。由于于玻璃束束未能被被树脂填填满，很很容易在在做镀通通孔时造造成玻璃璃中渗铜铜 (WWickkingg) 的的出现，影响板板子的可可信赖度度。B. 此此四氟乙乙烯材料料分子结结构，非非常强劲劲无法用用一般机机械或化化学法加加以攻击击，做蚀蚀回时只只有用电电浆法.C. TTg 很很低只有有 199 度 c, 故在在常温时时呈可挠挠性，也也使线路路的附着着力及尺尺寸安定定性不好好。表为四种种不同树树脂制造造的基板板性质的的比较.3.1.2.55 BTT/EPPOXYY树脂BT树脂脂也是一一种热固固型树脂脂，是日日本三

52、菱菱瓦斯化化成公司司(Miitsuubisshi Gass Chhemiicall Coo.)在在19880年研研制成功功。是由由Bissmalleimmidee及Triigziine Ressin monnomeer二者者反应聚聚合而成成。其反反应式见见图3.8。BT树脂脂通常和和环氧树树脂混合合而制成成基板。A. 优优点 a. Tg点点高达1180，耐热热性非常常好，BBT作成成之板材材，铜箔箔的抗撕撕强度(peeel SStreengtth)，挠性强强度亦非非常理想想钻孔后后的胶渣渣(Smmearr)甚少少 b. 可进行行难燃处处理，以以达到UUL944V-00的要求求 c. 介质常常数

53、及散散逸因子子小，因因此对于于高频及及高速传传输的电电路板非非常有利利。 d. 耐化性性，抗溶溶剂性良良好 e. 绝缘性性佳B. 应应用 a. COBB设计的的电路板板由于wiire bonndinng过程程的高温温，会使使板子表表面变软软而致打打线失败败。 BBT/EEPOXXY高性性能板材材可克服服此点。 b. BGAA ,PPGA, MCCM-LLs等半半导体封封装载板板半导体体封装测测试中，有两个个很重要要的常见见问题，一是漏漏电现象象，或称称 CAAF(CCondducttivee Annodiic FFilaamennt),一是爆爆米花现现象(受湿气气及高温温冲击)。这两两点也是是

54、BT/EPOOXY板板材可以以避免的的。3.1.2.66 Cyyanaate Estter Ressin19700年开始始应用于于PCBB基材，目前CChibba GGeiggy有制制作此类类树脂。其反应应式如图图3.99。A. 优优点 a. Tg可可达2550，使用用于非常常厚之多多层板 b. 极低的的介电常常数(22.53.11)可应应用于高高速产品品。B. 问问题 a. 硬化后后脆度高高. b. 对湿度度敏感，甚至可可能和水水起反应应.3.1.2玻璃璃纤维3.1.2.11前言玻璃璃纤维(Fibbergglasss)在在PCBB基板中中的功用用，是作作为补强强材料。基板的的补强材材料尚有有

55、其它种种，如纸纸质基板板的纸材材， KKelvvar(Pollyammidee聚醯胺胺)纤维，以及石石英(QQuarrtz)纤维。本节仅仅讨论最最大宗的的玻璃纤纤维。玻璃(GGlasss)本本身是一一种混合合物，其其组成见见表它是是一些无无机物经经高温融融熔合而而成，再再经抽丝丝冷却而而成一种种非结晶晶结构的的坚硬物物体。此此物质的的使用，已有数数千年的的历史。做成纤纤维状使使用则可可追溯至至17世纪纪。真正正大量做做商用产产品，则则是由OOwenn-Illlinnoiss及Corrninng GGlasss WWorkks两家家公司其其共同的的研究努努力后，组合成成Oweens-Corrni

56、nng FFibeergllas Corrporratiion于于19339年正正式生产产制造。3.1.2.22 玻璃璃纤维布布玻璃璃纤维的的制成可可分两种种，一种种是连续续式(CConttinuuouss)的纤纤维另一一种则是是不连续续式(ddiscconttinuuouss)的纤纤维前者者即用于于织成玻玻璃布(Fabbricc)，后后者则做做成片状状之玻璃璃席(MMat)。FR44等基材材，即是是使用前前者，CCEM33基材，则采用用后者玻玻璃席。A. 玻玻璃纤维维的特性性原始融熔熔态玻璃璃的组成成成份不不同，会会影响玻玻璃纤维维的特性性，不同同组成所所呈现的的差异，表中有有详细的的区别，

57、而且各各有独特特及不同同应用之之处。按按组成的的不同(见表)，玻璃璃的等级级可分四四种商品品：A级为高高碱性，C级为抗抗化性，E级为电电子用途途，S级为高高强度。电路板板中所用用的就是是E级玻璃璃，主要要是其介介电性质质优于其其它三种种。玻玻璃纤维维一些共共同的特特性如下下所述： a.高高强度：和其它它纺织用用纤维比比较，玻玻璃有极极高强度度。在某某些应用用上，其其强度/重量比比甚至超超过铁丝丝。 b.抗抗热与火火：玻璃璃纤维为为无机物物，因此此不会燃燃烧 c.抗抗化性：可耐大大部份的的化学品品，也不不为霉菌菌，细菌菌的渗入入及昆虫虫的功击击。 d.防防潮：玻玻璃并不不吸水，即使在在很潮湿湿的

58、环境境，依然然保持它它的机械械强度。 e.热热性质：玻纤有有很低的的熬线性性膨胀系系数，及及高的热热导系数数，因此此在高温温环境下下有极佳佳的表现现。 f.电电性：由由于玻璃璃纤维的的不导电电性，是是一个很很好的绝绝缘物质质的选择择。PCB基基材所选选择使用用的E级玻璃璃，最主主要的是是其非常常优秀的的抗水性性。因此此在非常常潮湿，恶劣的的环境下下，仍然然保有非非常好的的电性及及物性一一如尺寸寸稳定度度。玻玻纤布的的制作：玻璃纤维维布的制制作，是是一系列列专业且且投资全全额庞大大的制程程本章略略而不谈谈3.2 铜箔(ccoppper foiil)早期期线路的的设计粗粗粗宽宽宽的,厚度要要求亦不

59、不挑剔,但演变变至今日日线宽33,4mmil,甚至更更细(现国内内已有工工厂开发发1 mmil线线宽),电阻要要求严苛苛.抗撕强强度,表面Prrofiile等等也都详详加规定定.所以对对铜箔发发展的现现况及驱驱势就必必须进一一步了解解.3.2.1传统统铜箔3.2.1.11辗轧法法 (RRollled-or Wrooughht MMethhod)是将将铜块经经多次辗辗轧制作作而成，其所辗辗出之宽宽度受到到技术限限制很难难达到标标准尺寸寸基板的的要求 (3 呎*4呎) ,而且很很容易在在辗制过过程中造造成报废废，因表表面粗糙糙度不够够,所以与与树脂之之结合能能力比较较不好，而且制制造过程程中所受受

60、应力需需要做热热处理之之回火轫轫化(HHeatt trreattmennt oor AAnneealiing),故其其成本较较高。A. 优优点. a. 延展性性Ducctillityy高,对FPCC使用于于动态环环境下,信赖度度极佳. b. 低的表表面棱线线Loww-prrofiile Surrfacce,对对于一些些Miccrowwavee电子应应用是一一利基.B. 缺缺点. a. 和基材材的附着着力不好好. b. 成本较较高. c. 因技术术问题,宽度受受限.3.2.1.22 电镀镀法 (Eleectrrodeepossiteed MMethhod)最常常使用于于基板上上的铜箔箔就是EED