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文档简介
EZplan工單系統PCB材料、製程與工單操作流程說明製表人:邱群益日期:97/09/09大綱一、PCB名詞與材料說明2.材料種類說明1.PCB通用名詞四、Q&A二、PCB製程說明三、EzPlan工單系統操作流程2.HDI製程概述1.一般板與HDI板差異說明3.材料特性說明4.材料供應商說明3.一般板製程說明4.一般板與HDI製程總覽1-1PCB通用名詞(1)材料通用名詞:TG:玻璃轉化溫度,一般來說,材料的TG點越高越穩定,但並非一定;亦有TG較低的材料,耐熱的條件較好(如LowCTE材料)。(TG點不代表耐熱點,實際耐熱點為TD)TD:材質裂解溫度,代表當超過此溫度時,材質之重量損失達到5%。(廠內使用之FR-4,之TD皆大於300度)Er:Er稱之為介電常數,為計算阻抗之必要參數;Er為電路訊號於材質中傳遞的速度比,Er值越低,訊號傳遞越快(速度為C/sqrt(Er),其中C為在真空中的光速(30萬公里/秒))RC%:膠片之含膠量。若PCB之層別銅面積較低,就需要較多的膠填補;若膠不夠填補,則會造成爆板導致報廢的情形。(爆板是指PCB內藏空氣或水氣,於成品後加熱時,空氣或水氣體積膨脹,造成PCB爆裂之故)慣用單位:1Inch1000Mil25.4mm1mm39.37Mil0.03937Inch。(尺寸為Inch,厚度為Mil,鑽針孔徑mm)1-2PCB通用名詞(2)孔徑通用名詞:貫通孔
即貫穿板子的孔類。盲孔 從外層鑽孔,但無貫穿料號。埋孔 在內層時鑽孔,外觀無法看見。1-3PCB通用名詞(3)表面處理於PCB板Finsh製程時,用以保護線路與焊接點,避免氧化後,無法焊接電子元件,以下為廠內表面處理種類:噴錫(HotAirSolderLeveling;簡稱HASL)
噴錫的優點就是成本最低、容易重工等特點,為最多業界使用。但是缺點就是表面的平整性不佳,且成分比例含鉛(Sn/Pb之組成比例為63/37),含不符環保法規的鉛,將漸漸淘汰不使用。OSP(OrganicSolderabilityPreservative;廠內也稱ENTEK)有機保焊劑製程,是指裸銅待焊面上施加的防污劑與保焊劑處理,以維持其儲存與組裝製程中焊錫性的良好。一則可保護銅面不再受外界影響而氧化,二則其皮膜在焊接前又可被稀酸或助焊劑所迅速除去,而令裸銅面瞬間仍能展現良好的焊錫性,缺點是耐熱性較差易裂解。1-4PCB通用名詞(4)鍍金(Platewithgold;業界也稱金手指)這是所有表面處理中最穩定、最不易氧化,也最適合使用於無鉛製程,尤其在一些高單價或者需要高可靠度的電子產品都建議使用此作處理,只是其成本也是最高的。化鎳金(ElectrolessNi&ImmersionGold;簡稱化金或ENIG)化金擁有不錯的抗氧化功效,但最大的問題點便是”黑墊”(BlackPad),黑墊目前原因為銅面於電化學反應時,上鎳與上金的厚薄不一,故造成後續金面容易脫落所致。目前化金不易重工,且成本亦高。化銀(ImmersionSilver;一般稱之為浸銀或化銀)化銀是以化學方式將銅面之銅離子置換為銀,為目前無鉛表面處理的主力。擁有價格低、可焊性佳等優點。但化銀由於易與空氣中的硫化物反應,會造成表面變黑污染,故不耐保存;且近年來化銀於銲墊上亦有microvoid(微空泡,指銲墊上出現細微空洞,會造成銲件時產生空洞,降低銲接強度)等問題,故亦為客戶考量之重點。無鉛噴錫(Lead-freeHASL)以銀或銅取代鉛,並且擁有原先含鉛噴錫特性,但此技術為2007年5月提出,故相關成分比例技術尚在改良階段,主要是因為工作溫度需提高50度以上,易產生錫渣。(※HSB廠內沒有無鉛噴錫製程)1-5PCB材料種類說明(1)廠內使用原物料分類感光乾膜(DryFilm)為一種光阻劑材料,用於將底片之線路感應至銅箔上,並可耐蝕刻,使銅箔可依底片形成線路,透光的部分乾膜會因uv光而聚合,不透明的部分則不會有反應後續顯影的部分再利用(碳酸鈉或碳酸鉀)浸泡時,未反應的部分則會被洗掉。製程藥水線路及防焊製程藥水:去除線路銅屑雜質,避免雜質對壓合的影響。黑、棕化製程藥水:粗化電路板面,加強與P.P或防焊油墨結合性。
表面處理製程藥水:依客戶對料號指定的表面處理選用,常用包含化金藥水、化銀藥水、化錫藥水、鍍鎳金藥水,以及抗氧化
藥水等。1-6PCB材料種類說明(2)廠內使用原物料分類油墨防焊油墨:主要目的為防止外層不需銲接的銅面(線路或PAD)沾上錫膏,印製後僅焊接元件露出,厚度約0.2~0.8mil。(硬化方式為加熱與照射UV) 文字油墨:與防焊油墨相似,主要用以標示PCB上零件的位置與文字符號等,需求厚度較防焊為薄,約0.1~0.4mil。(硬化方式為照射UV)機械鑽針
鑽孔使用:產生圓形之鑽孔,孔徑由7.9mil~250mil範圍。Router使用:與一般鑽針不同之處,尖銳處不是在針頭,而是在針頭周圍。Router標準針頭1-7PCB材料種類說明(3)PCB硬板材料下面四大類:銅箔(Cu) 電路板內訊號傳遞的主要材料,也是層數計算的依據。膠片(Prepreg)負責將電路板各層結合,且不會使各層訊號互相干擾的絕緣接著劑,。基板(Core)硬度最高為電路板核心材料,由銅箔、玻璃纖維和強化樹脂組成。特殊材料背膠銅箔(RCC) 即銅箔背面貼膠,用於HDI板類,便於雷射鑽孔,但因影響品質廠內目前停用。白Core(Laminate)也稱為無銅箔基板,當客戶設計指定時才用,因為成本過高。1-8PCB硬板材料特性說明廠內使用基板與膠片P.P等級FR-4廠內一般材料即為FR-4。FR-408ISOLA專門生產之特殊材料,客戶指定時才用。LowCTE低漲縮率之FR-4,客戶指定時才用。無鹵素特性與FR-4相同,但不含鹵素(溴)之材料,成本昂貴,客戶指定時才使用。1-9PCB硬板材料供應商說明廠內原物料供應商:註:無鹵素即材質無鹵素;ROHS環保需求為不含有六大有害物質,鉛、鎘、汞、六價鉻、PBB、PBDE等有毒物質,所有基材皆可符合2-1一般板與HDI板差異說明2-2一般板製程總覽2-3HDI板製程總覽雷射鑽孔多次壓合2-4HDI製程概述-六層HDI範例HDIPCBMechanism:
Standardsixlayerswithburied/blindholesHDIPCB.Through/Blind/BuriedHolesL3/L4:Power/Ground
L2:SignalLayerL5:SignalLayerL1:SignalandSMDPadL6:SignalandSMDPad2-5HDI製程概述-內層L3/4PatternFormingCoreComposition:CopperFoil:electricalmaterialglassfiber:reinforcematerialresin:dielectricmaterialEtchingResistPhotoResistImageTransformFlowHDIPCBMfg.Flowspecification:LaminationL2/L5BuriedHoleDrillingExposurebyUVDESprocessBlackOxidationMaterialBookingThermallaminationMechanicalDrillingCopperPlatingHolePluggingByResinOverResinScrubbingL2/5PatternFormingImageTransform2-6HDI製程概述-外層RCCLaminatingBlindViaByLaserThroughHoleDrillingRCC:ResinCladedCopperImageTransformForLaserWindowLaserAblationHorizontalCopperPlatingMechanicalDrilling&CopperPlatingL1/6PatternFormingImageTransform2-7HDI製程概述-表面處理SolderResistCoatingLetterPrintingMetalFinish
ShippingLiquidS/RCoatingPre-cureExposure&DevelopPost-cureScreenPrintingCureSurfaceTreatmentByGoldOnSMDPad2-8一般板製程-內層影像轉移壓膜前須做銅面處理:清洗→微蝕→磨刷→水洗→烘乾→壓膜銅面處理用意:不管原底裁銅薄或一次鍍銅板都要仔細做清潔處理及粗化,對乾膜(DryFilm)才有良好的附著力。壓膜是將光阻劑以熱壓方式貼附在清潔的板面上壓膜感光乾膜DryFilm內層InnerLayer※將內層底片圖案以影像轉移到感光乾膜上乾膜(DryFilm):是一種能感光,顯像,抗電鍍,抗蝕刻之阻劑。2-9一般板製程-曝光(Exposure)感光乾膜內層UV光線內層底片曝光曝光後感光乾膜內層所謂曝光是指讓UV光線穿過底片及板面的透明蓋膜,而達到感光之阻劑膜體中使進行一連串的光學反應。隨時檢查曝光的能量是否充足,可用光密度階段表面(densitysteptablet)或光度計(radiometer)進行檢測,以免產生不良的問題。2-10一般板製程-蝕刻(CopperEtching)內層蝕刻
內層內層內層線路內層線路InnerLayerTrace內層去膜將裸露銅面以蝕刻藥水去掉留己曝光乾膜圖案將己曝光圖案上的乾膜以去膜藥水去掉2-11一般板製程-內層檢測(AOI)內層內層線路內層內層線路內層沖孔內層檢測Inspection內層鑽孔對位孔及鉚合孔以光學校位沖出內層影像以光學掃描檢測(AOI)(AutoOpticalInspection)2-12一般板製程-黑化(BlackOxide)內層內層線路內層圖案做黑化處理防止氧化及增加表面粗糙黑化目的:1.使銅面上形成粗化,使膠片的溶膠有較好的固著地。2.阻止膠片中的銨類或其他有機物攻擊裸面,而發生分離的現象。缺點:當黑化時間常超過1.724Mg/cm2時間較久,造成黑化層較厚時,經PTH後常會發生粉紅圈(pinkring),是因PTH中的微蝕活化或速化液,攻入黑化層而將之溶洗掉,露出銅之故,棕化層因厚度較薄0.5mg/cm2較少pinkring。2-13一般板製程-內層壓合(Lamination)銅箔內層膠片壓合(1)Lamination將內層板及P.P膠片覆蓋銅皮經預疊熱壓完成膠片銅箔上鋼板脫膜紙漿(牛皮紙)下鋼板鋼板::主要是均勻分佈熱量,因各冊中之各層上銅量分佈不均,無銅處傳熱很慢,如果受熱不均勻會造成數脂之硬化不均,會造成板彎板翹脫膜紙漿(牛皮紙)牛皮紙(KroftPaper):主要功能在延緩熱量之傳入,使溫度曲線不致太陡,並能均勻緩衝(Curshion)、分佈壓力及趕走氣泡,又可吸收部份過大的壓力2-14一般板製程-內層壓合2銅箔內層膠片壓合(2)Lamination目前廠內機器---熱壓須要2小時,冷壓須要1小時,壓合總共需3小時才算完成。疊合時須注意對位,上下疊合以紅外線對位。紅外線對位2-15一般板製程-內層X-Ray靶孔銑靶孔定位孔鑽定位孔將內層定位孔以大孔徑鑽出裸露定位孔圖形將內層定位孔圖形以光學校位方式鑽出壓合(3)Lamination2-16一般板製程-外層鑽孔
外層鑽孔(OuterLayerDrilling)
外層鑽孔以內層定位孔為基準座標鑽出外層相對位置的各種孔徑鑽孔管理應有四方面1.準確度(Acuracy)指孔位在X、Y座標數據上的精確性,如板子正面與反面在孔位上的差距,通常也指疊高三片(甚至四片)同一孔最上與最下兩面的位置誤差等。2.孔壁的品質(Holewallquality)3.生產力(Productivity)指每次疊高(StackHigh)的片數(Panels)。X、Y及Z等方向之移動,換夾鑽針,上下板料,逐段鑽通或一次通等總體生產數度。4.成本(Cost)疊板片數鑽針重磨(Re-shaping)次數,蓋板與墊板之用料,鑽後品檢之執行等(如數孔機HoleCounter或檢孔機HoleInspecter)。目前廠內鑽孔機製程能力:孔徑尺寸誤差+3mil,目前廠內最小成品孔徑9.8mil。2-17一般板製程-鍍通孔1
鍍通孔(1)
(PlatedThroughHole)
鍍通孔將外層孔以化學及物理方式塗附一層導電膜微蝕:能將板子銅面上的氧化物及其它雜物清除。去膠渣(De-Smear):鑽頭在高速旋轉時與孔壁發生磨擦,而產生大量的熱量使溫度急速上升,因而使其環氧樹脂發生熔化,隨鑽針退出孔壁時塗滿了整個孔壁,待其溫度降低後又硬化成膠餅式,已變質的一層殼膜稱為“膠渣”(Smear),當無內層導體的雙面板只須兩外層互通電時,此種膠渣對其功能影響不大,一般皆聽其自然不加以理會。多層板有內層線路必須藉內通孔之導體與其它各層貫通,故必須將其斷面上的膠渣去掉。更有甚之者孔壁之膠渣若不除去,則由無電銅及後來鍍銅所建立的孔壁,並未扎根在堅實的膠面上,正如同房屋是建立在浮沙上一樣經不起考驗,在經過高溫焊接後,整個孔壁會自底材的膠面及玻璃束上分離,形成所謂“拉離”(Pullaway),一般未做除膠渣雙面板之焊後微切片,很容易見到這種現象。因未除膠渣的這種拉離現象,很可能造成通孔固著強度試驗的失敗(BondStrength),故不可不慎。2-18一般板製程-鍍通孔2
鍍通孔(2)(PlatedThroughHole)
鍍通孔將外層孔以化學及物理方式塗附一層導電膜整孔(HoleConditioning):除了做清潔作用外,還有把非金屬不導電的孔壁做初步整理與安排,使更容易更牢固接受金屬反應(metallization)刷磨→膨鬆→去膠渣(高錳酸鉀)→中和→整孔→微蝕→預化→活化→速化→化學銅→出料2-19一般板製程-外層影像轉移UV光線外層影像轉移壓膜曝光Exposure曝光後將外層底片圖案以影像轉移到感光乾膜上乾膜DryFilm底片圖案未曝光影像透明區已曝光區2-20一般板製程-外層顯影、鍍厚銅外層影像顯影電鍍厚銅將乾膜上未曝光影像以顯影液洗出裸露銅面裸露圖案將裸露銅面及孔內鍍上厚度1mil的銅層孔銅鍍銅:PCB鍍銅而言,最有效完成質量輸送的方式,就是鍍液快速的攪拌及循環,尤以對PTH而言孔中鍍液的快速流通,銅才能有效均勻鍍在孔壁上,而不發生狗骨頭(dogboning)現象。已曝光區2-21一般板製程-電鍍純錫電鍍純錫將已鍍上厚銅銅面再鍍上一層0.3mil的錫層錫面鍍錫的目的:保護其下所覆蓋的銅導體,不致在蝕刻受到攻擊。是一種良好的蝕刻阻劑,能耐得一般的蝕銅液。已曝光區2-22一般板製程-外層蝕刻外層去膜外層蝕刻CopperEtching外層剝錫將已曝光乾膜部份以去膜液去掉裸露銅面線路圖案裸露銅面將裸露以蝕刻液去掉後底層為基板樹脂樹脂將孔內及圖案的錫面以剝錫液去掉裸露銅面圖案2-23一般板製程-外層檢測、防焊外層檢修測試OuterLayerInspection防焊印刷SolderMask
以目視或測試治具檢測線路有無不良測試針將線路圖案區塗附一層防焊油墨防焊油墨綠漆按品質之不同,而分成三個等級Class如下:Class1:用於一般消費性電子產品,如玩具單面板只要有綠漆即可。Class2:為一般工業電子線路板用,如電腦、通訊設備、厚度0.5mil以上。Class3:為高信賴度長時間操作之設備,厚度至少要1mil以上。2-24一般板製程-防焊曝光防焊曝光
UV光線防焊圖案以防焊底片圖案對位線路圖案防焊功能如下:1.下游組裝焊接時,使其焊錫只局限沾錫所在指定區域。2.後續焊接與清洗製程中保護板面不受污染。3.避免氧化及焊接短路
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