多層板之內層制作及注意事宜

1、資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有四. 內層制作與檢驗4 . 1 制程目的三層板以上即稱多層板,傳統(tǒng)之雙面板為配合零件之密集裝配 在有限的板面上無法安置這么多的零組件以及其所衍生出來的大量線路因而有多層板之發(fā)展加上通訊委員會(FCC)宣布自 1984 年 10 月以后 所有上市的電器若有涉及電傳通訊者 或有參與網(wǎng)絡聯(lián)機者皆必須要做"接地"以消除干擾的影響但因板面面積不夠,因此 pcb l ay-out 就將"接地"與"電壓"二功能之大銅面移入內層造成四層板的瞬間大量興起,也阻抗的要求而原有四層板則多升級為六

2、層板當然次多層板也因高密度裝配而日見增多.本章將探討多層板之內層制作及注意事宜.4 . 2 制作流程依Pr i nt發(fā)料的不同現(xiàn)有三種流程and Etch對位孔銅面處理影像轉移蝕刻剝膜A.B.Post -etch Punch發(fā)料銅面處理影像轉移蝕刻剝膜工具孔Dr ill and Pane l -p l ate發(fā)料鉆孔通孔電鍍影像轉移蝕刻剝膜C.上述三種制程中,第三種是有埋孔(bur i ed ho l e)設計時的流程,將在 20 章.本章則探討第二種( Post -etch Punch)制程次板子較普遍使用的流程.4 . 2 . 0 發(fā)料依 BOM 來裁切基材 是一很單純的步驟 但以下幾點發(fā)

3、料就是依制前設計所規(guī)劃的工作須注意A. 裁切方式-會影響下料B. 磨邊與圓角的考量-影響影像轉移制程C. 方向要一致-即對D. 下制程前的烘烤-緯向對緯向安定性考量4 . 2 . 1 銅面處理在印刷電路板制程中 不管那一個 step 銅面的清潔與粗化的效果所以看似簡單其實里面的學問頗大著下 一制程的成敗A. 須要銅面處理的制程有以下幾個a. 干膜壓膜b. 內層氧化處理前c. 鉆孔后資料收藏 PCB 收藏天地郵件killmai資料歸原作者所有d. 化學銅前e. 鍍銅前 f. 綠g. 噴錫(或其它焊墊處理流程)前h. 金手指鍍鎳前本節(jié)a. c. f. g. 等制程來探討最出來)處理方式(其余皆屬制

4、程自動化中的一部份不必B.處理現(xiàn)行銅面處理方式可分三種a. 刷磨法(Brush) b. 噴砂法(Pum i ce)c. 化學法(M i croetch)以下即做此三法的C.刷磨法刷磨動作之機構,見圖 4 . 1 所示.表 4 . 1 是銅面刷磨法的比較表資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有注意事項a. 刷輪有效長度都需均勻使用到, 否則易造成刷輪表面高低不均b. 須做刷痕實驗以確定刷深及均勻性優(yōu)點a. 成本低b. 制程簡單彈性缺點a.薄板細線路板不易進行b.基材拉長不適內層薄板c.刷痕深時易造成 D/ F 附著不易而滲鍍d.有殘膠之潛在可能D.噴砂法以不同材質的細石(

5、俗稱 pum i ce)為研磨材料優(yōu)點a. 表面粗糙均勻程度較刷磨b.安定性較好c. 可用于薄板及細線缺點a. Pum i ce容易沾留板面b. 機器維護不易E. 化學法(微蝕法)化學法有幾種選擇見表 .F.結綸使用何種銅面處理方式各廠應以的層次及制程能力來評估之并無定論但可預知的是化學處理更普遍因細線薄板的比例愈來愈高4 . 2 . 2 影像轉移資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有4 . 2 . 2 . 1 印刷法A. 前言電路板自其起源到目前之高密度設計,一直都與絲網(wǎng)印刷(S il k Screen Pr i nt i ng)或網(wǎng)版印故稱之為"印刷電路板

6、"目前除了最大量的應用在電路板之外 其它刷有直接密切之工業(yè)尚有厚膜(Th i ck F il m)的混成電路(Hybr i d C i rcu i t )電阻(Ch i p Res i st )及表面黏裝(Sur face Mount i ng)之錫膏印刷等也有應用由于近年電路板高密度,高精度的要求,印刷已無法達到規(guī)格需求,因此其應用范圍漸縮,而干膜法已取代了大部分影像轉移制作方式.下列是目前尚可以印刷法 cover 的制程:a. 單面板之線路,防焊 ( 大量產(chǎn)多使用自動印刷,以下同)b單.d濕.e內.面板之碳墨或銀膠 c.雙面板之線路,防焊膜印刷層大銅面f .文字g可. 剝膠(Pe

7、e l ab l e i nk)除此之外,印刷技術員培養(yǎng),工資高.而干膜法成本逐漸降低因此也使兩者消長明顯.B. 絲網(wǎng)印刷法(Screen Pr i nt i ng)簡介絲網(wǎng)印刷中幾個重要基本原素:網(wǎng)材,網(wǎng)版,乳劑,.a. 網(wǎng)布材料機,印刷機,刮刀,油墨,烤箱等,以下逐一簡單(1)依材質不同可分等.電路板常用者為后三者.(s il k) ,尼龍(ny l on) ,聚酯(Po l yester ,或稱特多龍) ,不銹鋼,(2)編織法:最常用也最好用的是織法 P l a i n Weave.(3)網(wǎng)目數(shù)(mesh) ,網(wǎng)布厚度( th i ckness) ,線徑(d i ameter) ,開口(

8、open i ng)的見表常用的不銹鋼網(wǎng)布諸元素開口:見圖4 . 2 所示資料收藏PCB 收藏天地郵件killmai資料歸原作者所有網(wǎng)目數(shù):每i nch 或 cm 中的開口數(shù)線徑: 網(wǎng)布織絲的直徑 網(wǎng)布厚度:厚度規(guī)格有六, S li ght (S) , Med i um(M) , Th i ck(T) , Ha l f duty(HD) , Super heavy duty(SHD)圖 4 . 2 顯示印刷過程網(wǎng)布各元素扮演角色.heavy duty(H) , Heavyb網(wǎng). 版(Stenc il )的種類(1) .直接網(wǎng)版(D i rect Stenc il )將感光乳膠調配均勻直接涂布在

9、網(wǎng)布上 烘干后連框共同放置在臺 面上并覆以原稿底片再抽真空使其密接感光經(jīng)顯像后即成為可印刷的網(wǎng) 版 通常乳膠涂布多少次, 視印刷厚度而定.此法網(wǎng)版耐用,安定性高,用于大 量生產(chǎn).但制作慢,且太厚時可能因厚薄不均而產(chǎn)生解像不良.(2) .間接網(wǎng)版( Ind i rect Stenc il )把感光版膜以及顯像方式自原始底片上把圖形轉移過來 然后把已有圖 形的版膜貼在網(wǎng)面上待冷風干燥后撕去透明之載體護膜即成間接性網(wǎng)版其厚度均勻,分辨率好,制作快,多用于樣品及小量產(chǎn).資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有c. 油墨油墨的有幾種方式(1) .以組成份可分單液及雙液型.(2) .

10、以烘烤方式可分蒸發(fā)干燥型 化學反應型及紫外線硬化型(UV)(3) .以用途可分抗蝕,抗鍍,防焊,文字,導電,及油墨. 不同制程選用何種油墨,須視各廠相關制程種類來評估,如堿性蝕刻和酸性蝕刻 選擇之抗蝕油墨考慮方向就不一樣.d. 印刷作業(yè)網(wǎng)版印刷目前有三種方式:手印半自動印及全自動印刷. 手印機須要印刷熟 手操作,是最彈性與快速的選擇,尤以樣品制作.較小工廠及協(xié)力廠仍有不少采 手印. 半自動印則除l oad i ng/ un l oad i ng 以人工操作外,印刷動作由機器代勞,但 對位還是人工操作.也有所謂 3 / 4 機印,意指 l oad i ng 亦采自動,位,印刷作業(yè)都是自動.其對位

11、(1) 張力:后人工放入 Rack 中. 全自動印刷則是 l oad i ng/ un l oad i ng 及對方式有靠邊, p i nn i ng 及 ccd 三種. 以下幾個要素加以解說:張力直接影響對位,因為印刷過程中對網(wǎng)布不斷拉扯, 因此新網(wǎng)張力的要求非張力測試量五點,即四角和中間.(2) 刮刀 Squeege刮刀的選擇考量有三要第一是材料 常用者有聚氨酯類(Po l yure- thanePU)第二是刮刀的硬度 電路板多使用 Shore A 之硬度值 60 度80 度者.平坦基 板銅面上線路阻劑之印刷可用7080 度; 對已有線路起伏之板面上的印 綠文字,則需用較軟之6070 度圖

12、案的寬度每側長出 3 / 41 吋左右第三點是刮刀的長度刮刀在使用一段時間后其銳利的直角會變圓 與網(wǎng)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需且刮刀刃線上 不 可出現(xiàn)缺口 否則會造成印刷的缺陷(3) . 對位及試印此步驟主要是要將三個定位 p i n 固定在印刷機臺面上,調整網(wǎng)版及離板間隙(Off Contact D i stance)(然后覆墨試印.若有指版膜到基板銅面的距離 應保持在2m/ m5m/ m 做為網(wǎng)布彈回的應有距離 ) ,再做微調.若是自動印刷作業(yè)則是靠邊, p i nn i ng 及 ccd 等方式對位.因其產(chǎn)量大,適合 極大量的單一機種生產(chǎn).(4) .

13、 烘烤不同制程會選擇不同油墨, 烘烤條件也完全不一樣,須f o ll ow 廠商提供的 datasheet,再依廠內制程條件的差異而加以 mod i fy.等烤箱須注意換氣循環(huán)溫控時控等. (5) . 注意事項因油墨組成不一烘烤方式有風干, UV,IR不管是機印或手印皆要注意下列幾個重點行進的角度與版面及平面的角度.須不須要固定片數(shù)要洗紙,避免陰影.待印板面要保持清潔資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有每印刷固定片數(shù)要抽檢一片依 check li st 檢驗品質.4 . 2 . 2 . 2 干膜法更詳細制程解說請參讀外層制作.本節(jié)就幾個內層制作上應注意事項加以分析.A

14、.B.C.壓膜機(Lam i nator)對于 0 . 1mm 厚以上的薄板還不成問題,只是膜皺要多 注意時注意真空度機臺的平坦度D. 顯影時 Break po i nt 維持5070% ,溫度 30+_2 ,須 auto dos i ng.4 . 2 . 3 蝕刻現(xiàn)業(yè)界用于蝕刻的化學藥液種類 常見者有兩種 一是酸性氯化銅(CaC l 2)堿性氨水蝕刻液兩種化學藥液的比較見表氨水蝕刻液& 氯化銅蝕刻液比較蝕刻液一種是兩種藥液的選擇 視影像轉移制程中Res i st 是抗電鍍之用或抗蝕刻之用在內層制程中 D/ F 或油墨是作為抗蝕刻之用僅是抗電鍍 在蝕刻前會被剝除及抗蝕刻因此大部份選擇酸

15、性蝕刻 外層制程中 若為傳統(tǒng)負片流程 D/ F其抗蝕刻層是钖鉛合金或純钖 故一定要用堿性蝕刻液 以免傷B 操作條件 見表為兩種蝕刻液的操作條件資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有C.及藥液兩種 Etchant 對大部份的金屬都是具腐蝕性 所以蝕刻槽通常都用如 PVC為了得到很(Po l y蝕刻V i ny l ch l or i de)或PP (Po l y Propy l ene)品質最筆直的線路側壁, (衡量標準為蝕刻因子使用之金屬是 鈦 (T i )etch i ng factor 其定義見圖 4 . 3)不同的理論有不同的觀點 且可能相點卻是不變的基本觀念那就

16、是以最快速度的讓欲蝕刻銅表面接觸愈多 新鮮的蝕刻液之蝕刻液 Cu+濃度增高降低了蝕刻速度須迅速補充 新液以維持速度 在做良但有一因為作用設計規(guī)劃之前 就必須先了解及分析蝕銅過 程的化學反應 本章為內層制作所以探討酸性蝕刻,堿性蝕刻則紹.a. CuC l 2酸性蝕刻反應過程之分析于第十原子形成 Cu, 藍色離子的Cu+以及較不常見銅可以三種氧化狀態(tài)的亞銅離子Cu+可在銅溶液中被氧化而溶解見下面反應式1Cu+Cu+2 Cu+(1)就是將 Cu+氧化成 Cu+,因此使蝕刻液能將在酸性蝕刻的再的咬蝕掉以下是更詳細的反應機構的說明b. 反應機構直覺的聯(lián)想 在氯化銅酸性蝕刻液中Cu+ 及Cu+事實非完全正

17、確兩者事實上是以和 HC l 形成的一龐大錯化物以 CuC l 2 及CuC l的但Cu +H2CuC l 4 +銅離子2HC l2H2CuC l 3(2)亞銅離子資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有其中H2CuC l 42H2CuC l 3CuC l 2+2HC l+ 2HC l即使(2)式已有些復雜實際是CuC l實際是在反應式(2)中可知HC l 是消耗品但它仍是以下兩 個反應式的而已Cu + H2CuC l 42H2CuC l 3+ CuC l (不溶)(3)CuC l+ 2HC l2H2CuC l 3 (可溶)(4)會阻止蝕刻反應繼續(xù)發(fā)生 但因 HC l 的

18、式中因產(chǎn)生CuC l 沉淀溶解 CuC l維持了蝕的重要化學品刻的進行由此可看出 HC l 是氯化銅蝕刻中的消耗品而且 是蝕刻速度雖然增加HC l 的濃度往往可加快蝕刻速度但亦可能發(fā)生下述的缺點1 .側蝕 (undercut ) 增大 或者 etch i ng factor 降低2 .若補充藥液是使用氯化鈉則有可能產(chǎn)生氯氣對有害3 .有可能因此補充過多的氧化劑 (H2O2)而鈦金屬 H2O2c自.備,以維持. 目前使用CuC l 2 酸性蝕銅水平因子有五:者,大半都裝置 Auto dos i ng 設動添蝕銅速率, 1 .比重2. . HC l3. . H2O24. .溫度5. .蝕刻速度4

19、. 2 . 4 剝膜剝膜在pcb 制程中 有兩個 step 會使用 一是內層線路蝕刻后之 D/ F 剝除 二 是外層線路蝕刻前 D/ F 剝除(若外層制作為負片制程)D/ F 的剝除是一單純簡易 的制程皆使用聯(lián)機水平設備其使用之化學藥液多為 NaOH 或 KOH 濃 度在13%重量比A. 硬化后之干膜在此溶液下部份溶解部份剝成片狀注意事項如下為維持藥液的效果及后水洗能徹底要.過濾系統(tǒng)的效能非B. 有些尤其是在外層蝕刻后 的剝膜, 線品質 所以也有在溶液中加入 BCS設計了輕刷或超音波攪拌來確保剝膜的徹底路邊被二次銅微微卡住的干膜必須被徹底剝下以免影響線路幫助溶解但有違環(huán)保且對有 害C. 有文獻

20、指 K(鉀)會堿性因此水洗的徹底與否處理者錫非因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹慎評 估 剝膜液為要內層之剝膜酸洗中和 也有防銅面氧化而做氧化4.2.5 . 5 對位系統(tǒng)4.2.5.1 5 . 1 傳統(tǒng)方式A. 四層板內層以三明治方式將 2 . 3 層底片事先對準,黏貼于一壓條上(和內層同厚) , 緊貼于臺面上己壓膜內層則放進二底片間, 靠邊即可進行見圖 4 . 4資料收藏 PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有B. 內層先鉆(6 層以上)粗對位工具孔(含對位光方式進行內層線路之制作兩者的對位度好壞板內監(jiān)測孔等) , 再以雙面曝極大也是 M/ L 對關鍵向孔影響成品4 . 2

21、. 5 . 2 蝕后沖孔(post Etch Punch)方式A. P i n Lam理論此的原理極為簡單 內層預先沖出 4 個 S l ot 孔見圖 4 . 5prepreq 都沿用此沖孔系統(tǒng) 此 4 個 SLOT置放圓 PIN 后 因受溫壓會有變形時底片孔 相對兩組 有一組不對稱可防止套反 每個 SLOT仍能的左右 上下伸展 但中心不變 故是一頗佳的對位系統(tǒng)B. Mass Lam System有應力產(chǎn)生 待冷卻后 又回復原沿用上一觀念Mu l t ili ne 發(fā)展出"蝕后沖孔"式的 PPS 系統(tǒng)其作業(yè)重點如下1透. 過 CAM 在工作底片長方向邊緣處做兩"光學靶點" (Opt i ca l Target )以及四 角落之pads 見圖 4 . 6資料收藏PCB 收藏天地郵件 killmai資料歸原作者所有2將.3蝕.上下底片仔細對準固定后如三明治做法做顯影蝕刻剝膜等步驟