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PCB制造流程及說明（2）十一、外層檢查11.1前言一般pcb製作會在兩個步驟完成後做全檢的作業:一是線路完成(內層與外層)後二是成品,本章針對線路完成後的檢查來介紹.11.2檢查方式11.2.1電測－請參讀第16章11.2.2目檢以放大鏡附圓形燈管來檢視線路品質以及對位準確度,若是外層尚須檢視孔及鍍層品質,通常會在備有10倍目鏡做進一步確認,這是很傳統的作業模式,所以人力的須求相當大.但目前高密度設計的板子幾乎無法在用肉眼檢查,所以下面所介紹的AOI會被大量的使用.11.2.3AOI－AutomatedopticalInspection自動光學檢驗因線路密度逐漸的提高，要求規格也愈趨嚴苛，因此目視加上放大燈鏡已不足以過濾所有的缺點,因而有AOI的應用。11.2.3.1應用範圍A.板子型態－信號層，電源層，鑽孔後(即內外層皆可)．－底片，乾膜，銅層．(工作片,乾膜顯像後,線路完成後)B.目前AOI的應用大部分還集中在內層線路完成後的檢測,但更大的一個取代人力的製程是綠漆後已作焊墊表面加工(surfacefinish)的板子.尤其如BGA,板尺寸小,線又細,數量大,單人力的須求就非常驚人.可是應用於這領域者仍有待技術上的突破.11.2.3.2原理一般業界所使用的自動光學檢驗CCD及Laser兩種；前者主要是利用鹵素燈通光線，針對板面未黑化的銅面，利用其反光效果，進行斷、短路或碟陷的判讀。應用於黑化前的內層或線漆前的外層。後者LaserAOI主要是針對板面的基材部份，利用對基材(成銅面)反射後產螢光(Fluorescences)在強弱上的不同，而加以判讀。早期的LaserAOI對雙功能所產生的螢光不很強，常需加入少許螢光劑以增強其效果，減少錯誤警訊當基板薄於6mil時，雷射光常會穿透板材到達板子對另一面的銅線帶來誤判。四功能基材，則本身帶有淡黃色已具增強螢光的效果。Laser自動光學檢驗技術的發展較成熟,是近年來AOI燈源的主力.現在更先進的鐳射技術之AOI，利用鐳射螢光，光面金屬反射光，以及穿入孔中鐳射光之信號偵測，使得線路偵測的能力提高許多,其原理可由圖11.1,圖11.2簡單闡釋。11.2.3.3偵測項目各廠牌的capability，由其datasheet可得.一般偵測項目如下ListA.信號層線路缺點,見圖11.3B.電源與接地層,見圖11.4C.孔,見圖11.5D.SMT,見圖11.6AOI是一種非常先進的替代人工的檢驗設備,它應用了鐳射,光學,智慧判斷軟體等技術,理論來完成其動作.在這裡我們應注意的是其未來的發展能否完全取代PCB各階段所有的目視檢查.十二防焊12.1製程目的A.防焊：留出板上待焊的通孔及其pad，將所有線路及銅面都覆蓋住，防止波焊時造成的短路,並節省焊錫之用量。B.護板：防止濕氣及各種電解質的侵害使線路氧化而危害電氣性質，並防止外來的機械傷害以維持板面良好的絕緣，C.絕緣：由於板子愈來愈薄,線寬距愈來愈細,故導體間的絕緣問題日形突顯,也增加防焊漆絕緣性質的重要性.12.2製作流程防焊漆,俗稱綠漆,(SoldermaskorSolderResist)，為便於肉眼檢查，故於主漆中多加入對眼睛有幫助的綠色顏料，其實防焊漆了綠色之外尚有黃色、白色、黑色等顏色.防焊的種類有傳統環氧樹脂IR烘烤型,UV硬化型,液態感光型(LPISM-LiquidPhotoImagableSolderMask)等型油墨,以及乾膜防焊型(DryFilm,SolderMask),其中液態感光型為目前製程大宗.所以本單元只介紹液態感光作業.其步驟如下所敘:銅面處理→印墨→預烤→曝光→顯影→後烤上述為網印式作業,其它coating方式如Curtaincoating,Spraycoating等有其不錯的發展潛力,後面也有介紹.12.2.0液態感光油墨簡介：A.緣起：液態感光油墨有三種名稱:－液態感光油墨(LiquidPhotoimagableResistInk)－液態光阻油墨(LiquidPhotoResistInk)－濕膜(WetFilm以別於DryFilm)其別於傳統油墨的地方，在於電子產品的輕薄短小所帶來的尺寸精度需求，傳統網版技術無法突破。網版能力一般水準線寬可達7-8mil間距可達10－l5mil，而現今追求的目標則Five&Five，乾膜製程則因密接不良而可能有焊接問題，此為液態綠漆發展之原因。B.液態油墨分類a.依電路板製程分類:－液態感光線路油墨(LiquidPhotoimagableEtching&PlatingResistInk)－液態感光防焊油墨(LiquidPhotoimagableSolderResistInk)b.依塗佈方式分類:－浸塗型(DipCoating)－滾塗型(RollerCoating)－簾塗型(CurtainCoating)－靜電噴塗型(ElectrostaticSpraying)－電著型(Electrodeposition)－印刷型(ScreenPrinting)C.液態感光油墨基本原理a.要求－感光度解像度高-Photosensitivity&Resolution-感光性樹脂－密著性平坦性好-Adhesion&Leveling－耐酸鹼蝕刻-Acid&AlkalinResistance－安定性-Stability－操作條件寬-WideOperatingCondition－去墨性-InkRemovingb.主成分及功能－感光樹脂－感光－反應性單體－稀釋及反應－感光劑－啟動感光－填料－提供印刷及操作性－溶劑－調整流動性c.液態感光綠漆化學組成及功能－合成樹脂(壓克力脂)－UV及熱硬化－光啟始劑(感光劑)－啟動UV硬化－填充料(填充粉及搖變粉)－印刷性及尺寸安定性－色料(綠粉)－顏色－消泡平坦劑(界面活性劑)－消泡平坦－溶濟(脂類)－流動性利用感光性樹脂加硬化性樹脂，產生互穿式聚合物網狀結構(lnter-penetratingNet-Work)，以達到綠漆的強度。顯影則是利用樹脂中含有酸根鍵，可以Na2CO3溶液顯像，在後烘烤後由於此鍵已被融入樹脂中，因此無法再被洗掉.12.2.1.銅面處理請參讀四內層製作12.2.2.印墨A印刷型(ScreenPrinting)a.檔墨點印刷網板上僅做孔及孔環的檔點阻墨,防止油墨流入孔內此法須注意檔點積墨,問題b.空網印不做檔墨點直接空網印但板子或印刷機臺面可小幅移動使不因積墨流入孔內c.有些要求孔塞墨者一般在曝光顯像後針對那些孔在印一次的方式居多d.使用網目在80~120刮刀硬度60~70B.簾塗型(CurtainCoating)1978Ciba-Geigy首先介紹此製程商品名為Probimer52,MassofGermany則首度展示CurtainCoating設備,作業圖示見圖12.1a.製程特點1Viscosity較網印油墨低2.SolidContent較少3.Coating厚度由Conveyor的速度來決定4.可混合不同尺寸及不同厚度要求的板子一起生產但一次僅能單面coatingb.效益1.作業員不必熟練印刷技術2.高產能3.較平滑4.VOC較少5.Coating厚度控制範圍大且均勻6.維護容易C.Spraycoating可分三種a.靜電sprayb.無airsprayc.有airspray其設備有水平與垂直方式,此法的好處是對板面不平整十時其cover性非常好.另外還有rollercoating方式可進行很薄的coating.12.2.3.預烤A.主要目的趕走油墨內的溶劑,使油墨部分硬化,不致在進行曝光時黏底片.B.溫度與時間的設定,須參照供應商的datashee.t雙面印與單面印的預烤條件是不一樣.(所謂雙面印,是指雙面印好同時預烤)C.烤箱的選擇須注意通風及過濾系統以防異物四沾.D.溫時的設定,必須有警報器,時間一到必須馬上拿出,否則overcuring會造成顯像不盡.E.Conveyor式的烤箱,其產能及品質都較佳,唯空間及成本須考量.12.2.4.曝光A.曝光機的選擇:IR光源,7~10KW之能量,須有冷卻系統維持檯面溫度25~30°C.B.能量管理:以Steptablet結果設定能量.C.抽真空至牛頓環不會移動D.手動曝光機一般以pin對位,自動曝光機則以CCD對位,以現在高密度的板子設計,若沒有自動對位勢必無法達品質要求.12.2.5.顯像A.顯像條件藥液1~2%Na2CO3溫度30±2°C噴壓2.5~3Kg/cm2B.顯像時間因和厚度有關,通常在50~60sec,Break-point約在50~70%.12.2.6.後烤A.通常在顯像後墨硬度不足,會先進行UV硬化,增加其硬度以免做檢修時刮傷.B.後烤的目的主要讓油墨之環氧樹脂徹底硬化,文字印刷條件一般為150°C,30min.12.3文字印刷目前業界有的將文字印刷放在噴錫後,也有放在噴錫前,不管何種程序要注意以下幾點:A.文字不可沾PadB.文字油墨的選擇要和S/M油墨Compatible.C.文字要清析可辨識.12.4.品質要求根據IPC840C對S/M要求分了三個等級:Class1：用在消費性電子產品上如電視、玩具，單面板之直接蝕刻而無需電鍍之板類，只要有漆覆蓋即可。Class2：為一般工業電子線路板用，如電腦、通訊設備、商用機器及儀器類，厚度要0.5mil以上。Class3：為高信賴度長時間連續操作之設備，或軍用及太空電子設備之用途，其厚度至少要１mil以上。實務上,表一般綠漆油墨測試性質項目可供參考綠漆製程至此介紹完畢,接下來的製程是表面焊墊的各種處理方式.十三金手指,噴錫(GoldFinger&HAL)13.1製程目的A.金手指(GoldFinger,或稱EdgeConnector)設計的目的,在於藉由connector連接器的插接作為板對外連絡的出口,因此須要金手指製程.之所以選擇金是因為它優越的導電度及抗氧化性.但因為金的成本極高所以只應用於金手指,局部鍍或化學金,如bondingpad等.圖13.1是金手指差入連接器中的示意圖.B.噴錫的目的,在保護銅表面並提供後續裝配製程的良好焊接基地.13.2製造流程金手指→噴錫13.2.1金手指A.步驟:貼膠→割膠→自動鍍鎳金→撕膠→水洗吹乾B.作業及注意事項a.貼膠,割膠的目的,是讓板子僅露出欲鍍金手指之部份線路,其它則以膠帶貼住防鍍.此步驟是最耗人力的,不熟練的作業員還可能割傷板材.現有自動貼,割膠機上市,但仍不成熟.須注意殘膠的問題.b.鍍鎳在此是作為金層與銅層之間的屏障，防止銅migration.為提高生產速率及節省金用量，現在幾乎都用輸送帶式直立進行之自動鍍鎳金設備，鎳液則是鎳含量甚高而鍍層應力極低的氨基磺酸鎳(NickelSulfamateNi(NH2SO3)2)c.鍍金無固定的基本配方，除金鹽(PotassiumGoldCyanide金氰化鉀，簡稱PGC)以外，其餘各種成份都是專密的，目前不管酸性中性甚至鹼性鍍金所用的純金都是來自純度很高的金鹽為純白色的結晶，不含結晶水，依結晶條件不同有大結晶及細小的結晶，前者在高濃度的PGC水溶液中緩慢而穩定自然形成的，後者是快速冷卻並攪拌而得到的結晶，市場上多為後者.d.酸性鍍金(PH3.5~5.0)是使用非溶解性陽極，最廣用的是鈦網上附著有白金，或鉭網(Tantalam)上附著白金層，後者較貴壽命也較長。e.自動前進溝槽式的自動鍍金是把陽極放在構槽的兩旁，由輸送帶推動板子行進於槽中央，其電流的接通是由黃銅電刷(在槽上方輸送帶兩側)接觸板子上方突出槽外的線路所導入，只要板子進鍍槽就立即接通電流，各鍍槽與水洗槽間皆有緩衝室並用橡膠軟墊隔絕以降低dragin/out,故減少鈍化的發生，降低脫皮的可能。f.酸金的陰極效率並不好，即使全新鍍液也只有30-40%而已，且因逐漸老化及污染而降低到15%左右。故酸金鍍液的攪拌是非常重要，g.在鍍金的過程中陰極上因效率降低而發生較多的氫氣使液中的氫離子減少，因而PH值有漸漸上升的情形，此種現象在鈷系或鎳系或二者並用之酸金製程中都會發生