PCB全流程介绍

PCB製造流程介紹內容綱要•一.PCB歷史•二.PCB分類•三.製前準備•四.PCB製造流程•五.HDI介紹•PCB(PrintCircuitBoard):印刷電路板•WPNL(WorkingPanel):工作板,一般含1~X個SET•SET(ShippingPanel):出貨單元,一般含1~X個PCS•PCS(Unit):客戶端上件單元•1INCH=1000mil,1mil=1000u”•1m=1000mm,1mm=1000um•1INCH=25.4mmPCB歷史1.1903年AlbertHanson首創以線路觀念應用於電話交換系統,用金屬箔予以切割成線路,再將之粘著到石臘紙上,上面同樣貼上一層石蠟紙,形成了現今的PCB機構雛型.2.1936年,DrPaulEisner真正發明了PCB的製作技術,也發表了多項專利,而今日之print-etch(photo-imagetransfer)的技術,就是沿襲其發明而來的.PCB種類介紹1.按基材區分:玻璃纖維/環氧樹脂,酚醛樹脂,聚酰亞胺等;2.按成品軟硬區分:軟板flexiblePCB硬板RigidPCB軟硬板Rigid-FlexPCB3.按結構區分:單面板雙面板多層板4.按產品型態區分:NB,Module,HDD,TFT,Cell-Phone,Server,Others……PCB製前設計現有大部分PCB產業屬性均為OEM,即受客戶委託而製作.制前設計流程:PCB代工廠制前設計製作Input客戶資料SpecificationOutput電路板成品客戶資料提供資料審查著手設計CAD/CAMPanelsizeArtworkDrillingprogramCNCprogramFlowchartToolingRegistrationsystemTestcouponPCB製前設計資料審查目的:審查客戶的要求是否廠內制程能力可及;審查項目重點產品規格最高層數高層數需更嚴格的制程與容差控制板厚部分制程設備對板厚有限制最小線寬線距高密度細線需較好的制程能力最小成品孔經越小的鑽孔條件約苛刻,且對位空間越小最大縱橫比孔小板厚會增加電鍍作業的難度整體尺寸容差包括總板厚介厚銅厚成型尺寸等其他特殊要求如板彎翹阻抗控制sigma管控等原物料需求物性要求Tg點等要求電性要求特定層之阻抗需求等基材要求1.種類要求如FR4PI等,2.厚度容差規格3.銅箔厚度4.絕緣層厚度PCB製前設計制前設計Flowchart:流程設計,資料審查確認完畢後,工程師就要決定最適合的流程步驟;傳統的多層板的製作流程可分為兩個部分:內層製作合外層製作,下圖示為多層板代表性流程供參考.PCB製造流程NormalPCB正片流程:16站內層壓合外層防焊裁板鑽孔電鍍文字2.0乾膜加工成型電測OSPFQCOQC包裝入庫裁板鑽孔電鍍內層壓合銅窗鐳射鑽孔電鍍外層防焊文字2.0乾膜加工成型電測一壓HDI正片流程:20站包裝入庫OQC目檢OSPPCB製造流程---裁板裁板(BOARDCUT):•目的:依制前设计所规划要求,将基板材料裁切成工作所需尺寸•主要原物料:基板;锯片基板由铜皮和绝缘层压合而成,依要求有不同板厚规格,依铜厚可分为H/H;1oz/1oz;2oz/2oz等种类•注意事项:1.避免板边Burr影响品质,裁切后进行磨边,圆角处理;2.考虑涨缩影响,裁切板送下制程前进行烘烤,釋放內應力;3.裁切须注意机械方向一致的原则PCB製造流程---內層內層流程:目的:利用影像转移原理制作内层线路.前處理塗布曝光顯影蝕刻去膜AOI出貨DevelopEtchingStrip前处理(PRETREAT):•目的:去除銅面上的污染物，增加銅面粗糙度,以利於銅面與有機膜的結合力;•主要原物料：H2O2H2SO4安定劑;塗布:•目的:将经处理之基板铜面透过塗佈方式贴上抗蚀有機膜;•主要原物料:有機膜,主要成分為感光樹脂+單體聚合物;铜箔绝缘层前处理后有機膜PCB製造流程---內層曝光(EXPOSURE)•目的:经光固作用将原始底片上的图像转移到感光底板上•主要原物料:底片,内层所用底片为正片,即白色透光部分发生光聚合反应,黑色部分则因不透光,不发生反应;UVLight曝光前曝光后COOHCOOHCOOHCOOH光敏基双键聚合单体粘结聚合体hν架桥点曝光原理示意圖前處理塗布曝光顯影蝕刻去膜AOI出貨PCB製造流程---內層显影(DEVELOPING):•目的:将未发生化学反应之有機膜冲掉;•主要原物料:Na2CO3将未发生聚合反应的有機膜冲掉(含有機酸根會與強鹼反應),已聚合有機膜则保留在板面上作为蚀刻时之抗蚀保护层;蚀刻(ETCHING):•目的:利用药液将显影后露出的铜蚀掉,形成内层线路图形•主要原物料:鹽酸+次氯酸鈉去膜(STRIP):•目的:利用强碱将保护铜面之抗蚀层剥掉,露出线路图形•主要原物料:NaOH前處理塗布曝光顯影蝕刻去膜AOI出貨DevelopEtchingStripPCB製造流程---內層AOI(AutoOpticalInspection自動光學掃描):•目的:通过光学反射原理将图像回馈至设备处理，与设定的逻辑判断原则或资料图形相比较，找出缺点位置•注意事項：由于AOI所用的测试方式为光學掃描+逻辑比较，一定会存在一些误判的缺点，故需通过人工加以确认VRS确认(VerifyRepairStation确认檢修系统):•目的：通过与AOI连线，将测试资料传给V.R.S，并由人工对AOI的测试缺点进行确认前處理塗布曝光顯影蝕刻去膜AOI出貨PCB製造流程---內層AOI影像擷取工作原理:反射鏡反射鏡Beamsplitter光纖直射光散射光CCD鏡頭Lens濾光片光圈散射光聚光燈泡板子灰階二值化類比轉數位PCB製造流程---壓合壓合流程:目的:将铜箔（Copper)、胶片（Prepreg)与棕黑化处理后的内层线路板压合成多层板.棕黑化•目的:粗化铜面,增加与树脂接触表面积;增加铜面对流动树脂之湿润性;使铜面钝化,避免发生不良反应;•主要原物料:棕化药液&黑化药液•品質測試項目:微蝕量測試;離子污染度測試;爆板測試(熱應力測試);棕化拉力測試(結合力測試)棕化面SEM黑化面SEM棕黑化铆合疊合熱壓冷壓出貨組合後處理PCB製造流程---壓合組合:•目的:按照工單疊構,將基板,PP組合起來•注意事項:不要多放,少放,放錯(型號&經緯向)铆合—多層core的疊構才需要•目的:利用铆钉将多张内层板钉在一起,以避免后续加工时产生层间滑移•主要原物料:铆钉;P/PP/P(PREPREG):由树脂和玻璃纤维布组成,据玻璃布种类可分为106;1080;2116;7628等几种树脂据交联状况可分为:A阶(完全未固化);B阶(半固化);C阶(完全固化)三类,生产中使用的全为B阶状态的P/P•管控重點:對準度(用X-RAY檢查儀檢查)3L2L3L4L5L2L4L5L铆钉棕黑化铆合疊合熱壓冷壓出貨組合後處理PCB製造流程---壓合棕黑化铆合疊合熱壓冷壓出貨組合後處理叠板•目的:将预叠合好之板叠成待压多层板形式.•主要原物料:銅箔銅箔按厚度可分为1/3OZ(代号T),1/2OZ(代号H),1OZ(代号1),RCC(覆树脂铜皮)等.Layer1Layer2Layer3Layer4Layer5Layer6压合•目的:通过热压方式将叠合板压成多层板•主要原物料:牛皮纸;钢板•品質管控:板厚,板薄,板翹,銅皺,缺膠,氣泡,緻紋顯選露,分層,凹陷等;熱煤式真空熱壓機PCB製造流程---壓合棕黑化铆合疊合熱壓冷壓出貨組合後處理熱壓&冷壓原理A.溫度控制三階段a.升溫段:以最適當的升溫速率，控制流膠。b.恆溫段:提供硬化所需之能量及時間。c.降溫段:逐步冷卻以降低內應力(Internalstress),減少板彎、板翹(Warp、Twist)。B.壓力控制四階段a.初壓(吻壓Kisspressure):每冊(Book)緊密接合傳熱,驅趕揮發物及殘餘氣體。b.第二段壓:使膠液填充並驅趕膠內氣泡，同時防止一次壓力過高導致的皺折及應力。c.第三段壓:產生聚合反應，使材料硬化d.第四段壓:降溫段仍保持適當的壓力，減少因冷卻伴隨而來之內應力。PCB製造流程---壓合防呆孔棕黑化铆合疊合熱壓冷壓出貨組合後處理后处理----铣撈磨薄•目的:经分割;銑靶;捞边;磨边等工序,对压合之多层板进行初步外形处理以便后工序生产品质控制要求及提供后工序加工之工具孔.•主要原物料:钻头;铣刀X-Ray撈邊機靶位孔X-ray----鑽出靶位孔PCB製造流程---鑽孔鑽孔流程:目的:在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔.來料上PIN鑽孔退PIN檢驗出貨上PIN•目的:对于非单片钻之板,预先按STACK之要求钉在一起,便于钻孔;•主要原物料:PIN针鑽孔•目的:在板面上钻出层与层之间线路连接的导通孔;•主要原物料:鑽針鋁片墊板鑽頭:碳化钨,钴及有机黏着剂组合而成;鋁片:在制程中起钻头定位;散热;减少毛头;防压力脚压伤作用;墊板:主要为复合板,在制程中起保护钻机台面;防出口性毛头;降低钻针温度及清洁钻针沟槽胶渣作用.退PIN•目的:将钻好的板PIN针下掉,将板子分出;墊木板鋁板鑽頭PCB製造流程---鑽孔鑽孔流程圖示:鑽孔前鑽孔中鑽孔後鑽孔品質管控項目:孔位精度:體現鑽孔孔位制程能力狀況,指鑽孔後孔位精準度.大多以cpk來判定.孔璧粗糙度/釘頭:體現鑽孔後孔內品質狀況,指鑽孔後孔璧粗糙程度及內層銅鑽孔後延展狀況.PCB製造流程---電鍍電鍍流程:目的:使孔璧上的非導體部分之樹脂及玻璃纤維鍍上銅,形成導電及焊接之金屬孔璧.來料去毛頭除膠化銅電鍍出貨去毛頭–deburr•形成原因:鑽孔後孔邊的未切斷的銅絲;•目的:去除孔邊緣的毛頭,防止鍍孔不良•原物料:刷輪内层平环膠渣鑽孔產生膠渣除膠前除膠後除膠渣—Desmear•形成原因:钻孔时,树脂与钻嘴,在高速旋转剧烈磨擦的过程中,局部温度上升至200℃以上,超过树脂的Tg值,致使树脂被软化熔化成为胶糊状而涂满孔壁,冷却后便成了胶渣（Smear).•膠渣的危害:对多层板而言,内层导通是靠平环与孔壁连接,钻污的存在会阻止这种连接;•目的:除去膠渣裸露出內層銅環;將孔內的樹脂部分咬蝕成峰窩狀,加強化學銅與孔壁的結合力.•原物料：膨松劑,KMnO4(除膠劑),.PCB製造流程---電鍍電鍍流程:來料去毛頭除膠化銅電鍍出貨化學銅–PTH•目的:通過化學法在樹脂表面沉積一層很薄的銅層(約15-25u”),為電鍍銅提供一個導電的環境,以成增厚孔銅.•原物料:活化鈀,鍍銅液;•步驟:整孔(使孔壁帶正電核),活化(鈀膠體沉積),速化(剥去Pd外层的Sn+4外壳,露出Pd金属);化銅(化學置換沉積).活化後孔璧表面整孔後孔璧表面速化後孔璧表面化銅後孔璧表面PCB製造流程---電鍍電鍍流程:來料去毛頭除膠化銅電鍍出貨電鍍•目的:由導電溶液﹑導線﹑外加電源﹑電極四部份構成的導通回路,將導通孔孔壁鍍客戶所要求的銅厚;•原物料:銅球,電鍍藥水;•反應原理:通過外加電壓,使得與正極相連的陽極失去電子,銅原子變為銅離子,溶解於溶液中,與負極相連的陰極得到電子,銅離子在陰極沉積為銅原子.陽極主要反應Cu→Cu2++2e¯陰極主要反應Cu2++2e¯→Cu電解液PCB製造流程---電鍍來料去毛頭除膠化銅電鍍出貨電鍍--涉及電化學,表面化學,配位化學,晶体學•電化學反應器設計電場分布反應機制等•表面化學有機吸附及潤濕作用等;•配位化學電鍍藥水的基礎(如光澤劑等);•晶體學研究金屬的理化特性--SEM分析晶格PCB製造流程---電鍍電鍍分類•按陽極分:不溶性陽極&可溶性陽極;不溶性陽極:電流分布均勻性好,建置成本高;可溶性陽極:電流分布均勻性差,成本相對低;•按應用分:通孔電鍍,盲孔電鍍,填孔電鍍;•按設備分:龍門線(垂直電鍍),水平電鍍線,VCP線(垂直連續電鍍),龍門線:灌孔能力佳,適用於高縱橫比通孔;VCP線:均勻性較龍門好,適用於盲孔的電鍍;•按鍍銅系統分:硫酸銅系統,磷酸銅系統)