[精品]PCB內(nèi)層基礎(chǔ)介紹

1、內(nèi)層基礎(chǔ)介紹制程目的三層板以上產(chǎn)品即稱多層板，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工出來的大量線路，因而有多層板之發(fā)展。加上美國聯(lián)邦 通訊委員會(fcc)宣布自1984年10刀以后，所冇上市的電器產(chǎn)品若冇涉及電傳通訊者，或 有參與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)者，皆必須要做接地以消除干擾的影響。但因板面血積不夠，因此pcb lay-out就將接地與電壓二功能之大銅血移入內(nèi)層，造成四層板的瞬間大量興起，也延 伸了阻抗控制的要求。1何原有四層板則多升級為六層板，當(dāng)然高層次多層板也因鬲密度裝配 而日見增多木章將探討多層板之內(nèi)層制作及注意事宜.制作流程依產(chǎn)品的不同現(xiàn)有三種流程a

2、 print and etch發(fā)料"鉆對位孔f銅面處理"影像轉(zhuǎn)移一蝕刻"剝膜b. post-etch punch發(fā)料f銅面處理-> 影像轉(zhuǎn)移f蝕刻f剝膜一沖工具孔c. drill and panel-plate發(fā)料一鉆孔一通孔(pth)-電鍍一影像轉(zhuǎn)移一蝕刻一剝膜上述三種制程中，第三種是有埋孔(buried hole)設(shè)計(jì)時(shí)的流程使用，第一種制程已被淘 汰，廠內(nèi)目前使用笫二種(post-etch punch)制程一高層次板子較普遍使用的流程.1 發(fā)料發(fā)料就是依制前設(shè)計(jì)所規(guī)劃的工作尺寸，依發(fā)料單來裁切基材，是一很單純的步驟, 但以下兒點(diǎn)須注意：a. 裁切方式-

3、會影響下料尺寸b. 磨邊與圓角的考最-影響影像轉(zhuǎn)移良率制程c. 方向要一致-即經(jīng)向?qū)?jīng)向，緯向?qū)曄騞. 下制程前的烘烤-尺寸安定性考量2銅面處理在印刷電路板制程中，不管那一個(gè)step,銅面的清潔與粗化的效果，關(guān)系著下一啊程 的成敗，看似簡單的一道制程，其實(shí)里面的學(xué)問頗大。a. 須要銅面處理的制程有以下兒個(gè)a. 干膜壓膜b. 內(nèi)層氧化處理前c. 鉆孔后d. 化學(xué)銅前e. 鍍銅前f. 綠漆前g. 噴錫(或其它焊墊處理流程)前h. 金手指鍍銀及其它任何表而須另行處理的制程前a. c. f. g.等制程一般為獨(dú)立加裝設(shè)備處理，其余皆屬制程自動化屮的一部份，多數(shù) 采用化學(xué)商液加壓處理方式。b. 處理方

4、法現(xiàn)行銅面處理方式可分三種:a. 刷磨法(brush)b. 噴砂法(pumice)c. 化學(xué)法(microetch) 以下即做此三法的介紹c. 刷磨法刷磨動作之機(jī)構(gòu)，見圖所示.表4.1是銅面刷磨法的比較表注意事項(xiàng)a. 刷輪有效長度都需均勻屯b須做刷痕實(shí)驗(yàn)，以確定刷深及均勻性 優(yōu)點(diǎn)a. 成本低b. 制程簡單，彈性缺點(diǎn)a. 薄板細(xì)線路板不易進(jìn)行b. 基材拉長，不適內(nèi)層薄板c. 刷痕深時(shí)易造成d/f附著不易而滲鍍d. 有殘膠z潛在可能d. 噴砂法以不同材質(zhì)的細(xì)石(俗稱pumice)為研磨材料 優(yōu)點(diǎn)：a. 表面粗糙均勻程度較刷磨方式好b. 尺寸安定性較好c. 可用于薄板及細(xì)線缺點(diǎn)：a. pumice容

5、易沾留板血b. 機(jī)器維護(hù)不易r.化學(xué)法(微蝕法)化學(xué)法有兒種選擇，見表f.結(jié)綸使用何種銅血處理方式，各廠應(yīng)以產(chǎn)品的層次及制程能力來評估之，并無定論，但可 預(yù)知的是化學(xué)處理法會更普遍，因細(xì)線薄板的比例愈來愈高。3.影像轉(zhuǎn)移3. 1印刷法亠hu s電路板自其起源到目前z高密度設(shè)計(jì)，一直都與絲網(wǎng)印刷(silk screen printing)或 網(wǎng)版印刷有肓接密切之關(guān)系，故稱之為印刷電路板。日前除了最人最的應(yīng)用在電路板之外, 其它電子工業(yè)尚有厚膜(thick film)的混成電路(hybrid circuit) 芯片電阻(chip resist )、及表面黏裝(surface mounting)之錫

6、膏印刷等也都優(yōu)有應(yīng)丿ij。由于近年電路板高密度，高精度的要求，印刷方法已無法達(dá)到規(guī)格需求,因此其應(yīng)用范 圍漸縮，而干膜法已取代了大部分影像轉(zhuǎn)移制作方式下列是冃前尚可以印刷法代替的制程:a. 單面板z線路，防焊(大量產(chǎn)多使用口動印刷，以下同)b. 單面板之碳墨或銀膠c. 雙面板z線路，防焊d濕膜印刷e. 內(nèi)層人銅面f. 文字g. 可剝膠(peelable ink)b.絲網(wǎng)印刷法(screen printing)簡介絲網(wǎng)印刷中兒個(gè)重要基本原索：網(wǎng)林網(wǎng)版，乳劑，曝光機(jī),印刷機(jī),刮刀，油墨，烤箱等，以 下逐一簡單介紹.a. 網(wǎng)布材料(1) 依材質(zhì)不同可分絲絹(silk),尼龍(nylon),聚酯(po

7、lyester,或稱特多龍)，不 銹鋼，等.電路板常用者為后三者.(2) 編織法:最常用也繪好用的是單絲平織法plain weave.(3) 網(wǎng)目數(shù)(mesh)，網(wǎng)布厚度(thickness),線徑(diameter),開 (opening)的關(guān) 系開口：網(wǎng)目數(shù):每inch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,slight (s), medium(m), thick (t) ,half heavy duty (h), heavy duty (hd), super heavy duty(shd)b. 網(wǎng)版(stencil)的種類(1) 直接網(wǎng)版(direct stencil

8、)將感光乳膠調(diào)配均勻直接涂布在網(wǎng)布上，烘t后連框共同放置在曝光設(shè)備臺 面上并覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，經(jīng)顯像后即成為可卬刷的網(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,太厚時(shí)可 能因厚薄不均而產(chǎn)牛解像不良.(2) .間接網(wǎng)版(indirect stencil)把感光版膜以曝光及顯像方式自原始底片上把圖形轉(zhuǎn)移過來，然后把已冇圖 形的版膜貼在網(wǎng)面上，待冷風(fēng)干燥后撕去透明之載體護(hù)膜，即成間接性網(wǎng)版。其厚度均勻, 分辨率好,制作快，多用于樣詁及小量產(chǎn).c.汕墨油墨的分類有幾種方式(1) .以組成份可分單液及雙液型.(2) .以烘烤方式可分蒸發(fā)干燥型

9、、化學(xué)反應(yīng)型及紫外線硬化型(uv)(3) .以用途可分抗蝕，抗鍍，防焊，文字，導(dǎo)電，及塞孔油墨.不同制程選用何種油 墨，須視各廠相關(guān)制程種類來評估，如堿性蝕刻和酸性蝕刻選擇z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:手卬、半自動印及全自動印刷.手卬機(jī)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)力廠仍冇不少采手印.半自動印 則除loading/unloading以人工操作外，印刷動作由機(jī)器代勞，但對位還是人工操作.也有所 謂3/4機(jī)印，意指loading亦采自動，印好后人工放入rack中.全自動印刷則是 loading/unloading及對位，印

10、刷作業(yè)都是口動.其對位方式有靠邊，pinning及ccd三種. 以下針對幾個(gè)要素加以解說：(1) 張力：張力直接影響對位,因?yàn)橛∷⑦^程中對網(wǎng)布不斷拉扯，因此新網(wǎng)張力的要求非 常垂要，一般張力測試量五點(diǎn)，即四角和中間.(2) 刮刀 squeege刮刀的選擇考量有三，第一是材料，常用者冇聚氨酯類(polyure-thane,簡稱pu)。第二是刮刀的硬度，電路板多使用shore a z硬度值60度一80度者.平坦基 板銅血上線路阻劑之印刷可用70-80度；對己有線路起伏之板面上的印綠漆及文字，則需 用較軟之60-70度。笫三點(diǎn)是刮刀的長度，須比圖案的寬度每側(cè)長出3/4-1吋左右。刮刀在使用 一段時(shí)間

11、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(xì)條， 需要將刮刀重新磨利才行，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) .對位及試印一此步驟主要是要將三個(gè)定位pin固定在印刷機(jī)臺而上，調(diào)整網(wǎng)版及離板間隙 (off contact distance)(指版膜到基板銅而的距離，應(yīng)保持在2m/m5m/m做為網(wǎng)布彈冋 的應(yīng)有距離)，然后覆墨試印.若有不準(zhǔn)再做微調(diào).若是自動印刷作業(yè)則是靠邊，pinning及ccd等方式對位.因其產(chǎn)量大，適合 極大量的單一機(jī)種生產(chǎn).(4) .烘烤不同制程會選擇不同汕墨，烘烤條件也完全不一樣，須follow廠商提供的 data sheet,

12、再依廠內(nèi)制程條件的差異而加以modify. 一般因汕墨組成不一，烘烤方式有風(fēng) 干,uv,ir等.烤箱須注意換氣循環(huán)，溫控，吋控等.(5) .注意事項(xiàng)不管是機(jī)印或手印皆要注意下列兒個(gè)重點(diǎn)括刀行進(jìn)的角度，包括與版而及x y平而的角度，須不須要回墨.固定片數(shù)要洗紙，避免陰影.待印板面要保持清潔一每印刷固定片數(shù)要抽檢一片依check list檢驗(yàn)品質(zhì).3. 2干膜法a. 一般壓膜機(jī)(laminator)對板厚的制程能力在0. 1価厚以上，主要表現(xiàn)的問題為膜 皺b. 曝光吋注意真空度c. 曝光機(jī)臺的平坦度d. 顯影時(shí) break point 維持 50'70%，溫度 30+_2,須 auto d

13、osing(自動添加).4蝕刻現(xiàn)業(yè)界用于蝕刻的化學(xué)藥液種類，常見者有兩種，一是酸性氯化銅(cuc12)蝕刻液，一 種是堿性氨水蝕刻液。a兩種藥液的選擇，視彩像轉(zhuǎn)移制程中，resist是抗電鍍z用或抗蝕刻z用。在內(nèi) 層制程小d/f或汕墨是作為抗蝕刻之用，因此人部份選擇酸性蝕刻。外層制程屮，若為傳統(tǒng) 負(fù)片流程，d/f僅是抗電鍍，在蝕刻麗會被剝除。其抗蝕刻層是錫鉛合金或純錫，故一定要 用堿性蝕刻液，以免傷及抗蝕刻金屬層；若為正片流程，d/f是用于蓋孔及保護(hù)客戶設(shè)計(jì)z 圖形電路用，在蝕刻后被剝除，故一定要用酸性蝕刻液。b.設(shè)備及藥液控制兩種etchant對人部份的金屬都是具腐蝕性，所以蝕刻槽通常都用幫

14、料，如pvc (poly vinyl chloride)或 pp (poly propylene) o 唯一可使用之金屬是鈦(ti)。為 了得到 很好的蝕刻品質(zhì)一最筆肓的線路側(cè)壁，(衡最標(biāo)準(zhǔn)為蝕刻因子etching factor,不同的理論 有不同的觀點(diǎn)，且可能相沖突。但有一點(diǎn)卻是不變的基本觀念，那就是以最快速度的讓欲 蝕刻銅表而接觸愈多新鮮的蝕刻液。因?yàn)樽饔脄蝕刻液cf濃度增高降低了蝕刻速度，須迅 速補(bǔ)充新液以維持速度。在做良好的設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)劃之前，就必須先了解及分析蝕銅過程的 化學(xué)反應(yīng)。以下為內(nèi)層制作，介紹相關(guān)酸性蝕刻z內(nèi)容。a. cuc12酸性蝕刻反應(yīng)過程之分析銅可以三種氧化狀態(tài)存在，原子

15、形成cu° ,藍(lán)色離子的以及較不常見的亞銅離 子cf。金屬銅可在銅溶液屮被氧化而溶解，見下面反應(yīng)式(1)cu° +cu+2 cu+(1)在酸性蝕刻的再生系統(tǒng)，就是將cf氧化成cf,因此使蝕刻液能將更多的金屬銅咬 蝕掉。以下是更詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)構(gòu)的說明。b. 反應(yīng)機(jī)構(gòu)肓覺的聯(lián)想，在氯化銅酸性蝕刻液屮，cit及cf應(yīng)是以cucl2及cucl存在才對, 但事實(shí)非完全正確，兩者事實(shí)上是以和hc1形成的一龐大錯(cuò)化物存在的：cu° + h2cuc14 + 2hc1 - 2h2cuc13 (2)金屬銅 銅離了亞銅離了其屮 i12cuc14 實(shí)際是 cuc12 + 2i1c12h2c

16、uc13 實(shí)際是 cucl + 2hc1在反應(yīng)式中可知hc1是消耗品。即使式已冇些復(fù)雜，但它仍是以下兩個(gè)反應(yīng)式的簡式而已。cu° + h2cuc14 f 2h2cuc13 + cucl (不溶)(3)cucl + 2iic1 2h2cuc13 (可溶)(4)式屮因產(chǎn)生cucl沉淀，會阻止蝕刻反應(yīng)繼續(xù)發(fā)生，但因hc1的存在溶解cucl,維 持了蝕刻的進(jìn)行。山此可看出hc1是氯化銅蝕刻中的消耗品，而且是蝕刻速度控制的重要 化學(xué)品。雖然增加hc1的濃度往往可加快蝕刻速度，但亦可能發(fā)生下述的缺點(diǎn)。1. 側(cè)蝕(undercut )增大,或者 etching factor 降低。2. 若補(bǔ)充藥液

17、是使用氯化鈉，則有可能產(chǎn)生氯氣，対人體有害。3. 有可能因此補(bǔ)充過多的氧化劑(h202),而攻擊鈦金屬h202。c. 自動監(jiān)控添加系統(tǒng).目前使川cuc12酸性蝕銅水平設(shè)備者，大半都裝置auto dosing設(shè)備，以維持蝕銅速率,控制因了有五：1. 比重2. hc13. ii2024 .溫度5. 蝕刻速度5 剝膜剝膜在pcb制程中，有兩個(gè)step會使用，一是正片制程蝕刻后zd/f剝除，二是負(fù)片 制程蝕刻前d/f剝除(若外層制作為負(fù)片制程)d/f的剝除是一單純簡易的制程，一般皆使川 聯(lián)機(jī)水平設(shè)備，其使用之化學(xué)藥液多為naoh或koh濃度在3%重量比。注意事項(xiàng)如下：a. 硬化后z干膜在此溶液下部份溶

18、解，部份剝成片狀，為維持藥液的效果及后水洗能 徹底，過濾系統(tǒng)的效能非常重要.b. 有些設(shè)備設(shè)計(jì)了輕刷或超音波攪拌來確保剝膜的徹底，尤其是在外層蝕刻后的剝 膜，線路邊被二次銅微微卡住的干膜必須被徹底剝f,以免影響線路品質(zhì)。所以也有在溶 液屮加入bcs幫助溶解，但有違環(huán)保，且對人體有害。c. 因k(鉀)會攻擊錫，因此外層線路蝕刻前z剝膜液z選擇須謹(jǐn)慎評估。剝膜液為堿 性，因此水洗的徹底與否，非常重要，正片制程z剝膜后有加酸洗及抗氧化，f1的是防止板 面過度氧化而影響下制程的詁質(zhì)。6. 對位系統(tǒng)6. 1傳統(tǒng)方式四層板內(nèi)層以三明治方式，將2. 3層底片事先對準(zhǔn)，黏貼于一壓條上(和內(nèi)層同厚)，緊 貼于曝

19、光臺而上，己壓膜內(nèi)層則放進(jìn)二底片間，靠邊即對進(jìn)行曝光。1. 2. 5. 2 蝕后沖孔(post etch punch)方式a. pin lam 理論此方法的原理較簡單，內(nèi)層預(yù)先沖出4個(gè)slot孔，包括底片，prepreq都沿用此沖 孔系統(tǒng)，此4個(gè)slot孔,相對兩組,有_組不對稱，可防止套反。每個(gè)slot孔當(dāng)置放圓 pin示，因受溫壓會有變形時(shí)，仍能自由的左右、上下伸展，但中心不變，故不會有應(yīng)力產(chǎn) 生。待冷卻，壓力釋放后，又回復(fù)原尺寸，是一頗佳的對位系統(tǒng)。b. mass lam system沿用上一觀念multiline發(fā)展出蝕后沖孔式的pps系統(tǒng)，其作業(yè)垂點(diǎn)如下：1.透過cam在工作底片長方向邊緣處做兩光學(xué)靶點(diǎn)"(optical target)以及四角落之 pads2. 將上、卞底片仔細(xì)対準(zhǔn)固定后，如三明治做法，做曝