PCB制造流程簡(jiǎn)要說(shuō)明

ＰCB制造流程及說(shuō)明一.PＣB演變

１.１ＰCB扮演的角色

PCB的功能為提供完成第一層級(jí)構(gòu)裝的組件與其它必須的電子電路零件接合的基地,以組成一個(gè)具特定功能的模塊或成品。所以PCB在整個(gè)電子產(chǎn)品中,扮演了整合連結(jié)總其成所有功能的角色，也因此時(shí)常電子產(chǎn)品功能故障時(shí),最先被質(zhì)疑往往就是PCＢ。圖１.１是電子構(gòu)裝層級(jí)區(qū)分示意。??１.２PCB的演變

１.早于１９０３年Mｒ.ＡlｂeｒｔHａnｓon首創(chuàng)利用"線路"〔Ｃiｒｃｕiｔ)觀念應(yīng)用于交換機(jī)系統(tǒng)。它是用金屬箔予以切割成線路導(dǎo)體，將之黏著于石蠟紙上,上面同樣貼上一層石蠟紙,成了現(xiàn)今PCB的機(jī)構(gòu)雛型。見(jiàn)圖１.２?２.至１９３６年，DrPaｕlEｉsｎeｒ真正創(chuàng)造了ＰＣB的制作技術(shù),也發(fā)表多項(xiàng)專利。而今日之print-eｔch(photoｉmａｇetranｓfer〕的技術(shù)，就是沿襲其創(chuàng)造而來(lái)的。

?１.３PCＢ種類及制法

在材料、層次、制程上的多樣化以適合不同的電子產(chǎn)品及其特殊需求。以下就歸納一些通用的區(qū)別方法，來(lái)簡(jiǎn)單介紹PCB的分類以及它的制造方法。?

１.３．１PCB種類?Ａ.以材質(zhì)分

a.有機(jī)材質(zhì)?酚醛樹(shù)脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂、Pｏlyａmide、ＢT/Epoxｙ等皆屬之。?b.無(wú)機(jī)材質(zhì)

鋁、CoppｅrInveｒ-ｃoppｅr、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能?B.以成品軟硬區(qū)分

a.硬板RｉｇidＰＣB

b.軟板FｌｅxｉblePCＢ見(jiàn)圖１．３

ｃ.軟硬板Rigｉd-ＦlexPＣB見(jiàn)圖１.４?C.以構(gòu)造分

a.單面板見(jiàn)圖１.５?ｂ.雙面板見(jiàn)圖１.６?ｃ．多層板見(jiàn)圖１.７

Ｄ．依用途分：通信/耗用性電子/軍用／計(jì)算機(jī)/半導(dǎo)體/電測(cè)板…,見(jiàn)圖１.８BGＡ.

另有一種射出成型的立體ＰCB,因使用少,不在此介紹。?

１.３.２制造方法介紹

A.減除法，其流程見(jiàn)圖１.９

B.加成法，又可分半加成與全加成法,見(jiàn)圖１.１０１.１１

C．尚有其它因應(yīng)IC封裝的變革延伸而出的一些先進(jìn)制程，本光盤僅提及但不詳加介紹,因有許多尚屬機(jī)密也不易取得，或者成熟度尚不夠。本光盤以傳統(tǒng)負(fù)片多層板的制程為主軸，深入淺出的介紹各個(gè)制程,再輔以先進(jìn)技術(shù)的觀念來(lái)探討未來(lái)的PＣB走勢(shì)。?二.制前準(zhǔn)備２.１.前言

?臺(tái)灣ＰCＢ產(chǎn)業(yè)屬性,幾乎是以O(shè)ＥM,也就是受客戶委托制作空板(BａrｅBoaｒｄ)而已，不像美國(guó)，很多PCBSｈop是包括了線路設(shè)計(jì)，空板制作以及裝配〔Asｓemｂｌy)的Ｔu(píng)rn-Ｋｅy業(yè)務(wù)。以前,只要客戶提供的原始數(shù)據(jù)如Dｒａwｉng，Ａrtｗorｋ,Specｉfｉcａt(yī)ion，再以手動(dòng)翻片、排版、打帶等作業(yè),即可進(jìn)展制作,但近年由于電子產(chǎn)品日趨輕薄短小,PCB的制造面臨了幾個(gè)挑戰(zhàn)：〔１)薄板〔２〕高密度〔３〕高性能〔４)高速〔５)產(chǎn)品周期縮短(６〕降低本錢等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機(jī)做為制前工具，現(xiàn)在己被計(jì)算機(jī)、工作軟件及激光繪圖機(jī)所取代。過(guò)去，以手工排版,或者還需要Micro-Modifｉer來(lái)修正尺寸等費(fèi)時(shí)耗工的作業(yè)，今天只要在ＣＡM(CompuｔｅｒAidedＭanｕfacturiｎｇ〕工作人員取得客戶的設(shè)計(jì)資料，可能幾小時(shí)內(nèi)，就可以依設(shè)計(jì)規(guī)那么或DFM〔DｅsignForManuｆacｔｕｒｉng〕自動(dòng)排版并變化不同的生產(chǎn)條件。同時(shí)可以ｏutput如鉆孔、成型、測(cè)試治具等資料。２．２.相關(guān)名詞的定義與講解

?AGerberfile

?這是一個(gè)從PCBCAD軟件輸出的數(shù)據(jù)文件做為光繪圖語(yǔ)言。１９６０年代一家名叫ＧerberＳｃｉentifｉc〔現(xiàn)在叫GｅrberSystem)專業(yè)做繪圖機(jī)的美國(guó)公司所開(kāi)展出的格式，此后二十年,行銷于世界四十多個(gè)國(guó)家。幾乎所有CAD系統(tǒng)的開(kāi)展，也都依此格式作其OutputDａt(yī)a，直接輸入繪圖機(jī)就可繪出Dｒaｗing或Ｆilm，因此ＧeｒｂerＦormat成了電子業(yè)界的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。?

Ｂ．RS-２７４D

?是GerberFｏrmat的正式名稱，正確稱呼是EIASＴAＮDＡRＤRS-２７４D〔ElectｒonｉｃIndusｔｒiesAssociａt(yī)ioｎ)主要兩大組成：１.ＦunctｉoｎCｏde：如Gcodｅｓ,Dcodeｓ，Mcodｅs等。２.Coordｉnatｅdａt(yī)a：定義圖像〔ｉｍａgｉnｇ)

?C.RＳ-２７４X?

是ＲS-２７４D的延伸版本,除RS－２７４D之Code以外,包括RS-２７４ＸＰarａmetｅrs,或稱整個(gè)extenｄedGｅrｂerfｏｒmａt(yī)它以兩個(gè)字母為組合，定義了繪圖過(guò)程的一些特性。?

D．ＩＰＣ-３５０?

IＰC-３５０是IPC開(kāi)展出來(lái)的一套neuｔｒalｆorｍaｔ，可以很容易由PCBCＡＤ/CAＭ產(chǎn)生,然后依此系統(tǒng),PＣBSHOＰ再產(chǎn)生NCDｒiｌlPｒogram,Nｅｔlisｔ,并可直接輸入LaseｒPｌottｅr繪制底片.

E．LasｅｒPｌotter

?見(jiàn)圖２.１，輸入Gerbｅrｆormaｔ或IPC３５０forｍat以繪制Ａrtｗｏrk

?F.ApeｒtuｒeLisｔandD－Ｃodes??見(jiàn)表２.１及圖２．２,舉一簡(jiǎn)單實(shí)例來(lái)說(shuō)明兩者關(guān)系,Ａperｔure的定義亦見(jiàn)圖２.１２.３.制前設(shè)計(jì)流程：?２.３.１客戶必須提供的數(shù)據(jù)：?

電子廠或裝配工廠，委托PCBSＨOP生產(chǎn)空板〔BareBoard)時(shí),必須提供以下數(shù)據(jù)以供制作。見(jiàn)表料號(hào)數(shù)據(jù)表－供制前設(shè)計(jì)使用.??上表數(shù)據(jù)是必備工程，有時(shí)客戶會(huì)提供一片樣品,一份零件圖，一份保證書(保證制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質(zhì)〕等。這些額外數(shù)據(jù),廠商須自行判斷其重要性,以免誤了商機(jī)。?

２.３.２.資料審查

面對(duì)這么多的數(shù)據(jù)，制前設(shè)計(jì)工程師接下來(lái)所要進(jìn)展的工作程序與重點(diǎn)，如下所述。

A.審查客戶的產(chǎn)品規(guī)格，是否廠內(nèi)制程能力可及，審查工程見(jiàn)承接料號(hào)制程能力檢查表．??B．原物料需求(BＯM-BillofMａｔeｒiaｌ)

根據(jù)上述資料審查分析后,由BOＭ的展開(kāi)，來(lái)決定原物料的廠牌、種類及規(guī)格。主要的原物料包括了：基板(Laminaｔe〕、膠片〔Preprｅg)、銅箔〔Ｃopperfｏｉl〕、防焊油墨〔ＳｏlｄerMaｓk)、文字油墨(Legeｎd)等。另外客戶對(duì)于Finish的規(guī)定,將影響流程的選擇,當(dāng)然會(huì)有不同的物料需求與規(guī)格，例如：軟、硬金、噴钖、OSP等。

表歸納客戶標(biāo)準(zhǔn)中,可能影響原物料選擇的因素。?

C.上述乃屬新數(shù)據(jù)的審查，審查完畢進(jìn)展樣品的制作.假設(shè)是舊資料,那么須Ｃｈｅck有無(wú)戶ECO(EngineeｒinｇChangeOrder〕.再進(jìn)展審查.?

D.排版

排版的尺寸選擇將影響該料號(hào)的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕媳惧X(排版最正確化,可減少板材浪費(fèi))；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。?

有些工廠認(rèn)為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料本錢增加很多.以下是一些考慮的方向：??一般制作本錢，直、間接原物料約占總本錢３０～６０%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬〔銅、钖、鉛〕，化學(xué)耗品等。而這些原物料的耗用,直接和排版尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Lａｙｏut時(shí),會(huì)做連片設(shè)計(jì)，以使裝配時(shí)能有最高的生產(chǎn)力。因此，ＰCB工廠之制前設(shè)計(jì)人員，應(yīng)和客戶密切溝通,以使連片Ｌayoｕt的尺寸能在排版成工作ＰANEＬ時(shí)可有最正確的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐妫毧紤]以下幾個(gè)因素。

?a.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率(裁切方式與磨邊處理須考慮進(jìn)去〕。

ｂ.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作ＰANEL的尺寸須搭配良好，以免浪費(fèi)。?

c.連片時(shí)，piece間最小尺寸,以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。?

d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸.??ｅ．不同產(chǎn)品構(gòu)造有不同制作流程,及不同的排版限制,例如,金手指板,其排版間距須較大且有方向的考量,其測(cè)試治具或測(cè)試次序規(guī)定也不一樣。較大工作尺寸,可以符合較大生產(chǎn)力,但原物料本錢增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升，如何取得一個(gè)平衡點(diǎn),設(shè)計(jì)的準(zhǔn)那么與工程師的經(jīng)歷是相當(dāng)重要的。２.３．３著手設(shè)計(jì)

所有數(shù)據(jù)檢核齊全后，開(kāi)場(chǎng)分工設(shè)計(jì)：?

Ａ.流程的決定(FｌowCｈart)由數(shù)據(jù)審查的分析確認(rèn)后，設(shè)計(jì)工程師就要決定最適切的流程步驟。傳統(tǒng)多層板的制作流程可分作兩個(gè)局部：內(nèi)層制作和外層制作.以以下圖標(biāo)幾種代表性流程供參考.見(jiàn)圖２.３與圖２．４??B.ＣAＤ／CAM作業(yè)?

a.將ＧeｒberDａt(yī)a輸入所使用的CAM系統(tǒng)，此時(shí)須將apertuｒｅs和shaｐes定義好。目前，己有很多ＰCＢCAM系統(tǒng)可承受IＰC-３５０的格式。部份ＣAM系統(tǒng)可產(chǎn)生外型NCRouting檔,不過(guò)一般PＣBＬayoｕt設(shè)計(jì)軟件并不會(huì)產(chǎn)生此文件。有部份專業(yè)軟件或獨(dú)立或配合NCRｏutｅr,可設(shè)定參數(shù)直接輸出程序.

Shapｅs種類有圓、正方、長(zhǎng)方,亦有較復(fù)雜形狀,如內(nèi)層之therｍａlpaｄ等。著手設(shè)計(jì)時(shí),Apertｕreｃodｅ和shapes的關(guān)連要先定義清楚,否那么無(wú)法進(jìn)展后面一系列的設(shè)計(jì)。

?ｂ．設(shè)計(jì)時(shí)的Checklist

依據(jù)cheｃklist審查后，當(dāng)可知道該制作料號(hào)可能的良率以及本錢的預(yù)估。

?c.WoｒｋiｎgPanｅl排版本卷須知：??－PＣBLayｏuｔ工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，為協(xié)助提醒或注意某些事項(xiàng),會(huì)做一些輔助的記號(hào)做參考,所以必須在進(jìn)入排版前,將之去除。下表列舉數(shù)個(gè)工程，及其影響。??-排版的尺寸選擇將影響該料號(hào)的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕媳惧X(排版最正確化,可減少板材浪費(fèi))；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。??有些工廠認(rèn)為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料本錢增加很多.以下是一些考慮的方向：一般制作本錢，直、間接原物料約占總本錢３０～６０%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬〔銅、钖、鉛、金),化學(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Lａyoｕｔ時(shí)，會(huì)做連片設(shè)計(jì),以使裝配時(shí)能有最高的生產(chǎn)力。因此,PCB工廠之制前設(shè)計(jì)人員，應(yīng)和客戶密切溝通,以使連片Lａyoｕt的尺寸能在排版成工作PＡNEL時(shí)可有最正確的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以下幾個(gè)因素。

１.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率〔裁切方式與磨邊處理須考慮進(jìn)去〕。??２.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作PAＮEＬ的尺寸須搭配良好，以免浪費(fèi)。

?３．連片時(shí)，ｐｉece間最小尺寸,以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。

４.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸.??５不同產(chǎn)品構(gòu)造有不同制作流程,及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量,其測(cè)試治具或測(cè)試次序規(guī)定也不一樣。??較大工作尺寸，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料本錢增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升,如何取得一個(gè)平衡點(diǎn),設(shè)計(jì)的準(zhǔn)那么與工程師的經(jīng)歷是相當(dāng)重要的。?

－進(jìn)展wｏrｋinｇPａnel的排版過(guò)程中,尚須考慮以下事項(xiàng),以使制程順暢，表排版本卷須知。

ｄ．底片與程序：?

-底片Aｒtworｋ在CＡＭ系統(tǒng)編輯排版完成后，配合D-Coｄｅ檔案，而由雷射繪圖機(jī)〔LaｓerＰl(wèi)oｔtｅr)繪出底片。所須繪制的底片有內(nèi)外層之線路,外層之防焊，以及文字底片。??由于線路密度愈來(lái)愈高，容差要求越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn)，因此底片尺寸控制,是目前很多ＰCB廠的一大課題。表是傳統(tǒng)底片與玻璃底片的比較表。玻璃底片使用比例已有提高趨勢(shì)。而底片制造商亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如干式做法的鉍金屬底片.

一般在保存以及使用傳統(tǒng)底片應(yīng)本卷須知如下：

?１.環(huán)境的溫度與相對(duì)溫度的控制

２.全新底片取出使用的前置適應(yīng)時(shí)間?

３.取用、傳遞以及保存方式?

４.置放或操作區(qū)域的清潔度-程序

含一，二次孔鉆孔程序,以及外形Routing程序其中ＮCRoutiｎg程序一般須另行處理??e.ＤFM－Designfｏrmanufacturiｎg.PCBlayout工程師大半不太了解,PCB制作流程以及各制程需要注意的事項(xiàng),所以在Laｙ-oｕt線路時(shí)，僅考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。ＰＣB制前設(shè)計(jì)工程師因此必須從生產(chǎn)力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線ＰAD修正成淚滴狀，見(jiàn)圖２．５,為的是制程中PAD一孔對(duì)位不準(zhǔn)時(shí),尚能維持最小的墊環(huán)寬度。

但是制前工程師的修正,有時(shí)卻會(huì)影響客戶產(chǎn)品的特性甚或性能，所以不得不慎重。PCB廠必須有一套針對(duì)廠內(nèi)制程上的特性而編輯的標(biāo)準(zhǔn)除了改善產(chǎn)品良率以及提升生產(chǎn)力外，也可做為和PCB線路Lay-ｏｕt人員的溝通語(yǔ)言，見(jiàn)圖２.６．??Ｃ.Tooling??指AOI與電測(cè)Netliｓt檔..AOI由CAＤreｆereｎｃe文件產(chǎn)生ＡOI系統(tǒng)可承受的數(shù)據(jù)、且含容差，而電測(cè)Ｎeｔlist檔那么用來(lái)制作電測(cè)治具Fixtｕｒe。????２．４結(jié)語(yǔ)??頗多公司對(duì)于制前設(shè)計(jì)的工作重視的程度不假設(shè)制程,這個(gè)觀念一定要改，因?yàn)殡S著電子產(chǎn)品的演變,PＣB制作的技術(shù)層次愈困難,也愈須要和上游客戶做最密切的溝通,現(xiàn)在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的產(chǎn)品沒(méi)有問(wèn)題,產(chǎn)品的使用環(huán)境,材料的物，化性,線路Laｙ-ouｔ的電性,PＣB的信賴性等,都會(huì)影響產(chǎn)品的功能發(fā)揮.所以不管軟件,硬件,功能設(shè)計(jì)上都有很好的進(jìn)展,人的觀念也要有所突破才行．三．基板

印刷電路板是以銅箔基板〔Cｏｐper－claｄLaｍinate簡(jiǎn)稱ＣCL〕做為原料而制造的電器或電子的重要機(jī)構(gòu)組件,故從事電路板之上下游業(yè)者必須對(duì)基板有所了解：有那些種類的基板,它們是如何制造出來(lái)的,使用于何種產(chǎn)品,它們各有那些優(yōu)劣點(diǎn),如此才能選擇適當(dāng)?shù)幕?表３.１簡(jiǎn)單列出不同基板的適用場(chǎng)合.

基板工業(yè)是一種材料的根底工業(yè)，是由介電層〔樹(shù)脂Resｉn，玻璃纖維Glasｓｆｉｂｅｒ〕,及高純度的導(dǎo)體(銅箔Copperfｏｉl〕二者所構(gòu)成的復(fù)合材料〔Compｏsitematｅｒｉal)，其所牽涉的理論及實(shí)務(wù)不輸于電路板本身的制作。以下即針對(duì)這二個(gè)主要組成做深入淺出的探討.

?３.１介電層

３.１.１樹(shù)脂Resin?３.１.１．１前言

目前已使用于線路板之樹(shù)脂類別很多，如酚醛樹(shù)脂〔Phonetic〕、環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy)、聚亞醯胺樹(shù)脂〔Pｏlyａmide〕、聚四氟乙烯(Ｐolyｔｅtrafluorｅｔhｙｌenｅ,簡(jiǎn)稱PTFE或稱TEFLON〕,B一三氮樹(shù)脂〔BisｍａlｅimiｄｅTriazine簡(jiǎn)稱BＴ〕等皆為熱固型的樹(shù)脂(TｈｅrmｏsettedPlaｓｔicRｅsiｎ)。３.１.１.２酚醛樹(shù)脂PhｅnｏlicReｓｉｎ

是人類最早開(kāi)發(fā)成功而又商業(yè)化的聚合物。是由液態(tài)的酚(pｈenｏl〕及液態(tài)的甲醛(Ｆｏｒmａldehydｅ俗稱Formalｉｎ)兩種廉價(jià)的化學(xué)品，在酸性或堿性的催化條件下發(fā)生立體架橋(Ｃrosslinkａｇe)的連續(xù)反響而硬化成為固態(tài)的合成材料。其反響化學(xué)式見(jiàn)圖３.１?１９１０年有一家叫Baｋelite公司參加帆布纖維而做成一種堅(jiān)硬強(qiáng)固,絕緣性又好的材料稱為Bａkelitｅ,俗名為電木板或尿素板。?美國(guó)電子制造業(yè)協(xié)會(huì)〔NEMA-NationlＥlectrｉcalMａｎufacｔureｒｓAsｓociatiｏn)將不同的組合冠以不同的編號(hào)代字而為業(yè)者所廣用，現(xiàn)將酚醛樹(shù)脂之各產(chǎn)品代字列表,如表NＥMＡ對(duì)于酚醛樹(shù)脂板的分類及代碼

表中紙質(zhì)基板代字的第一個(gè)"X"是表示機(jī)械性用途,第二個(gè)"X"是表示可用電性用途。第三個(gè)"Ｘ"是表示可用有無(wú)線電涉及高濕度的場(chǎng)所。＂Ｐ"表示需要加熱才能沖板子(Ｐuncｈabｌｅ),否那么材料會(huì)破裂,"C"表示可以冷沖加工(coｌdｐunｃhable),"ＦR"表示樹(shù)脂中加有不易著火的物質(zhì)使基板有難燃(FlaｍeReｔarｄｅｎt〕或抗燃〔Flameresiｓｔanｃe)性。

紙質(zhì)板中最暢銷的是XXXPＣ及FR－２．前者在溫度２５℃以上,厚度在.０６２ｉn以下就可以沖制成型很方便，后者的組合與前完全一樣,只是在樹(shù)脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。以下介紹幾個(gè)較常使用紙質(zhì)基板及其特殊用途：A常使用紙質(zhì)基板?a.XPCGｒade：通常應(yīng)用在低電壓、低電流不會(huì)引起火源的消費(fèi)性電子產(chǎn)品，如玩具、手提收音機(jī)、機(jī)、計(jì)算器、遙控器及鐘表等等。UL９４對(duì)XＰCGrade要求只須到達(dá)ＨＢ難燃等級(jí)即可。

ｂ．ＦR－１Graｄe：電氣性、難燃性優(yōu)于XPCGｒadｅ,廣泛使用于電流及電壓比XPCGrade稍高的電器用品，如彩色電視機(jī)、監(jiān)視器、ＶTR、家庭音響、洗衣機(jī)及吸塵器等等。UL９４要求FR-１難燃性有V-０、V-１與Ｖ-２不同等級(jí)，不過(guò)由于三種等級(jí)板材價(jià)位差異不大，而且考慮平安起見(jiàn)，目前電器界幾乎全采用V-０級(jí)板材。?ｃ.FR-２Gｒade：在與FＲ－１比較下,除電氣性能要求稍高外，其它物性并沒(méi)有特別之處,近年來(lái)在紙質(zhì)基板業(yè)者努力研究改進(jìn)FR-１技術(shù)，ＦR-１與FＲ－２的性質(zhì)界限已漸模糊,ＦR-２等級(jí)板材在不久將來(lái)可能會(huì)在偏高價(jià)格因素下被ＦR-１所取代。

?B．其它特殊用途：

ａ.銅鍍通孔用紙質(zhì)基板?主要目的是方案取代部份物性要求并不高的FR-４板材，以便降低PCB的成本.

b．銀貫孔用紙質(zhì)基板

時(shí)下最流行取代部份物性要求并不很高的FR-４作通孔板材，就是銀貫孔用紙質(zhì)基板印刷電路板兩面線路的導(dǎo)通,可直接借由印刷方式將銀膠(SiｌveｒPａsｔe)涂布于孔壁上,經(jīng)由高溫硬化，即成為導(dǎo)通體，不像一般ＦR-４板材的銅鍍通孔,需經(jīng)由活化、化學(xué)銅、電鍍銅、錫鉛等繁雜手續(xù)。

b-１基板材質(zhì)

１)尺寸安定性：

除要留意X、Y軸(纖維方向與橫方向〕外，更要注意Z軸(板材厚度方向)，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導(dǎo)體的斷裂。?２)電氣與吸水性：許多絕緣體在吸濕狀態(tài)下,降低了絕緣性,以致提供金屬在電位差趨動(dòng)力下發(fā)生移行的現(xiàn)象,FＲ－４在尺寸安性、電氣性與吸水性方面都比FＲ－１及XＰC佳,所以生產(chǎn)銀貫孔印刷電路板時(shí)，要選用特制ＦＲ-１及XPC的紙質(zhì)基板．板材。

b.-２導(dǎo)體材質(zhì)

１)導(dǎo)體材質(zhì)銀及碳墨貫孔印刷電路的導(dǎo)電方式是利用銀及石墨微粒鑲嵌在聚合體內(nèi)，藉由微粒的接觸來(lái)導(dǎo)電，而銅鍍通孔印刷電路板,那么是借由銅本身是連貫的結(jié)晶體而產(chǎn)生非常順暢的導(dǎo)電性。?２〕延展性：?銅鍍通孔上的銅是一種連續(xù)性的結(jié)晶體,有非常良好的延展性,不會(huì)像銀、碳墨膠在熱脹冷縮時(shí),容易發(fā)生界面的別離而降低導(dǎo)電度。

３)移行性：

銀、銅都是金屬材質(zhì),容易發(fā)性氧化、復(fù)原作用造成銹化及移行現(xiàn)象,因電位差的不同,銀比銅在電位差趨動(dòng)力下容易發(fā)生銀遷移(SilverMiｇrａt(yī)iｏn〕。

c．碳墨貫孔(CaｒbonThroughＨoｌｅ)用紙質(zhì)基板.

碳墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性，石墨所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧珒H僅是作簡(jiǎn)單的訊號(hào)傳遞者,所以ＰCＢ業(yè)界對(duì)積層板除了碳墨膠與基材的密著性、翹曲度外，并沒(méi)有特別要求.石墨因有良好的耐磨性，所以CａrbｏnＰａste最早期是被應(yīng)用來(lái)取代KeｙPａd及金手指上的鍍金,而后延伸到扮演跳線功能。碳墨貫孔印刷電路板的負(fù)載電流通常設(shè)計(jì)的很低,所以業(yè)界大都采用XPＣ等級(jí),至于厚度方面,在考慮輕、薄、短、小與印刷貫孔性因素下，常通選用０.８、１．０或１.２ｍm厚板材。

d.室溫沖孔用紙質(zhì)基板其特征是紙質(zhì)基板外表溫度約４０℃以下，即可作Pitcｈ為１.７８mm的IＣ密集孔的沖模,孔間不會(huì)發(fā)生裂痕，并且以減低沖模時(shí)紙質(zhì)基板冷卻所造成線路精準(zhǔn)度的偏差,該類紙質(zhì)基板非常適用于細(xì)線路及大面積的印刷電路板。?e.抗漏電壓(Ａnti-Ｔrack)用紙質(zhì)基板人類的生活越趨精致,對(duì)物品的要求且也就越講就短小輕薄，當(dāng)印刷電路板的線路設(shè)計(jì)越密集,線距也就越小，且在高功能性的要求下，電流負(fù)載變大了，那么線路間就容易因發(fā)生電弧破壞基材的絕緣性而造成漏電,紙質(zhì)基板業(yè)界為解決該類問(wèn)題,有供給采用特殊背膠的銅箔所制成的抗漏電壓用紙質(zhì)基板．２.１.２環(huán)氧樹(shù)脂EｐoxｙＲesiｎ

?是目前印刷線路板業(yè)用途最廣的底材。在液態(tài)時(shí)稱為清漆或稱凡立水(Vａrnish)或稱為A-sｔage,玻璃布在浸膠半干成膠片后再經(jīng)高溫軟化液化而呈現(xiàn)黏著性而用于雙面基板制作或多層板之壓合用稱B-sｔagｅpreprｅｇ,經(jīng)此壓合再硬化而無(wú)法回復(fù)之最終狀態(tài)稱為C-stａge。

?２.１.２.１傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂的組成及其性質(zhì)??用于基板之環(huán)氧樹(shù)脂之單體一向都是BisphenolA及Epｉchｌorohydriｎ用dｉcｙ做為架橋劑所形成的聚合物。為了通過(guò)燃性試驗(yàn)〔Flaｍｍabiｌitｙtest),將上述仍在液態(tài)的樹(shù)脂再與Tetraｂromo-BｉｓpｈｅnｏlA反響而成為最熟知FＲ-４傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂?，F(xiàn)將產(chǎn)品之主要成份列于后：?jiǎn)误w-－ＢｉsphｅｎoｌＡ,Eｐichlorohｙdriｎ?架橋劑(即硬化劑〕－雙氰Dicｙandiamｉde簡(jiǎn)稱Ｄicy?速化劑(Acｃｅlerａt(yī)oｒ)-－Ｂenzｙl-Dimetｈyｌamine(ＢＤMA)及２-Mｅｔｈｙliｍｉｄazole(２-ＭI)

溶劑--Ethylenｅglyｃolｍoｎoｍethyetｈer(EGMMＥ)Dimｅthｙfｏrmaｍiｄe〔ＤMF)及稀釋劑Aｃｅtone，MEK。

填充劑〔Additiｖｅ〕--碳酸鈣、硅化物、及氫氧化鋁或化物等增加難燃效果。填充劑可調(diào)整其Tg.

?A.單體及低分子量之樹(shù)脂?典型的傳統(tǒng)樹(shù)脂一般稱為雙功能的環(huán)氣樹(shù)脂〔DifunｃtioｎalEpoｘｙRｅsiｎ),見(jiàn)圖３．２.為了到達(dá)使用平安的目的，特于樹(shù)脂的分子構(gòu)造中參加溴原子，使產(chǎn)生部份碳溴之結(jié)合而呈現(xiàn)難燃的效果。也就是說(shuō)當(dāng)出現(xiàn)燃燒的條件或環(huán)境時(shí)，它要不容易被點(diǎn)燃，萬(wàn)一已點(diǎn)燃在燃燒環(huán)境消失后，能自己熄滅而不再繼續(xù)延燒。見(jiàn)圖３.３．此種難燃材炓在ＮEＭA標(biāo)準(zhǔn)中稱為FＲ-４。(不含溴的樹(shù)脂在NEＭA標(biāo)準(zhǔn)中稱為G-１０〕此種含溴環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)很多如介電常數(shù)很低,與銅箔的附著力很強(qiáng)，與玻璃纖維結(jié)合后之撓性強(qiáng)度很不錯(cuò)等。B.架橋劑〔硬化劑〕?環(huán)氧樹(shù)脂的架橋劑一向都是Ｄｉｃey，它是一種隱性的〔ｌatent〕催化劑,在高溫１６０℃之下才發(fā)揮其架橋作用,常溫中很安定，故多層板B-staｇｅ的膠片才不致無(wú)法儲(chǔ)存。但Dicｅy的缺點(diǎn)卻也不少,第一是吸水性(Hygroｓｃｏpicity〕,第二個(gè)缺點(diǎn)是難溶性。溶不掉自然難以在液態(tài)樹(shù)脂中發(fā)揮作用。早期的基板商并不了解下游電路板裝配工業(yè)問(wèn)題,那時(shí)的dicｅy磨的不是很細(xì),其溶不掉的部份混在底材中，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間聚集的吸水后會(huì)發(fā)生針狀的再結(jié)晶,造成許多爆板的問(wèn)題。當(dāng)然現(xiàn)在的基板制造商都很清處它的嚴(yán)重性,因此已改善此點(diǎn).

C.速化劑

用以加速ｅpｏxｙ與ｄｉｃｅｙ之間的架橋反響，最常用的有兩種即BDMA及２-MＩ。

D.Ｔg玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度?高分子聚合物因溫度之逐漸上升導(dǎo)致其物理性質(zhì)漸起變化,由常溫時(shí)之無(wú)定形或部份結(jié)晶之堅(jiān)硬及脆性如玻璃一般的物質(zhì)而轉(zhuǎn)成為一種黏滯度非常高，柔軟如橡皮一般的另一種狀態(tài)。傳統(tǒng)FR４之Tg約在１１５－１２０℃之間，已被使用多年，但近年來(lái)由于電子產(chǎn)品各種性能要求愈來(lái)愈高,所以對(duì)材料的特性也要求日益嚴(yán)苛，如抗?jié)裥?、抗化性、抗溶劑性、抗熱性，尺寸安定性等都要求改進(jìn),以適應(yīng)更廣泛的用途,而這些性質(zhì)都與樹(shù)脂的Ｔg有關(guān),Tg提高之后上述各種性質(zhì)也都自然變好。例如Tg提高后,a.其耐熱性增強(qiáng),使基板在X及Y方向的膨脹減少,使得板子在受熱后銅線路與基材之間附著力不致減弱太多,使線路有較好的附著力。b.在Z方向的膨脹減小后,使得通孔之孔壁受熱后不易被底材所拉斷。c.Tg增高后,其樹(shù)脂中架橋之密度必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶劑性,使板子受熱后不易發(fā)生白點(diǎn)或織紋顯露，而有更好的強(qiáng)度及介電性.至于尺寸的安定性,由于自動(dòng)插裝或外表裝配之嚴(yán)格要求就更為重要了。因而近年來(lái)如何提高環(huán)氧樹(shù)脂之Tg是基板材所追求的要?jiǎng)?wù)。??E.ＦＲ４難燃性環(huán)氧樹(shù)脂?傳統(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂遇到高溫著火后假設(shè)無(wú)外在因素予以撲滅時(shí)，會(huì)不停的一直燃燒下去直到分子中的碳?xì)溲趸虻紵戤厼橹?。假設(shè)在其分子中以溴取代了氫的位置，使可燃的碳?xì)滏I化合物一部份改換成不可燃的碳溴鍵化合物那么可大大的降低其可燃性。此種加溴之樹(shù)脂難燃性自然增強(qiáng)很多，但卻降低了樹(shù)脂與銅皮以及玻璃間的黏著力,而且萬(wàn)一著火后更會(huì)放出劇毒的溴氣,會(huì)帶來(lái)的不良后果。３.１．２.２高性能環(huán)氧樹(shù)脂(MultｉfｕｎctionalEpoxy)

傳統(tǒng)的ＦR４對(duì)今日高性能的線路板而言已經(jīng)力不從心了,故有各種不同的樹(shù)脂與原有的環(huán)氧樹(shù)脂混合以提升其基板之各種性質(zhì),Ａ.Novolac

最早被引進(jìn)的是酚醛樹(shù)脂中的一種叫Novolaｃ者,由Ｎovｏlａc與環(huán)氧氯丙烷所形成的酯類稱為EpoｘyNovolaｃｓ，見(jiàn)圖３.４之反響式．將此種聚合物混入FR４之樹(shù)脂,可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性,Ｔｇ也隨之提高,缺點(diǎn)是酚醛樹(shù)脂本身的硬度及脆性都很高而易鉆頭，加之抗化性能力增強(qiáng),對(duì)于因鉆孔而造成的膠渣(Smｅar)不易除去而造成多層板PTH制程之困擾。

B.TetｒafunctionalEpoｘｙ

另一種常被添加于ＦＲ４中的是所謂"四功能的環(huán)氧樹(shù)脂＂〔ＴetraｆｕnctiｏnaｌEpoｘyRｅsin)．其與傳統(tǒng)＂雙功能"環(huán)氧樹(shù)脂不同之處是具立體空間架橋,見(jiàn)圖３.５,Ｔg較高能抗較差的熱環(huán)境，且抗溶劑性、抗化性、抗?jié)裥约俺叽绨捕ㄐ砸埠煤芏?，而且不?huì)發(fā)生像Nｏｖolac那樣的缺點(diǎn)。最早是美國(guó)一家叫Ｐｏlyclａｄ的基板廠所引進(jìn)的。四功能比起Novoｌac來(lái)還有一種優(yōu)點(diǎn)就是有更好的均勻混合。為保持多層板除膠渣的方便起見(jiàn),此種四功能的基板在鉆孔后最好在烤箱中以１６０℃烤２－４小時(shí),使孔壁露出的樹(shù)脂產(chǎn)生氧化作用,氧化后的樹(shù)脂較容易被蝕除，而且也增加樹(shù)脂進(jìn)一步的架橋聚合,對(duì)后來(lái)的制程也有幫助。因?yàn)榇嘈缘年P(guān)系,鉆孔要特別注意.

?上述兩種添加樹(shù)脂都無(wú)法溴化,故參加一般FR４中會(huì)降低其難燃３．１．２．３聚亞醯胺樹(shù)脂Pｏlyimｉdｅ(ＰＩ)??A.成份

主要由Biｓmaｌｅimide及MethyleneDianiｌｉne反響而成的聚合物，見(jiàn)圖３.６．??B.優(yōu)點(diǎn)

電路板對(duì)溫度的適應(yīng)會(huì)愈來(lái)愈重要，某些特殊高溫用途的板子,已非環(huán)氧樹(shù)脂所能勝任,傳統(tǒng)式FR４的Tg約１２０℃左右,即使高功能的FR４也只到達(dá)１８０-１９０℃，比起聚亞醯胺的２６０℃還有一大段距離.PＩ在高溫下所表現(xiàn)的良好性質(zhì),如良好的撓性、銅箔抗撕強(qiáng)度、抗化性、介電性、尺寸安定性皆遠(yuǎn)優(yōu)于FR４。鉆孔時(shí)不容易產(chǎn)生膠渣，對(duì)內(nèi)層與孔壁之接通性自然比FＲ４好。而且由于耐熱性良好,其尺寸之變化甚少,以X及Y方向之變化而言,對(duì)細(xì)線路更為有利，不致因膨脹太大而降低了與銅皮之間的附著力。就Z方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的時(shí)機(jī)。

?Ｃ.缺點(diǎn)：

a.不易進(jìn)展溴化反響,不易到達(dá)UL９４V－０的難燃要求。

b．此種樹(shù)脂本身層與層之間,或與銅箔之間的黏著力較差，不如環(huán)氧樹(shù)脂那么強(qiáng)，而且撓性也較差。?c.常溫時(shí)卻表現(xiàn)不佳,有吸濕性〔Hｙgrosｃopｉc),而黏著性、延性又都很差。?d.其凡立水(Varnish，又稱生膠水,液態(tài)樹(shù)脂稱之)中所使用的溶劑之沸點(diǎn)較高,不易趕完，容易產(chǎn)生高溫下分層的現(xiàn)象。而且流動(dòng)性不好，壓合不易填滿死角。?ｅ.目前價(jià)格仍然非常昂貴約為FＲ４的２－３倍,故只有軍用板或Rｉgｉd-Fleｘ板才用的起。?

在美軍標(biāo)準(zhǔn)MＩL－P-１３９４９H中，聚亞醯胺樹(shù)脂基板代號(hào)為GI.３．１.２．４聚四氟乙烯(ＰTＦE)?

全名為Polyｔerafｌｕｏroetｈyleｎｅ，分子式見(jiàn)圖３.７.以之抽絲作ＰTFE纖維的商品名為Tｅflon鐵弗龍,其最大的特點(diǎn)是阻抗很高〔Ｉmpedaｎｃe)對(duì)高頻微波(mｉcrowave)通信用途上是無(wú)法取代的,美軍標(biāo)準(zhǔn)賦與"GT＂、"GＸ＂、及"GY"三種材料代字，皆為玻纖補(bǔ)強(qiáng)tyｐe,其商用基板是由３M公司所制，目前這種材料尚無(wú)法大量投入生產(chǎn),其原因有：?Ａ．ＰＴFE樹(shù)脂與玻璃纖維間的附著力問(wèn)題；此樹(shù)脂很難滲入玻璃束中,因其抗化性特強(qiáng),許多濕式制程中都無(wú)法使其反響及活化，在做鍍通孔時(shí)所得之銅孔壁無(wú)法固著在底材上，很難通過(guò)MＩLP-５５１１０E中４.８.４.４之固著強(qiáng)度試驗(yàn)。由于玻璃束未能被樹(shù)脂填滿，很容易在做鍍通孔時(shí)造成玻璃中滲銅〔Wicｋinｇ)的出現(xiàn),影響板子的可信賴度。

B.此四氟乙烯材料分子構(gòu)造，非常強(qiáng)勁無(wú)法用一般機(jī)械或化學(xué)法加以攻擊,做蝕回時(shí)只有用電漿法.?C.Tg很低只有１９度c，故在常溫時(shí)呈可撓性，也使線路的附著力及尺寸安定性不好。

?表為四種不同樹(shù)脂制造的基板性質(zhì)的比較.

?３.１.２.５BＴ／EPOXY樹(shù)脂??BT樹(shù)脂也是一種熱固型樹(shù)脂，是日本三菱瓦斯化成公司(MitsｕbｉshiGａsChemicａlCo.〕在１９８０年研制成功。是由Bismａｌeimide及TｒigｚｉneＲesｉnmoｎｏmer二者反響聚合而成。其反響式見(jiàn)圖３.８。BT樹(shù)脂通常和環(huán)氧樹(shù)脂混合而制成基板。??Ａ．優(yōu)點(diǎn)

a.Tg點(diǎn)高達(dá)１８０℃，耐熱性非常好,ＢT作成之板材,銅箔的抗撕強(qiáng)度〔ｐeelStrength)，撓性強(qiáng)度亦非常理想鉆孔后的膠渣(Sｍeａr)甚少?b．可進(jìn)展難燃處理，以到達(dá)UＬ９４V-０的要求

c.介質(zhì)常數(shù)及散逸因子小,因此對(duì)于高頻及高速傳輸?shù)碾娐钒宸浅Ｓ欣?/p>

d.耐化性，抗溶劑性良好

e.絕緣性佳

?B.應(yīng)用

a.ＣOB設(shè)計(jì)的電路板由于wiｒeboｎdｉnｇ過(guò)程的高溫,會(huì)使板子外表變軟而致打線失敗。ＢT／EPOXY高性能板材可抑制此點(diǎn)。

b.BGA,PＧA,MCM-Ｌs等半導(dǎo)體封裝載板半導(dǎo)體封裝測(cè)試中,有兩個(gè)很重要的常見(jiàn)問(wèn)題,一是漏電現(xiàn)象,或稱CAF(CｏndｕｃtｉｖｅＡnｏｄicFiｌａｍent),一是爆米花現(xiàn)象〔受濕氣及高溫沖擊)。這兩點(diǎn)也是BＴ/EPOＸY板材可以防止的。３.１．２.６Ｃyanａt(yī)eＥsｔerＲｅsiｎ?

１９７０年開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用于ＰCB基材,目前CｈｉbaGeiｇy有制作此類樹(shù)脂。其反響式如圖３.９。

A.優(yōu)點(diǎn)?ａ.Ｔg可達(dá)２５０℃,使用于非常厚之多層板?b.極低的介電常數(shù)(２.５～３.１〕可應(yīng)用于高速產(chǎn)品。

?B．問(wèn)題?ａ.硬化后脆度高．?b.對(duì)濕度敏感,甚至可能和水起反響.

３.１.２玻璃纖維

３．１.２.１前言

?玻璃纖維〔Ｆibｅrglass)在PCB