1、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 (Print Circuit Board):印刷電路板 WPNL (Working Panel):工作板,一般含1X個SET SET (Shipping Panel):出貨單元,一般含1X個PCS PCS (Unit):客戶端上件單元 1INCH=1000mil,1mil=1000u” 1m=1000mm,1mm=1000um 1INCH=25.4mm,PCB歷史,1. 1903年Albert Hanson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
2、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,Dr Paul Eisner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-image transfer)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flexible PCB 硬板Rigid PCB 軟硬板Rigid-Flex PCB3.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, Oth
3、ers,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;,PCB製前設計,制前設計Flow chart: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,Normal PCB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,OSP,FQC,OQC,包裝入庫,裁板,鑽孔,電鍍,內層,壓合,銅窗,鐳射,鑽孔,一壓HDI正片流程:
4、 20站,PCB製造流程-裁板,裁板(BOARD CUT):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.,Develop Etching Strip,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
5、機膜的結合力; 主要原物料：H2O2 H2SO4 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;,曝光原理示意圖,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
6、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,Develop Etching Strip,PCB製造流程-內層,AOI (Auto Optical Inspection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 VR
7、S确认(Verify Repair Station 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,PCB製造流程-內層,AOI影像擷取工作原理:,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:棕化药液棕化拉力測試(結合力測試),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C阶
8、(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),3L,2L,3L,4L,5L,PCB製造流程-壓合,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.,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,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
9、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(Internal stress),減少板彎、板翹(Warp、Twist)。B.壓力控制四階段 a.初壓(吻壓 Kiss pressure):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,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
10、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.,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
11、;,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.,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,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
12、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:,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,
13、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:,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 CuCu2+2e,陰極主要反應 Cu2+2eCu,電解液,PCB製造流程-電鍍,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
14、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,通盲孔,填孔,外層線路製作原理與內層相同, 二者的主要區別在於:內層進料的為基板, 而外層進料的為鍍銅板,兩者的銅面均勻性及平整性有較大區別; 前處理區別:外層前處理增加磨刷環節,可提高板面平整性; 有機光阻的區別:內層使用濕膜(利於薄板), 而外層則為干膜(有多種型號,滿足不同需求); 曝光機台的差別:內層雙面同時曝光,外層正反面分開曝光.,PCB製造流程-外層,乾膜,PCB製造流程-防焊,防焊流程 : 目的: A.防焊 留出板上待焊的通
15、孔及其pad,將其他線路及銅面都覆蓋住, 防止焊接時造成的短路, 並節省焊錫用量; B.護板 絕緣 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,保護板面.,前處理 目的 去除表面氧化物及贓物,增加板面粗糙度,加强板面油墨附着力。 原物料 尼龍刷+SPS,尼龍刷+超粗化,Pumice等. 印刷 原物料: 絲網(網版), 油墨 , 目的: 給板面印上油墨; 注意事項: 1.印刷前要注意板面的清潔及網板清潔; 2.油墨厚度管控;,PCB製造流程-防焊,印刷 分類: 網板印刷, 靜電噴涂;,Key Factors油墨: 黏度 網版:mesh數、對位精度 刮刀:硬度、速度、下壓量、平整性、角度
16、離板距 抬板量,PCB製造流程-防焊,預烤 目的 赶走油墨内的溶剂,使油墨部分硬化,不致在进行曝光时粘底片. 注意事項 1.温度与时间参照供应商提供的条件, over curing会造成显影不尽; 2.烤箱须注意通风及过滤系统防异物沾粘,隧道式烤箱产能及品质都较佳,唯空间及成本較高. 曝光 目的:利用底片設計檔點遮住須開窗處;未遮住處感光綠漆將與紫外光反應. 原物料: 底片 顯影 目的:将未聚合之感光油墨除掉. 原物料:1的碳酸钠溶液 後烤 目的:高溫使油墨之环氧树脂彻底硬化。,PCB製造流程-加工,加工-表面處理Surface Treatment Process 目的保護銅面防止氧化; 使P
17、CB具備可焊接 可接觸導通 可散熱等功能; 加工分類化鎳金 (Immersion Gold); 化銀（Immersion silver); 有機保焊膜 OSP; 喷锡 (Hot Air Solder Leveling);鍍金手指(Gold Finger) 各種加工方式優缺點比較:,PCB製造流程-化鎳金,化鎳金流程 :,Cu,Pd,Ni,Au,前處理 目的 清潔銅面,增加銅面附著力. 活化 目的 Cu置換出Pd原子, Pd作為上鎳的催化劑. 化學鎳 目的 在Pd催化下,鎳槽藥水發生反應,不斷沉積至所需的厚度. 化學金 目的 Ni置換出Au原子, Au沉積有限制. 後處理 目的 除掉板面殘留的化
18、金藥水.,全化板化金後,選化板化金後,PCB製造流程-化鎳金,Pd,Pd,Cu,Pd2+,Cu,Cu,Cu2+,1. 活化,2. Ni/P 沉積,3. Ni/P 持續生長,Ni-P,Cu,4. Au沉積,Au2+,Ni2+,PCB製造流程-化鎳金,常見化金外觀不良,金面粗糙,滲鍍,金面發白,異色,PCB製造流程-OSP,OSP- Organic Solderability Preservatives縮寫, 有機保焊劑,銅面上經過化學反應所成長的一層有機銅錯化物的透明的皮膜(0.20.4um) 流程 :,OSP膜SEM,OSP立體成膜,4次微蝕,賈凡尼效應:指的是兩種以上不同導體(金屬)相連接，
19、因電動勢差異(電位差)，所造成之電化學反應,此時較活潑的金屬將更容易丟掉電子(指氧化或被腐蝕),PCB製造流程-成型,成型流程 :,進料,成型,水洗,目的 让板子裁切成客户所需规格尺寸 原理 数位机床机械切割 原物料 铣刀 水洗 目的 沖去成型後板面的pp粉;,PCB製造流程-電測,電測流程 :目的 : 測線路的open 測試類型 : Short & Open,來料,測試,蓋章,檢驗,出貨,E-Test Defect -Open,E-Test Defect -Short,PCB製造流程-FQC,目的 :检验是制程中进行的最后的品质查核, 检验的主要项目:,A 尺寸的检查项目(Dimension
20、) 外形尺寸 Outline Dimension; 各尺寸与板边 Hole to Edge; 板厚 Board Thickness; 孔径 Holes Diameter; 孔环大小 Annular Ring 板弯翘 Bow and Twist 各镀层厚度 Plating Thickness C 信赖性(Reliability) 焊锡性 Solder-ability 线路抗撕拉强度 Peel strength 切片 Micro Section S/M附着力 S/M Adhesion Gold附着力 Gold Adhesion 热冲击 Thermal Shock 阻抗 Impedance 离子污染
21、度 Ionic Contamination,B 外观检查项目(Surface Inspection) 孔破 Void 孔塞 Hole Plug 露铜 Copper Exposure 异物 Foreign particle 多孔/少孔 Extra/Missing Hole 金手指缺点 Gold Finger Defect 文字缺点 Legend (Markings),HDI簡介,HDI之名詞概念 高密度互連(High density interconnection),有盲埋孔,且線寬線距在3/3mil以下者;是一種採用壓合逐次增層法,配合雷射燒孔製作而成的高階PCB; HDI之特點 微導通孔成品
22、孔徑再0.15mm (6mil)以下或ring環雙邊在0.35mm(10mil)以下者,都稱為微導通孔(micro-via); Fine line 通孔分類 盲孔:兩層間的導通孔,分一階,二階.Anylayer-鐳射製作 通孔:所有層別間的導通孔-機械鑽孔製作 埋孔:埋於外層,起到內層間的導通作用-機械鑽孔製作,HDI簡介-鐳射,鐳射目的:利用激光打出層與層之間的微導通孔 鐳射加公方式介紹:,Black oxide,HDI簡介-鐳射,Large Window 加工方式介紹,Large window鐳射加工示意圖,鐳射光束,電鍍後,HDI簡介-鐳射,Conformal 加工方式介紹,confor
23、mal鐳射加工示意圖,鐳射光束,電鍍後,HDI簡介-鐳射,Process flow-large window & conformal,HDI簡介-鐳射,Picture,laser后,laser后,電鍍后,Laser 實物板照片large window & conformal,HDI簡介-鐳射,LDD 加工方式介紹,LDD首發開窗,開窗后效果,LDD修孔,電鍍后,HDI簡介-鐳射,Process flow-LDD,HDI簡介-鐳射,Picture,Laser 實物板照片LDD,laser后,laser后,電鍍后,HDI簡介-鐳射,Effect Factor of LDD,LDP 1086,HDI
24、簡介-鐳射,黑化面品質,Effect Factor,黑化 W/G=0.50.6mg/cm2 無刮傷,藥水殘留等不良,HDI簡介-鐳射,LDPP 1067 1078 1086 - 4mil 5mil PP RCC & 106 2116 - 3mil 4mil 5mil 6mil,Effect Factor Of LDD,PP1080 VS LDPP 1086,LASER參數& PP類型,HDI簡介-鐳射,一階 & 二階盲孔,電鍍后,一階盲孔:開窗一次,LASER一次; 二階盲孔:開窗二次,LASER兩次 同位二階的料號在對準度方面要求更加嚴格.,HDI簡介-鐳射,Laser Drill Mach
25、ine,Capacity : 400pnl/day(LW&CM) 270pnl/day(LDD) Capability 3mil-12mil孔徑 對位精度小於0.8mil Equipment Feature : 全自動 load/unload 4CCD自動對位 100%漲縮補償系統 強大的玻纤切削能力 100%孔數檢測系統 Equipment Number: MITSUBISHI 2K 20台 HITACHI 4K 1台,HDI簡介-鐳射,HDI簡介-填孔電鍍,填孔目的:埋孔及盲孔上直接疊孔(via on via 對於疊孔則要求有平坦的孔底,獲得平坦孔底方法有塞孔油墨,導電膠塞,填孔電鍍,填孔
26、電鍍-有機添加劑功能 改善電鍍銅之晶格, 使鍍層之結晶細緻,藉以增加銅之延展性和電鍍效率; 陰極表面之吸附可調整高低電流區銅沉積速率,以增加貫孔性,均勻性及平整性. 載劑Carrier為高分子化合物,易集中吸附於於板面高電流區,當其在陰極表面形成有機膜時,會增加陰極表面之電阻, 並抑制銅的沉積速率. 光澤劑Brightener含硫的小分子化合物, 當其吸附於陰極表面時, 會降低銅離還原之活化能而加速銅的沉積速率。 整平劑 Lever為含氮帶正電荷之化合物, 容易吸附於陰極高負電位的孔角區域並抑制銅的沉積速率銅的沉積速率,協助銅離子於孔內沉積.,填孔電鍍優點 使用填充物的缺點: 孔徑小時,填充難度高,且製程複雜;不同的物質與銅面的附著力及膨脹係數不同,信賴度測試易產生瑕疵; 填孔電鍍可減少製程, 並可獲得較佳的產品品質與信賴度.,HDI簡介-填孔電鍍,添加劑符號說明: 載運劑carrier 光澤劑brightener 整平劑 leverller,添加劑的吸附 載劑主要吸附在表面,光澤劑吸附在孔內,增加孔內沉積速度,整平劑主要吸附在孔口高電流區,抑制銅的沉積.,在光澤劑的作用下,孔口及表面沉積速度較慢,孔內快速沉積.,孔口凹陷較小,孔內光澤劑已不占有絕對優勢,孔內沉積速度迅速下降.,填盲孔即將結束,添加劑吸附無明顯差異,各處銅厚均勻沉積.,The end Thank you!,
