1、精品文檔PCB制造流程及說明一 . PCB 演變1.1 PCB 扮演的角色PCB 的功能為提供完成第一層級構(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)裝層級區(qū)分示意。1.2 PCB 的演變1. 早于 1903 年 Mr. Albert Hanson 首創(chuàng)利用 " 線路 "(Circuit 觀念應(yīng)用 于電話交換機(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

2、樣貼上一層石蠟紙, 成了現(xiàn)今 PCB 的機(jī)構(gòu)雛型。 見圖 1.22. 至 1936 年 , Dr Paul Eisner 真正發(fā)明了 PCB 的制作技術(shù), 也發(fā)表多項(xiàng)專利。 而今日之 print-etch (photo image transfer 的技術(shù) , 就是沿襲其發(fā)明而來 的。1.3 PCB 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 辦法 , 來簡單介紹 PCB 的分類以及它的制造方 法。1.3.1 PCB 種類A. 以材質(zhì)分a. 有機(jī)材質(zhì)酚醛樹脂、玻璃纖維/ 環(huán)氧樹脂、 Polyamide 、 BT/Epoxy 等皆屬之

3、。b. 無機(jī)材質(zhì)鋁、 Copper Inver-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Rigid PCBb. 軟板Flexible PCB見圖1.3c. 軟硬板Rigid-Flex PCB見圖 1.4C. 以結(jié)構(gòu)分a. 單面板見圖1.5b. 雙面板見圖1.6c. 多層板見圖1.7D.依用途分：通信/耗用性電子/軍用/計(jì)算機(jī)/半導(dǎo)體/電測板，見圖 1.8 BGA.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 , 其流程見圖 1.9B. 加成法 , 又可分半加成與全加成法, 見圖 1.10 1

4、.11C. 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)的觀念來探討未來的 PCB 走勢。二 . 制前準(zhǔn)備2.1. 前言臺灣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(Bare Board而 已，不像美國，很多PCB Shop是包括了線路設(shè)計(jì)，空板制作以及裝配(Assembly的 Turn-Key 業(yè)務(wù)。以前, 只要客戶 提供的原始數(shù)據(jù)如 Drawing, Artwork,Specification, 再以手

5、動翻片、排版、打帶等作業(yè), 即可進(jìn)行制 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 降低成本等。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。過去, 以手工排版, 或者還需要 Micro-Modifier 來修正尺寸 等費(fèi)時(shí)耗工的作業(yè), 今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing 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)則或 DFM(Design For Manufacturing 自動

6、排版并變化不同的 生產(chǎn)條件。 同時(shí)可以 output 如鉆孔、成型、測試治具等資料。2.2. 相關(guān)名詞的定義與解說A Gerber file這是一個(gè)從PCB CAD軟件輸出的數(shù)據(jù)文件做為光繪圖語言。1960年代一家名叫 Gerber Scientific ( 現(xiàn)在叫 Gerber System 專業(yè)做繪圖機(jī)的美國公司所發(fā) 展出的格式, 爾后二十年, 行銷于世界四十多 個(gè)國家。 幾乎所有 CAD 系統(tǒng)的發(fā)展,也都依此格式作其Output Data, 直接輸入繪圖機(jī)就可繪出 Drawing 或 Film , 因此 Gerber Format 成了電子業(yè)界的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。B. RS-274D是 Gerb

7、er Format 的正式名稱, 正確稱呼是EIA STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association 主要兩大組成:1.Function Code: 如 Gcodes, D codes, M codes 等。 2.Coordinate data : 定義圖像 (imagingC. 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) extended Gerber format 它以兩個(gè)字母為組合, 定義了繪圖過程的一些特性。D. IPC-350IP

8、C-350 是 IPC 發(fā)展出來的一套 neutral format, 可以很容易由 PCB CAD/CAMF生,然后依此系 統(tǒng),PCB SHOP 再產(chǎn)生 NC Drill Program,Netlist, 并可直接輸入 Laser Plotter 繪制底片 .E. Laser Plotter見圖 2.1, 輸入 Gerber format 或 IPC 350 format 以繪制 ArtworkF . Aperture List and D-Codes見表 2.1 及圖 2.2, 舉一簡單實(shí)例來說明兩者關(guān)系 , Aperture 的定義亦見 圖 2.12.3. 制前設(shè)計(jì)流程:2.3.1 客戶

9、必須提供的數(shù)據(jù):電子廠或裝配工廠,委托PCB SHO葉產(chǎn)空板(Bare Board時(shí)，必須提供下列數(shù) 據(jù)以供制作。見 表料號數(shù)據(jù)表- 供制前設(shè)計(jì)使用 .上表數(shù)據(jù)是必備項(xiàng)目 , 有時(shí)客戶會提供一片樣品 , 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 . 資料審查面對這么多的數(shù)據(jù), 制前設(shè)計(jì)工程師接下來所要進(jìn)行的工作程序與重點(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, 審查項(xiàng)目見承接料號制程能力檢查表 .B. 原物料需求(BOM-Bill of Material根據(jù)

10、上述資料審查分析后 , 由 BOM 的展開 , 來決定原物料的廠牌、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(Solder Mask 、文字油墨(Legend 等。另外客戶對于 Finish的規(guī)定 , 將影響流程的選擇, 當(dāng)然會有不同的物料需求與規(guī)格, 例如 : 軟、硬金、噴钖、 OSP 等。表歸納客戶規(guī)范中 , 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)行樣 品的 制作 . 若 是舊 資料 , 則 須 Check 有無戶 ECO (Engineering Chang

11、e Order . 再進(jìn)行審查.D. 排版排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕铣杀? 排版最佳化 , 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 , 但原物料成本增加很多 . 下列是一些考慮的方向 :一般制作成本, 直、間接原物料約占總成本3060%,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

12、通, 以使連片 Layout 的尺寸能在排版成工作PANEL 時(shí)可有最佳的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng) 的排版 , 須考慮以下幾個(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)品結(jié)構(gòu)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 , 其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣。 較大工作尺 寸 , 可以符合較大生

13、產(chǎn)力 , 但原物料成本增加很多 , 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)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)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, 開始分工設(shè)計(jì):A. 流程的決定(Flow Chart 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)部分: 內(nèi)層制作和外層制作 . 以下圖標(biāo)幾種代表性流程供參考. 見圖 2.3 與 圖 2.4B. CAD/CAM乍業(yè)a. 將 Gerber Data 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PCB CAM系統(tǒng)可接受IP

14、C-350的格式。部份CAM系統(tǒng) 可產(chǎn)生外型NC Routing 檔 , 不過一般 PCB Layout 設(shè)計(jì)軟件并不會產(chǎn)生此文件。有部份專業(yè)軟件或獨(dú)立或配合NC Router , 可設(shè)定參數(shù)直接輸出程序 .Shapes 種類有圓、 正方、 長方 , 亦有較復(fù)雜形狀, 如內(nèi)層之 thermal pad等。 著手設(shè)計(jì)時(shí), Aperture code 和 shapes 的關(guān)連要先定義清楚, 否則無法進(jìn)行后面一系列的設(shè)計(jì)。b. 設(shè)計(jì)時(shí)的 Check list依據(jù) check list 審查后 , 當(dāng)可知道該制作料號可能的良率以及成本的預(yù)估。c. Working Panel 排版注意事項(xiàng) :-PCB

15、Layout 工程師在設(shè)計(jì)時(shí), 為協(xié)助提醒或注意某些事項(xiàng) , 會做一些輔助的記號做參考 , 所以必 須在進(jìn)入排版前, 將之去除。下表列舉數(shù)個(gè)項(xiàng)目 , 及其影響。- 排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。 因?yàn)榛迨侵饕铣杀? 排版最佳化 , 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 , 但原物料成本增加很多下列是一些考慮的方向 :一般制作成本, 直、間接原物料約占總成本3060%,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

16、廠做線路 Layout 時(shí), 會做連片設(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)可有最佳的利用 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)品結(jié)構(gòu)有不同制作流程, 及不同的排版限制 , 例如 ,

17、 金手指板 , 其排版間距須較大且有方向 的考量 , 其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣。較大工作尺寸 , 可以符合較大生產(chǎn)力 , 但原物料成本增加很多 , 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)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)是相當(dāng)重要的。- 進(jìn)行 working Panel 的排版過程中 , 尚須考慮下列事項(xiàng) , 以使制程順暢 , 表排 版注意事項(xiàng) 。 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) (Laser Plotter 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

18、線路密度愈來愈高 , 容差要求越來越嚴(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。 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)注意事項(xiàng)如下 :1. 環(huán)境的溫度與相對溫度的控制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 NC Routing 程序一般須另行處理e. DFM-Design for manufacturing .PCB l

19、ayout 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, 見圖 2.5, 為的是制程中 PAD 一孔對位不準(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)卻會影響客戶產(chǎn)品的特性甚或性能 , 所以不得不謹(jǐn)慎。 PCB 廠必須有一套針對廠內(nèi)制程上的特性而編輯的規(guī)范除了改善產(chǎn)品良率以及提升生產(chǎn)力外, 也可做為和 PCB 線路 Lay-out 人員的溝通語言 , 見圖 2.6

20、 .C. Tooling指AOI與電測Netlist 槽.AOI由CAD reference文件產(chǎn)生AOI系統(tǒng)可接受的 數(shù)據(jù)、且含容差 , 而電測 Net list 檔則用來制作電測治具Fixture 。2.4 結(jié)語頗多公司對于制前設(shè)計(jì)的工作重視的程度不若制程, 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)品沒有問題 , 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

21、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-clad Laminate 簡稱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)者必須對基板有所了解: 有那些種類的基板, 它們是如何制造出來的 , 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 簡單列出不同基板的適用場合.基板工業(yè)是一種材料的基礎(chǔ)工業(yè), 是由介電層( 樹脂 Resin , 玻璃纖維 Glassfiber , 及高純度的導(dǎo)體( 銅箔 Copper foil 二者所構(gòu)成的復(fù)合材料(Compositematerial, 其所牽涉的理論及

22、實(shí)務(wù)不輸于電路板本身的制作。以下即針對這二個(gè)主要組成做深入淺出的探討 .3.1 介電層10歡迎下載 。精品文檔3.1.1 樹脂 Resin3.1.1.1 前言目前已使用于線路板之樹脂類別很多 , 如酚醛樹脂(Phonetic 、環(huán)氧樹脂(Epoxy 、聚亞醯胺樹脂(Polyamide 、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene, 簡稱PTFES；稱TEFLON,7三氮樹脂(Bismaleimide Triazine 簡稱BT等皆為熱固型的 樹脂 (Thermosetted Plastic Resin 。3.1.1.2 酚醛樹脂 Phenolic Resin是人類最早開發(fā)成功而又

23、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 兩種便宜的化學(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)反應(yīng)而硬化成為固態(tài)的合成材料。其反應(yīng)化學(xué)式見圖 3.11910 年有一家叫 Bakelite 公司加入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。美國電子制造業(yè)協(xié)會 (NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association將不同的組合冠以不同的編號代字而為業(yè)者所廣用 , 現(xiàn)將酚醛樹脂之各產(chǎn)品代字列表，

24、如表NEMA寸于酚醛樹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" 是表示可用有無線電波及高濕度的場所。 "P" 表示需要加熱才能沖板子(Punchable , 否則材料會破裂,"C" 表示可以冷沖加工 (coldpunchable ,"FR" 表示樹脂中加有不易著火的物質(zhì)使基板有難燃(Flame Retardent或抗燃 (Flame resistance 性。紙質(zhì)板中最暢銷的是XXXP或FR-2.前者

25、在溫度25 C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相同 , 只是在樹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. XPC Grade: 通常應(yīng)用在低電壓、低電流不會引起火源的消費(fèi)性電子產(chǎn)品 , 如 玩具、手提收音機(jī)、電話機(jī)、計(jì)算器、遙控器及鐘表等等。UL94對XPC Grade要求只須達(dá)到HB難燃等級即可。b. FR-1 Grade:電氣性、難燃性優(yōu)于 XPC Grade,廣泛使用于電流及電壓比 XPC Grade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F

26、R-1難燃卜t有V-0、V-1與V-2不同等級，不過由于三種等級板材 價(jià)位差異不大, 而且考慮安全起見 , 目前電器界幾乎全采用 V-0 級板材。c. FR-2 Grade: 在與 FR-1 比較下 , 除電電性能要求稍高外, 其它物性并沒有特別之處 , 近年來在紙質(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)界線已漸模糊 ,FR-2 等級板材在不久將來可能會在偏高價(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)基板主要目的是計(jì)劃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

27、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 (Silver Paste 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彳i,所以生產(chǎn)銀

28、貫孔印刷電路板時(shí)，要選用特制FR-1及XPC勺紙質(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) , 藉由微粒的接觸來導(dǎo)電 , 而銅鍍通孔印刷電路板, 則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, 不會像銀、碳墨膠在熱脹冷縮時(shí), 容易發(fā)生界面的分離而降低導(dǎo)電度。3 移行性 :銀、銅都是金屬材質(zhì), 容易發(fā)性氧化、還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力下容易發(fā)生銀遷移 (Silver Migration 。c. 碳墨貫孔 (C

29、arbon Through Hole 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僅是作簡單的訊號傳遞者，所以PCB業(yè)界對積層板除了碳墨膠與基材的密著性、翹曲度外 ，并沒 有特別要求. 石墨因有良好的耐磨性 , 所以 Carbon Paste 最早期是被應(yīng)用來取代Key Pad 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, 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)基板表面溫度約40 以下 , 即可

30、作 Pitch為1.78mm的IC密集孔的沖模,孔間不會發(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)界為解決該類問題 , 有供應(yīng)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)氧樹脂 Epoxy Resin是目前印刷線路板業(yè)用途最廣的底材

31、。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-stage prepreg , 經(jīng)此壓合再硬化而無法回復(fù)之最終狀態(tài)稱為 C-stage 。2.1.2.1 傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的組成及其性質(zhì)用于基板之環(huán)氧樹脂之單體一向都是Bisphenol A 及 Epichlorohydrin 用dicy 做為架橋劑所形成的聚合物。為了通過燃性試驗(yàn)(Flammability test, 將上述仍在液態(tài)的樹脂再與Tetrabromo-Bisphenol A 反應(yīng)而成為最熟知 FR-4 傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂。現(xiàn)將產(chǎn)品

32、之主要成份列于后 :單體 -Bisphenol A, Epichlorohydrin架橋劑 ( 即硬化劑 - 雙氰 Dicyandiamide 簡稱 Dicy速化劑(Accelerator-Benzyl-Dimethylamine ( BDMA 及 2-Methylimidazole ( 2-MI溶劑 -Ethylene glycol monomethy ether( EGMME Dimethy formamide (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脂典型的傳

33、統(tǒng)樹脂一般稱為雙功能的環(huán)氣樹脂 ( Difunctional Epoxy Resin, 見圖 3.2. 為了達(dá)到使用安全的目的 , 特于樹脂的分子結(jié)構(gòu)中加入溴原子, 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。見圖 3.3. 此種難燃材蚪在NEM頌范中稱為FR-4。(不含澳的樹脂在NEM頌范中稱為G-10此種含溴環(huán)氧樹脂的優(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)氧樹脂的架橋劑一向都是Dicey, 它是一種隱性的 (la

34、tent 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 的膠片才不致無法儲存。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)長時(shí)間聚集的吸水后會發(fā)生針狀的再結(jié)晶 , 造成許多爆板的問題。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之間的架橋反應(yīng),最常用的有兩種即BDMAS 2-MI。D.

35、 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, 但近年來由于電子產(chǎn)品各種性能要求愈來愈高 ,所以對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? 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

36、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, 由于自動插裝或表面裝配之嚴(yán)格要求就更為重要了。因而近年來如何提高環(huán)氧樹脂之Tg 是基板材所追求的要?jiǎng)?wù)。E. FR4 難燃性環(huán)氧樹脂傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂遇到高溫著火后若無外在因素予以撲滅時(shí), 會不停的一直燃燒下去直到分子中的碳?xì)溲趸虻紵戤厼橹埂Ｈ粼谄浞肿又幸凿迦〈藲涞奈恢?, 使可燃的

37、碳?xì)滏I化合物一部份改換成不可燃的碳溴鍵化合物則可大大的降低其可燃 性。此種加溴之樹脂難燃性自然增強(qiáng)很多 , 但卻降低了樹脂與銅皮以及玻璃間的黏 著力 , 而且萬一著火后更會放出劇毒的溴氣, 會帶來的不良后果。3.1.2.2 高性能環(huán)氧樹脂 (Multifunctional Epoxy傳統(tǒng)的 FR4 對今日高性能的線路板而言已經(jīng)力不從心了 , 故有各種不同的樹脂 與原有的環(huán)氧樹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 Epoxy Novolacs, 見圖 3.4 之反應(yīng)式 . 將此

38、種聚合物混入FR4 之樹脂 , 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. Tetrafunctional Epoxy另一種常被添加于 FR4 中的是所謂 " 四功能的環(huán)氧樹脂" (TetrafunctionalEpoxy Resin . 其與傳統(tǒng) " 雙功能 " 環(huán)氧樹脂不同之處是具立體空間架橋, 見圖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?/p>

39、好很多 , 而且不會發(fā)生像Novolac 那樣的缺點(diǎn)。最早是美國一家叫 Polyclad 的基板廠所引進(jìn)的。四功能比起Novolac 來還有一種優(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 , 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) , 使孔壁露出的樹脂產(chǎn)生氧化作用 , 氧化后的樹脂較容易被蝕除, 而且也增加樹脂進(jìn)一步的架橋聚合, 對后來的制程也有幫助。因?yàn)榇嘈缘年P(guān)系 , 鉆孔要特別注意.上述兩種添加樹脂都無法溴化 , 故加入一般FR4 中會降低其難燃3.5.3.3 聚亞醯胺樹脂Polyimide(PIA. 成份主要由 Bismaleimide 及 Meth

40、ylene Dianiline 反應(yīng)而成的聚合物 , 見圖 3.6.B. 優(yōu)點(diǎn)電路板對溫度的適應(yīng)會愈來愈重要, 某些特殊高溫用途的板子 , 已非環(huán)氧樹脂所能勝任，傳統(tǒng)式FR4的Tg約120c左右，即使高功能的FR4也只到達(dá)180-190 C, 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

41、方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機(jī)會。C. 缺點(diǎn) :a. 不易進(jìn)行溴化反應(yīng), 不易達(dá)到 UL94 V-0 的難燃要求。b. 此種樹脂本身層與層之間 , 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。在美軍規(guī)范MIL-

42、P-13949H 中, 聚亞醯胺樹脂基板代號為 GI.3.5.3.4 聚四氟乙烯 (PTFE全名為Polyterafluoroethylene ,分子式見圖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 對高頻微波(microwave通信用途上是無法取代的，美軍規(guī)范賦與"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 , 目前這種材料尚無法大 量投入生產(chǎn) , 其原因有 :A. PTFE 樹脂與玻璃纖維間的附著力問

43、題 ; 此樹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法使其反應(yīng)及活化 , 在做鍍通孔時(shí)所得之銅孔壁無法固 著在底材上, 很難通過 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結(jié)構(gòu) , 非常強(qiáng)勁無法用一般機(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。表為四種不同樹脂制造的基板性質(zhì)的比較.3.5.3.5 BT/EPOXY 樹脂B

44、T樹脂也是一種熱固型樹脂,是日本三菱瓦斯化成公司（Mitsubishi Gas Chemical Co. 在 1980 年研制成功。是由 Bismaleimide 及 Trigzine Resin monome匚者反應(yīng)聚合而成。其反應(yīng)式見圖 3.8。BT樹脂通常和環(huán)氧樹脂混合而制 成基板。A. 優(yōu)點(diǎn)a. Tg點(diǎn)高達(dá)180C,耐熱性非常好，BT作成之板材，銅箔的抗撕強(qiáng)度（peel Strength,撓性強(qiáng)度亦非常理想鉆孔后的膠渣（Smear甚少b. 可進(jìn)行難燃處理, 以達(dá)到 UL94V-0 的要求c. 介質(zhì)常數(shù)及散逸因子小 , 因此對于高頻及高速傳輸?shù)碾娐钒宸浅Ｓ欣. 耐化性 , 抗溶劑性良

45、好e. 絕緣性佳B. 應(yīng)用a. COB 設(shè)計(jì)的電路板由于 wire bonding 過程的高溫, 會使板子表面變軟而致打線失敗。BT/EPOXY5性能板材可克服此點(diǎn)。b. BGA ,PGA, MCM-Ls 等半導(dǎo)體封裝載板半導(dǎo)體封裝測試中，有兩個(gè)很重要的常見問題，一是漏 電現(xiàn)象，或稱CAF(Conductive Anodic Filament, 一是爆米花現(xiàn)象(受濕氣及高溫沖 擊。這兩點(diǎn)也是BT/EPOXY板材可以避免的。3.1.2.6Cyanate Ester Resin 1970 年開始應(yīng)用于PCB 基材，目前Chiba Geigy 有制作此類樹脂。其反應(yīng)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)(2.53.1 可應(yīng)用于高速產(chǎn)品。 B. 問題 a. 硬化后脆度高. b. 對濕度敏感，甚至可能和水起反應(yīng). 3.1.2