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1、PCB 多層板製程,志聖工業高啟清 Tel:02-2601-0700Fax:02-2601-8854e-mail:.tw,2002/3/12,2/54,課程綱要,PCB多層板結構材料PCB多層板製程內層板壓合，鑽孔電鍍，外層板表面處理成型，成檢,3/54,PCB用途,單面板 Single sided雙面板 Double Sided多層板 Mutilayer(4,6,8,10,12)Workstation,ServerNotebook,Desktop PCPCMCIACellular PhoneBase StationPDA/HPCGPSTFT LCD Module,IC Subtrate封裝載
2、板BGA:chip setE.BGA(cavity):graphicsCSP:memoryFlip Chip PGA:CPUTAB:LCD driver,PCB多層板,5/54,PCB多層板,6/54,外形術語及尺寸單位,多層板 Multi-layer層數 layer count:Cu層數內層 inner layerEx.L2/L3,L4/L5外層 outer layer零件面 Component side Ex.L1銲錫面 Solder side Ex.L6外尺寸長度寬度Ex.20 x 16板厚Ex.63 mil(條)=1.6 mm,尺寸單位英吋 inch1 inch=1000 mil=25
3、.4 mm英絲 mil1 mil=0.001 inch=0.0254 mm=25.4 m5 mil=0.005 inch=0.125 mm=125 m1 mm=39.37 mil,7/54,多層板結構,通孔Through Hole,孔徑,孔環Annular Ring,絕緣介質層Dielectric,線路,線距,線寬,內層2,內層1,傳統多層板,增層法多層板,8/54,結構術語及尺寸單位,導通孔Via Hole連接各層電路孔徑 Ex.機鑽通孔 0.3 mmEx.雷射盲孔 6 mil 孔環 Annular RingEx.單邊+5 mil縱橫比 Aspect Ratio板厚/孔徑 鑽孔,電鍍能力孔間
4、距100 mil=2.54 mm 50 mil=1.27 mm,線路Power/Ground層信號層 Signal layer線路 Conductor焊墊 Pad線寬/線距(L/S)Line Width/Line Space6/6=150/150 m5/5=125/125 m4/4=100/100 m孔間(100 mil)過几條導線8/8 過 2 條 6/6 過 3 條 5/5 過 4 條,9/54,多層板材料-銅箔基板,銅箔基板 CCLCopper Clad Laminate基板尺寸(inch)36x48,40 x48,42x48基板厚度(mm)不含銅:0.1,0.15,0.2,0.25,0
5、.3,0.38,0.53 mm含銅:0.8,0.9,1.0,1.2,1.6,2.0,3.2 mm銅箔(oz/oz)H/H,1/1,2/2,膠片PP玻纖布補強材含浸樹脂(A stage)例：內層板4L:1.0 mm,1/112L:0.1 mm,H/H,銅箔,膠片PP,10/54,多層板材料-銅箔/膠片,銅箔(Copper Foil):電鍍銅 Purity 99.8-99.9%重量厚度0.5 oz/ft2(153 g/m2)half oz0.0007 in(0.7 mil,18 m)1.0 oz/ft2(305 g/m2)0.0014 in(1.4 mil,35 m)2.0 oz/ft2(610
6、g/m2)0.0028 in(2.8 mil,70 m)膠片(PP,Prepreg):B stage代號厚度Resin ContentResin Flow 1061.6 mil 10802.5 mil 62+/-3%38+/-5%21164.0 mil 52+/-3%31+/-5%76287.0 mil 42+/-3%21+/-4%,11/54,常用基板材料,FR:Flame Resistant 耐燃CEM:Composite Epoxy Material 複合樹脂材料,12/54,基板材料特性,介質常數Dielectric Constant(Dk)FR-4:4.4愈低速度愈快 散逸因子Dis
7、sipation Factor(Df)Loss tangentFR-4:0.035愈低高頻損失愈少,玻璃態轉化溫度Glass Transition Temperature(Tg)FR-4:135 C愈高安定性愈佳抗撕強度Peel Strength1 oz Cu:8 lb/in 銅箔附著強度,多層板製程,14/54,典型多層板製程Multi-Layer Process,基板處理 內層製程 壓合鑽孔鍍銅 外層製程 防焊製程 表面處理 檢驗成型,15/54,基板裁切,發料，裁板Ex.40“x48”6片 20 x16Ex.42“x48”4片 24x21 磨邊導圓角基板烘烤使樹脂完全硬化 C Stage
8、加溫至 Tg 點以上CMO-8W(S),加台車,水平送風Ex.180 210C,120 min,內層板與壓合,17/54,內層板與壓合製程 Inner Layer Image Transfer&Lamination,18/54,板面前處理 Pre-Treatment,刷磨 Scrubbing較粗線路及厚板尼龍刷輪,不織布刷輪機械應力大造成變形刷輪狗骨頭Now 砂帶研磨薄板噴砂較細線路及薄板Pumice浮石,氧化鋁Pumice處理,化學噴蝕細線路,軟板,薄板H2SO4+H2O2 微蝕 Micro Etch,19/54,內層影像移轉-Print and Etch,乾膜：Dry Film Photo
9、 Resist壓膜曝光顯像蝕刻剝膜 濕膜：Liquid Photo Resist 塗佈預烘曝光顯像蝕刻剝膜因無Mylar層可做較細線路,20/54,內層影像移轉 乾膜壓膜,預熱 Pre Heat 板面 40 50 C壓膜 Dry Film LaminationTacking溫度 4550 C 熱壓輪溫度 100 120 C 熱壓輪壓力 3 5 Kg/cm2速度 2 3.5 m/minCSL-A25,CSL-M25冷卻 Cooling10 15 min,21/54,內層影像移轉 濕膜塗佈,水平式 Roller Coating上下二支RollerCoating 油墨 812 mOven烘烤段Rol
10、ler 送出 PCB 後 Oven段夾爪開啟銜接 夾爪夾兩側邊IR或熱風加熱,22/54,曝光底片,底片Artwork鹵化銀(黑白片)厚度 7 mil偶氮(棕片)金屬底片玻璃底片(Glass Photo-mask)CAD/CAM(Gerber File)排板 PCB Layout四排版,六排版,Tooling工具孔,對位靶Date Code,母片工作片使用期限黑白片 1500棕片 800 底片保護膜壓在藥膜面FilmLiquid-3M,導靜電,23/54,內層影像移轉-內層曝光,光阻壓膜/塗佈抗蝕刻、抗酸乾膜:膜厚 1.0,1.3 mil濕膜:膜厚 8 12 m內層曝光 Exposure乾膜:
11、45 60 mj/cm2濕膜:80 120 mj/cm2UVE-M500,M550,UVE-A220,A280靜置 Holding15 min撕 Mylar 膜,24/54,內層影像移轉-顯像蝕刻剝膜 DES,顯像 Developing1 2%Na2CO3 碳酸鈉/鉀30 32 C顯像點(Break Point)50 75%殘膜(Scum)內層蝕刻 EtchingCuCl2 氯化銅蝕刻(酸性)FeCl3 氯化鐵蝕刻剝膜 Stripping3 5%NaOH 氫氧化鈉45 55 C,內層底片,25/54,內層蝕刻與剝膜要求,蝕刻因子:X/Y(Europe)Y/X(U.S.),26/54,內層檢測，
12、鑽卯合孔,檢測外觀檢測Open/Short 電測AOI自動光學檢測Automatic Optical InspectionInlineOff-Line,鑽卯釘孔Post Etch Punch沖孔Multiline:一次沖多孔,27/54,內層氧化處理 Oxidation,增加銅面與PP結合力規格要求1/2 Oz:6 lb;1 Oz:8 lb;2 Oz:10 lb黑化 Black Oxide6 lb,長絨毛後烘烤去水氣,BCO,插Rack130 140C,60 min,20%RH棕化 Brown Oxide8 9 lb,短絨毛微蝕 Micro Etch美格 CZ,28/54,壓合 Laminat
13、ion,疊板 Lay-up銅箔,PP,內層板Prepreg對稱鋼板,牛皮紙10 page/open壓合 Lamination使 PP樹脂達 C stage熱壓180 C,120min 冷壓降溫 2.5C/min公差1.6 mm 0.127 mm拆板分割銑靶/鑽Tooling 孔4L:銑靶 鑽tooling孔6L:X-Ray鑽tooling孔,成型 Routing外層板尺寸,29/54,疊板結構,例：4L 疊板L1-1 oz:1.4 mil1080:2.5 mil 7628:7.0 milL2/L3-1.0mm,1/1:40 mil7628:7.0 mil1080:2.5 milL4-1 oz,
14、1.4 milTotal=61.8 mil=1.569 mm,例：6L 疊板L1-1/2 oz:0.7 mil1080:2.5 mil 7628:7.0 milL2/L3-0.38mm,1/1:17.8 mil2116:4.0 mil2116:4.0 milL4/L5-0.38mm,1/1:17.8 mil7628:7.0 mil1080:2.5 milL6-1/2 oz,0.7 milTotal=64 mil=1.6 mm,30/54,真空壓合機,鑽孔電鍍與外層板,32/54,外層板製程 Outer Layer Image Transfer,鍍化學銅:通孔電鍍(PTH:Plate Throu
15、gh Hole)鍍一次銅:全板電鍍(Panel Plating)鍍二次銅:線路電鍍(Pattern Plating),33/54,鑽孔 Drilling,原物料上墊板-鋁板,鑽針定位,防毛邊PCB 疊 3 or 4片下墊板-尿素板,紙漿板鑽針:碳化鎢,可研磨23次流程鑽Pin孔 壓Pin 貼膠 鑽孔 下Pin 檢查漏鑽,斷針三孔定位,3.175 mm=125 mil平均 4000 孔/ft2孔愈小Spindle轉速愈快,816萬rpm約2 孔/秒,78K孔/hr,2000孔需換針Ex.四片鑽,6 spindles,24 panel/cycle,34/54,鑽孔房,35/54,使孔導通 Make
16、 Holes Conductive,去毛邊 Debur磨刷除膠渣 Desmear鑽孔高溫使孔壁樹脂融化產生膠渣化學處理KMnO4 高錳酸鉀NaMnO4 高錳酸鈉電漿處理 Plasma鍍化學銅 PTH,Plate Through Hole Pd 鈀活化 Electroless Copper 化學銅沉積 0.03 mil,鍍一次銅 Copper Plating Panel Plating 全板電鍍0.3 0.5 mil,36/54,電鍍銅要求,水平 PTH小孔高縱橫比深孔盲孔,水平電鍍DC PPR,Periodic Pulse Reverse,37/54,電鍍線,38/54,外層影像移轉,乾膜：D
17、ry Film Photo Resist壓膜曝光顯像 電鍍銅鍍錫鉛 剝膜蝕刻剝錫鉛,39/54,外層影像移轉-外層曝光,壓膜 Dry Film Lamination抗電鍍，抗鹼膜厚 1.3,1.5 mil外層曝光 Exposure 45 70 mj/cm2CCD自動對位對位精度 20 mUVE-A250,A800外層顯像 Developing1 2%Na2CO3 碳酸鈉/鉀,外層底片,40/54,外層影像移轉-線路電鍍,鍍二次銅 Copper PlatingPattern Plating 線路電鍍0.5 0.7 mil1 mil 1010 Amin安培分Ex.20A,50 min鍍錫鉛 Tin
18、/Lead Plating抗蝕刻,抗鹼厚度 I Cu+II Cu:1.0 0.2 mil 至少 1 mil 厚,41/54,外層影像移轉-剝膜蝕刻剝錫鉛 SES,剝膜 Stripping3 5%NaOH 氫氧化鈉45 50 C蝕刻 Etching氯化氨蝕刻(鹼性)過硫酸銨(酸性)速度快剝錫鉛 Tin/Lead Stripping硝酸系氟硼酸系,42/54,外層線路蝕刻要求,表面處理與成型,44/54,表面處理與成型製程 Surface Finish&Final Fabrication,45/54,塞孔 Hole Plugging/Filling,塞孔把板面通孔填入油墨使噴錫時錫不會進孔孔 75
19、100%滿塞孔印刷熱硬化型油墨網印 熱烘UV 硬化型油墨網印 UV,塞孔烘烤階段昇溫80C,1520 min 130C,1015 min 150C,60 minSMO-7A,8ABCO-13-XCCO-7-X,46/54,表面處理製程-防焊 SMOBC,防焊 Solder Mask Over Bare Copper將板面除焊墊外區域以防焊油墨覆蓋保護Post cure後厚度約0.8 mil Ex.環單邊+4 mil液態感光防焊綠漆 Liquid Photoimageable Solder Mask塗佈預烤曝光 顯像後烤UV防焊塗佈網印 Screen Printing簾塗 Curtain Coa
20、ting噴塗 Spray Coating滾塗 Roller Coating,47/54,表面處理製程-防焊,防焊預烤 Pre Cure(Tack Dry)第一面 75C1C,25 min第二面 75C,35 min雙面預烤 75C,45 min表面硬度 2H,油墨不沾SMO-7A/8A 由下往上垂直送風CCO-7-6,8 吸風式側面送風防焊曝光 Exposure 能量 400600 mj/cm2曝光時需抽真空使底片密貼板材並隔絕氧氣使聚合反應加速完成UVE-M720顯像 DevelopingNa2CO3 1%,30 C表面硬度 4H,防焊後烘烤 Post Cure150C 3C,60 min表
21、面硬度 68HSMO-7A/8A垂直送風CCO-7-12 側面送風雙面 UV硬化增加光澤/硬度，防止刮傷增強抗化性(化金)UVC-754MD,48/54,文字 Legend,文字內容零件位置編號說明,文字印刷 Legend Printing白色網板:250/300 網目熱硬化型油墨網印烘烤150C,60 minBCOUV 硬化型油墨網印 UV硬化1000 1500 mj/cm2UVC-904M,49/54,表面處理製程-鍍金手指,壓膠/壓膜壓膠割膠:露出鍍金區壓四維膠帶壓鍍金乾膜鍍金手指前處理鍍鎳鍍金電鍍金(硬金):耐磨撕膠/剝膜,50/54,表面處理製程 銅面保護,銲錫 SolderHot
22、Air Solder Leveling 噴錫Sn/Pb Plate/Reflow 融錫有機保焊劑 OSP(Oraganic Solderability Preservatives)EntekCucoat電鍍 ElectrolyticNickel/Gold 電鍍鎳金Palladium 鈀Tin 鍍純錫,無電解 ElectrolessNickel/Electroless GoldPd,Ni/Pd,Ni/Pd/Au浸鍍 ImmersionNickel/Immersion Gold(ENIG,化學鎳金):5 mSilver 化學銀:23 mTin 化學錫,51/54,成型作業,成型Routing 成型:5 milPunching 沖壓:2 mil斜邊20,30,45V-Cut留板厚 1/3郵票孔,52/54,成品檢驗,成品電測 Electrical Test(ET)治具型萬用型外觀檢驗 Visual Inspection(AVI),53/54,成品作業,最後清洗 Cleaning熱高壓噴洗水洗+異丙醇 IPA清洗離子污染Chloride-電子產品電化學性 Failure 元兇烘烤去水氣QHMO-2真空包裝出貨,板彎整平烘烤消除應力140150C,60 min cooling 90120 minHAF-5,本單元結束,
