P.C.B. 製製 程程 綜綜 覽覽LONG WIDTHVIOLATIONNICKSPROTRUSIONDISHDOWNFINE OPENSURFACE SHORTWIDE SHORTFINE SHORTSHAVED PADSPACING WIDTHVIOLATIONPINHOLENICKOVERETCHED PADCOPPER SPLASHMISSING PADMissing JunctionMissing Open欢迎交流 我司在学校、研究所提供实验室PCB制作系统，包含机械刻板机、激光刻制机、腐蚀法制作印刷电路板以及SMT等生产制造工艺！ 有教材以及技术问题可联系我！ 刘建国 Ph： 18611831769 QQ： 252849704 希望通过我们大家的努力能为中国电子制造业的向前发展贡献一点动力！ 一一. PCB演變演變 1.1 PCB扮演的角色扮演的角色PCB的功能的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電子電路零件接必須的電子電路零件接合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以PCB在整個電子在整個電子產品中，品中，扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時，最品功能故障時，最先被質疑往往就是先被質疑往往就是PCB。圖圖1.1是電子構裝層級區分示意。是電子構裝層級區分示意。圖1.1晶圓第0層次第1層次(Module)第2層次(Card)第3層次(Board)第4層次(Gate) 1.2 PCB的演變的演變1.早於早於1903年年Mr. Albert Hanson首創利用首創利用“線路線路”(Circuit)觀念應用於電話觀念應用於電話 交換機系統。交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上 ，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今PCB的機構雛型。的機構雛型。見圖見圖1.2 2. 至至1936年，年，Dr Paul Eisner真正發明了正發明了PCB的製作技術，也發表多項專利的製作技術，也發表多項專利 。而今日之而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術，就是沿襲其發明的技術，就是沿襲其發明 而來的。而來的。 圖1.21.3 PCB種類及製法種類及製法在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子產品及其特殊需求。品及其特殊需求。 以下就歸納一些通用的區別辦法以下就歸納一些通用的區別辦法,來簡單介紹來簡單介紹PCB的分類以及的分類以及它的製造方法。的製造方法。 1.3.1 PCB種類種類A. 以材質分以材質分 不脹鋼不脹鋼 a. 有機材質有機材質 酚醛樹脂、玻璃纖維樹脂、玻璃纖維/環環氧樹脂、樹脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。等皆屬之。 b. 無機材質無機材質 鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能等皆屬之。主要取其散熱功能 B. 以成品軟硬區分以成品軟硬區分 a. 硬板硬板 Rigid PCB 陶器陶器 b. 軟板軟板 Flexible PCB 見圖見圖1.3 c. 軟硬板軟硬板 Rigid-Flex PCB 見圖見圖1.4 C. 以結構分以結構分 a. 單面板單面板 見圖見圖1.5 b. 雙面板雙面板 見圖見圖1.6 c. 多層板多層板 見圖見圖1.7 圖1.3圖1.4圖1.5圖1.6圖1.7圖1.8D. 依用途分：依用途分：通信通信/耗用性電子耗用性電子/軍用軍用/電腦電腦/半導體半導體/電測板電測板,見圖見圖1.8 BGA. 另有一種射出成型的立體另有一種射出成型的立體PCB，因使用少，不在此介紹。因使用少，不在此介紹。1.3.2製造方法介紹製造方法介紹A. 減除法減除法，其流程見圖，其流程見圖1.9 B. 加成法加成法，又可分半加成與全加成法，又可分半加成與全加成法，見圖見圖1.10 1.11C. 尚有其有其它因應因應IC封裝的變革延伸而出的一些先進製程，本光碟僅提及但不封裝的變革延伸而出的一些先進製程，本光碟僅提及但不詳加介紹，因有許多詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度屬機密也不易取得，或者成熟度尚不不夠。本光碟以傳統負。本光碟以傳統負片多層板的製程片多層板的製程為主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來探主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來探討未來的討未來的PCB走勢。走勢。 圖圖 1.9減除法減除法銅箔基板鑽 孔化銅+鍍銅影像轉移蝕 刻防 焊圖圖 1.11銅箔基板鑽 孔化銅+鍍銅影像轉移蝕 刻鍍銅,錫鉛防 焊圖圖 1.10全加成法全加成法樹脂積層板(不含銅箔)鑽 孔樹脂表面活化印阻劑(抗鍍也抗焊)化學銅析鍍防 焊半加成法半加成法二二.製前準備製前準備2.1.前言前言台灣台灣PCB產業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空板業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空板（Bare Board）而已，不像美國，很多而已，不像美國，很多PCB Shop是包括了線路設計，空板是包括了線路設計，空板製作以及裝配製作以及裝配(Assembly)的的Turn-Key業務。以前，只要客戶提供的原始資業務。以前，只要客戶提供的原始資料如料如Drawing, Artwork, Specification，再以手動翻片、排版、打帶等作業，再以手動翻片、排版、打帶等作業，即可進行製作，但近年由於電子即可進行製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，品日趨輕薄短小，PCB的製造面臨了幾個的製造面臨了幾個挑戰挑戰:（1）薄板（）薄板（2）高密度（）高密度（3）高性能（）高性能（4）高速）高速 (5) 產品週期縮短（品週期縮短（6）降低成本等。以往以燈降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做、筆刀、貼圖及照相機做為製前工具，現在己被電製前工具，現在己被電腦、工作軟體及腦、工作軟體及鐳射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要Micro-Modifier來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可以依設工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可以依設計規則或計規則或DFM(Design For Manufacturing)自動排版並變化不同的生自動排版並變化不同的生產條件。條件。同時可以同時可以output如鑽孔、成型、測試治具等資料。如鑽孔、成型、測試治具等資料。2.2.相關名詞的定義與解說相關名詞的定義與解說 A Gerber file這是一個從這是一個從PCB CAD軟體輸出的資料檔做軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。光繪圖語言。1960年代一家名年代一家名叫叫Gerber Scientific（現在叫現在叫Gerber System）專業做繪圖機的美國公司所發展專業做繪圖機的美國公司所發展出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有CAD系統的發展，系統的發展，也都依此格式作其也都依此格式作其Output Data，直接輸入繪圖機就可繪出直接輸入繪圖機就可繪出Drawing或或Film，因因此此Gerber Format成了電子業界的公認標準。成了電子業界的公認標準。B. RS-274D是是Gerber Format的正式名稱，正確稱呼是的正式名稱，正確稱呼是EIA STANDARD RS-274D (Electronic Industries Association)主要兩大組成：主要兩大組成：1.Function Code：如如G codes, D codes, M codes 等。等。2.Coordinate data：定義圖像定義圖像(Imaging） C. RS-274X 是是RS-274D的延伸版本，除的延伸版本，除RS-274D之之Code 以外，包括以外，包括RS-274X Parameters，或稱整個或稱整個extended Gerber format它以兩個字母以兩個字母為組合，定義了組合，定義了繪圖過程的一些特性。繪圖過程的一些特性。 參數參數 D. IPC-350 中立中立 IPC-350是是IPC發展出來的一套發展出來的一套neutral format,可以很容易由可以很容易由PCB CAD/CAM產生生,然後依此系統然後依此系統,PCB SHOP再再產生生NC Drill Program,Netlist,並可並可直接輸入直接輸入Laser Plotter繪製底片繪製底片. E. Laser Plotter 見見圖圖2.1,輸入輸入Gerber format或或IPC-350 format以繪製以繪製Artwork F. Aperture List and D-Codes 見見表表 2.1 及及圖圖2.2,舉一簡單實例來說明兩者關係一簡單實例來說明兩者關係,Aperture的定義亦見的定義亦見 圖圖2.1 圖2.2圖2.1表表 2.1Gerber 資料資料 代表意義代表意義X002Y002D02* 移至移至(0.2,0.2),快門開關快門開關D11* 選擇選擇Aperture 2D03* 閃現所選擇閃現所選擇Aperture D10* 選擇選擇Aperture 1X002Y0084D01* 移至移至(0.2,0.84),快門開關快門開關D11* 選擇選擇Aperture 2D03* 閃現所選擇閃現所選擇ApertureD10* 選擇選擇Aperture 1X0104Y0084D01* 移至移至(1.04,0.84),快門開關快門開關D11* 選擇選擇Aperture 2D03* 閃現所選擇閃現所選擇ApertureD12* 選擇選擇Aperture 3X0104Y0048D02* 移至移至(1.04,0.48),快門開關快門開關D03* 閃現所選擇閃現所選擇ApertureX0064Y0048D02* 移至移至(0.64,0.48),快門開關快門開關D03* 閃現所選擇閃現所選擇Aperture2.3.製前設計流程製前設計流程： 2.3.1客戶必須提供的資料：客戶必須提供的資料：電子廠或裝配工廠，委託電子廠或裝配工廠，委託PCB SHOP生生產空板（空板（Bare Board）時，必須提時，必須提供下列資料以供製作。供下列資料以供製作。見表見表料號資料表料號資料表-供製前設計使用供製前設計使用. 上表資料是必備項目，有時客戶會提供一片樣品上表資料是必備項目，有時客戶會提供一片樣品,一一份零件圖，一零件圖，一份保證書保證書（保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料，（保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。2.3.2 .資料審資料審查面對這面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程序與重點多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程序與重點 ，如下所述。，如下所述。A. 審審查客戶的客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製項目見承接料號製 程能力檢程能力檢查表表.料料 號號 資資 料料 表表項 目 內 容 格 式1.料號資料 (Part Number)包含此料號的版別,更改歷史,日期以及發行資訊.和Drawing一起或另有一Text檔.2.工程圖 (Drawing)A.料號工程圖: 包括一些特殊需求,如原物料需求,特性阻抗控 制,防焊,文字種類,顏色,尺寸容差,層次等.HPGL 及 Post Script.B.鑽孔圖: 此圖通常標示孔位及孔號.HPGL 及 Post Script.HPGL 及 Post Script.HPGL 及 Post Script.C.連片工程圖: 包含每一小片的位置,尺寸,折斷邊,工具孔相關 規格,特殊符號以及特定製作流程和容差.D.疊合結構圖: 包含各導體層,絕緣層厚度,阻抗要求,總厚度等.3.底片資料 (Artwork Data)A:線路層 B:防焊層 C:文字層Gerber (RS-274)4.Aperture List定義:各種pad的形狀,一些特別的如thermal pad並須特別定義construction方法.Text file文字檔5.鑽孔資料Excellon Format定義:A:孔位置, B:孔號, C:PTH & NPTH D: 盲孔或埋孔層6.鑽孔工具檔定義:A:孔徑, B:電鍍狀態, C:盲埋孔 D: 檔名Text file文字檔7.Netlist資料定義線路的連通IPC-356 or 其它從CAD輸出之各種 格式8.製作規範1.指明依據之國際規格,如IPC,MIL2.客戶自己PCB進料規範3.特殊產品必須meet的規格如PCMCIAText file文字檔B.原物料需求（原物料需求（BOM - Bill of Material）根據上述資料審根據上述資料審查分析後，由分析後，由BOM的展開，來決定原物料的廠牌、種類及的展開，來決定原物料的廠牌、種類及 規格。主要的原物料包括了：基板（規格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、）、膠片（膠片（Prepreg）、）、銅銅 箔（箔（Copper foil）、）、防防焊油墨（油墨（Solder Mask）、）、文字油墨（文字油墨（Legend）等等 。另外客戶對於。另外客戶對於Finish的規定的規定,將影響流程的選擇將影響流程的選擇,當然會有不同的物料需當然會有不同的物料需 求與規格，例如：軟、硬金、噴求與規格，例如：軟、硬金、噴鍚、OSP等。等。 表歸納客戶規範中，可能影響原物料選擇的因素。表歸納客戶規範中，可能影響原物料選擇的因素。 C. 上述乃屬新資料的審上述乃屬新資料的審查, 審審查完畢進行樣品的製作完畢進行樣品的製作.若是舊資料若是舊資料,則須則須 Check有無戶有無戶ECO (Engineering Change Order) ,然後再進行審然後再進行審查. D.排版排版排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（排版基板是主要原料成本（排版 最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不良率。力並降低不良率。有些工廠認有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本力，但原物料成本增加很多增加很多.下列是一些考慮的方向：下列是一些考慮的方向：一般製作成本，一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本直、間接原物料約佔總成本3060%，包含了基板、膠片、包含了基板、膠片、銅箔、防銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛），化學耗品等。而這些原、鉛），化學耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部份電子廠做線路電子廠做線路Layout時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，力。因此，PCB工廠之製前工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工作的尺寸能在排版成工作PANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。a.基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去。基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去。b.銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免的尺寸須搭配良好，以免浪浪 費。費。c.連片時連片時,piece間最小尺寸間最小尺寸,以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。d.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.e.不同不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，品結構有不同製作流程，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定也不一樣。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定也不一樣。 較大工作尺寸，可以符合較大生較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多力，但原物料成本增加很多,而且設備製程而且設備製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要的。要的。2.3.3 著手設計著手設計 所有資料檢核齊全後，開始分工設計：所有資料檢核齊全後，開始分工設計：A. 流程的決定流程的決定(Flow Chart) 由資料審由資料審查的分析確認後，設計工程師就要決的分析確認後，設計工程師就要決定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分:內層製作和外內層製作和外層製作層製作.以下圖示幾種代表性流程供參考以下圖示幾種代表性流程供參考.見見圖圖2.3 與與 圖圖2.4 圖2.3圖2.4多層盲/埋孔製程B. CAD/CAM作業作業 a. 將將Gerber Data 輸入所使用的輸入所使用的CAM系統，此時須將系統，此時須將apertures和和shapes定義好。目前，己有很多定義好。目前，己有很多PCB CAM系統可接受系統可接受IPC-350的格式。部的格式。部份CAM系統系統可可產生外型生外型NC Routing 檔，不過一般檔，不過一般PCB Layout設計軟體並不會設計軟體並不會產生此檔。生此檔。有部有部份專業軟體或獨立或配合專業軟體或獨立或配合NC Router,可設定參數直接輸出程式可設定參數直接輸出程式. Shapes 種類有圓、正方、長方種類有圓、正方、長方,亦有較複雜形狀，如內層之亦有較複雜形狀，如內層之thermal pad等。著手設計時，等。著手設計時，Aperture code和和shapes的關連要先定義的關連要先定義清楚，否則無法進楚，否則無法進行後面一系列的設計。行後面一系列的設計。b. 設計時的設計時的Check list 依據依據check list審審查後，當可知道該製作料號可能的良率以及成本的後，當可知道該製作料號可能的良率以及成本的 預估。預估。c. Working Panel排版注意事項：排版注意事項： PCB Layout工程師在設計時，工程師在設計時，為協助提醒或注意某些事項，會做一些協助提醒或注意某些事項，會做一些 輔助的記號做參考，所以必須在進入排版前，將之去除。下表列輔助的記號做參考，所以必須在進入排版前，將之去除。下表列舉數數 個項目，及其影響。個項目，及其影響。 排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（基板是主要原料成本（ 排版最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生排版最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不力並降低不 良率。良率。有些工廠認有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本增力，但原物料成本增加很多加很多.下列是一些考慮的方向：下列是一些考慮的方向：一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本3060%，包含了基板、膠片、，包含了基板、膠片、銅箔、防銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛、金），化學耗品等。而這、鉛、金），化學耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部份電子廠做線路電子廠做線路Layout時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，力。因此，PCB工廠工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工的尺寸能在排版成工作作PANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。1.基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。2.銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好的尺寸須搭配良好,以免浪費以免浪費 。3.連片時，連片時，piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。4.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸. 5.不同不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，品結構有不同製作流程，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定也不一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定也不一 樣。樣。 較大工作尺寸，可以符合較大生較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多力，但原物料成本增加很多,而且設備而且設備 製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是 相當重要的。相當重要的。 進行進行working Panel的排版過程中，的排版過程中，尚須考慮下列事項，以使製程須考慮下列事項，以使製程 順暢，表排版注意事項順暢，表排版注意事項 。d. 底片與程式：底片與程式：底片底片Artwork 在在CAM系統編輯排版完成後，配合系統編輯排版完成後，配合D-Code檔案，而由雷檔案，而由雷射繪圖機（射繪圖機（Laser Plotter）繪出底片。所須繪製的底片有內外層之線路，外繪出底片。所須繪製的底片有內外層之線路，外層之防層之防焊，以及文字底片。，以及文字底片。由於線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺寸控制，是由於線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺寸控制，是目前很多目前很多PCB廠的一大課題。廠的一大課題。表是傳統底片與玻璃底片的比較表表是傳統底片與玻璃底片的比較表。玻璃底片使。玻璃底片使用比例已有提高趨勢。而底片製造商亦積極用比例已有提高趨勢。而底片製造商亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如乾式做法的性更好。例如乾式做法的鉍金屬底片金屬底片. 傳統工作底片 玻璃底片尺寸安定性 最易受溫度和相對濕度影響 幾乎不受相對濕度影響,且溫度 效應為傳統底片的一半耐用性 基材易起皺紋且對位孔易磨損 易破碎,但不易起皺紋操作/儲存/運送 較輕且具柔軟性容易運送及儲存 較重,需小心防碎,要注意儲存 運送空間 ,並助注意其重量適用於一般的曝光 適用於所有曝光設備 需調整設備或特殊設備繪圖機 適用於一般自動化處理機 碟式或特殊平板處理機價格 便宜 貴一般在保存以及使用傳統底片應注意事項如下：一般在保存以及使用傳統底片應注意事項如下：1.環境的溫度與相對溫度的控制環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時間全新底片取出使用的前置適應時間3.取用、傳遞以及保存方式取用、傳遞以及保存方式 4.置放或操作區域的置放或操作區域的清潔度潔度 程式程式 含一含一,二次孔鑽孔程式，以及外形二次孔鑽孔程式，以及外形Routing程式其中程式其中NC Routing程式一般須程式一般須 另行處理另行處理 e. DFMDesign for manufacturing .PCB lay-out 工程師大半不太了解，工程師大半不太了解， PCB製作流程以及各製程需要注意的事項，所以在製作流程以及各製程需要注意的事項，所以在Lay-out線路時，僅線路時，僅 考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。PCB製前設計工程師因此製前設計工程師因此 必須從生必須從生產力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線PAD修正修正 淚滴狀，見淚滴狀，見圖圖2.5,為的是製程中的是製程中PAD一孔對位不準時，一孔對位不準時，尚能維持最小能維持最小 的墊環寬度。的墊環寬度。圖2.5 但是製前工程師的修正，有時卻會影響客戶但是製前工程師的修正，有時卻會影響客戶產品的特性甚或性能，所以不得不品的特性甚或性能，所以不得不謹謹慎。PCB廠必須有一套針對廠內製程上的特性而編輯的規範除了改善廠必須有一套針對廠內製程上的特性而編輯的規範除了改善產品良率品良率以及提昇生以及提昇生產力外，也可做力外，也可做為和和PCB線路線路Lay-out人員的溝通語言，見人員的溝通語言，見圖圖2.6 .C. Tooling 指指AOI與電測與電測Netlist檔檔.AOI由由CAD reference檔檔產生生AOI系統可接受的資料、系統可接受的資料、且含容差，而電測且含容差，而電測Net list檔則用來製作電測治具檔則用來製作電測治具Fixture。2.4 結語結語頗多公司對於製前設計的工作重視的程度不若製程頗多公司對於製前設計的工作重視的程度不若製程,這個觀念一定要改這個觀念一定要改,因因為隨著電子隨著電子產品的演變品的演變,PCB製作的技術層次愈困難製作的技術層次愈困難,也愈須要和上游客戶做最密切也愈須要和上游客戶做最密切的溝通的溝通,現在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的現在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的產品沒有問題品沒有問題,產品的使品的使用環境用環境,材料的物材料的物,化性化性,線路線路Lay-out的電性的電性,PCB的信賴性等的信賴性等,都會影響都會影響產品的功能品的功能發揮發揮.所以不管軟體所以不管軟體,硬體硬體,功能設計上都有很好的進展功能設計上都有很好的進展,人的觀念也要有所突破才人的觀念也要有所突破才行行. 圖2.6三三. 基板基板印刷電路板是以銅箔基板（印刷電路板是以銅箔基板（Copper-clad Laminate 簡稱簡稱CCL）做做為原料而原料而製造的電器或電子的重要機構元件製造的電器或電子的重要機構元件,故從事電路板之上下游業者必須對基板有故從事電路板之上下游業者必須對基板有所瞭解所瞭解:有那些種類的基板有那些種類的基板,它們是如何製造出來的們是如何製造出來的,使用於何種使用於何種產品品,它們各有們各有那些優劣點那些優劣點,如此才能選擇適當的基板如此才能選擇適當的基板.表表3.1簡單列出不同基板的適用場合簡單列出不同基板的適用場合. PCB 種類層數 應用領域紙質酚醛樹脂單、雙面板 電視、顯示器、電源供應器、音響、影印機(FR&FR2) 錄放影機、計算機,電話機、遊樂器、鍵盤 環氧樹脂複合基材單、雙面板 電視,顯示器、電源供應器、高級音響、電話機 (CEM1 , CEM3) 遊戲機、汽車用電子產品、滑鼠、電子計事簿 玻纖布環氧樹脂單、雙面板 介面卡、電腦周邊設備、通訊設備、無線電話機 手錶、文書處理玻纖布環氧樹脂多層板 桌上型電腦、筆記型電腦、掌上型電腦、硬蝶機, 文書處理機、呼叫器,行動電話、 IC卡、數位電視音響 傳真機、軍用設備、汽車工業等.PE軟板 儀表板、印表機PI軟板 照相機、硬蝶、印表機、筆記型電腦、攝錄放影機軟硬板 LCD模組、 CCD攝影機、硬蝶機、筆記型電腦TEFLON Base PCB 通訊設備、軍用設備、航太設備表一表一、PCB種類及應用領域種類及應用領域 基板工業是一種材料的基礎工業，是由介電層（樹脂基板工業是一種材料的基礎工業，是由介電層（樹脂 Resin，玻璃纖維玻璃纖維 Glass fiber)，及高純度的導體及高純度的導體(銅箔銅箔 Copper foil)二者所構成的複合材料二者所構成的複合材料（Composite material），），其所牽涉的理論及實務不輸於電路板本身的製作。其所牽涉的理論及實務不輸於電路板本身的製作。以下即針對這二個主要組成做深入淺出的探討以下即針對這二個主要組成做深入淺出的探討.3.1介電層介電層 3.1.1樹脂樹脂 Resin 3.1.1.1前言前言 目前已使用於線路板之樹脂類別很多目前已使用於線路板之樹脂類別很多,如如酚醛樹脂（樹脂（ Phenolic ）、）、環環氧樹脂（樹脂（Epoxy）、）、聚亞醯聚亞醯胺樹脂（樹脂（Polyimide）、）、聚四聚四氟乙乙烯（Polytetrafluorethylene，簡稱簡稱PTFE或稱或稱TEFLON），），B一三一三氮 樹脂樹脂（Bismaleimide Triazine 簡稱簡稱 BT）等皆等皆為熱固型的樹脂（熱固型的樹脂（Thermosetted Plastic Resin）。）。3.1.1.2 酚醛樹脂樹脂 Phenolic Resin 是人類最早開發成功而又商業化的聚合物。是由液態的是人類最早開發成功而又商業化的聚合物。是由液態的酚（phenol）及液態的甲及液態的甲醛（Formaldehyde 俗稱俗稱 Formalin）兩種便宜的化學品，在酸兩種便宜的化學品，在酸性或性或鹼性的催化條件下發生立體架橋（性的催化條件下發生立體架橋（Cross linkage）的連續反應而硬化的連續反應而硬化成成為固態的合成材料。其反應化學式見固態的合成材料。其反應化學式見圖圖3.1 1910 年有一家叫年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布纖維而做成一種堅硬公司加入帆布纖維而做成一種堅硬強固，固，絕緣性又好的材料稱緣性又好的材料稱為 Bakelite，俗名俗名為電木板或尿素板。電木板或尿素板。 美國電子製造業協會美國電子製造業協會(NEMA - National Electrical Manufacturers Association)將不同的組合冠以不同的編號代字而將不同的組合冠以不同的編號代字而為業者所廣用業者所廣用,現將現將酚醛樹脂之各樹脂之各產品代字列表，如表品代字列表，如表 NEMA 對於對於酚醛樹脂板的分類及代碼樹脂板的分類及代碼表中紙質基板代字的第一個表中紙質基板代字的第一個 X 是表示機械性用途，第二個是表示機械性用途，第二個 X 是表是表示可用電性用途。第三個示可用電性用途。第三個 X 是表示可用有無線電波及高濕度的場所。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（表示需要加熱才能沖板子（Punchable），），否則材料會破裂，否則材料會破裂， C 表示表示可以冷沖加工（可以冷沖加工（cold punchable），），FR 表示樹脂中加有不易著火的物質表示樹脂中加有不易著火的物質使基板有難燃使基板有難燃 (Flame Retardant) 或抗燃或抗燃(Flame resistance)性。性。圖3.1 紙質板中最暢銷的是紙質板中最暢銷的是XXXPC及及FR-2前者在溫度前者在溫度25 以上以上,厚度在厚度在.062in以下就可以沖製成型很方便，後者的組合與前完全相同，只是在以下就可以沖製成型很方便，後者的組合與前完全相同，只是在樹脂中加有三樹脂中加有三氧化二化二銻增加其難燃性。以下介紹幾個較常使用紙質基板增加其難燃性。以下介紹幾個較常使用紙質基板及其特殊用途及其特殊用途:A 常使用紙質基板常使用紙質基板 a. XPC Grade：通常應用在低電壓、低電流不會引起火源的消費性電通常應用在低電壓、低電流不會引起火源的消費性電 子子產品，品， 如玩具、手提收音機、電話機、計算機、遙控器及如玩具、手提收音機、電話機、計算機、遙控器及 鐘鐘錶等等。等等。UL94對對XPC Grade 要求只須達到要求只須達到HB難燃等級即可。難燃等級即可。 b. FR-1 Grade：電氣性、難燃性優於電氣性、難燃性優於XPC Grade，廣泛使用於電流及廣泛使用於電流及 電壓比電壓比XPC Grade稍高的電器用品，如彩色電視機、監視器、稍高的電器用品，如彩色電視機、監視器、VTR 、家庭音響、洗衣機及吸塵器等等。家庭音響、洗衣機及吸塵器等等。UL94要求要求FR-1難燃性有難燃性有V-0、 V-1與與V-2不同等級，不過由於三種等級板材價位差異不大，而且不同等級，不過由於三種等級板材價位差異不大，而且 考慮安全起見，目前電器界幾乎全採用考慮安全起見，目前電器界幾乎全採用V-0級板材。級板材。 c. FR-2 Grade：在與在與FR-1比較下，除電氣性能要求稍高外，其他物比較下，除電氣性能要求稍高外，其他物 性並沒有特別之處，近年來在紙質基板業者努力性並沒有特別之處，近年來在紙質基板業者努力研究改進究改進FR-1技技 術，術，FR-1與與FR-2的性質界線已漸模糊的性質界線已漸模糊,FR-2等級板材在不久將來可等級板材在不久將來可 能會在偏高價格因素下被能會在偏高價格因素下被FR-1 所取代。所取代。B. 其他特殊用途：其他特殊用途： a. 銅鍍通孔用紙質基板銅鍍通孔用紙質基板 主要目的是計劃取代部主要目的是計劃取代部份物性要求並不高的物性要求並不高的FR-4板材，以便降低板材，以便降低 PCB的成本的成本. b. 銀貫孔用紙質基板銀貫孔用紙質基板 時下最流行取代部時下最流行取代部份物性要求並不很高的物性要求並不很高的FR-4作通孔板材，就是銀作通孔板材，就是銀 貫孔用紙質基板印刷電路板兩面線路的導通，可直接借由印刷方貫孔用紙質基板印刷電路板兩面線路的導通，可直接借由印刷方 式將銀膠式將銀膠(Silver Paste) 塗佈於孔壁上，經由高溫硬化，即成塗佈於孔壁上，經由高溫硬化，即成為 導通體，不像一般導通體，不像一般FR-4板材的銅鍍通孔，需經由活化、化學銅、板材的銅鍍通孔，需經由活化、化學銅、 電鍍銅、錫鉛等繁雜手續。電鍍銅、錫鉛等繁雜手續。 b-1 基板材質基板材質 1) 尺寸安定性：尺寸安定性： 除要留意除要留意X、Y軸軸(纖維方向與橫方向纖維方向與橫方向)外，更要注意外，更要注意Z軸軸(板材厚度板材厚度 方向方向)，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導體的斷裂。，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導體的斷裂。 2) 電氣與吸水性：許多電氣與吸水性：許多絕緣體在吸濕狀態下，降低了緣體在吸濕狀態下，降低了絕緣性，以緣性，以 致提供金屬在電位差趨動力下發生移行的現象，致提供金屬在電位差趨動力下發生移行的現象，FR-4在尺寸安在尺寸安 性、電氣性與吸水性方面都比性、電氣性與吸水性方面都比FR-1及及XPC佳，所以生佳，所以生產銀貫孔印銀貫孔印 刷電路板時，要選用特製刷電路板時，要選用特製FR-1及及XPC的紙質基板的紙質基板 .板材。板材。 b.-2 導體材質導體材質 1) 導體材質銀及導體材質銀及碳墨貫孔印刷電路的導電方式是利用銀及石墨微墨貫孔印刷電路的導電方式是利用銀及石墨微 粒鑲嵌在聚合體內，藉由微粒的接觸來導電，而銅鍍通孔印刷粒鑲嵌在聚合體內，藉由微粒的接觸來導電，而銅鍍通孔印刷 電路板，則是借由銅本身是連貫的結晶體而電路板，則是借由銅本身是連貫的結晶體而產生非常順暢的導生非常順暢的導 電性。電性。 2) 延展性：延展性： 銅鍍通孔上的銅是一種連續性的結晶體，有非常良好的延展性，銅鍍通孔上的銅是一種連續性的結晶體，有非常良好的延展性， 不會像銀、不會像銀、碳墨膠在熱脹冷縮時，容易發生界面的分離而降低導墨膠在熱脹冷縮時，容易發生界面的分離而降低導 電度。電度。 3) 移行性：移行性： 銀、銅都是金屬材質，容易發性銀、銅都是金屬材質，容易發性氧化、還原作用造成銹化及移行化、還原作用造成銹化及移行 現象，因電位差的不同，銀比銅在電位差趨動力下容易發生銀遷現象，因電位差的不同，銀比銅在電位差趨動力下容易發生銀遷 移移(Silver Migration)。 c. 碳墨貫孔墨貫孔(Carbon Through Hole)用紙質基板用紙質基板. 碳墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性，石墨所擔當的角色僅墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性，石墨所擔當的角色僅 僅是作簡單的訊號傳遞者，所以僅是作簡單的訊號傳遞者，所以PCB業界對積層板除了業界對積層板除了碳墨膠與基墨膠與基 材的密著性、翹曲度外，並沒有特別要求材的密著性、翹曲度外，並沒有特別要求.石墨因有良好的耐磨性石墨因有良好的耐磨性 ，所以，所以Carbon Paste最早期是被應用來取代最早期是被應用來取代Key Pad及金手指上的鍍及金手指上的鍍 金，而後延伸到扮演跳線功能。金，而後延伸到扮演跳線功能。碳墨貫孔印刷電路板的負載電流通墨貫孔印刷電路板的負載電流通 常設計的很低，所以業界大都採用常設計的很低，所以業界大都採用XPC等級，至於厚度方面，在考等級，至於厚度方面，在考 慮輕、薄、短、小與印刷貫孔性因素下，常通選用慮輕、薄、短、小與印刷貫孔性因素下，常通選用0.8、1.0或或 1.2mm厚板材。厚板材。 d. 室溫沖孔用紙質基板其特徵是紙質基板表面溫度約室溫沖孔用紙質基板其特徵是紙質基板表面溫度約40以下，即以下，即 可作可作Pitch為1.78mm的的IC密集孔的沖模，孔間不會發生裂痕，密集孔的沖模，孔間不會發生裂痕， 並且以減低沖模時紙質基板冷卻所造成線路精準度的偏差，該並且以減低沖模時紙質基板冷卻所造成線路精準度的偏差，該 類紙質基板非常適用於細線路及大面積的印刷電路板。類紙質基板非常適用於細線路及大面積的印刷電路板。 e. 抗漏電壓抗漏電壓(Anti-Track)用紙質基板人類的生活越趨精緻，對物品的用紙質基板人類的生活越趨精緻，對物品的 要求且也就越講就短小輕薄，當印刷電路板的線路設計越密集要求且也就越講就短小輕薄，當印刷電路板的線路設計越密集 ，線距也就越小，且在高功能性的要求下，電流負載變大，線距也就越小，且在高功能性的要求下，電流負載變大 了，了， 那那麼線路間就容易因發生電弧破壞基材的線路間就容易因發生電弧破壞基材的絕緣性而造成漏電，緣性而造成漏電， 紙質基板業界紙質基板業界為解決該類問題，有供應採用特殊背膠的銅箔所解決該類問題，有供應採用特殊背膠的銅箔所 製成的抗漏電壓用紙質基板製成的抗漏電壓用紙質基板 3.1.2 環環氧樹脂樹脂 Epoxy Resin 是目前印刷線路板業用途最廣的底材。在液態時稱是目前印刷線路板業用途最廣的底材。在液態時稱為清漆或稱凡立水漆或稱凡立水（Varnish) 或稱或稱為 A-stage，玻璃布在浸膠半乾成膠片後再經高溫軟化液玻璃布在浸膠半乾成膠片後再經高溫軟化液化而呈現黏著性而用於雙面基板製作或多層板之壓合用稱化而呈現黏著性而用於雙面基板製作或多層板之壓合用稱 B-stage prepreg ,經此壓合再硬化而無法回復之最終狀態稱經此壓合再硬化而無法回復之最終狀態稱為C-stage。3.1.2.1傳統環傳統環氧樹脂的組成及其性質樹脂的組成及其性質用於基板之環用於基板之環氧樹脂之單體一向都是樹脂之單體一向都是Bisphenol A 及及Epichlorohydrin 用用 dicy 做做為架橋劑所形成的聚合物。架橋劑所形成的聚合物。為了通過燃性試了通過燃性試驗驗(Flammability test),將上述仍在液態的樹脂再與將上述仍在液態的樹脂再與Tetrabromo-Bisphenol A 反應而成反應而成為最熟知最熟知FR-4 傳統環傳統環氧樹脂。現將樹脂。現將產品之主要成品之主要成份列於後列於後: 單體單體 -Bisphenol A, Epichlorohydrin 架橋劑架橋劑(即硬化劑即硬化劑) -雙雙氰 Dicyandiamide簡稱簡稱Dicy 速化劑速化劑 (Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine (BDMA) 及及 2-Methylimidazole ( 2-MI )溶劑溶劑 -Ethylene glycol monomethyl ether( EGMME ) Dimethyl formamide (DMF) 及稀釋劑及稀釋劑 Acetone ,MEK。填充劑充劑(Additive) -碳酸酸鈣、矽化物、及、矽化物、及氫氧化化鋁或化物等或化物等 增加難燃效果。增加難燃效果。填充劑可調整其充劑可調整其Tg.A. 單體及低分子量之樹脂單體及低分子量之樹脂 典型的傳統樹脂一般稱典型的傳統樹脂一般稱為雙功能的環氣樹脂雙功能的環氣樹脂 ( Difunctional Epoxy Resin),見見圖圖3.2.為了達到使用安全的目的，特於樹脂的分子結構中加入了達到使用安全的目的，特於樹脂的分子結構中加入溴原子，使原子，使產生部生部份碳溴之結合而呈現難燃的效果。也就是說當出現燃燒的條件或環境時，之結合而呈現難燃的效果。也就是說當出現燃燒的條件或環境時，它要不容易被點燃，萬一已點燃在燃燒環境消失後，能自己熄滅而不再繼續延要不容易被點燃，萬一已點燃在燃燒環境消失後，能自己熄滅而不再繼續延燒。見燒。見圖圖3.3.此種難燃材此種難燃材炓在在 NEMA 規範中稱規範中稱為 FR-4。(不含不含溴的樹脂在的樹脂在 NEMA 規範中稱規範中稱為 G-10) 此種含此種含溴環環氧樹脂的優點很多如介電常數很低，與銅樹脂的優點很多如介電常數很低，與銅箔的附著力很箔的附著力很強，與玻璃纖維結合後之撓性，與玻璃纖維結合後之撓性強度很不錯等。度很不錯等。圖圖3.2圖圖3.3B. 架橋劑架橋劑(硬化劑硬化劑) 環環氧樹脂的架橋劑一向都是樹脂的架橋劑一向都是Dicy,它是一種隱性的是一種隱性的 (latent) 催化劑催化劑 ,在高溫在高溫160之下才發揮其架橋作用，常溫中很安定，故多層板之下才發揮其架橋作用，常溫中很安定，故多層板 B-stage 的膠片才不的膠片才不致無法儲存。但致無法儲存。但Dicy的缺點卻也不少，第一是吸水性的缺點卻也不少，第一是吸水性 (Hygroscopicity)，第二第二個缺點是難溶性。溶不掉自然難以在液態樹脂中發揮作用。早期的基板商並不個缺點是難溶性。溶不掉自然難以在液態樹脂中發揮作用。早期的基板商並不瞭解下游電路板裝配工業問題，那時的瞭解下游電路板裝配工業問題，那時的 dicy 磨的不是很細，其溶不掉的部磨的不是很細，其溶不掉的部份混在底材中，經長時間聚集的吸水後會發生針狀的再結晶混在底材中，經長時間聚集的吸水後會發生針狀的再結晶,造成許多爆板的問造成許多爆板的問題。當然現在的基板製造商都很題。當然現在的基板製造商都很清處處它的嚴重性的嚴重性,因此已改善此點因此已改善此點.C. 速化劑速化劑用以加速用以加速 epoxy 與與 dicy 之間的架橋反應，最常用的有兩種即之間的架橋反應，最常用的有兩種即BDMA 及及 2-MI。D. Tg 玻璃態轉化溫度玻璃態轉化溫度 高分子聚合物因溫度之逐漸上升導致其物理性質漸起變化，由常溫時之無高分子聚合物因溫度之逐漸上升導致其物理性質漸起變化，由常溫時之無定形或部定形或部份結晶之堅硬及脆性如玻璃一般的物質而轉成結晶之堅硬及脆性如玻璃一般的物質而轉成為一種黏滯度非常高一種黏滯度非常高,柔柔軟如橡皮一般的另一種狀態。傳統軟如橡皮一般的另一種狀態。傳統 FR4 之之 Tg 約在約在115-120之間，已被使用之間，已被使用多年，但近年來由於電子多年，但近年來由於電子產品各種性能要求愈來愈高品各種性能要求愈來愈高,所以對材料的特性也要求所以對材料的特性也要求日益嚴苛，如抗濕性、抗化性、抗溶劑性、抗熱性日益嚴苛，如抗濕性、抗化性、抗溶劑性、抗熱性 ,尺寸安定性等都要求改進尺寸安定性等都要求改進,以適應更廣泛的用途以適應更廣泛的用途,而這些性質都與樹脂的而這些性質都與樹脂的Tg有關有關,Tg 提高之後上述各種性質提高之後上述各種性質也都自然變好。例如也都自然變好。例如 Tg 提高後提高後, a.其耐熱性增其耐熱性增強，使基板在，使基板在 X 及及 Y 方向的膨脹減少，使得板子在受熱後銅線方向的膨脹減少，使得板子在受熱後銅線 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。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.在在Z方向的膨脹減小後，使得通孔之孔壁受熱後不易被底材所拉斷。方向的膨脹減小後，使得通孔之孔壁受熱後不易被底材所拉斷。c.Tg 增高後，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增高後，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，使板子受熱後不易發生白點或織紋顯露，而有更好的劑性，使板子受熱後不易發生白點或織紋顯露，而有更好的強度及介電性度及介電性. 至於尺寸的安定性至於尺寸的安定性,由於自動由於自動插裝或表面裝配之嚴格要求就更裝或表面裝配之嚴格要求就更為重要了。因重要了。因 而近年來如何提高環而近年來如何提高環氧樹脂之樹脂之 Tg 是基板材所追求的要務。是基板材所追求的要務。E. FR4 難燃性環難燃性環氧樹脂樹脂 傳統的環傳統的環氧樹脂遇到高溫著火後若無外在因素予以撲滅時，會不停的一直樹脂遇到高溫著火後若無外在因素予以撲滅時，會不停的一直燃燒下去直到分子中的燃燒下去直到分子中的碳氫氧或或氮燃燒完畢燃燒完畢為止。若在其分子中以止。若在其分子中以溴取代了取代了氫的位置，使可燃的的位置，使可燃的碳氫鍵化合物一部鍵化合物一部份改換成不可燃的改換成不可燃的碳溴鍵化合物則可大大鍵化合物則可大大的降低其可燃性。此種加的降低其可燃性。此種加溴之樹脂難燃性自然增之樹脂難燃性自然增強很多，但卻降低了樹脂與銅很多，但卻降低了樹脂與銅皮以及玻璃間的黏著力，而且萬一著火後更會放出劇毒的皮以及玻璃間的黏著力，而且萬一著火後更會放出劇毒的溴氣，會帶來的不良氣，會帶來的不良後果。後果。3.1.2.2高性能環高性能環氧樹脂樹脂(Multifunctional Epoxy) 傳統的傳統的 FR4 對今日高性能的線路板而言已經力不從心了，故有各種不對今日高性能的線路板而言已經力不從心了，故有各種不同的樹脂與原有的環同的樹脂與原有的環氧樹脂混合以提升其基板之各種性質，樹脂混合以提升其基板之各種性質，A. Novolac 最早被引進的是最早被引進的是酚醛樹脂中的一種叫樹脂中的一種叫 Novolac 者者 ,由由 Novolac 與環與環氧氯丙丙烷所形成的所形成的酯類稱類稱為 Epoxy Novolacs，見見圖圖3.4之反應式之反應式.將此種聚合物混將此種聚合物混入入 FR4 之樹脂，可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性之樹脂，可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性,Tg也隨之提高，也隨之提高，缺點是缺點是酚醛樹脂本身的硬度及脆性都很高而易鑽頭，加之抗化性能力增樹脂本身的硬度及脆性都很高而易鑽頭，加之抗化性能力增強,對於因鑽孔而造成的膠渣對於因鑽孔而造成的膠渣(Smear)不易除去而造成多層板不易除去而造成多層板PTH製程之困擾。製程之困擾。圖3.4B. Tetrafunctional Epoxy 另一種常被添加於另一種常被添加於 FR4 中的是所謂中的是所謂 四功能的環四功能的環氧樹脂樹脂 (Tetrafunctional Epoxy Resin).其與傳統其與傳統 雙功能雙功能 環環氧樹脂不同之處是具樹脂不同之處是具立體空間架橋立體空間架橋 ,見見圖圖3.5，Tg 較高能抗較差的熱環境，且抗溶劑性、抗化性、較高能抗較差的熱環境，且抗溶劑性、抗化性、抗濕性及尺寸安定性也好很多，而且不會發生像抗濕性及尺寸安定性也好很多，而且不會發生像 Novolac那樣的缺點。最早那樣的缺點。最早是美國一家叫是美國一家叫 Polyclad 的基板廠所引進的。四功能比起的基板廠所引進的。四功能比起 Novolac來還有一種來還有一種優點就是有更好的均勻混合。優點就是有更好的均勻混合。為保持多層板除膠渣的方便起見，保持多層板除膠渣的方便起見，此種四功能此種四功能的基板在鑽孔後最好在的基板在鑽孔後最好在烤箱中以箱中以160 烤 2-4小時小時,使孔壁露出的樹脂使孔壁露出的樹脂產生生氧化作用，化作用，氧化後的樹脂較容易被蝕除，而且也增加樹脂進一步的架橋聚合化後的樹脂較容易被蝕除，而且也增加樹脂進一步的架橋聚合,對對後來的製程也有幫助。因後來的製程也有幫助。因為脆性的關係脆性的關係,鑽孔要特別注意鑽孔要特別注意.圖3.5上述兩種添加樹脂都無法上述兩種添加樹脂都無法溴化化,故加入一般故加入一般FR4中會降低其難燃性中會降低其難燃性. 3.1.2.3 聚亞醯聚亞醯胺樹脂樹脂 Polyimide (PI)A. 成成份 主要由主要由Bismaleimide 及及Methylene Dianiline 反應而成的聚合物反應而成的聚合物,見見圖圖3.6. B. 優點優點 電路板對溫度的適應會愈來愈重要，某些特殊高溫用途的板子，已非電路板對溫度的適應會愈來愈重要，某些特殊高溫用途的板子，已非環環氧樹脂所能勝任，傳統式樹脂所能勝任，傳統式 FR4 的的 Tg 約約120 左右，即使高功能的左右，即使高功能的FR4 也也只到達只到達 180-190 ，比起聚亞醯，比起聚亞醯胺的的 260 還有一大段距離還有一大段距離.PI在高溫下所在高溫下所表現的良好性質表現的良好性質,如良好的撓性、銅箔抗撕如良好的撓性、銅箔抗撕強度、抗化性、介電性、尺寸安度、抗化性、介電性、尺寸安定性皆遠優於定性皆遠優於 FR4。鑽孔時不容易鑽孔時不容易產生膠渣，對內層與孔壁之接通性自然生膠渣，對內層與孔壁之接通性自然比比 FR4好。而且由於耐熱性良好，其尺寸之變化甚少，以好。而且由於耐熱性良好，其尺寸之變化甚少，以X 及及 Y方向之變化方向之變化而言，對細線路更而言，對細線路更為有利，不致因膨脹太大而降低了與銅皮之間的附著力。有利，不致因膨脹太大而降低了與銅皮之間的附著力。就就 Z 方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機會。方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機會。圖3.6C. 缺點缺點: a.不易進行不易進行溴化反應，不易達到化反應，不易達到 UL94 V-0 的難燃要求。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 氧樹脂那樹脂那麼強，而且撓性也較差。，而且撓性也較差。 c.常溫時卻表現不佳，有吸濕性常溫時卻表現不佳，有吸濕性 (Hygroscopic), 而黏著性、延性又而黏著性、延性又 都很差。都很差。 d.其凡立水其凡立水(Varnish,又稱生膠水又稱生膠水,液態樹脂稱之液態樹脂稱之)中所使用的溶劑之中所使用的溶劑之 沸點較高，不易沸點較高，不易趕完，容易完，容易產生高溫下分層的現象。而且流動性生高溫下分層的現象。而且流動性 不好不好,壓合不易壓合不易填滿死角滿死角 。 e.目前價格仍然非常目前價格仍然非常昂貴約貴約為 FR4 的的 2-3倍，故只有軍用板或倍，故只有軍用板或 Rigid- Flex 板才用的起。板才用的起。 在美軍規範在美軍規範MIL-P-13949H中中,聚亞醯聚亞醯胺樹脂基板代號樹脂基板代號為GI. 3.1.2.4 聚四聚四氟乙乙烯 (PTFE)全名全名為 Polyterafluoroethylene ,分子式見分子式見圖圖3.7. 以之抽絲作以之抽絲作PTFE纖纖維的商品名維的商品名為 Teflon 鐵弗龍鐵弗龍 ,其最大的特點是阻抗很高其最大的特點是阻抗很高(Impedance) 對高對高頻微波頻微波 (microwave)通信用途上是無法取代的，美軍規範賦與通信用途上是無法取代的，美軍規範賦與 GT、GX、及及 GY 三種材料代字三種材料代字,皆皆為玻纖補玻纖補強type，其商用基板是由其商用基板是由3M公公司所製，目前這種材料司所製，目前這種材料尚無法大量投入生無法大量投入生產，其原因有，其原因有: A. PTFE 樹脂與玻璃纖維間的附著力問題；此樹脂很難樹脂與玻璃纖維間的附著力問題；此樹脂很難滲入玻璃束中，入玻璃束中， 因其抗化性特因其抗化性特強，許多濕式製程中都無法使其反應及活化，在做鍍通，許多濕式製程中都無法使其反應及活化，在做鍍通 孔時所得之銅孔壁無法固著在底材上，很難通過孔時所得之銅孔壁無法固著在底材上，很難通過 MILP-55110E 中中 4.8.4.4之固著之固著強度試驗。由於玻璃束未能被樹脂度試驗。由於玻璃束未能被樹脂填滿，很容易在滿，很容易在 做鍍通孔時造成玻璃中做鍍通孔時造成玻璃中滲銅銅(Wicking)的出現，影響板子的可信賴度。的出現，影響板子的可信賴度。 B. 此四此四氟乙乙烯材料分子結構，非常材料分子結構，非常強勁無法用一般機械或化學法加以攻勁無法用一般機械或化學法加以攻 擊，做蝕回時只有用擊，做蝕回時只有用電漿法電漿法. C. Tg 很低只有很低只有19 oc, 故在常溫時呈可撓性，也使線路的附著力及故在常溫時呈可撓性，也使線路的附著力及 尺寸安定性不好。尺寸安定性不好。 圖圖3.7下表下表為四種不同樹脂製造的基板性質的比較四種不同樹脂製造的基板性質的比較. PI FR4 FR5 PTFE(Teflon)銅皮抗撕強度銅皮抗撕強度KB/m 8 10 8 10吸水性吸水性% 0.5 0.3 0.4 0.01UL94燃性等級燃性等級 V0或或V1 V0 V0 V0介電常數介電常數,在在1MHz 4.5 4.7 4.8 2.5分散係數分散係數,在在1MHz 0.011 0.022 0.020 0.001撓撓性強度性強度,KPSI 85 80 70 15Tg, oC 270 125 140 19膨脹係數膨脹係數z方向方向,pm/ oC 50 60 55 200X,Y方向方向 14 16 16 10 3.1.2.5 BT/EPOXY樹脂樹脂BT樹脂也是一種熱固型樹脂，是日本樹脂也是一種熱固型樹脂，是日本三菱瓦斯三菱瓦斯化成公司化成公司(Mitsubishi Gas Chemical Co.)在在1980年年研製成功。是由製成功。是由Bismaleimide及及Trigzine Resin monomer二者反應聚合而成。其反應式見二者反應聚合而成。其反應式見圖圖3.8。BT樹脂通常和環樹脂通常和環氧樹脂混合而樹脂混合而製成基板。製成基板。 A. 優點優點 a. Tg點高達點高達180，耐熱性非常好，耐熱性非常好，BT作成之板材，銅箔的抗撕作成之板材，銅箔的抗撕強度度 (peel Strength)，撓性撓性強度亦非常理想度亦非常理想鉆孔後的膠渣孔後的膠渣(Smear)甚少甚少 b. 可進行難燃處理，以達到可進行難燃處理，以達到UL94V-0的要求的要求 c. 介質常數及散逸因數小，因此對於高頻及高速傳輸的電路板非常有利。介質常數及散逸因數小，因此對於高頻及高速傳輸的電路板非常有利。 d. 耐化性，抗溶劑性良好耐化性，抗溶劑性良好 e. 絕緣性佳緣性佳 B. 應用應用 a. COB設計的電路板設計的電路板 由於由於wire bonding過程的高溫，會使板子表面變軟過程的高溫，會使板子表面變軟 而致打線失敗。而致打線失敗。 BT/EPOXY高性能板材可克服此點。高性能板材可克服此點。 b. BGA ,PGA, MCM-Ls等半導體封裝載板半導體封裝測試中，有兩個很重等半導體封裝載板半導體封裝測試中，有兩個很重 要的常見問題，要的常見問題，一是漏電現象一是漏電現象，或稱，或稱 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花現象一是爆米花現象(受濕氣及高溫衝擊受濕氣及高溫衝擊)。這兩點也是。這兩點也是BT/EPOXY 板材可以避免的。板材可以避免的。 圖3.83.1.2.6 Cyanate Ester Resin 1970年開始應用於年開始應用於PCB基材，目前基材，目前Ciba Geigy有製作此類樹脂。其反應式如有製作此類樹脂。其反應式如圖圖3.9。 A. 優點優點 a. Tg可達可達250，使用於非常厚之多層板，使用於非常厚之多層板 b. 極低的介電常數極低的介電常數(2.53.1)可應用於高速可應用於高速產品。品。B. 問題問題 a. 硬化後脆度高硬化後脆度高. b. 對濕度敏感，甚至可能和水起反應對濕度敏感，甚至可能和水起反應. 3.1.2玻璃纖維玻璃纖維 3.1.2.1前言前言 玻璃纖維玻璃纖維(Fiberglass)在在PCB基板中的功用，是作基板中的功用，是作為補補強材料。基板的補材料。基板的補強材料材料尚有其有其它種，如紙質基板的紙材，種，如紙質基板的紙材，Kelvar(Polyamide聚醯聚醯胺)纖維，以及石英纖維，以及石英(Quartz)纖維。本節僅討論最大宗的玻璃纖維。纖維。本節僅討論最大宗的玻璃纖維。 玻璃玻璃(Glass)本身是一種混合物，其組成見表本身是一種混合物，其組成見表它是一些無機物經高溫融熔合而成，是一些無機物經高溫融熔合而成，再經抽絲冷卻而成一種非結晶結構的堅硬物體。此物質的使用，已有數千年的歷史。再經抽絲冷卻而成一種非結晶結構的堅硬物體。此物質的使用，已有數千年的歷史。做成纖維狀使用則可追溯至做成纖維狀使用則可追溯至17世紀。世紀。真正大量做商用正大量做商用產品，則是由品，則是由Owen-Illinois及及Corning Glass Works兩家公司其共同的兩家公司其共同的研究努力後，組合成究努力後，組合成Owens-Corning Fiberglas Corporation於於1939年正式生年正式生產製造。製造。 3.1.2.2 玻璃纖維布玻璃纖維布 玻璃纖維的製成可分兩種，一種是連續式玻璃纖維的製成可分兩種，一種是連續式(Continuous)的纖維另一種則的纖維另一種則是不連續式是不連續式(discontinuous)的纖維前者即用於織成玻璃布的纖維前者即用於織成玻璃布(Fabric)，後者則後者則做成片狀之玻璃蓆做成片狀之玻璃蓆(Mat)。FR4等基材，即是使用前者，等基材，即是使用前者，CEM3基材，則採用基材，則採用後者玻璃蓆。後者玻璃蓆。 FIBERGLASS REINFORCEMENTTABLE2,2 Fiberglass Composition(wt,%) Grade of glass A C E SComponents (high alkali) (chemical) (electrical) (high-strength) Silicone oxide 72.0 64.6 54.3 64.2 Aluminum oxide 0 .6 4.1 15.2 24.8 Ferrous oxide - - - 0.21 Calcium oxide 10.0 13.2 17.2 0.01 Magnesium oxide 2.5 3.3 4.7 10.27 Sodium oxide 14.2 7.7 0.6 0.27 Potassium oxide - 1.7 - - Boron oxide - 4.7 8.0 0.01 Barium oxide - 0.9 - 0.2 Misc 0.7 trace trace trace Physical properties Specific gravity 2.5 2.49 2.54 2.48 Mhos hardness - 6.5 6.5 6.5 Mechanical properties Tensile strength ,psi x 103(Mpa) at72oF(22oC) 440(3033) 440(3033) 500(3448) 665(4585) at700oF(371oC) - - 380(2620) 545(3785) Tensile modulus of elasticity at at1000oF(538oC) - - 250(1724) 350(2413) at72oF(22oC),psi * 106(Gpa) - 10.0(69.0) 10.5(72.4) 12.4(85.5) Yield elongation,% - 4.8 4.8 5.7 Elastic recovery,% - 100 100 100 Thermal properties Coefficent of thermal linear expansion, in/in/oF x 10-6(m/moC) 4.8(8.6) 4.0(7.2) 2.8(5.0) 3.1(5.6) Grade of glass A C E SA. 玻璃纖維的特性玻璃纖維的特性 原始融熔態玻璃的組成成原始融熔態玻璃的組成成份不同不同,會影響玻璃纖維的特性會影響玻璃纖維的特性,不同組成所呈現的不同組成所呈現的差異差異,表中有詳細的區別表中有詳細的區別,而且各有獨特及不同應用之處。按組成的不同而且各有獨特及不同應用之處。按組成的不同(見表見表),玻璃的等級可分四種商品玻璃的等級可分四種商品:A級級為高高鹼性性,C級級為抗化性抗化性,E級級為電子用途電子用途 ,S級級為高高強度。電路板中所用的就是度。電路板中所用的就是E級玻璃級玻璃,主要是其介電性質優於其主要是其介電性質優於其它三種三種。Coefficent of thermal conductivity Btu-in/hr/ft2/oF(watt/motor K) - - 72(10.4) - Specific heat at72oF(22oC) - 0.212 0.0917 0.176 Softening point ,oF (oC) 1340(727) 1380(749) 1545(841) - Electrical properties Dielectric strength,V/mil - - 498 -Dielectric constant at72oF(22oC) Volume resistivity at72oF(22oC) and 500 Vdc, cm - - 1015 1016 Grade of glass A C E SSurface resistivity at72oF(22oC) and 500 Vdc, cm - - 1013 1014 Optical properties Index of refraction - - 1.547 1.523Acoustical properties Velocity of sound, ft/s(m/s) - - 17,500(5330) 19,200(5850) at 60Hz - - 5.9-6.4 5.0-5.4 at 106Hz 6.9 7 6.3 5.1 Dissipation (Power) factor at72oF(22oC) at 60Hz - - 0.005 0.003 at 106Hz - - 0.002 0.003 玻璃纖維一些共同的特性如下所述：玻璃纖維一些共同的特性如下所述： a.高高強度：和其度：和其它紡織用纖維比較，玻璃有極高紡織用纖維比較，玻璃有極高強度。在某些應用上，度。在某些應用上， 其其強度度/重量比甚至超過鐵絲。重量比甚至超過鐵絲。 b.抗熱與火：玻璃纖維抗熱與火：玻璃纖維為無機物，因此不會燃燒無機物，因此不會燃燒 c.抗化性：可耐大部抗化性：可耐大部份的化學品，也不的化學品，也不為黴菌，細菌的黴菌，細菌的滲入及昆蟲的攻擊。入及昆蟲的攻擊。 d.防潮：玻璃並不吸水，即使在很潮濕的環境，依然保持防潮：玻璃並不吸水，即使在很潮濕的環境，依然保持它的機械的機械強度。度。 e.熱性質：玻纖有很低的熬線性膨脹係數，及高的熱導係數，因此在高溫熱性質：玻纖有很低的熬線性膨脹係數，及高的熱導係數，因此在高溫 環境下有極佳的表現。環境下有極佳的表現。 f.電性：由於玻璃纖維的不導電性，是一個很好的電性：由於玻璃纖維的不導電性，是一個很好的絕緣物質的選擇。緣物質的選擇。 PCB基材所選擇使用的基材所選擇使用的E級玻璃，最主要的是其非常優秀的抗水性。因此在非級玻璃，最主要的是其非常優秀的抗水性。因此在非 常潮濕，惡劣的環境下，仍然保有非常好的電性及物性一如尺寸穩定度。常潮濕，惡劣的環境下，仍然保有非常好的電性及物性一如尺寸穩定度。 玻纖布的製作：玻纖布的製作： 玻璃纖維布的製作，是一係列專業且投資全額龐大的製程本章略而不談玻璃纖維布的製作，是一係列專業且投資全額龐大的製程本章略而不談 3.2 銅箔銅箔(copper foil) 早期線路的設計粗粗寬寬的早期線路的設計粗粗寬寬的,厚度要求亦不挑剔厚度要求亦不挑剔,但演變至今日線寬但演變至今日線寬3,4mil,甚至甚至更細更細(現國內已有工廠開發現國內已有工廠開發1 mil線寬線寬),電阻要求嚴苛電阻要求嚴苛.抗撕抗撕強度度,表面表面Profile等也都詳等也都詳加規定加規定.所以對銅箔發展的現況及驅勢就必須進一步了解所以對銅箔發展的現況及驅勢就必須進一步了解. 3.2.1傳統銅箔傳統銅箔 3.2.1.1輾軋法輾軋法 (Rolled-or Wrought Method) 是將銅塊經多次輾軋製作而成，其所輾出之寬度受到技術限制很難達到標準尺是將銅塊經多次輾軋製作而成，其所輾出之寬度受到技術限制很難達到標準尺寸基板的要求寸基板的要求(3呎呎*4呎呎) ,而且很容易在輾製過程中造成報廢，因表面粗糙度不而且很容易在輾製過程中造成報廢，因表面粗糙度不夠,所所以與樹脂之結合能力比較不好，而且製造過程中所受應力需要做熱處理之回火以與樹脂之結合能力比較不好，而且製造過程中所受應力需要做熱處理之回火軔化化(Heat treatment or Annealing),故其成本較高。故其成本較高。 A. 優點優點. a. 延展性延展性Ductility高高,對對FPC使用於動態環境下使用於動態環境下,信賴度極佳信賴度極佳. b. 低的表面稜線低的表面稜線Low-profile Surface,對於一些對於一些Microwave電子應用是一利電子應用是一利 基基. B. 缺點缺點. a. 和基材的附著力不好和基材的附著力不好. b. 成本較高成本較高. c. 因技術問題因技術問題,寬度受限寬度受限. 3.2.1.2 電鍍法電鍍法 (Electrodeposited Method) 最常使用於基板上的銅箔就是最常使用於基板上的銅箔就是ED銅銅.利用各種廢棄之電線電纜熔解成利用各種廢棄之電線電纜熔解成硫酸銅鍍液，在殊特深入地下的大型鍍槽中，陰陽極距非常短硫酸銅鍍液，在殊特深入地下的大型鍍槽中，陰陽極距非常短,以非常高以非常高的速度沖動鍍液，以的速度沖動鍍液，以600ASF之高電流密度，將柱狀之高電流密度，將柱狀 (Columnar) 結晶的結晶的銅層鍍在表面非常光滑又經鈍化的銅層鍍在表面非常光滑又經鈍化的 (passivated) 不銹鋼大桶狀之轉胴輪不銹鋼大桶狀之轉胴輪上上(Drum)，因鈍化處理過的不銹鋼胴輪上對銅層之附著力並不好，故鍍因鈍化處理過的不銹鋼胴輪上對銅層之附著力並不好，故鍍面可自轉輪上撕下，如此所鍍得的連續銅層面可自轉輪上撕下，如此所鍍得的連續銅層,可由轉輪速度，電流密度而可由轉輪速度，電流密度而得不同厚度之銅箔，貼在轉胴之光滑銅箔表面稱得不同厚度之銅箔，貼在轉胴之光滑銅箔表面稱為光面光面(Drum side), 另另一面對鍍液之粗糙結晶表面稱一面對鍍液之粗糙結晶表面稱為毛面毛面 (Matte side) .此種銅箔此種銅箔: A. 優點優點 a. 價格便宜價格便宜. b. 可有各種尺寸與厚度可有各種尺寸與厚度. B. 缺點缺點. a. 延展性差延展性差, b. 應力極高無法撓曲又很容易折斷應力極高無法撓曲又很容易折斷. 3.2.1.3 厚度單位厚度單位一般生一般生產銅箔業者銅箔業者為計算成本計算成本, 方便訂價，多以每平方呎之重量做方便訂價，多以每平方呎之重量做為厚厚度之計算單位，如度之計算單位，如1.0 Ounce (oz)的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重的定義是一平方呎面積單面覆蓋銅箔重量量1 oz (28.35g)的銅層厚度的銅層厚度.經單位換算經單位換算 35 微米微米 (micron)或或1.35 mil. 一般一般厚度厚度1 oz 及及1/2 oz而超薄銅箔可達而超薄銅箔可達 1/4 oz,或更低或更低. 3.2.2 新式銅箔介紹及新式銅箔介紹及研發方向發方向 3.2.2.1 超薄銅箔超薄銅箔 一般所說的薄銅箔是指一般所說的薄銅箔是指 0.5 oz (17.5 micron ) 以下，表三種厚度則以下，表三種厚度則稱超薄銅箔稱超薄銅箔 ,3/8 oz 以下因本身太薄很不容易操作故需要另加載體以下因本身太薄很不容易操作故需要另加載體 (Carrier)才能做各種操作才能做各種操作(稱複合式稱複合式copper foil),否則很容易造成損傷。所否則很容易造成損傷。所用之載體有兩類，一類是以傳統用之載體有兩類，一類是以傳統 ED 銅箔銅箔為載體載體,厚約厚約2.1 mil.另一類載體是另一類載體是鋁箔箔,厚度約厚度約3 mil.兩者使用之前須將載體撕離兩者使用之前須將載體撕離. 超薄銅箔最不易克服的問題就是超薄銅箔最不易克服的問題就是 針孔針孔或或 疏孔疏孔(Porosity)，因厚度因厚度太薄太薄,電鍍時無法將疏孔完全電鍍時無法將疏孔完全填滿滿.補救之道是降低電流密度補救之道是降低電流密度,讓結晶變細讓結晶變細.細細線路線路,尤其是尤其是5 mil以下更需要超薄銅箔以下更需要超薄銅箔,以減少蝕刻時的過蝕與側蝕以減少蝕刻時的過蝕與側蝕. 3/8 oz 或稱或稱為 12 micron1/4 oz 或稱或稱為 9 micron1/8 oz 或稱或稱為 5 micron3.2.2.2 輾軋銅箔輾軋銅箔 對薄銅箔超細線路而言，導體與對薄銅箔超細線路而言，導體與絕緣基材之間的接觸面非常狹小，緣基材之間的接觸面非常狹小，如何能耐得住二者之間熱膨脹係數的巨大差異而仍維持足如何能耐得住二者之間熱膨脹係數的巨大差異而仍維持足夠的附著力，的附著力，完全依賴銅箔毛面上的粗化處理是不完全依賴銅箔毛面上的粗化處理是不夠的，而且高速鍍銅箔的結晶結構的，而且高速鍍銅箔的結晶結構粗糙在高溫粗糙在高溫焊接時容易造成接時容易造成 XY 的斷裂也是一項難以解決的問題。輾軋的斷裂也是一項難以解決的問題。輾軋銅箔除了細晶之外還有另一項長處那就是應力很低銅箔除了細晶之外還有另一項長處那就是應力很低 (Stress)。ED 銅箔應銅箔應力高力高，但後來線路板業者所鍍上的一次銅或二次銅的應力就沒有那，但後來線路板業者所鍍上的一次銅或二次銅的應力就沒有那麼高。高。於是造成二者在溫度變化時使細線容易斷製於是造成二者在溫度變化時使細線容易斷製.因此輾軋銅箔是一解決之途。因此輾軋銅箔是一解決之途。若是成本的考量若是成本的考量,Grade 2,E-Type的的 high-ductility或是或是Grade 2 ,E-Type HTE銅箔也是一種選擇銅箔也是一種選擇.國際製造銅箔大廠多致力於開發國際製造銅箔大廠多致力於開發ED細晶細晶產品以解品以解決此問題決此問題. 3.2.2.3 銅箔的表面處理銅箔的表面處理 A. 傳統處理法傳統處理法 ED銅箔從銅箔從Drum撕下後，會繼續下面的處理步驟：撕下後，會繼續下面的處理步驟： a. Bonding Stage在粗面在粗面(Matte Side)上再以高電流極短時間內快上再以高電流極短時間內快 速鍍上銅，其長相如瘤，稱速鍍上銅，其長相如瘤，稱“瘤化處理瘤化處理”“Nodulization”目的在增目的在增 加表面積，其厚度約加表面積，其厚度約 20004000A b. Thermal barrier treatments-瘤化完成後再於其上鍍一層黃銅瘤化完成後再於其上鍍一層黃銅 (Brass，是是Gould 公司專利，稱公司專利，稱為JTC處理處理)，或，或鋅(Zinc是是Yates公公 司專利，稱司專利，稱為TW處理處理)。也是鍍。也是鍍鎳處理其作用是做處理其作用是做為耐熱層。樹脂耐熱層。樹脂 中的中的Dicy於高溫時會攻擊銅面而於高溫時會攻擊銅面而 生成生成胺類與水類與水份，一旦生水，一旦生水份時時 ，會導致附著力降底。此層的作用即是防止上述反應發生，其厚，會導致附著力降底。此層的作用即是防止上述反應發生，其厚 度約度約5001000A c. Stabilization耐熱處理後，再進行最後的耐熱處理後，再進行最後的“鉻化處理化處理 “(Chromation)，光面與光面與 粗面同時進行做粗面同時進行做為防防污防銹的作用，也稱防銹的作用，也稱 “鈍化處理鈍化處理(passivation)或或抗抗氧化化 處理處理(antioxidant) B.新式處理法新式處理法 a. 兩面處理兩面處理(Double treatment)指光面及粗面皆做粗化處理，嚴格來說，指光面及粗面皆做粗化處理，嚴格來說， 此法的應用己有此法的應用己有20年的歷史，但今日年的歷史，但今日為降低多層板的降低多層板的COST而使用而使用 者漸多在光面也進行上述的傳統處理方式，如此應用於內層基者漸多在光面也進行上述的傳統處理方式，如此應用於內層基 板上，可以省掉壓膜前的銅面理處理以及黑板上，可以省掉壓膜前的銅面理處理以及黑/棕化步驟。美國一棕化步驟。美國一 家家Polyclad銅箔基板公司銅箔基板公司，發展出來的一種處理方式，稱，發展出來的一種處理方式，稱為DST 銅箔銅箔，其處理方式有異曲同工之妙。該法是在光面做粗化處理，其處理方式有異曲同工之妙。該法是在光面做粗化處理， 該面就壓在膠片上，所做成基板的銅面該面就壓在膠片上，所做成基板的銅面為粗面，因此對後製亦有粗面，因此對後製亦有 幫助。幫助。 b. 矽化處理矽化處理(Low profile) 傳統銅箔粗面處理其傳統銅箔粗面處理其Tooth Profile (稜線稜線)粗粗 糙度糙度(波峰波谷波峰波谷)，不利於細線路的製造，不利於細線路的製造(影響影響just etch時間時間,造造 成成over-etch)，因此必須設法降低稜線的高度。上述因此必須設法降低稜線的高度。上述Polyclad的的 DST銅箔，以光面做做處理，改善了這個問題，銅箔，以光面做做處理，改善了這個問題， 另外，一種叫另外，一種叫“ 有機矽處理有機矽處理”（Organic Silane Treatment），），加入傳統處理方加入傳統處理方 式之後，亦可有此效果。式之後，亦可有此效果。它同時同時產生一種化學鍵，對於附著力生一種化學鍵，對於附著力 有幫助。有幫助。 3.3.3 銅箔的分類銅箔的分類按按 IPC-CF-150 將銅箔分將銅箔分為兩個類型，兩個類型，TYPE E 表電鍍銅箔，表電鍍銅箔，TYPE W 表表輾軋銅箔輾軋銅箔,再將之分成八個等級，再將之分成八個等級，class 1 到到 class 4 是電鍍銅箔，是電鍍銅箔，class 5 到到 class 8 是輾軋銅箔是輾軋銅箔.現將其型級及代號分列於表現將其型級及代號分列於表class Type 名名 稱稱 代號代號 1 E Standard Electrodeposited STD - TypeE 2 E High Ductility Electrodeposited HD - TypeE 3 E High Temperature Elongation HTE TypeE Electrodeposited4 E Annealed Electrodeposited ANN - TypeE5 W As Rolled -wrought AR TypeW6 W Light Cold Rolled -Wrought LCR TypeW7 W Anneal-Wrought ANN TypeW8 W As Rolled -Wrought low - temperature ARLT TypeW annealable3.4 PP(膠片膠片 Prepreg)的製作的製作 Prepreg是是preimpregnated的縮寫，意指玻璃纖維或其的縮寫，意指玻璃纖維或其它纖維纖維浸含樹脂，並經部浸含樹脂，並經部份聚合而稱之。其樹脂此時是聚合而稱之。其樹脂此時是B-stage。Prepreg又有又有人稱之人稱之為Bonding sheet 3.4.1膠片製作流程膠片製作流程3.4.2製程品管製程品管 製造過程中，須定距離做製造過程中，須定距離做Gel time, Resin flow, Resin Content的測的測試，也須做試，也須做Volatile成成份及及Dicy成成份之分析，以確保品質之穩定。之分析，以確保品質之穩定。 3.4.3 儲放條件與壽命儲放條件與壽命 大部大部份EPOXY系統之儲放溫度要求在系統之儲放溫度要求在5以下，其壽命約在以下，其壽命約在36個月，個月，儲放超出此時間後須取出再做儲放超出此時間後須取出再做3.3.2的各種分析以判定是否可再使用。而的各種分析以判定是否可再使用。而各廠牌各廠牌prepreg可參照其提供之可參照其提供之Data sheet做做為作業時的依據。作業時的依據。 (Solvent Removal)玻璃布玻璃布CoatingDryingB-StagingPrepregVarnish(Chemical Advancement)3.4.4常見膠片種類，其膠含量及常見膠片種類，其膠含量及Cruing後厚度關係，見表後厚度關係，見表3.4基板的現在與未來基板的現在與未來 趨使基板不斷演進的兩大趨動力趨使基板不斷演進的兩大趨動力(Driving Force)，一是極小化一是極小化(Miniaturization)，一是高速化一是高速化(或高頻化或高頻化)。 。 Prepreg 種類 膠合量(%) 硬化後厚度in(m/m)1040106010802116762875 +72 7563 6 550 5535 45 0.0012 (0.03) 0.0018 (0.046) 0.0026 (0.066) 0.004 (0.10) 0.0065 (0.17)3.4.1極小化極小化 如分行動電話，如分行動電話，PDA，PC卡，汽車定位及衛星通信等系統。美國是卡，汽車定位及衛星通信等系統。美國是尖端科技領先國家，從其半導體工業協會所預估在尖端科技領先國家，從其半導體工業協會所預估在Chip及及Package方面方面的未來演變的未來演變-見表見表(a)與與(b)，可知基板面臨的挑戰頗可知基板面臨的挑戰頗為艱辛。艱辛。 3.4.2高頻化高頻化 從個人電腦的演進，可看出從個人電腦的演進，可看出CPU世代交替的速度愈來愈快，消費者世代交替的速度愈來愈快，消費者應接不應暇，當然對大眾而言是好事。但對應接不應暇，當然對大眾而言是好事。但對PCB的製作卻又是進一步的的製作卻又是進一步的挑戢。因挑戢。因為高頻化高頻化,須要基材有更低的須要基材有更低的Dk與與Df值。最後，表歸納出。最後，表歸納出PCB一一些特性的現在與未來演變的指標。些特性的現在與未來演變的指標。 表表(a)表表(b)四四.內層製作與檢驗內層製作與檢驗 4.1 製程目的製程目的 三層板以上三層板以上產品即稱多層板品即稱多層板,傳統之雙面板傳統之雙面板為配合零件之密集裝配，在有限的板面上無配合零件之密集裝配，在有限的板面上無法安置這法安置這麼多的零組件以及其所衍生出來的大量線路，因而有多層板之發展。加上美國聯多的零組件以及其所衍生出來的大量線路，因而有多層板之發展。加上美國聯邦通訊委員會邦通訊委員會(FCC)宣佈自宣佈自1984年年10月以後，所有上市的電器月以後，所有上市的電器產品若有涉及電傳通訊者，品若有涉及電傳通訊者，或有參與網路連線者，皆必須要做或有參與網路連線者，皆必須要做接地接地以消除干擾的影響。但因板面面積不以消除干擾的影響。但因板面面積不夠,因此因此pcb lay-out就將就將接地接地與與電壓電壓二功能之大銅面移入內層，造成四層板的瞬間大量興起二功能之大銅面移入內層，造成四層板的瞬間大量興起,也延伸也延伸了阻抗控制的要求。而原有四層板則多升級了阻抗控制的要求。而原有四層板則多升級為六層板，當然高層次多層板也因高密度裝配六層板，當然高層次多層板也因高密度裝配而日見增多而日見增多.本章將探討多層板之內層製作及注意事宜本章將探討多層板之內層製作及注意事宜. 4.2 製作流程製作流程 依依產品的不同現有三種流程品的不同現有三種流程 A. Print and Etch 發料發料對位孔對位孔銅面處理銅面處理影像轉移影像轉移蝕刻蝕刻剝膜剝膜 B. Post-etch Punch 發料發料銅面處理銅面處理影像轉移影像轉移蝕刻蝕刻剝膜剝膜工具孔工具孔 C. Drill and Panel-plate 發料發料鑽孔鑽孔通孔通孔電鍍電鍍影像轉移影像轉移蝕刻蝕刻剝膜剝膜 上述三種製程中上述三種製程中,第三種是有埋孔第三種是有埋孔(buried hole)設計時的流程設計時的流程,將在將在20章介紹章介紹.本章則探本章則探討第二種討第二種( Post-etch Punch)製程高層次板子較普遍使用的流程製程高層次板子較普遍使用的流程. 4.2.0發料發料 發料就是依製前設計所規劃的工作尺寸，依發料就是依製前設計所規劃的工作尺寸，依BOM來裁切基材，是一很單純的步驟來裁切基材，是一很單純的步驟 ，但以下幾點須注意：，但以下幾點須注意： A. 裁切方式裁切方式-會影響下料尺寸會影響下料尺寸 B. 磨邊與圓角的考量磨邊與圓角的考量-影響影像轉移良率製程影響影像轉移良率製程 C. 方向要一致方向要一致-即經向對經向，緯向對緯向即經向對經向，緯向對緯向 D. 下製程前的烘下製程前的烘烤-尺寸安定性考量尺寸安定性考量 4.2.1 銅面處理銅面處理 在印刷電路板製程中，不管那一個在印刷電路板製程中，不管那一個step，銅面的銅面的清潔與粗化的效果，關係著下一潔與粗化的效果，關係著下一 製程的成敗，所以看似簡單，其實裡面的學問頗大。製程的成敗，所以看似簡單，其實裡面的學問頗大。 A. 須要銅面處理的製程有以下幾個須要銅面處理的製程有以下幾個 a. 乾膜壓膜乾膜壓膜 b. 內層內層氧化處理前化處理前 c. 鉆孔後孔後 d. 化學銅前化學銅前 e. 鍍銅前鍍銅前 f. 綠漆前綠漆前 g. 噴錫噴錫(或其或其它焊墊處理流程墊處理流程)前前 h. 金手指鍍金手指鍍鎳前前 本節針對本節針對a. c. f. g.等製程來探討最好的處理方式等製程來探討最好的處理方式(其餘皆屬製程自動化中的其餘皆屬製程自動化中的 一部一部份，不必獨立出來，不必獨立出來) B. 處理方法處理方法 現行銅面處理方式可分三種：現行銅面處理方式可分三種： a. 刷磨法刷磨法(Brush) b. 噴砂法噴砂法(Pumice) c. 化學法化學法(Microetch) 以下即做此三法的介紹以下即做此三法的介紹 表4.1刷輪材質 Mesh數 控制方式 其它特殊設計Deburr Bristle #180 or #240 (1) 電壓,電流 高壓後噴水洗去巴里 緊毛刷 Grits (2) 板厚 前超音波水洗內層壓膜前處理 Bristle #600 Grits (1) 電壓,電流 後面可加去脂 Nylon (2) 板厚 或微蝕處理外層壓膜前處理 Bristle #320 Grits (1) 電壓,電流 後面可加去脂 Nylon (2) 板厚 或微蝕處理S/M前表面處理 Bristle #600 Grits (1) 電壓,電流 有捨刷磨而 Nylon #1200Grits (2) 板厚 以氧化處理的表4.1 銅面機械式處理 (此表僅供參考)C. 刷磨法刷磨法 刷磨動作之機構刷磨動作之機構,見見圖圖4.1所示所示. 表表4.1是銅面刷磨法的比較表是銅面刷磨法的比較表 注意事項注意事項 a. 刷輪有效長度都需均勻使用到刷輪有效長度都需均勻使用到,否則易造成刷輪表面高低不均否則易造成刷輪表面高低不均 b. 須做刷痕實驗，以確定刷深及均勻性須做刷痕實驗，以確定刷深及均勻性 優點優點 a. 成本低成本低 b. 製程簡單，彈性製程簡單，彈性 缺點缺點 a. 薄板細線路板不易進行薄板細線路板不易進行 b. 基材拉長，不適內層薄板基材拉長，不適內層薄板 c. 刷痕深時易造成刷痕深時易造成D/F附著不易而附著不易而滲鍍鍍 d. 有殘膠之潛在可能有殘膠之潛在可能 圖4.1D.噴砂法噴砂法 以不同材質的細石以不同材質的細石(俗稱俗稱pumice)為研磨材料磨材料 優點：優點： a. 表面粗糙均勻程度較刷磨方式好表面粗糙均勻程度較刷磨方式好 b. 尺寸安定性較好尺寸安定性較好 c. 可用於薄板及細線可用於薄板及細線 缺點：缺點： a. Pumice容易沾留板面容易沾留板面 b. 機器維護不易機器維護不易 E. 化學法化學法(微蝕法微蝕法) 化學法有幾種選擇，化學法有幾種選擇，見表表 . F.結綸結綸 使用何種銅面處理方式，各廠應以使用何種銅面處理方式，各廠應以產品的層次及製程能力來評估之，並無定論，品的層次及製程能力來評估之，並無定論，但可預知的是化學處理法會更普遍，因細線薄板的比例愈來愈高。但可預知的是化學處理法會更普遍，因細線薄板的比例愈來愈高。 表表4.2 銅面化學處理不同銅面化學處理不同chemical 咬蝕標準咬蝕標準 優優 點點 缺缺 點點 成本比較成本比較APS 3070 in 蝕速快蝕速快 不易控制不易控制 低低 廢水不易處理廢水不易處理 後面須酸中和後面須酸中和SPS 3070 in 蝕速平均蝕速平均 中中H2SO4/H2O2 3070 in 蝕速平均蝕速平均 H2O2濃度維持不易濃度維持不易 低低 廢液回收方便廢液回收方便4.2.2 影像轉移影像轉移4.2.2.1印刷法印刷法 A. 前言前言 電路板自其起源到目前之高密度設計電路板自其起源到目前之高密度設計,一直都與絲網印刷一直都與絲網印刷(Silk Screen Printing)或網版印刷有直接密切之關係，故稱之或網版印刷有直接密切之關係，故稱之為印刷電路板印刷電路板。目前除了最大量的應用在電。目前除了最大量的應用在電路板之外，其他電子工業路板之外，其他電子工業尚有厚膜有厚膜(Thick Film)的混成電路的混成電路(Hybrid Circuit)、晶片電晶片電阻阻(Chip Resist )、及表面黏裝及表面黏裝(Surface Mounting)之錫膏印刷等也都優有應用。之錫膏印刷等也都優有應用。 由於近年電路板高密度由於近年電路板高密度,高精度的要求高精度的要求,印刷方法已無法達到規格需求印刷方法已無法達到規格需求,因此其應用因此其應用範圍漸縮範圍漸縮,而乾膜法已取代了大部分影像轉移製作方式而乾膜法已取代了大部分影像轉移製作方式.下列是目前下列是目前尚可以印刷法可以印刷法cover的製程的製程: a. 單面板之線路單面板之線路,防防焊 (大量大量產多使用自動印刷多使用自動印刷,以下同以下同) b.單面板之單面板之碳墨或銀膠墨或銀膠 c.雙面板之線路雙面板之線路,防防焊 d.濕膜印刷濕膜印刷 e.內層大銅面內層大銅面 f.文字文字 g.可剝膠可剝膠(Peelable ink) 除此之外除此之外,印刷技術員培養困難印刷技術員培養困難,工資高工資高.而乾膜法成本逐漸降低因此也使兩者消而乾膜法成本逐漸降低因此也使兩者消 長明顯長明顯. B. 絲網印刷法絲網印刷法(Screen Printing)簡介簡介絲網印刷中幾個重要基本原素絲網印刷中幾個重要基本原素:網材網材,網版網版,乳劑乳劑,曝光機曝光機,印刷機印刷機,刮刀刮刀,油墨油墨,烤箱等箱等,以以下逐一簡單介紹下逐一簡單介紹. a. 網布材料網布材料 (1) 依材質不同可分絲絹依材質不同可分絲絹(silk),尼龍尼龍(nylon),聚聚酯(Polyester,或稱特多或稱特多 龍龍),不銹鋼不銹鋼,等等.電路板常用者電路板常用者為後三者後三者. (2) 編織法編織法:最常用也最好用的是單絲平織法最常用也最好用的是單絲平織法 Plain Weave. (3) 網目數網目數(mesh),網布厚度網布厚度(thickness),線徑線徑(diameter),開口開口(opening)的的 關係見表常用的不銹鋼網布諸元素關係見表常用的不銹鋼網布諸元素 開口開口:見見圖圖4.2所示所示 網目數網目數:每每inch或或cm中的開口數中的開口數 線徑線徑: 網布織絲的直徑網布織絲的直徑 網布網布厚度厚度:厚度規格有六厚度規格有六,Slight(S),Medium(M),Thick(T),Half heavy duty(H),Heavy duty(HD),Super heavy duty(SHD) 圖圖4.2顯示印刷過程網布各元素扮演角色顯示印刷過程網布各元素扮演角色. 圖4.2網目網目 線徑線徑 開孔開孔 開孔面積開孔面積 張力張力 用途用途 (每公分每公分:;每寸每寸) (微米微米) (微米微米) (%) (ATM)43T/110T 65 115 30.8 4.75 綠漆綠漆55T/140T 綠漆綠漆68HD/173HD 70 77 27.4 6.5 UL綠漆綠漆73T/185T 50 84 39.0 3.75 文字文字90T/230T 50 60 9.8 5 電鍍阻劑電鍍阻劑110HD/280HD 53 46 21.6 3.75 蝕刻阻劑蝕刻阻劑120T/305T 37 45 30.1 4 UV蝕刻阻劑蝕刻阻劑圖4.2 b.網版網版(Stencil)的種類的種類 (1).直接網版直接網版(Direct Stencil) 將感光乳膠調配均勻直接塗佈在網布上，烘乾後連框共同放置在曝光設將感光乳膠調配均勻直接塗佈在網布上，烘乾後連框共同放置在曝光設 備臺面上並覆以原稿底片，再抽備臺面上並覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，經顯像後即成空使其密接感光，經顯像後即成為可印可印 刷的網版。通常乳膠塗佈多少次刷的網版。通常乳膠塗佈多少次,視印刷厚度而定視印刷厚度而定.此法網版耐用此法網版耐用,安定性安定性 高高,用於大量生用於大量生產.但製作慢但製作慢,且太厚時可能因厚薄不均而且太厚時可能因厚薄不均而產生解像不良生解像不良. (2).間接網版間接網版(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移過來，然後把已把感光版膜以曝光及顯像方式自原始底片上把圖形轉移過來，然後把已 有圖形的版膜貼在網面上，待冷風乾燥後撕去透明之載體護膜，即成間有圖形的版膜貼在網面上，待冷風乾燥後撕去透明之載體護膜，即成間 接性網版。其厚度均勻接性網版。其厚度均勻,解析度好解析度好,製作快製作快,多用於樣品及小量多用於樣品及小量產. c. 油墨油墨 油墨的分類有幾種方式油墨的分類有幾種方式 (1).以組成以組成份可分單液及雙液型可分單液及雙液型. (2).以烘以烘烤方式可分蒸發乾燥型、化學反應型及紫外線硬化型方式可分蒸發乾燥型、化學反應型及紫外線硬化型(UV) (3).以用途可分抗蝕以用途可分抗蝕,抗鍍抗鍍,防防焊,文字文字,導電導電,及塞孔油墨及塞孔油墨.不同製程選用何種不同製程選用何種 油墨油墨,須視各廠相關製程種類來評估須視各廠相關製程種類來評估,如如鹼性蝕刻和酸性蝕刻選擇之抗蝕性蝕刻和酸性蝕刻選擇之抗蝕 油墨考慮方向就不一樣油墨考慮方向就不一樣. d. 印刷作業印刷作業 網版印刷目前有三種方式網版印刷目前有三種方式:手印、半自動印及全自動印刷手印、半自動印及全自動印刷.手印機須要印刷手印機須要印刷熟手操作熟手操作,是最彈性與快速的選擇是最彈性與快速的選擇,尤以樣品製作尤以樣品製作.較小工廠及協力廠仍有不少採手印較小工廠及協力廠仍有不少採手印.半自動印則除半自動印則除loading/unloading以人工作業外以人工作業外,印刷動作由機器代勞印刷動作由機器代勞,但對位還是但對位還是人工作業人工作業.也有所謂也有所謂3/4機印機印,意指意指loading亦採自動亦採自動,印好後人工放入印好後人工放入 Rack中中. 全自動全自動印刷則是印刷則是loading/unloading及對位及對位,印刷作業都是自動印刷作業都是自動.其對位方式有靠邊其對位方式有靠邊, pinning及及ccd三種三種. 以下針對幾個要素加以解說以下針對幾個要素加以解說: (1) 張力張力: 張力直接影響對位張力直接影響對位,因因為印刷過程中對網布不斷拉印刷過程中對網布不斷拉扯,因此新網張力因此新網張力 的要求非常重要一的要求非常重要一.般張力測試量五點般張力測試量五點,即四角和中間即四角和中間. (2) 刮刀刮刀Squeegee 刮刀的選擇考量有三，刮刀的選擇考量有三， 第一是材料，常用者有聚第一是材料，常用者有聚氨酯類類(Polyure-thane，簡稱簡稱PU)。 第二是刮刀的硬度，電路板多使用第二是刮刀的硬度，電路板多使用Shore A之硬度之硬度值60度度80度者度者.平平 坦基板銅面上線路阻劑之印刷可用坦基板銅面上線路阻劑之印刷可用7080度度; 對已有線路起伏之對已有線路起伏之 板面上的印綠漆及文字板面上的印綠漆及文字,則需用較軟之則需用較軟之6070度。度。 第三點是刮刀的長度，須比圖案的寬度每側長出第三點是刮刀的長度，須比圖案的寬度每側長出3/41吋左右。刮刀吋左右。刮刀 在使用一段時間後其銳利的直角會變圓，與網布接觸的面積增大在使用一段時間後其銳利的直角會變圓，與網布接觸的面積增大 ，就無法印出邊緣畢直的細條，需要將刮刀重新磨利才行，需且，就無法印出邊緣畢直的細條，需要將刮刀重新磨利才行，需且 刮刀刃線上刮刀刃線上 不可出現缺口，否則會造成印刷的缺陷。不可出現缺口，否則會造成印刷的缺陷。 (3). 對位及試印對位及試印 此步驟主要是要將三個定位此步驟主要是要將三個定位pin固定在印刷機台面上固定在印刷機台面上,調整網版調整網版 及離板間隙及離板間隙(Off Contact Distance)(指版膜到基板銅面的距指版膜到基板銅面的距 離，應保持在離，應保持在2m/m 5m/m做做為網布彈回的應有距離網布彈回的應有距離),然後覆墨試印然後覆墨試印.若有不準再做若有不準再做 微調微調. 若是自動印刷作業則是靠邊若是自動印刷作業則是靠邊,pinning及及ccd等方式對位等方式對位.因其因其 產量大量大,適合極大量的單一機種生適合極大量的單一機種生產. (4). 烘烘烤 不同製程會選擇不同油墨不同製程會選擇不同油墨, 烘烘烤條件也完全不一樣條件也完全不一樣,須須follow廠商提供的廠商提供的data sheet,再依廠內製程條件的差異而加以再依廠內製程條件的差異而加以modify.一般因油墨組成不一，烘一般因油墨組成不一，烘烤方方 式有風乾式有風乾,UV,IR等等烤箱須注意換氣循環，溫控，時控等箱須注意換氣循環，溫控，時控等. (5). 注意事項注意事項 不管是機印或手印皆要注意下列幾個重點不管是機印或手印皆要注意下列幾個重點 括刀行進的角度，包括與版面及平面的角度，括刀行進的角度，包括與版面及平面的角度， 須不須要回墨須不須要回墨. 固定片數要洗紙固定片數要洗紙,避免陰影避免陰影. 待印板面要保持待印板面要保持清潔潔 每印刷固定片數要抽檢一片依每印刷固定片數要抽檢一片依 check list 檢驗品質檢驗品質. 4.2.2.2乾膜法乾膜法 更詳細製程解說請參讀外層製作更詳細製程解說請參讀外層製作.本節就幾個內層製作上應注意事項加以分析本節就幾個內層製作上應注意事項加以分析. A. 一般壓膜機一般壓膜機(Laminator)對於對於0.1mm厚以上的薄板還不成問題厚以上的薄板還不成問題,只是膜皺要多注意只是膜皺要多注意 B. 曝光時注意曝光時注意真空度空度 C. 曝光機臺的平坦度曝光機臺的平坦度 D. 顯影時顯影時Break point 維持維持5070% ,溫度溫度30+_2,須須 auto dosing. 4.2.3 蝕刻蝕刻 現業界用於蝕刻的化學藥液種類，常見者有兩種，一是酸性現業界用於蝕刻的化學藥液種類，常見者有兩種，一是酸性氯化銅化銅(CaCl2)、 蝕刻蝕刻 液，一種是液，一種是鹼性性氨水蝕刻液。水蝕刻液。 兩種化學藥液的比較，見表兩種化學藥液的比較，見表氨水蝕刻液水蝕刻液& 氯化銅蝕刻液比較化銅蝕刻液比較兩種藥液的選擇，視影像轉移製程中，兩種藥液的選擇，視影像轉移製程中，Resist是抗電鍍之用或抗蝕刻之用。在是抗電鍍之用或抗蝕刻之用。在內層製程中內層製程中D/F或油墨是作或油墨是作為抗蝕刻之用，因此大部抗蝕刻之用，因此大部份選擇酸性蝕刻。外層製程中，若選擇酸性蝕刻。外層製程中，若為傳統負片流程，傳統負片流程，D/F僅是抗電鍍，在蝕刻前會被剝除。其抗蝕刻層是僅是抗電鍍，在蝕刻前會被剝除。其抗蝕刻層是鍚鉛合金或純鉛合金或純鍚，故一定要用故一定要用鹼性蝕刻液，以免傷及抗蝕刻金屬層。性蝕刻液，以免傷及抗蝕刻金屬層。 B操作條件見表操作條件見表為兩種蝕刻液的操作條件兩種蝕刻液的操作條件 C. 設備及藥液控制設備及藥液控制 兩種兩種 Etchant 對大部對大部份的金屬都是具腐蝕性，所以蝕刻槽通常都用塑膠，如的金屬都是具腐蝕性，所以蝕刻槽通常都用塑膠，如 PVC (Poly Vinyl chloride)或或PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金屬是唯一可使用之金屬是鈦 (Ti)。為了得到了得到很好的蝕刻品質最筆直的線路側壁很好的蝕刻品質最筆直的線路側壁,(衡量標準衡量標準為蝕刻因子蝕刻因子etching factor其定義見圖其定義見圖4.3)，不同的理論有不同的觀點，且可能相衝突。但有一點卻是不變的基本觀念，那就，不同的理論有不同的觀點，且可能相衝突。但有一點卻是不變的基本觀念，那就是以最快速度的讓欲蝕刻銅表面接觸愈多新鮮的蝕刻液。因是以最快速度的讓欲蝕刻銅表面接觸愈多新鮮的蝕刻液。因為作用之蝕刻液作用之蝕刻液Cu+濃度增濃度增高降低了蝕刻速度，須迅速補充新液以維持速度。在做良好的設備設計規劃之前，就必高降低了蝕刻速度，須迅速補充新液以維持速度。在做良好的設備設計規劃之前，就必須先了解及分析蝕銅過程的化學反應。本章須先了解及分析蝕銅過程的化學反應。本章為內層製作所以探討酸性蝕刻內層製作所以探討酸性蝕刻,鹼性蝕刻則於性蝕刻則於第十章再介紹第十章再介紹. a. CuCl2酸性蝕刻反應過程之分析酸性蝕刻反應過程之分析 銅可以三種銅可以三種氧化狀態存在，原子形成化狀態存在，原子形成Cu,藍色離子的藍色離子的Cu+以及較不常見以及較不常見 的亞銅的亞銅離子離子Cu+。金屬銅可在銅溶液中被金屬銅可在銅溶液中被氧化而溶解，見下面反應式（化而溶解，見下面反應式（1） Cu+Cu+2 Cu+ - (1) B阻劑阻劑銅線路銅線路DAC基板基板Undercut/Side=(B-A)/2Etching Factor=D/C在酸性蝕刻的再生系統，就是將在酸性蝕刻的再生系統，就是將Cu+氧化成化成Cu+,因此使蝕刻液能將更多的金屬因此使蝕刻液能將更多的金屬 銅咬蝕掉。以下是更詳細的反應機構的說明。銅咬蝕掉。以下是更詳細的反應機構的說明。 b. 反應機構反應機構 直覺的聯想，在直覺的聯想，在氯化銅酸性蝕刻液中，化銅酸性蝕刻液中，Cu+ 及及Cu+應是以應是以CuCl2 及及CuCl存存 在才在才 對，但事實非完全正確，兩者事實上是以和對，但事實非完全正確，兩者事實上是以和HCl形成的一龐大錯化物存形成的一龐大錯化物存 在的：在的： Cu + H2CuCl4 +2HCl 2H2CuCl3 - (2) 金屬銅金屬銅 銅離子銅離子 亞銅離子亞銅離子 其中其中H2CuCl4實際是實際是CuCl2+ 2HCl 2H2CuCl3實際是實際是CuCl+ 2HCl 在反應式在反應式(2)中可知中可知HCl是消耗品。即使是消耗品。即使(2)式已有些複雜，但式已有些複雜，但它仍是以下兩個反仍是以下兩個反 應式的簡式而已。應式的簡式而已。 Cu+ H2CuCl4 2H2CuCl3 + CuCl (不溶不溶) - (3) CuCl+ 2HCl 2H2CuCl3 (可溶可溶) - (4) 式中因式中因產生生CuCl沈澱，會阻止蝕刻反應繼續發生，但因沈澱，會阻止蝕刻反應繼續發生，但因HCl的存在溶解的存在溶解 CuCl，維維 持了蝕刻的進行。由此可看出持了蝕刻的進行。由此可看出HCl是是氯化銅蝕刻中的消耗品，而且是蝕化銅蝕刻中的消耗品，而且是蝕 刻速度控制的重要化學品。刻速度控制的重要化學品。 雖然增加雖然增加HCl的濃度往往可加快蝕刻速度，但亦可能發生下述的缺點。的濃度往往可加快蝕刻速度，但亦可能發生下述的缺點。 1. 側蝕側蝕 (undercut ) 增大，或者增大，或者etching factor降低。降低。 2. 若補充藥液是使用若補充藥液是使用氯化化鈉，則有可能，則有可能產生生氯氣，對人體有害。氣，對人體有害。 3. 有可能因此補充過多的有可能因此補充過多的氧化劑化劑 (H2O2)，而攻擊而攻擊鈦金屬金屬H2O2 。 c.自動監控添加系統自動監控添加系統. 目前使用目前使用CuCl2酸性蝕銅水平設備者酸性蝕銅水平設備者,大半都裝置大半都裝置Auto dosing設備設備,以維持蝕銅速率以維持蝕銅速率,控制因子有五控制因子有五: 1. 比重比重 2. HCl 3. H2O2 4. 溫度溫度 5. 蝕刻速度蝕刻速度 4.2.4 剝膜剝膜 剝膜在剝膜在pcb製程中，有兩個製程中，有兩個step會使用，一是內層線路蝕刻後之會使用，一是內層線路蝕刻後之D/F剝除，二剝除，二 是外層是外層線路蝕刻前線路蝕刻前D/F剝除剝除(若外層製作若外層製作為負片製程負片製程)D/F的剝除是一單純簡易的製程，一般皆使的剝除是一單純簡易的製程，一般皆使用連線水平設備，其使用之化學藥液多用連線水平設備，其使用之化學藥液多為NaOH或或KOH濃度在濃度在13%重量比。注意事項如重量比。注意事項如下：下： A. 硬化後之乾膜在此溶液下部硬化後之乾膜在此溶液下部份溶解，部溶解，部份剝成片狀，剝成片狀，為維持藥液的效果及後水維持藥液的效果及後水 洗能徹底，過濾系統的效能非常重要洗能徹底，過濾系統的效能非常重要. B. 有些設備設計了輕刷或超音波攪拌來確保剝膜的徹底，尤其是在外層蝕刻後的有些設備設計了輕刷或超音波攪拌來確保剝膜的徹底，尤其是在外層蝕刻後的 剝膜剝膜, 線路邊被二次銅微微卡住的乾膜必須被徹底剝下，以免影響線路品質。線路邊被二次銅微微卡住的乾膜必須被徹底剝下，以免影響線路品質。 所以也有在溶液中加入所以也有在溶液中加入BCS幫助溶解，但有違環保，且對人體有害。幫助溶解，但有違環保，且對人體有害。 C. 有文獻指有文獻指K(鉀鉀)會攻擊錫，因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹會攻擊錫，因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹慎評估。剝評估。剝 膜液膜液為鹼性，因此水洗的徹底與否，非常重要，內層之剝膜後有加酸洗中和，性，因此水洗的徹底與否，非常重要，內層之剝膜後有加酸洗中和， 也有防銅面也有防銅面氧化而做化而做氧化處理者。化處理者。 4.2.5對位系統對位系統 4.2.5.1傳統方式傳統方式 A. 四層板內層以三明治方式，將四層板內層以三明治方式，將2.3層底片事先對準層底片事先對準,黏貼於一壓條上黏貼於一壓條上(和內層同厚和內層同厚), 緊貼於曝光緊貼於曝光檯面上，己壓膜內層則放進二底片間面上，己壓膜內層則放進二底片間,靠邊即可進行曝光。見靠邊即可進行曝光。見圖圖4.4 B. 內層先鑽內層先鑽(6層以上層以上)粗對位工具孔粗對位工具孔(含對位孔及方向孔，板內監測孔等含對位孔及方向孔，板內監測孔等),再以雙再以雙 面曝光方式進行內層線路之製作。兩者的對位度好壞，影響成品良率極大，也是面曝光方式進行內層線路之製作。兩者的對位度好壞，影響成品良率極大，也是 M/L對關鍵。對關鍵。 圖4.44.2.5.2蝕後沖孔蝕後沖孔(post Etch Punch)方式方式 A. Pin Lam理論理論 此方法的原理極此方法的原理極為簡單，內層預先沖出簡單，內層預先沖出4個個Slot孔，見圖孔，見圖4.5 ，包括底片，包括底片， prepreg 都沿用此沖孔系統，此都沿用此沖孔系統，此4個個SLOT孔，相對兩組，有一組不對稱，可防止套反。每孔，相對兩組，有一組不對稱，可防止套反。每 個個SLOT孔當置放圓孔當置放圓PIN後，因受溫壓會有變形時，仍能自由的左右、上下伸展，後，因受溫壓會有變形時，仍能自由的左右、上下伸展， 但中心不變，故不會有應力但中心不變，故不會有應力產生。待冷卻，壓力釋放後，又回復原尺寸，是一頗佳生。待冷卻，壓力釋放後，又回復原尺寸，是一頗佳 的對位系統。的對位系統。 B. Mass Lam System 沿用上一觀念沿用上一觀念Multiline發展出發展出蝕後沖孔蝕後沖孔式的式的PPS系統，其作業重點如下：系統，其作業重點如下： 1.透過透過CAM在工作底片長方向邊緣處做兩在工作底片長方向邊緣處做兩“光學光學靶點點”(Optical Target)以及四角落以及四角落 之之pads見見圖圖4.6 2.將上、下底片仔細對準固定後，如三明治做法，做曝光、顯影蝕刻，剝膜等步將上、下底片仔細對準固定後，如三明治做法，做曝光、顯影蝕刻，剝膜等步 。 圖4.5圖4.6 3.蝕刻後已有兩光學蝕刻後已有兩光學靶點的內層板，放進點的內層板，放進Optiline PE機器上，讓機器上，讓CCD瞄準該光學準該光學 點，依各廠自行設定，沖出板邊點，依各廠自行設定，沖出板邊4個個Slot孔或其孔或其它圖形工具孔。如圖形工具孔。如圖圖4.7 4.若是圓形工具孔、即當做若是圓形工具孔、即當做鉚釘孔，內層黑化後，即可以釘孔，內層黑化後，即可以鉚釘將內層及膠片釘將內層及膠片鉚合合 冊，再去進行無梢壓板。冊，再去進行無梢壓板。 圖4.74.2.5.2各層間的對準度各層間的對準度 A. 同心圓的觀念同心圓的觀念 a. 利用輔助同心圓，可利用輔助同心圓，可check內層上、下的對位度內層上、下的對位度 b. 不同內層同心圓的偏位表示壓合時候的不同內層同心圓的偏位表示壓合時候的Shift滑動滑動 B. 設計原則設計原則 a.見圖見圖4.8 所示所示 b.同心圓之設計，其間距同心圓之設計，其間距為4mil，亦是各層間可容許的對位偏差亦是各層間可容許的對位偏差,若超出同心若超出同心 圓以外，則此片可能不良。圓以外，則此片可能不良。 c.因壓合有因壓合有Resin Cure過程故過程故pattern必須有預先放大的設計才能符合最終必須有預先放大的設計才能符合最終產品品 尺寸需求。尺寸需求。 4.3 內層檢測內層檢測 AOI(簡單線路採目視簡單線路採目視) 電測電測(修補修補)確認確認 內層板線路成完後內層板線路成完後,必須保證通路及必須保證通路及絕緣的緣的完整性完整性(integrity),即如同單面板一樣先要仔細檢即如同單面板一樣先要仔細檢查。因一旦完成壓合後。因一旦完成壓合後,不幸仍有缺陷時不幸仍有缺陷時,則則已已為時太時太晚,對於高層次板子而言更是必須先逐一保證其各層品質之良好對於高層次板子而言更是必須先逐一保證其各層品質之良好,始能進行壓合始能進行壓合,由於由於高層板漸多高層板漸多,內層板的負擔加重內層板的負擔加重,且線路愈來愈細且線路愈來愈細,萬一有漏失將會造成壓合後的萬一有漏失將會造成壓合後的昂貴損失貴損失.傳統傳統目視外目視外,自動光學檢自動光學檢查(AOI)之使用在大廠中已非常普遍之使用在大廠中已非常普遍,利用電腦將原圖案牢記利用電腦將原圖案牢記,再配合特殊再配合特殊波長光線的掃波長光線的掃瞄,而快速完美對各層板詳作檢而快速完美對各層板詳作檢查。但。但AOI有其極限有其極限,例如細斷路及漏電例如細斷路及漏電(Leakage)很難找出很難找出,故各廠漸增加短、斷路電性測試。故各廠漸增加短、斷路電性測試。AOI及測試後面有專題及測試後面有專題,在此不詳述在此不詳述. A.同心圓d = 4 mil圖 4.8123456大小差異4mil的同心圓可check出何層以及何製程之對位問題五五.壓合壓合5.1. 製程目的製程目的:將銅箔將銅箔(Copper Foil),膠片膠片(Prepreg)與與氧化處理化處理(Oxidation)後的內層線路後的內層線路板板,壓合成多層基板壓合成多層基板.本章仍介紹本章仍介紹氧化處理化處理,但未來因成本及縮短流程考量但未來因成本及縮短流程考量,取代製取代製程會逐漸普遍程會逐漸普遍. 5.2. 壓合流程壓合流程,如下如下圖圖5.1:5.3. 各製程說明各製程說明5.3.1 內層內層氧化處理化處理(Black/Brown Oxide Treatment) 5.3.1.1 氧化反應化反應 A. 增加與樹脂接觸的表面積增加與樹脂接觸的表面積,加加強二者之間的附著力二者之間的附著力(Adhesion).B. 增加銅面對流動樹脂之潤濕性增加銅面對流動樹脂之潤濕性,使樹脂能流入各死角而在硬化後有更使樹脂能流入各死角而在硬化後有更強 的的抓地力。地力。C. 在裸銅表面在裸銅表面產生一層緻密的鈍化層生一層緻密的鈍化層(Passivation)以阻以阻絕高溫下液態樹高溫下液態樹 脂中脂中胺類類(Amine)對銅面的影響。對銅面的影響。內內層層氧氧化化處處理理疊疊板板壓壓合合後後 處處 理理圖5.15.3.1.2. 還原反應還原反應 目的在增加氣化層之抗酸性，並剪短絨毛高度至恰當水準以使樹脂易目的在增加氣化層之抗酸性，並剪短絨毛高度至恰當水準以使樹脂易於於填充並能減少粉紅圈充並能減少粉紅圈( pink ring )的發生。的發生。5.3.1.3. 黑化及棕化標準配方黑化及棕化標準配方: 表一般配方及其操作條件表一般配方及其操作條件 上表中之亞上表中之亞氯酸酸鈉為主要主要氧化劑化劑,其餘二者其餘二者為安定劑安定劑,其其氧化反應式。化反應式。此三式是金屬銅與亞此三式是金屬銅與亞氯酸酸鈉所釋放出的初生態所釋放出的初生態氧先生成中間體先生成中間體氧化亞銅化亞銅,2Cu+O Cu2O,再繼續反應成再繼續反應成為氧化銅化銅CuO,若反應能徹底到達二價銅的境若反應能徹底到達二價銅的境界界,則呈現黑巧克力色之則呈現黑巧克力色之棕棕氧化化層層,若層膜中若層膜中尚含有部含有部份一價亞銅時則呈現一價亞銅時則呈現無光澤的墨黑色的無光澤的墨黑色的黑黑氧化化層。層。5.3.1.4. 製程操作條件製程操作條件( 一般代表一般代表 ),典型典型氧化流程及條件。化流程及條件。槽位槽位 操作溫度操作溫度 操作時間操作時間 槽液組成槽液組成(參考參考) 主要功能主要功能鹼洗 605oC 3 5 A : 185% 1.去除油膠質(degrease) 2.銅層表面親水處理水洗酸浸 605oC 3 5 H2SO4 : 185% 調整板面至酸性操作環境水洗 H2SO4 : 123% H2O2 : 41% 微蝕 413oC 2 B : 0.5% 提高銅表面粗糙度 C : 4%水洗氧化 803oC 4 6 D : 223% 1.將銅層表面生成黑色絨毛增強銅 E : 7.50.8% 層表面與膠片之結合力 2.防止金屬銅與FR-4中之Dicys 在高 溫發生氣化反應生成H2O與CuO水洗還原 252oC 4 6 F 將CuO還原成Cu2O以提高氧化層 G 之耐酸性預浸 255oC 1 2 F : 1.0 0.5% 1.酸鹼中和,提高鹼性操作環境 2. 使氧化層顏色均勻水洗抗氧化 255oC 2 3v H 1.防止Cu2O在高溫下氧化成CuO 熱水洗 605oC 4 去除殘餘鹼液吹 乾 805oC 5.3.1.5 棕化與黑化的比較棕化與黑化的比較A. 黑化層因液中存有高黑化層因液中存有高鹼度而雜有度而雜有Cu2O,此物容易形成長針狀或羽毛狀結晶。此物容易形成長針狀或羽毛狀結晶。此種亞銅之長針在高溫下容易折斷而大大影響銅與樹脂間的附著力此種亞銅之長針在高溫下容易折斷而大大影響銅與樹脂間的附著力,並隨流膠並隨流膠而使黑點流散在板中形成電性問題而使黑點流散在板中形成電性問題,而且也容易出現水而且也容易出現水份而形成高熱後局部的而形成高熱後局部的分層爆板。棕化層則呈碎石狀瘤狀結晶貼銅面分層爆板。棕化層則呈碎石狀瘤狀結晶貼銅面,其結構緊密無疏孔其結構緊密無疏孔,與膠片間附與膠片間附著力遠超過黑化層著力遠超過黑化層,不受高溫高壓的影響不受高溫高壓的影響,成成為聚亞醯聚亞醯胺多層板必須的製程。多層板必須的製程。 B. 黑化層較厚黑化層較厚,經經PTH後常會發生粉紅圈後常會發生粉紅圈(Pink ring),這是因這是因PTH中的微蝕或活中的微蝕或活化或速化液攻入黑化層而將之還原露出原銅色之故。棕化層則因厚度很薄化或速化液攻入黑化層而將之還原露出原銅色之故。棕化層則因厚度很薄.較較不會生成粉紅圈。內層基板銅箔毛面經不會生成粉紅圈。內層基板銅箔毛面經鋅化處理與底材化處理與底材抓的很牢的很牢,但光面的黑但光面的黑化層卻容易受酸液之側攻而現出銅之原色化層卻容易受酸液之側攻而現出銅之原色,見見圖圖5.2. 圖5.2C. 黑化因結晶較長厚度較厚故其覆蓋性比棕化要好黑化因結晶較長厚度較厚故其覆蓋性比棕化要好,一般銅面的瑕一般銅面的瑕疪較容易較容易蓋過去而能得到色澤均勻的外表。棕化則常因銅面前處理不蓋過去而能得到色澤均勻的外表。棕化則常因銅面前處理不夠完美而出現完美而出現斑駁不齊的外觀斑駁不齊的外觀,常不常不為品管人員所認同。不過處理時間長或溫度高一些會品管人員所認同。不過處理時間長或溫度高一些會比較均勻。事實上此種外觀之不均勻並不會影響其優良之剝離比較均勻。事實上此種外觀之不均勻並不會影響其優良之剝離強度度(Peel Strength).一般商品常加有厚度仰制劑一般商品常加有厚度仰制劑(Self-Limiting)及防止紅圈之封護劑及防止紅圈之封護劑(Sealer)使能耐酸等使能耐酸等,則棕化之性能會更形突出。則棕化之性能會更形突出。表表5.4顯示同樣時間及溫度下顯示同樣時間及溫度下,不同濃度不同濃度氧化槽液化槽液,其其氧化層化層顏色色,顆粒大小顆粒大小及厚度變化及厚度變化Sodium chloride,oz/gal (g/l)NaClO2 Sodium hydroxideNaOH 顏色顏色 結晶結晶大小大小(microns) 氧化膜重氧化膜重mg/in2(mg/cm2) 20.6 - 23.4(150 -170)1.1 - 2.6(8-15)紅紅 棕棕0.2 - 0.50.65 (0.1)19.3 - 22(140 -160)1.0 - 3.4(12-25)棕棕 色色 0.4 - 1.00.65-1.6 (0.1-0.25)16.5-19.3(120 -140)3.4 - 7.1(25-50)黑黑 色色 0.8 - 2.01.6-2.9 (0.2-0.45)5.3.1.6製程說明製程說明 內層板完成蝕刻後需用內層板完成蝕刻後需用鹼液除去乾膜或油墨阻劑液除去乾膜或油墨阻劑,經烘乾後要做檢修經烘乾後要做檢修,測試測試,之後才進入之後才進入氧化製程。此製程主要有化製程。此製程主要有鹼洗、酸浸洗、酸浸,微蝕、預浸、微蝕、預浸、氧化化,還原還原,抗抗氧化及後化及後清洗吹乾等步驟洗吹乾等步驟,現分述於後現分述於後: A. 鹼性性清洗洗- 也有使用酸洗也有使用酸洗.市售有多種專業的化藥市售有多種專業的化藥,能能清除手指紋、油脂除手指紋、油脂 ,scum或有機物。或有機物。B. 酸浸酸浸-調整板面調整板面PH,若之前若之前為酸洗酸洗,則可跳過此步驟則可跳過此步驟.C. 微蝕微蝕- 微蝕主要目的是蝕出銅箔之柱狀結晶組織微蝕主要目的是蝕出銅箔之柱狀結晶組織(grain structure)來增來增 加表面積加表面積,增加增加氧化化 後對膠片的後對膠片的抓地力。通常此一微蝕深度以地力。通常此一微蝕深度以50-70微英微英 吋吋為宜。微蝕對棕化層的宜。微蝕對棕化層的顏色均勻上非常重要色均勻上非常重要, D. 預浸中和預浸中和 - 板子經徹底水洗後板子經徹底水洗後,在進入高溫在進入高溫強鹼之之氧化處理前宜先做板面化處理前宜先做板面 調整調整 ,使新鮮的銅使新鮮的銅 面生成面生成- 暗紅色的預處理暗紅色的預處理,並能檢並能檢查到是否仍有殘膜到是否仍有殘膜 未除盡的亮點存在。未除盡的亮點存在。 E. 氧化處理化處理-市售的商品多分市售的商品多分為兩液兩液,其一其一為氧化劑常含以亞化劑常含以亞氯酸酸鈉為主主,另另 一一為氫氧化化鈉及添加物及添加物,使用時按比例調配加水加溫即可。通常使用時按比例調配加水加溫即可。通常氫氧化化鈉 在高溫及攪動下容易與空氣中的二在高溫及攪動下容易與空氣中的二氧化化碳形成形成碳酸酸鈉而顯現出消耗很多而顯現出消耗很多 的情況的情況,因因鹼度的降低常使棕化的度的降低常使棕化的顏色變淺或不均勻色變淺或不均勻,宜分析及補充其不宜分析及補充其不 足。溫度的均勻性也是影響足。溫度的均勻性也是影響顏色原因之一色原因之一,加熱器不能用石英加熱器不能用石英,因高溫因高溫強鹼 會使矽化物溶解。操作時最好讓槽液能合理的流動及交換。會使矽化物溶解。操作時最好讓槽液能合理的流動及交換。 F. 還原此步驟的應用影響後面壓合成敗甚鉅還原此步驟的應用影響後面壓合成敗甚鉅. G. 抗抗氧化此步驟能讓板子的信賴度更好化此步驟能讓板子的信賴度更好,但視但視產品層次品層次,不一定都有此不一定都有此 步驟步驟. H. 後後清洗及乾燥洗及乾燥-要將完成處理的板子立即浸入熱水要將完成處理的板子立即浸入熱水清洗洗,以防止殘留藥以防止殘留藥 液在空氣中乾涸在板面液在空氣中乾涸在板面 上而不易洗掉上而不易洗掉,經熱水徹底洗淨後經熱水徹底洗淨後,才才真正完工正完工 。 5.3.1.7 設備設備氧化處理並非製程中最大的化處理並非製程中最大的瓶頸頸,大部分仍用傳統的浸槽式獨臂或龍門大部分仍用傳統的浸槽式獨臂或龍門吊車的輸送。所建立的槽液無需太大量吊車的輸送。所建立的槽液無需太大量,以便於更換或補充以便於更換或補充,建槽材料以建槽材料以CPVC或或PP都可以。都可以。水平連續自動輸送的處理方式水平連續自動輸送的處理方式,對於薄板很適合對於薄板很適合,可解決可解決RACK及板彎翹的及板彎翹的情形情形.水平方式可分水平方式可分為噴液法噴液法(Spray)及溢流法及溢流法(Flood),前者的設備前者的設備昂貴貴,溫度溫度控制不易控制不易,又因大量與空氣混合造成更容易沉澱的現象又因大量與空氣混合造成更容易沉澱的現象,為縮短板子在噴室停縮短板子在噴室停留的時間留的時間,氧化液中多加有加速劑化液中多加有加速劑(Accelerator)使得槽液不使得槽液不夠穩定穩定.溢流法使溢流法使用者較多用者較多 .5.3.1.8氧化線生化線生產品質控制重點品質控制重點 A.檢測方法及管制範圍檢測方法及管制範圍 a.氧化量化量(o/w)之測定管制範圍：之測定管制範圍：0.30.07（mg/cm2） (1) 取一試片取一試片9cm10cm 1oz規格厚度之銅片，隨流程做規格厚度之銅片，隨流程做氧化處理。化處理。 (2) 將將氧化處理後之試片置於化處理後之試片置於130之之烤箱中烘箱中烘烤10min.去除水分，置於密閉去除水分，置於密閉 容器冷卻至室溫，稱重得重量容器冷卻至室溫，稱重得重量w1(g)。 (3) 試片置於試片置於20%H2SO4中約中約10min去除去除氧化表層，重覆上一步驟，稱重得重化表層，重覆上一步驟，稱重得重量量 w2(g) (4) 計算公式：計算公式： O/W = （W1-W29102）1000 又稱又稱weight gain,一般在一般在In-processQC會用此法會用此法 b.剝離剝離強度度( Peel Strength )之測定（管制範圍：之測定（管制範圍：48 lb/in） (1) 取一試片取一試片1oz規格厚度之銅箔基板，做規格厚度之銅箔基板，做氧化處理後圖化處理後圖-做疊板做疊板(lay up)後後 做壓合處理。做壓合處理。 (2) 取一取一1cm寬之試片，做剝離拉力測試，得出剝離寬之試片，做剝離拉力測試，得出剝離強度度(依使用設備計算依使用設備計算).c.蝕刻銅量蝕刻銅量(Etch Amount) 之測定（管制範圍：之測定（管制範圍：7030u in） (1) 取一試片取一試片9cm10cm 1oz規格厚度之銅片，置於規格厚度之銅片，置於130之之烤箱中烘箱中烘 烤10min去除水去除水份，置於密閉容器中冷卻至室溫，稱重量得，置於密閉容器中冷卻至室溫，稱重量得 w1(g) (2) 將試片置於微蝕槽中約將試片置於微蝕槽中約218“(依各廠實際作業時間依各廠實際作業時間)，做水洗處，做水洗處 理後，重覆上一個步驟，稱得重量理後，重覆上一個步驟，稱得重量w2(g)。 (3) 計算公式：計算公式：d.氧化後抽檢板子以無亮點化後抽檢板子以無亮點為判斷標準判斷標準 E/A = W1 -W2 X 244.11 1 8.96/cm3 x 10cmx9cmx2 2.54cm/inX 106 =244.1X 5.3.2 疊板疊板 進壓合機之前進壓合機之前,需將各多層板使用原料準備好需將各多層板使用原料準備好,以便疊板以便疊板(Lay-up)作業作業.除除已已氧化處理之內層外化處理之內層外,尚需膠片需膠片(Prepreg),銅箔銅箔(Copper foil),以下就以下就敘述其述其規格種類及作業規格種類及作業: 5.3.2.1 P/P(Prepreg)之規格之規格P/P的選用要考慮下列事項的選用要考慮下列事項: 絕緣層厚度緣層厚度 內層銅厚內層銅厚 樹脂含量樹脂含量 內層各層殘留銅面積內層各層殘留銅面積 對稱對稱 最重要還是要替客戶節省成本最重要還是要替客戶節省成本 Glass Style Resin Flow Resin Content Pressed Thickness VolatilePH78 325% 483% 0.00865” 0.50%7628 214% 423% 0.00745” 0.75%1506 285% 483% 0.00619” 0.60%2116 315% 523% 0.00459” 0.75%1080 405% 623% 0.00277” 1.00%106 505% 723% 0.00210” 15 5 4.5 4.5厚度厚度(mil)重量重量(oz)抗張力抗張力(KLb/in2)伸率伸率 (%)Class 1NormalH.T.E.NormalH.T.E.1/2 OZ/ft2 0.70.15 5% 15 15 4.5 4.51 OZ/ft2 1.40.2 5% 30 20 6.0 102 OZ/ft2 2.80.3 5% 30 20 10 10XXXA. 組合的原則組合的原則 組合的方法依客戶之規格要求有多種選擇組合的方法依客戶之規格要求有多種選擇,考量對稱考量對稱,銅厚銅厚,樹脂含量樹脂含量,流量流量等以最低成本達品質要求等以最低成本達品質要求: (a) 其基本原則是兩銅箔或導體層間的其基本原則是兩銅箔或導體層間的絕緣介質層至少要兩張膠片所組成緣介質層至少要兩張膠片所組成, 而且其壓合後之厚度不得低於而且其壓合後之厚度不得低於3.5 mil(已有更尖端板的要求更薄於此已有更尖端板的要求更薄於此 ),以防銅箔直接壓在玻璃布上形成介電常數太大之以防銅箔直接壓在玻璃布上形成介電常數太大之絕緣不良情形緣不良情形,而而 且附著力也不好。且附著力也不好。 (b) 為使流膠能使流膠能夠填滿板內的空隙滿板內的空隙 ,又不要因膠量太多造成偏滑或以後又不要因膠量太多造成偏滑或以後Z方方 向的過度膨脹向的過度膨脹,與銅面接觸的膠片與銅面接觸的膠片,其原始厚度至少要銅厚的兩倍以上其原始厚度至少要銅厚的兩倍以上 才行。最外層與次外層至少要有才行。最外層與次外層至少要有5 mil以保證以保證 絕緣的良好。緣的良好。(c) 薄基板及膠片的經緯方向不可混錯薄基板及膠片的經緯方向不可混錯,必須經對經必須經對經,緯對緯緯對緯,以免造成後來以免造成後來 的板翹板的板翹板扭無法補救的結果。膠片的張數一定要上下對稱無法補救的結果。膠片的張數一定要上下對稱,以平衡所以平衡所 產生的應力生的應力。少用已經硬化。少用已經硬化C-Stage的材料來墊補厚度的材料來墊補厚度,此點尤其對厚此點尤其對厚 多層板最多層板最為要緊要緊,以防界面處受熱後分離。在不得及使用時要注意其水以防界面處受熱後分離。在不得及使用時要注意其水 份的烘的烘烤及表面的粗化以增附著力。及表面的粗化以增附著力。(d) 要求阻抗要求阻抗 (Impedance)控制的特殊板控制的特殊板,應改用低稜線應改用低稜線(Low Profile)的銅的銅箔箔,使其毛面使其毛面(Matte side)之峰谷間垂直相差在之峰谷間垂直相差在6微米以下微米以下,傳統銅皮之差距傳統銅皮之差距則達則達12微米。使用薄銅箔時與其接壤的膠片流量不可太大微米。使用薄銅箔時與其接壤的膠片流量不可太大,以防無梢大面以防無梢大面積壓板後可能發常生的皺折積壓板後可能發常生的皺折(Wrinkle)。銅箔疊上後要用除塵布在光面上銅箔疊上後要用除塵布在光面上輕輕均勻的擦動輕輕均勻的擦動,一則一則趕走空間氣減少皺折走空間氣減少皺折,二則消除銅面的雜質外物減少二則消除銅面的雜質外物減少後來板面上的凹陷。但務必注意不可觸及毛面以免附著力不良。後來板面上的凹陷。但務必注意不可觸及毛面以免附著力不良。 (e) 選擇好組合方式選擇好組合方式,6層板以上內層及膠片先以層板以上內層及膠片先以鉚釘固定以防壓合時釘固定以防壓合時shift.此處要考慮的是此處要考慮的是鉚釘的選擇釘的選擇(長度長度,深度材質深度材質),以及以及鉚釘機的操作釘機的操作(固定的緊固定的緊密程度密程度)等等.C. 疊板環境及人員疊板環境及人員疊板現場溫度要控制在疊板現場溫度要控制在202,相對濕度應在相對濕度應在50% 5% ,人員要穿著連身人員要穿著連身裝之抗靜電服裝、戴裝之抗靜電服裝、戴罩帽、手套、口帽、手套、口罩(目的在防止皮膚接觸及濕氣目的在防止皮膚接觸及濕氣),布鞋布鞋,進入室內前要先經空氣吹浴進入室內前要先經空氣吹浴30秒秒,私人物品不宜帶入私人物品不宜帶入,入口處更要在地面上入口處更要在地面上設一膠墊以黏鞋設一膠墊以黏鞋 底底污物。膠片自冷藏庫取出及剪裁完成後要在室內穩定物。膠片自冷藏庫取出及剪裁完成後要在室內穩定至少至少24小時才能用做疊置。完成疊置的組合要在小時才能用做疊置。完成疊置的組合要在1小時以內完成上機壓合。小時以內完成上機壓合。若有抽若有抽真空裝置空裝置 ,應在壓合前先抽一段時間應在壓合前先抽一段時間,以以趕走水氣。膠片中濕氣太大走水氣。膠片中濕氣太大時會造成時會造成Tg降低及不易硬化現象。降低及不易硬化現象。 D.疊板法疊板法 (a) 無梢壓板法無梢壓板法-此法每一個開口中每個隔板間的多層板散冊要上下左右對準此法每一個開口中每個隔板間的多層板散冊要上下左右對準,而且各隔板間也而且各隔板間也絕對要上下對準對要上下對準,自然整個壓床之各開口間也要對準在中心位自然整個壓床之各開口間也要對準在中心位置。對準的方式有兩種方式置。對準的方式有兩種方式: 一種是投影燈式一種是投影燈式,在疊板台正上方裝一投影機在疊板台正上方裝一投影機,先將先將鋁載板放在定位並加上載板放在定位並加上牛皮紙牛皮紙,將光影按板冊之尺寸投影在將光影按板冊之尺寸投影在鋁板上板上,再將各板冊之內容及隔板逐一疊齊再將各板冊之內容及隔板逐一疊齊,最後再壓上牛皮紙及最後再壓上牛皮紙及鋁蓋板即完成一個開口間的組合。蓋板即完成一個開口間的組合。 另一種是無投影燈時另一種是無投影燈時,將板冊之各材料每邊找出中點來將板冊之各材料每邊找出中點來,鋁皮鋼板也找出中皮鋼板也找出中點點,也可進行上下對準。也可進行上下對準。 六層板則先將六層板則先將2個內層雙面板分別鑽出個內層雙面板分別鑽出鉚釘孔釘孔,每片雙面板的四個每片雙面板的四個鉚釘孔釘孔要與板內各孔及線要與板內各孔及線 路有路有絕對準確的關係再取已有對準確的關係再取已有鉚釘梢的樣板套在所用夾心釘梢的樣板套在所用夾心的膠片的膠片,此等膠片已有稍大一點的此等膠片已有稍大一點的 鉚孔孔,於是小心將四邊中心的於是小心將四邊中心的鉚釘孔對準並套釘孔對準並套上上鉚釘釘,再小心用沖釘器把四個再小心用沖釘器把四個鉚釘逐一沖開壓釘逐一沖開壓 扁而將兩內層及其間的膠片夾扁而將兩內層及其間的膠片夾死死,其上下兩面再疊上膠片及銅箔如四層板一樣去壓合。此時可用其上下兩面再疊上膠片及銅箔如四層板一樣去壓合。此時可用X光檢光檢查兩薄兩薄內層板間的對準情形再進行壓合或折掉重內層板間的對準情形再進行壓合或折掉重鉚。一般六層板只在第二層上做出。一般六層板只在第二層上做出箭箭靶即可。層間對位方式另參考內層製作檢驗即可。層間對位方式另參考內層製作檢驗. (b) 有梢套孔疊置有梢套孔疊置-將已精準鑽出的工具孔的內層一一套在下載將已精準鑽出的工具孔的內層一一套在下載鋁板定位梢上板定位梢上,並並套上沖孔較大的膠片、牛皮紙、脫模紙、隔皮等。套上沖孔較大的膠片、牛皮紙、脫模紙、隔皮等。(c)壓力艙式疊置法壓力艙式疊置法-將板冊內容按上無梢法疊將板冊內容按上無梢法疊鋁載板上載板上,此載板與液壓法不同此載板與液壓法不同,其其反面有導氣的井字形溝槽反面有導氣的井字形溝槽,正面平坦用以承載板冊正面平坦用以承載板冊,連同隔板以多孔性的毯子包連同隔板以多孔性的毯子包住放在導氣板上住放在導氣板上,外面再包以兩層防漏外面再包以兩層防漏絕氣特殊隔膜氣特殊隔膜,最後以有彈性可耐壓的特最後以有彈性可耐壓的特殊膠帶將隔膜四周貼合氣板上殊膠帶將隔膜四周貼合氣板上,推入壓力艙內推入壓力艙內,關上門後先把包裹內抽至極低之關上門後先把包裹內抽至極低之氣壓使板冊死處的藏氣都被抽出氣壓使板冊死處的藏氣都被抽出,再於艙內壓入高溫的二再於艙內壓入高溫的二氧化化碳或或氮氣至氣至150-200PSI,進行進行真空壓合。空壓合。 5.3.3 壓合製程操作壓合製程操作 5.3.3.1壓合機種類壓合機種類壓合機依其作動原理不同可分壓合機依其作動原理不同可分為三大類三大類:A.艙壓式壓合機艙壓式壓合機(Autoclave):壓合機構造壓合機構造為密閉艙體，外艙加壓、內袋抽密閉艙體，外艙加壓、內袋抽真空受熱壓合成型，各層板材所空受熱壓合成型，各層板材所 承受之熱力與壓力，來自四面八方加壓加溫之惰性氣體，其基本構造如承受之熱力與壓力，來自四面八方加壓加溫之惰性氣體，其基本構造如 下下圖圖5.4 優點優點: 因壓力熱力來自於四面八方，故其成品板厚均勻、流膠小。因壓力熱力來自於四面八方，故其成品板厚均勻、流膠小。 可使用於高樓層可使用於高樓層 缺點缺點: 設備構造複雜，成本高，且設備構造複雜，成本高，且產量小。量小。 圖5.4B.液壓式壓合機（液壓式壓合機（Hydraulic）液壓式壓合機構造有液壓式壓合機構造有真空式與常壓式，其各層開口之板材夾於上下兩熱壓空式與常壓式，其各層開口之板材夾於上下兩熱壓盤問，壓力由下往上壓，熱力藉由上下熱壓盤加熱傳至板材。其基本構造如下盤問，壓力由下往上壓，熱力藉由上下熱壓盤加熱傳至板材。其基本構造如下圖圖5.5 優點優點:a.設備構造簡單，成本低，且設備構造簡單，成本低，且產量大。量大。 b.可加裝可加裝真空設備，有利排氣及流膠空設備，有利排氣及流膠 缺點缺點: 板邊流膠量較大，板厚較不均勻。板邊流膠量較大，板厚較不均勻。 圖圖 5.5高密閉外框高密閉外框抽抽 氣氣C. ADARA SYSTEM Cedal 壓合機壓合機 Cedal為一革命性壓合機，其作動原理一革命性壓合機，其作動原理為在一密閉在一密閉真空艙體中，利用空艙體中，利用連續卷狀銅箔疊板，在兩端通電流連續卷狀銅箔疊板，在兩端通電流,因其電阻使銅箔因其電阻使銅箔產生高溫生高溫,加熱加熱Prepreg，用熱用熱傳係數低之材質做壓盤，藉由上方加壓，達到壓合效果，因其利用夾層中之銅箔傳係數低之材質做壓盤，藉由上方加壓，達到壓合效果，因其利用夾層中之銅箔加熱，所以受熱均勻、內外層溫差小，受壓均勻，比傳統式壓合機省能源，故其加熱，所以受熱均勻、內外層溫差小，受壓均勻，比傳統式壓合機省能源，故其操作成本低廉，其構造如下操作成本低廉，其構造如下圖圖5.6 優點優點: a. 利用上下夾層之銅板箔通電加熱，省能源，操作成本低。利用上下夾層之銅板箔通電加熱，省能源，操作成本低。 b. 內外層溫差小、受熱均勻，內外層溫差小、受熱均勻，產品品質佳。品品質佳。 c. 可加裝可加裝真空設備，有利排氣及流膠。空設備，有利排氣及流膠。 d. Cycle time短約短約4Omin. e. 作業空間減小很多作業空間減小很多. f. 可使用於高樓層可使用於高樓層 缺點缺點: 設備構造複雜，成本高，且單機設備構造複雜，成本高，且單機產量小疊板耗時。量小疊板耗時。圖5.6C-1. Cedal Adara壓合機其加熱方式，壓合機其加熱方式，為利用上下夾層之銅箔通電加熱，其利用上下夾層之銅箔通電加熱，其 Stack結構簡圖見結構簡圖見圖圖5.7圖5.7+-SeparatorMLBCopper foil5.3.3.2. 壓合機熱源方式壓合機熱源方式:A.電熱式電熱式: 於壓合機各開口中之壓盤內，安置電加熱器，直接加熱。於壓合機各開口中之壓盤內，安置電加熱器，直接加熱。優點優點: 設備構造簡單，成本低，保養簡易。設備構造簡單，成本低，保養簡易。缺點缺點:a.電力消耗大。電力消耗大。 b.加熱器易加熱器易產生局部高溫，使溫度分佈不均。生局部高溫，使溫度分佈不均。 B.加熱軟水使其加熱軟水使其產生高溫高壓之蒸汽，直接通入熱壓盤。生高溫高壓之蒸汽，直接通入熱壓盤。優點優點: 因水蒸汽之熱傳係數大，熱媒因水蒸汽之熱傳係數大，熱媒為水較便宜。水較便宜。缺點缺點:a.蒸氣鍋爐必需專人操作，設備構造複雜且易銹蝕蒸氣鍋爐必需專人操作，設備構造複雜且易銹蝕,保養麻煩。保養麻煩。 b.高溫高壓操作，危險性高。高溫高壓操作，危險性高。C.藉由耐熱性油類當熱媒，以藉由耐熱性油類當熱媒，以強制對流方式輸送，將熱量以間接方式傳至熱壓盤。制對流方式輸送，將熱量以間接方式傳至熱壓盤。優點優點: 昇溫速率及溫度分佈皆不錯，操作危險性較蒸汽式操作低。昇溫速率及溫度分佈皆不錯，操作危險性較蒸汽式操作低。 缺點缺點: 設備構造複雜，價格不便宜，保養也不易。設備構造複雜，價格不便宜，保養也不易。 D.通電流式通電流式:利用連續卷狀銅箔疊板，在兩端通電流因其電阻使銅箔利用連續卷狀銅箔疊板，在兩端通電流因其電阻使銅箔產生高溫加熱生高溫加熱Prepreg， 用熱傳係數低之材質做壓盤，減少熱流失。用熱傳係數低之材質做壓盤，減少熱流失。優點優點:a.昇溫速率快昇溫速率快(35/min.)、內外層溫差小，及溫度分佈均勻。內外層溫差小，及溫度分佈均勻。 b.省能源，操作成本低廉。省能源，操作成本低廉。缺點缺點:a.構造複雜，設備成本高。構造複雜，設備成本高。 b.產量少。量少。5.3.3.3. 開口開口(Opening)疊板之方式疊板之方式:A.一般壓合機疊板結構一般壓合機疊板結構: 若壓合機有十二個開口，每一開口有上下熱壓盤，共十三個熱壓盤，疊板方式以若壓合機有十二個開口，每一開口有上下熱壓盤，共十三個熱壓盤，疊板方式以鋼質載盤鋼質載盤為底盤，放入十二張牛皮紙及一張銅箔基板，中間以一層鏡面鋼板一層板底盤，放入十二張牛皮紙及一張銅箔基板，中間以一層鏡面鋼板一層板材的方式，疊入十二層板材，上面再加一層鏡面鋼板及一張銅箔基板和十二張牛皮材的方式，疊入十二層板材，上面再加一層鏡面鋼板及一張銅箔基板和十二張牛皮紙，再蓋上鋼質蓋板，其結構如紙，再蓋上鋼質蓋板，其結構如圖圖5.8.圖5.8鋼質蓋板鋼質蓋板十二張牛皮紙十二張牛皮紙十二張牛皮紙十二張牛皮紙鉻鉬鋼質載盤鉻鉬鋼質載盤疊十二層疊十二層電路散材電路散材銅箔基板銅箔基板銅箔基板銅箔基板鏡面鋼板鏡面鋼板A-1 疊板結構各夾層之目的疊板結構各夾層之目的 a. 鋼質載盤鋼質載盤,蓋板蓋板(Press plate): 早期早期為節省成本多用節省成本多用鋁板板,近年來因板子近年來因板子 精密度的提升已漸改成硬化之鋼板精密度的提升已漸改成硬化之鋼板,供均勻傳熱用供均勻傳熱用.b. 鏡面鋼板鏡面鋼板(Separator plate): 因鋼材鋼性高因鋼材鋼性高,可防止表層銅箔皺摺凹陷可防止表層銅箔皺摺凹陷. 與拆板容易。鋼板使用後，如因刮傷表面，或流膠殘留無法去除就應加以與拆板容易。鋼板使用後，如因刮傷表面，或流膠殘留無法去除就應加以 研磨。磨。c.牛皮紙牛皮紙: 因紙質柔軟透氣的特性，可達到緩衝受壓均勻施壓的效果因紙質柔軟透氣的特性，可達到緩衝受壓均勻施壓的效果,且可防且可防 止滑動，因熱傳係數低可延遲熱傳、均勻傳熱之目的。在高溫下操作，牛止滑動，因熱傳係數低可延遲熱傳、均勻傳熱之目的。在高溫下操作，牛 皮紙逐漸失去透氣的特性皮紙逐漸失去透氣的特性,使用三使用三 次後就應更換。次後就應更換。d.銅箔基板銅箔基板:其位於夾層中牛皮紙與鏡面鋼板之間，可防止牛皮紙其位於夾層中牛皮紙與鏡面鋼板之間，可防止牛皮紙碳化後化後污染染 鏡面鋼板或黏在上面，及緩衝受壓均勻施壓。鏡面鋼板或黏在上面，及緩衝受壓均勻施壓。 e.其他有脫模紙其他有脫模紙 (Release sheet)及壓墊及壓墊 (Press pad) Conformal press的運的運 用用,大半都用在軟板大半都用在軟板coverlayer壓合上壓合上. B. CEDAL ADARA 疊板結構與方式疊板結構與方式 :見見圖圖5.9 CEDAL疊板作業依圖疊板作業依圖5.9分四個主要步驟分四個主要步驟,一個一個Stack最多可疊最多可疊65個個Panel,並可並可 利用固定架固定利用固定架固定,其構造圖見圖其構造圖見圖5.10圖5.9圖5.105.3.3.4. 壓合時升溫速率與升壓速率對板子之影響壓合時升溫速率與升壓速率對板子之影響 典型典型Profile見見圖圖 5.11 A.溫度溫度:a.升溫段升溫段:以最適當的升溫速率，控制流膠。以最適當的升溫速率，控制流膠。b.恆溫段恆溫段:提供硬化所需之能量及時間。提供硬化所需之能量及時間。c.降溫段降溫段:逐步冷卻以降低內應力逐步冷卻以降低內應力(Internal stress)減少板彎、板翹減少板彎、板翹(Warp、 Twist)。 B.壓力壓力:a.初壓初壓(吻壓吻壓 Kiss pressure):每冊每冊(Book)緊密接合傳熱緊密接合傳熱,驅驅趕揮發物及殘餘氣體。揮發物及殘餘氣體。 b.第二段壓第二段壓:使膠液順利使膠液順利填充並驅充並驅趕膠內氣泡，同時防止一次壓力過高導致的皺膠內氣泡，同時防止一次壓力過高導致的皺 折及應力。折及應力。c.第三段壓第三段壓:產生聚合反應，使材料硬化而達到生聚合反應，使材料硬化而達到C-stage。 d.第四段壓第四段壓:降溫段仍保持適當的壓力，減少因冷卻伴隨而來之內應力。降溫段仍保持適當的壓力，減少因冷卻伴隨而來之內應力。 圖5.11B-1壓力的計算壓力的計算傳統式的初壓及全壓傳統式的初壓及全壓,大量法的低壓及高壓都是對板面面積而言的大量法的低壓及高壓都是對板面面積而言的,機台上機台上的設定壓力的設定壓力強度則與頂起的活塞軸有直接的關係度則與頂起的活塞軸有直接的關係,故應先有板面壓力故應先有板面壓力強度的規度的規範數範數值後再去換算成後再去換算成為機台設定壓力機台設定壓力,即即: 低壓設定壓力低壓設定壓力 = 40PSIA(板子面積板子面積)活塞軸截面積活塞軸截面積(所得數所得數值仍仍為壓壓 力力強度度)高壓設定壓力高壓設定壓力 = 560PSIA 活塞軸截面積活塞軸截面積壓力換算法壓力換算法:1/2 =14.22PSI(pound/in2)1PSI = 0.07/2 ,1/2 = 1ATM。 5.3.3.5. 壓合流程品質管制重點壓合流程品質管制重點: a. 板厚、板薄、板翹板厚、板薄、板翹 b. 銅箔皺折、銅箔皺折、 c. 異物異物,pits & dentsd. 內層氣泡內層氣泡 e. 織紋顯露織紋顯露f. 內層偏移內層偏移 5.3.4 後處理作業後處理作業 5.3.4.1.目的目的A. 設立加工之基準設立加工之基準靶位，及基板外框成型。位，及基板外框成型。 B. IPQC (In Process Quality Control) 作業，提升品質管制。作業，提升品質管制。5.3.4.2.後處理之流程後處理之流程: A.後後烤(post cure, post lamination)-通常後通常後烤條件是條件是150,4小時以上小時以上. 如果先前壓合步驟如果先前壓合步驟 curing很完整很完整,可不做後可不做後烤,否則反而有害否則反而有害( 降低降低Tg ).可以測量可以測量Tg,判判 斷斷curing是否完整是否完整. 後後烤的目的有如下三個的目的有如下三個:a.讓聚合更完全讓聚合更完全. b.若外表有彎翹若外表有彎翹,則可平整之則可平整之.c.消除內部應力並可改善對位消除內部應力並可改善對位. B. 銑銑靶,打打靶-完成壓合後板上的三個箭完成壓合後板上的三個箭靶會明顯的出現浮雕會明顯的出現浮雕(Relief), a.手動作業手動作業:將之置於普通的單軸鑽床下用將之置於普通的單軸鑽床下用既定深度的平頭銑刀銑出箭定深度的平頭銑刀銑出箭 靶及去掉原貼的耐熱膠帶及去掉原貼的耐熱膠帶,再置於有投影燈的單軸鑽床或由下向上沖再置於有投影燈的單軸鑽床或由下向上沖 的沖床上沖出的沖床上沖出靶心的定位孔心的定位孔,再用此定位孔定在鑽床上即行鑽孔作業再用此定位孔定在鑽床上即行鑽孔作業 。注意要定時校正及重磨各使用工具。注意要定時校正及重磨各使用工具, b.X-Ray透視打透視打靶:有單軸及雙軸有單軸及雙軸,雙軸可自動補償取均雙軸可自動補償取均值,減少公差減少公差.C. 剪邊剪邊(CNC裁板裁板)-完成壓合的板子其邊緣都會有溢膠完成壓合的板子其邊緣都會有溢膠,必須用剪床裁掉以必須用剪床裁掉以 便在後續製程中作業方便及避免造成人員的傷害便在後續製程中作業方便及避免造成人員的傷害,剪邊最好沿著邊緣直剪邊最好沿著邊緣直 線內線內1公分處切下公分處切下,切太多會造成電鍍夾點的困擾切太多會造成電鍍夾點的困擾,最好再用磨邊機將四最好再用磨邊機將四 個角落磨圓及邊緣毛頭磨掉個角落磨圓及邊緣毛頭磨掉,以減少板子互相間的刮傷及對槽液的以減少板子互相間的刮傷及對槽液的污染染 。或者現在很普遍直接以。或者現在很普遍直接以CNC成型機做裁邊的作業成型機做裁邊的作業 六、鑽孔六、鑽孔 6.1 製程目的製程目的 單面或雙面板的製作都是在下料之後直接進行非導通孔或導通孔的鑽單面或雙面板的製作都是在下料之後直接進行非導通孔或導通孔的鑽孔孔,多層板則是在完成壓板之後才去鑽孔。傳統孔的種類除以導通與否簡多層板則是在完成壓板之後才去鑽孔。傳統孔的種類除以導通與否簡單的區分外單的區分外,以功能的不同以功能的不同尚可分可分:零件孔零件孔,工具孔工具孔,通孔通孔(Via),盲孔盲孔(Blind hole),埋孔埋孔(Buried hole)(後二者亦後二者亦為via hole的一種的一種).近年電子近年電子產品品輕輕.薄薄.短短.小小.快快.的發展趨勢的發展趨勢,使得鑽孔技術一日千里使得鑽孔技術一日千里,機鑽機鑽,雷射燒孔雷射燒孔,感光成孔等感光成孔等,不不同設備技術應用於不同層次板子同設備技術應用於不同層次板子.本章僅就機鑽部分加以介紹本章僅就機鑽部分加以介紹,其他新技術其他新技術會在會在20章中有所討論章中有所討論. 6.2 流程流程 上上PIN鑽孔鑽孔檢檢查6.3上上PIN作業作業 鑽孔作業時除了鑽盲孔鑽孔作業時除了鑽盲孔,或者非常高層次板孔位精準度要求很嚴或者非常高層次板孔位精準度要求很嚴,用單片鑽之用單片鑽之外外,通常都以多片鑽通常都以多片鑽,意即每個意即每個stack兩片或以上兩片或以上.至於幾片一鑽則視至於幾片一鑽則視1.板子要求精度板子要求精度2.最小孔徑最小孔徑3.總厚度總厚度4.總銅層數總銅層數.來加以考量來加以考量.因因為多片一鑽多片一鑽,所以鑽之前先以所以鑽之前先以pin將將每片板子固定住每片板子固定住,此動作由上此動作由上pin機機(pinning machine)執行之雙面板很簡單執行之雙面板很簡單,大半大半用靠邊方式用靠邊方式,打孔上打孔上pin連續動作一次完成連續動作一次完成.多層板比較複雜多層板比較複雜,另須多層板專用上另須多層板專用上PIN機作業機作業. 6.4. 鑽孔鑽孔 6.4.1鑽孔機鑽孔機 鑽孔機的型式及配備功能種類非常多，以下鑽孔機的型式及配備功能種類非常多，以下List評估重點評估重點 A. 軸數：和軸數：和產量有直接關係量有直接關係 B. 有效鑽板尺寸有效鑽板尺寸 C. 鑽孔機鑽孔機檯面：選擇振動小，面：選擇振動小，強度平整好的材質。度平整好的材質。 D. 軸承軸承(Spindle) E. 鑽盤：自動更換鑽頭及鑽頭數鑽盤：自動更換鑽頭及鑽頭數 F. 壓力壓力腳 G. X、Y及及Z軸傳動及尺寸：精準度，軸傳動及尺寸：精準度，X、Y獨立移動獨立移動 H. 集塵系統：搭配壓力集塵系統：搭配壓力腳，排屑良好，且冷卻鑽頭功能，排屑良好，且冷卻鑽頭功能 I. Step Drill的能力的能力 J. 斷針偵測斷針偵測 K. RUN OUT 6.4.1.1鑽孔房環境設計鑽孔房環境設計 A. 溫濕度控制溫濕度控制 B. 乾淨的環境乾淨的環境 C. 地板承受之重量地板承受之重量 D. 絕緣接地的考量緣接地的考量 E. 外界振動干擾外界振動干擾 6.4.2 物料介紹物料介紹 鑽孔作業中會使用的物料有鑽針鑽孔作業中會使用的物料有鑽針(Drill Bit),墊板墊板(Back-up board),蓋板蓋板 (Entry board)等等.以下逐一介紹以下逐一介紹:圖圖6.1為鑽孔作業中幾種物料的示意圖鑽孔作業中幾種物料的示意圖.6.4.2.1 鑽針鑽針(Drill Bit), 或稱鑽頭或稱鑽頭,其品質對鑽孔的良窳有直接立即的影響其品質對鑽孔的良窳有直接立即的影響, 以下將就其材料，外型構、及管以下將就其材料，外型構、及管 理簡述之。理簡述之。 A. 鑽針材料鑽針材料:鑽針組成材料主要有三鑽針組成材料主要有三: a. 硬度高耐磨性硬度高耐磨性強的的碳化化鎢 (Tungsten Carbide ,WC) b.耐衝擊及硬度不錯的鈷耐衝擊及硬度不錯的鈷 (Cobalt) c.有機黏著劑有機黏著劑. 圖6.1三種粉末按比例均勻混合之後三種粉末按比例均勻混合之後,於精密控制的焚爐中於高溫中在模子中於精密控制的焚爐中於高溫中在模子中燒結燒結 (Sinter)而成而成.其成其成份約有約有94% 是是碳化化鎢,6%左右是鈷。耐磨性和硬度是左右是鈷。耐磨性和硬度是鑽針評估的重點其合金粒子愈細能提高硬度以及適合鑽小孔鑽針評估的重點其合金粒子愈細能提高硬度以及適合鑽小孔.通常其合金粒子通常其合金粒子小於小於1 micron. B. 外型結構外型結構 鑽針之外形結構可分成三部鑽針之外形結構可分成三部份,見見圖圖6.2,即鑽尖即鑽尖(drill point)、 退屑槽退屑槽(或退刃槽或退刃槽 Flute)、及握柄及握柄(handle,shank)。以下用圖以下用圖 示簡介其功能示簡介其功能: a. 鑽尖部鑽尖部份(Drill Point) - 圖圖6.3 (1) 鑽尖角鑽尖角(Point Angle) (2) 第一鑽尖面第一鑽尖面(Primary Face)及角及角 (3) 第二鑽尖面第二鑽尖面(Secondary face)及角及角 (4) 橫刃橫刃(Chisel edge) (5) 刃筋刃筋(Margin) 圖6.2圖6.3鑽尖是由兩個窄長的第一鑽尖面及兩個呈三角形鉤狀的第二鑽尖鑽尖是由兩個窄長的第一鑽尖面及兩個呈三角形鉤狀的第二鑽尖面面 所構成的所構成的,此四面會合於鑽尖點此四面會合於鑽尖點,在中央會合處形成兩條短刃稱在中央會合處形成兩條短刃稱為橫刃橫刃 (Chisel edge),是最先是最先碰觸板材之處觸板材之處,此橫刃在壓力及旋轉下即先行定位而此橫刃在壓力及旋轉下即先行定位而鑽入鑽入stack中中,第一尖面的兩外側各有一突出之方形帶片稱第一尖面的兩外側各有一突出之方形帶片稱為刃筋刃筋 (Margin),此刃筋一直隨著鑽體部此刃筋一直隨著鑽體部份盤旋而上盤旋而上,為鑽針與孔壁的接觸部鑽針與孔壁的接觸部份.而刃筋與刃而刃筋與刃唇交接處之直角刃角唇交接處之直角刃角 (Corner)對孔壁的品質非常重要對孔壁的品質非常重要,鑽尖部鑽尖部份介於第一介於第一尖面與第二尖面之間有長刃尖面與第二尖面之間有長刃,兩長刃在與兩橫刃在中間兩長刃在與兩橫刃在中間 部部份相會而形成突相會而形成突出之點是出之點是為尖點尖點,此兩長刃所形成的夾角稱鑽尖角此兩長刃所形成的夾角稱鑽尖角 (Point angle), 鑽紙質之鑽紙質之酚醛樹脂基板時因所受阻力較少樹脂基板時因所受阻力較少,其鑽尖角約其鑽尖角約為 90 110 ,鑽鑽 FR4 的玻纖的玻纖板時則尖角需稍鈍板時則尖角需稍鈍為115 135 ,最常見者最常見者為 130 者。第一尖面與長刃者。第一尖面與長刃之水平面所呈之夾面角約之水平面所呈之夾面角約為 15稱稱為第一尖面角第一尖面角(Primary Face Angle), 而而第二尖面角則約第二尖面角則約為 30 ,另有橫刃與刃唇所形成的夾角稱另有橫刃與刃唇所形成的夾角稱為橫刃角橫刃角 (cheisel Edge Angle)。 b. 退屑槽退屑槽 (Flute) 鑽針的結構是由實體與退屑的空槽二者所組成。實體之最外緣上鑽針的結構是由實體與退屑的空槽二者所組成。實體之最外緣上是刃筋是刃筋,使鑽針實體部使鑽針實體部份與孔壁之間保持一小間隙以減少發熱。其盤旋退與孔壁之間保持一小間隙以減少發熱。其盤旋退屑槽屑槽 (Flute)側斷面上與水平所成的旋角稱側斷面上與水平所成的旋角稱為螺旋角螺旋角(Helix or Flute Angle),此螺旋角度小時此螺旋角度小時,螺紋較稀少螺紋較稀少,路程近退屑快路程近退屑快,但因廢屑退出以及鑽針但因廢屑退出以及鑽針之進入所受阻力較大之進入所受阻力較大,容易升溫造成尖部積屑積熱容易升溫造成尖部積屑積熱,形成樹脂之軟化而在孔形成樹脂之軟化而在孔壁上形成膠渣壁上形成膠渣(smear)。此螺旋角大時鑽針的進入及退屑所受之磨擦阻力此螺旋角大時鑽針的進入及退屑所受之磨擦阻力較小而不易發熱較小而不易發熱,但退料太慢。但退料太慢。 c. 握柄握柄 (Shank) 被被 Spindle夾具夾住的部夾具夾住的部份,為節省材料有用不銹鋼的。節省材料有用不銹鋼的。 鑽針整體外形有鑽針整體外形有4種形狀種形狀: (1) 鑽部與握柄一樣粗細的鑽部與握柄一樣粗細的 Straight Shank, (2) 鑽部比主幹粗的稱鑽部比主幹粗的稱為Common Shank。 (3) 鑽部大於握柄的大孔鑽針鑽部大於握柄的大孔鑽針 (4) 粗細漸近式鑽小孔鑽針。粗細漸近式鑽小孔鑽針。 C. 鑽針的檢鑽針的檢查與重磨與重磨 a. 檢檢查方法方法2040倍實體顯微鏡檢倍實體顯微鏡檢查,見見圖圖6.4 b. 鑽針的重磨鑽針的重磨(Re-Shaping) 為孔壁品質鑽針壽命孔壁品質鑽針壽命,可依下表可依下表 做重磨管理。一般鑽針以四層板之三個疊高做重磨管理。一般鑽針以四層板之三個疊高(High)而言而言, 壽命可達壽命可達5000-6000 擊擊(Hit),總共可以重磨三次。總共可以重磨三次。(應重磨應重磨 擊數表擊數表)板類板類 疊落層數疊落層數 應重磨之擊數應重磨之擊數單面板單面板 3 High 30,00 Hits雙面板雙面板 3 High 20002500Hits一般多層板一般多層板 23High 1500 Hits圖6.56.4.2.2. 蓋板蓋板 Entry Board(進料板進料板) A. 蓋板的功用有蓋板的功用有: a. 定位定位 b. 散熱散熱 c. 減少毛頭減少毛頭 d. 鑽頭的鑽頭的清掃掃 e.防止壓力防止壓力腳直接壓傷銅面直接壓傷銅面 B. 蓋板的材料蓋板的材料:以下簡述其種類及優缺點以下簡述其種類及優缺點 a. 複合材料複合材料- 是用木漿纖維或紙材是用木漿纖維或紙材,配合配合酚醛樹脂當成黏著劑熱壓樹脂當成黏著劑熱壓 而成的。其材質與單面板之基材相似。此種材料最便宜而成的。其材質與單面板之基材相似。此種材料最便宜. b. 鋁箔壓合材料箔壓合材料 是用薄的是用薄的鋁箔壓合在上下兩層，中間箔壓合在上下兩層，中間填去脂及去脂及 去化學品的去化學品的 純木屑純木屑. c. 鋁合金板合金板 530mil,各種不同合金組成各種不同合金組成,價格最貴價格最貴 上述材料依各廠之上述材料依各廠之產品層次品層次,環境及管理環境及管理.成本考量做最適當的選擇成本考量做最適當的選擇.其品質其品質標準必須標準必須:表面平滑表面平滑,板子平整板子平整,沒有雜質沒有雜質,油脂油脂,散熱要好散熱要好. 6.4.2.3 墊板墊板 Backup board A. 墊板的功用有：墊板的功用有： a.保護鑽機之保護鑽機之檯面面 ， b.防止出口性毛頭防止出口性毛頭(Exit Burr） c.降低鑽針溫度。降低鑽針溫度。 d.清潔鑽針溝槽中之膠渣。潔鑽針溝槽中之膠渣。 B. 材料種類：材料種類： . 複合材料複合材料-其製造法與紙質基板類似，但以木屑其製造法與紙質基板類似，但以木屑為基礎，再混基礎，再混 合含酸或鹽類的黏著劑，高溫高壓下壓合硬化成合含酸或鹽類的黏著劑，高溫高壓下壓合硬化成為一體而硬度一體而硬度 很高的板子很高的板子. b. 酚醛樹脂板（樹脂板（phenolic） 價格比上述的合板要貴一些，也價格比上述的合板要貴一些，也 就是一般單面板的基材就是一般單面板的基材. c. 鋁箔壓合板箔壓合板 與蓋板同與蓋板同 VBU墊板墊板是指是指Vented Back Up墊板，上下兩面墊板，上下兩面鋁箔，中層箔，中層為折曲同質的純折曲同質的純鋁箔，空氣可以自由流通其間，一如石棉浪一樣。墊板的選箔，空氣可以自由流通其間，一如石棉浪一樣。墊板的選擇一樣依各廠條件來評估擇一樣依各廠條件來評估.其重點在其重點在:不含有機油脂不含有機油脂,屑屑夠軟不傷孔壁軟不傷孔壁,表面表面夠硬硬,板厚均勻板厚均勻,平整等平整等. 6.4.3 操作操作 6.4.3.1 CNC控制控制 現有現有CAD/CAM工作站都可直接轉換鑽孔機接受之語言只要設定一些工作站都可直接轉換鑽孔機接受之語言只要設定一些參數如各孔號代表之孔徑等即可參數如各孔號代表之孔徑等即可.大部分工廠鑽孔機數量動輒幾十臺因此大部分工廠鑽孔機數量動輒幾十臺因此多有連網作業由工作站直接指示多有連網作業由工作站直接指示.若加上自動若加上自動Loading/Unloading則人員可則人員可減至最少減至最少. 6.4.3.2 作業條件作業條件 鑽孔最重要兩大條件就是鑽孔最重要兩大條件就是“Feeds and Speeds”進刀速度及旋轉速度，進刀速度及旋轉速度， 以下做一以下做一敘述述 A. 進刀速度進刀速度(Feeds): 每分鐘鑽入的深度，多以吋分每分鐘鑽入的深度，多以吋分(IPM)表示。表示。 上式已上式已為“排屑量排屑量”(Chip Load)取代，鑽針之所以能刺進材料中取代，鑽針之所以能刺進材料中 心須要退出相同體積的鑽屑才行，其表示的方法是以鑽針每旋轉心須要退出相同體積的鑽屑才行，其表示的方法是以鑽針每旋轉 一週後所能刺進的吋數一週後所能刺進的吋數(in/R)。 CL = in / min R / min B. 旋轉速度旋轉速度(Speeds)一每分鐘所旋轉圈數一每分鐘所旋轉圈數(Revolution Per Minute RPM) 通常轉數約通常轉數約為萬萬萬萬RPM，轉速太高時會造成積熱及磨損鑽針。轉速太高時會造成積熱及磨損鑽針。 當進刀速度約當進刀速度約為120in/min左右，轉速左右，轉速為萬萬RPM時，其每一轉所能刺入時，其每一轉所能刺入的深度的深度為其排屑量其排屑量 排屑量高表示鑽針快進快出而與孔壁接觸時間短，反之排屑量低時表排屑量高表示鑽針快進快出而與孔壁接觸時間短，反之排屑量低時表 示鑽針進出緩慢與孔壁磨擦時間增長以致孔溫升高。示鑽針進出緩慢與孔壁磨擦時間增長以致孔溫升高。 設定排屑量高或低隨下列條件有所不同設定排屑量高或低隨下列條件有所不同: 1. 孔徑大小孔徑大小 2. 基板材料基板材料 3. 層數層數 4. 厚度厚度 RPM =鑽針線性速度鑽針線性速度 (呎呎/分分) x 12鑽針直徑鑽針直徑 x 3.14Chip load排屑量排屑量= 120 in/min60,000 R/min= 0.002 in /R6.4.4作業注意事項作業注意事項 A. 轉數、進刀數的設定，應依實際的作業狀況，機器所附手冊上的轉數、進刀數的設定，應依實際的作業狀況，機器所附手冊上的 條件僅條件僅為參考，仍須修正。參考，仍須修正。 B. 定期測量轉數、進刀數定期測量轉數、進刀數,Run out等數等數值. C. 真空吸塵極空吸塵極為重要，設計時應重要，設計時應over實際需要，以達實際需要，以達100%效率，定效率，定 期更換。期更換。 D. Spindle及夾頭需隨時保持及夾頭需隨時保持清潔潔 E. Run out一定要保持在一定要保持在0.0005以下以下 F. 檯面上塵屑要用吸塵器去除，切勿用吹氣的方式。面上塵屑要用吸塵器去除，切勿用吹氣的方式。 6.5 小孔鑽小孔鑽 6.5.1 小孔定義小孔定義: 直徑直徑0.6 mm以下稱小孔以下稱小孔,0.3 mm以下稱微孔以下稱微孔(micro hole) 6.5.2 小孔加工現有機鑽及非機鑽小孔加工現有機鑽及非機鑽,現就機鑽加以探討現就機鑽加以探討 小直徑鑽孔加工小直徑鑽孔加工 小直徑鑽頭的規格依使用人、廠商而略有不同，一般小直徑鑽頭的規格依使用人、廠商而略有不同，一般0.3mm的稱極小徑的稱極小徑鑽頭，由於表面黏著技術鑽頭，由於表面黏著技術(Surface Mount Technology)大量應用，小徑、極大量應用，小徑、極小徑的鑽孔也日益增多，因此小徑的鑽孔也日益增多，因此PC板鑽頭與鑽孔機的問題就油然而生；而板鑽頭與鑽孔機的問題就油然而生；而怎樣樣來防止鑽頭來防止鑽頭 的折斷是鑽孔加工最主要的癥結，其折斷的主要原因如下：的折斷是鑽孔加工最主要的癥結，其折斷的主要原因如下： 1. 鑽頭的形狀和材質鑽頭的形狀和材質 2. 鑽頭的外徑與縱橫比鑽頭的外徑與縱橫比(Aspect) 3. PC板的種類板的種類(材質、厚度與層數材質、厚度與層數) 4. 鑽孔機的振動和主軸的振動鑽孔機的振動和主軸的振動 5. 鑽孔條件鑽孔條件(轉數與進刀速度轉數與進刀速度) 6. 蓋板、墊板的選擇蓋板、墊板的選擇 A小孔徑鑽孔機小孔徑鑽孔機 實施小孔徑鑽孔時必須考慮到機械的精度，而其最主要在於位置實施小孔徑鑽孔時必須考慮到機械的精度，而其最主要在於位置 的精度；一般通稱的位置精度包括以下幾個因素而言：的精度；一般通稱的位置精度包括以下幾個因素而言： 1. 程式設計的位置與實際工作台上位置精度的誤差。最近的新程式設計的位置與實際工作台上位置精度的誤差。最近的新 機種通常亦有機種通常亦有 1015m左右的誤差。左右的誤差。 2. 因主軸振動所造成的誤差。因主軸振動所造成的誤差。(尤其必須考慮到運轉時的誤差尤其必須考慮到運轉時的誤差) 3. 鑽頭鑽入鑽頭鑽入PC瞬間的偏差，大時可達瞬間的偏差，大時可達10m，其原因很複雜；其原因很複雜； 主軸、鑽頭、壓板等等都有關連。主軸、鑽頭、壓板等等都有關連。 4. 鑽頭本身的彎曲；鑽入的點至穿通止之間的彎曲度即孔位彎鑽頭本身的彎曲；鑽入的點至穿通止之間的彎曲度即孔位彎 曲精度。孔位曲的原因經歸納如表所示。曲精度。孔位曲的原因經歸納如表所示。 為了要提高孔位精度，只歸因於鑽頭是不合理的，鑽孔機等其他的因素也了要提高孔位精度，只歸因於鑽頭是不合理的，鑽孔機等其他的因素也應應 加以改善加以改善:適當條件：如進刀速、轉速的調整，分段適當條件：如進刀速、轉速的調整，分段鉆的作業等。的作業等。 STACK的置放的置放 在生在生產線上做小徑鑽孔加工時，以操縱大直徑的方法來處理小徑線上做小徑鑽孔加工時，以操縱大直徑的方法來處理小徑時，常會有忽略的問題時，常會有忽略的問題產生；其實最重要的是將生；其實最重要的是將PCB牢牢的固定於工作台上，牢牢的固定於工作台上，使其成使其成為一個整體，鑽頭在剛開始鑽孔時，若一個整體，鑽頭在剛開始鑽孔時，若PC板固定不牢則易滑動，造成鑽板固定不牢則易滑動，造成鑽頭易折斷的可能，頭易折斷的可能，為了防止鑽折斷，以下幾點要特別注意：了防止鑽折斷，以下幾點要特別注意： 1. 將壓板、將壓板、PC板、墊板用膠布貼牢後，於指定地方用固定針釘牢。板、墊板用膠布貼牢後，於指定地方用固定針釘牢。 2. 儘量避免使用變形的儘量避免使用變形的PC板。板。 3. 壓板儘量使用厚度壓板儘量使用厚度為0.150.2mm的的鋁板或板或0.30.4mm的合成樹脂板的合成樹脂板 為主。主。 4. 墊板並非取質硬，而是需追求厚度的一致。墊板並非取質硬，而是需追求厚度的一致。 6.6 檢檢查及品質重點及品質重點 6.6.1 品質重點品質重點 1. 少鑽少鑽 2. 漏鑽漏鑽 3. 偏位偏位 (上述以底片上述以底片check) 4. 孔壁粗糙孔壁粗糙 5. 釘頭釘頭 (切片切片) 6. 巴里巴里(burr) 6.6.2鑽孔結束板邊鑽孔結束板邊coupon設計設計(見見圖圖6.5) 板邊設計板邊設計coupon的用意如下的用意如下: 1. 檢檢查各孔徑是否正確各孔徑是否正確 2. 檢檢查有否斷針漏孔有否斷針漏孔 3. 可設定每可設定每1000,2000,3000 hit鑽一孔來檢鑽一孔來檢查孔壁品質孔壁品質. 孔徑大小依序孔徑大小依序圖6.5成成型型線線七鍍通孔七鍍通孔 7.1製程目的製程目的 雙面板以上完成鑽孔後即進行鍍通孔雙面板以上完成鑽孔後即進行鍍通孔(Plated Through Hole ,PTH)步驟，步驟，其目的使孔壁上之非導體部其目的使孔壁上之非導體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化之樹脂及玻纖束進行金屬化( metalization ),以進以進行後來之電鍍銅製程行後來之電鍍銅製程,完成足完成足夠導電及導電及焊接之金屬孔壁。接之金屬孔壁。 1986年，美國有一家化學公司年，美國有一家化學公司Hunt 宣佈宣佈PTH不再需要傳統的貴金屬及無不再需要傳統的貴金屬及無電銅的金屬化製程電銅的金屬化製程,可用可用碳粉的塗佈成粉的塗佈成為通電的媒介，商名通電的媒介，商名為Black hole。之之後陸續有其他不同後陸續有其他不同base產品上市品上市,國內使用者非常多國內使用者非常多.除傳統除傳統PTH外外,直接電鍍直接電鍍(direct plating)本章節也會述及本章節也會述及. 7.2製造流程製造流程 去毛頭去毛頭除膠渣除膠渣PTH & 一次銅一次銅 7.2.1. 去巴里去巴里 (deburr) 鑽完孔後鑽完孔後,若是鑽孔條件不適當若是鑽孔條件不適當,孔邊緣有孔邊緣有1.未切斷銅絲未切斷銅絲2.未切斷玻纖的殘留未切斷玻纖的殘留,稱稱為burr.因其要斷不斷因其要斷不斷,而且粗糙而且粗糙,若不將之去除若不將之去除,可能造成通孔不良及孔小可能造成通孔不良及孔小,因此因此鑽孔後會有鑽孔後會有de-burr製程製程.也有也有de-burr是放在是放在Desmear之後才作業之後才作業.一般一般de-burr是用機器刷磨是用機器刷磨,且會加入超音波及高壓沖洗的應用且會加入超音波及高壓沖洗的應用.可參考表可參考表4.1. 7.2.2. 除膠渣除膠渣 (Desmear) A.目的目的: a. Desmear b. Create Micro-rough增加增加adhesion B. Smear產生的原因生的原因: 由於鑽孔時造成的高溫由於鑽孔時造成的高溫Resin超過超過Tg值，而形成融熔狀，終致，而形成融熔狀，終致產生膠渣。生膠渣。 此膠渣生於內層銅邊緣及孔壁區，會造成此膠渣生於內層銅邊緣及孔壁區，會造成P.I.(Poor lnterconnection) C. Desmear的四種方法的四種方法: 硫酸法硫酸法(Sulferic Acid) 、電漿法電漿法(Plasma)、鉻酸法酸法(Cromic Acid)、 高高錳酸鉀法酸鉀法(Permanganate). a. 硫酸法必須保持高濃度，但硫酸本身硫酸法必須保持高濃度，但硫酸本身為脫水劑很難保持高濃度，且咬脫水劑很難保持高濃度，且咬 蝕出的孔面光滑無微孔，並不適用。蝕出的孔面光滑無微孔，並不適用。 b. 電漿法效率慢且多電漿法效率慢且多為批次生批次生產，而處理後大多仍必須配合其他濕製程，而處理後大多仍必須配合其他濕製程 處理，因此除非生處理，因此除非生產特殊板大多不予採用。特殊板大多不予採用。 c. 鉻酸法咬蝕速度快，但微孔的酸法咬蝕速度快，但微孔的產生並不理想，且廢水不易處理又有致生並不理想，且廢水不易處理又有致 癌的潛在風險，故漸被淘汰。癌的潛在風險，故漸被淘汰。 d. 高高錳酸鉀法因配合溶劑製程，可以酸鉀法因配合溶劑製程，可以產生微孔。同時由於還原電極的推生微孔。同時由於還原電極的推 出，使槽液安定性獲得較佳控制，因此目前較被普遍使用。出，使槽液安定性獲得較佳控制，因此目前較被普遍使用。7.2.2.1 高高錳酸鉀法酸鉀法(KMnO4 Process): A.膨鬆劑膨鬆劑(Sweller): a. 功能功能:軟化膨鬆軟化膨鬆Epoxy，降低降低 Polymer 間的鍵結能，使間的鍵結能，使KMnO4 更易咬蝕更易咬蝕 形成形成 Micro-rough 速率作用速率作用 Concentration b. 影響因素影響因素: 見見圖圖7.1 c. 安全安全:不可和不可和KMnO4 直接混合，直接混合， 以免以免產生生強烈烈氧化還原，發生火災。化還原，發生火災。 d. 原理解釋原理解釋: (1) 見見圖圖7.2 初期溶出可降低較弱的鍵結，使其鍵結間有了明顯的差異。若浸泡過長，初期溶出可降低較弱的鍵結，使其鍵結間有了明顯的差異。若浸泡過長，強的鏈結也漸次降低，終致整塊成的鏈結也漸次降低，終致整塊成為低鏈結能的表面。如果達到如此狀態，將無法形低鏈結能的表面。如果達到如此狀態，將無法形成不同成不同強度結面。若浸泡過短，則無法形成低鍵結及鍵結差異，如此將使度結面。若浸泡過短，則無法形成低鍵結及鍵結差異，如此將使KMnO4咬咬蝕難以形成蜂窩面，終致影響到蝕難以形成蜂窩面，終致影響到PTH的效果。的效果。 (2) Surface Tension的問題的問題: 無論大小孔皆有可能有氣泡殘留，而表面力對孔內無論大小孔皆有可能有氣泡殘留，而表面力對孔內Wetting也影響頗大。也影響頗大。故採用較高溫操作有助於降低故採用較高溫操作有助於降低Surface Tension及去除氣泡。至於濃度的問題，及去除氣泡。至於濃度的問題，為使使Drag out降低減少消耗而使用略低濃度，事實上較高濃度也可操作且速度較快。降低減少消耗而使用略低濃度，事實上較高濃度也可操作且速度較快。 在製程中必須先在製程中必須先Wetting孔內壁，以後才能使藥液進入作用，否則有空氣殘留後續製孔內壁，以後才能使藥液進入作用，否則有空氣殘留後續製程更不易進入孔內，其程更不易進入孔內，其Smear將不可能去除。將不可能去除。 圖圖7.2圖圖7.1速率作用速率作用速率作用ConcentrationTempTime B. 除膠劑除膠劑 (KMnO4 ): a. 使用使用KMnO4的原因的原因:選選KMnO4而未選而未選NaMnO4是因是因為KMnO4溶解度較佳溶解度較佳,單價單價 也較低。也較低。 b. 反應原理反應原理: 4MnO4- + C + 4OH- MnO4= + CO2 + 2H2O (此此為主反應式主反應式) 2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O (此此為高高PH值時自發性分解反應時自發性分解反應) MnO4- + H2O MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (此此為自然反應會造成自然反應會造成Mn+4沉澱沉澱) c. 作業方式作業方式:早期採早期採氧化添加劑的方式，目前多用電極還原的方式操作，不穩定化添加劑的方式，目前多用電極還原的方式操作，不穩定 的問題已獲解決。的問題已獲解決。 d. 過程中其化學成過程中其化學成份狀況皆以分析得知，但狀況皆以分析得知，但Mn+7為紫色紫色,Mn+6為綠色綠色,Mn+4 為 黑色，可由直觀的色度來直接判斷大略狀態。若有不正常發生，則可能是電黑色，可由直觀的色度來直接判斷大略狀態。若有不正常發生，則可能是電 極效率出了問題須注意。極效率出了問題須注意。 e. 咬蝕速率的影響因素咬蝕速率的影響因素: 見見圖圖7.3f. 電極的好處電極的好處: (1).使槽液壽命增長使槽液壽命增長 (2).品質穩定且無品質穩定且無By-product，其兩者比較如圖其兩者比較如圖7.4: g. KMnO4形成形成Micro-rough的原因的原因: 由於由於Sweller造成膨鬆，且有結合力之造成膨鬆，且有結合力之強弱，如弱，如 此使咬蝕時此使咬蝕時產生選擇性，而形成所謂的生選擇性，而形成所謂的Micro-rough。但如因過度咬蝕，將再但如因過度咬蝕，將再 度平滑。度平滑。 h. 咬蝕能力也會隨基材之不同而有所改變咬蝕能力也會隨基材之不同而有所改變 i. 電極必須留心保養，電極效率較難定出電極必須留心保養，電極效率較難定出絕對標準，且也很難確認是否足對標準，且也很難確認是否足夠應付應付 實際需要。故平時所得經驗及廠商所提供資料，可加一係數做計算，以實際需要。故平時所得經驗及廠商所提供資料，可加一係數做計算，以為電極電極 需求參考。需求參考。圖7.3電極式傳統添加NaOH(C)濃度C. 中和劑中和劑(Neutralizer): a. NaHSO3是可用的是可用的Neutralizer之一，其原理皆類似之一，其原理皆類似Mn+7 or Mm+6 or Mn+4(Neutralizer)-Mn+2 (Soluable) b. 為免於免於Pink Ring，在選擇在選擇Acid base必須考慮。必須考慮。HCl及及 H2SO4系列都有系列都有 ，但，但Cl易攻擊易攻擊 Oxide Layer，所以用所以用H2SO4為Base 的酸較佳。的酸較佳。 c .藥液使用消耗分別以藥液使用消耗分別以H2SO4及及Neutralizer，用用Auto-dosing來補充，維護。來補充，維護。 7.2.2.2 .整條生整條生產線的考慮線的考慮: A.Cycle time：每每Rack(Basket)進出某類槽的頻率進出某類槽的頻率(時間時間) B.產能計算能計算: (Working hours / Cycle time) * ( FIight Bar / Hoist)*(Racks/Flight Bar)*(SF/Rack)= SF/Mon C.除膠渣前除膠渣前Pre-baking對板子的影響對板子的影響:見見圖圖7.5 a.由於由於2.在壓合後己經過兩次在壓合後己經過兩次Cure，結構會比結構會比1,3 Cure更完全，故更完全，故Baking 會使結構均一，壓板不足處得以補償。會使結構均一，壓板不足處得以補償。 b.多量的多量的氧，氧化了化了Resin間的間的Bonding，使咬蝕速率加劇使咬蝕速率加劇23倍。且使倍。且使 1,2,3 區較均一。區較均一。 c.釋放釋放Stress，減少減少產生生Void的機會的機會. 圖7.57.2.2.3. 製程內主要反應及化學名稱製程內主要反應及化學名稱: A化學反應化學反應: a .主要反應主要反應 4MnO4- + 4OH- + Epoxy 4MnO4= + CO2 + 2H2O b. 副反應：副反應： 2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2O2 + H2O (Side reaction) MnO4 = + H2O (CI-/SO4= /Catalize Rx.) MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (Precipitation formation) 2MnO4 = + NaOCI + H2O 2MnO4- + 2OH- + NaCI 4MnO4 = + NaS2O8 + H2SO4 4MnO4- + 2OH- + 2Na2SO4 4MnO4 = + K2S2O8 + H2SO4 4MnO4- + 2OH- + 2K2SO4 (For Chemical regeneration type process reaction) 2MnO4 = + 1/2 O2 + H2O 2MnO4- + 2 OH- (Electrolytic reaction: Need replenish air for Oxgen consumption) B.化學品名稱：化學品名稱： MnO4-Permanganate NaS2O8 Sodium Persulfate MnO4 =Manganate S2O4- Sulfate OH- Hydroxide(Caustic) CO2 Carbon Dioxide NaOCI Sodium Hydrochloride MnO2 Manganese Dioxide 7.2.2.4.典型的典型的Desmear Process: 見表見表 Sequence Solution Make Up Control range Operation Temp. Analysis Dump 1 Sweller Sweller 55% Solvent 40-70% 762 3 T/W D.I. Water 45% 2 Rinse*3 CT Water 45 1st Step 1 T/2D RT 2nd Step 1 T/2D RT 3rd Step 1 T/2D 3 KmnO4 101: 85 g/L 101:70-100 g/L 762 3 T/W 102: 6% N:1-1.3 D.I. Water 4 Rinse*3 CT Water 45 1st Step 2 T/D RT 2nd Step 2 T/D RT 3rd Step 2 T/D 5 Reducer Reducer 10% Reducer 8-12% RT 1st Step 2T/W 1 T/3D H2SO4 5% H2SO4 4-7% 353 2nd Step 1 T/W D.I. Water 6 Rinse * 2 CT Water RT 1 T/D 7 Hot Air 100157.2.2.5. Pocket Void的解釋的解釋: A.說法一說法一:Sweller殘留在殘留在Glass fiber中，在中，在Thermal cycle時爆開。時爆開。 B.說法二說法二: 見見圖圖7.6 a壓板過程不良壓板過程不良Stress積存，上積存，上鍚過程中力量釋出所致過程中力量釋出所致 b在膨漲中如果銅結合力在膨漲中如果銅結合力強，而，而Resin釋出釋出Stress方向呈方向呈Z軸方向，當軸方向，當 Curing 不良而不良而Stress過大時則易形成過大時則易形成a之斷裂，如果孔銅結合力弱則易之斷裂，如果孔銅結合力弱則易 形成形成B之之Resin recession，結合力好而內部樹脂不結合力好而內部樹脂不夠強軔則出現則出現 c之之Pocket void C如果爆開而形成銅凸出者稱如果爆開而形成銅凸出者稱為Pull away 7.2.3 化學銅化學銅(PTH) PTH系統系統概分分為酸性及酸性及鹼性系統，特性依基本觀念而有不同。性系統，特性依基本觀念而有不同。 7.2.3.1 酸性系統：酸性系統： A.基本製程：基本製程： Conditioner Microetch Catalpretreatment Cataldeposit Accelerator Electroless Deposit 圖7.6B.單一步驟功能說明：單一步驟功能說明： a. 整孔整孔 Conditioner： 1. Desmear後孔內呈現後孔內呈現Bipolar現象，其中現象，其中Cu呈現高電位正電，呈現高電位正電，Glass fiber、 Epoxy呈負電呈負電 2. 為使孔內呈現適當狀態，使孔內呈現適當狀態，Conditioner具有兩種基本功能具有兩種基本功能 (1)Cleaner：清潔表面潔表面 (2)Conditioner：使孔壁呈正電性，以利使孔壁呈正電性，以利Pd/Sn Colloid負電離子團吸附負電離子團吸附 3. 一般而言粒子間作用力大小如表一般而言粒子間作用力大小如表 因而此類藥液系統會有吸附過多或因而此類藥液系統會有吸附過多或Colloid過多的吸附是否可洗去之顧慮過多的吸附是否可洗去之顧慮 4. Conditioner若若Drag In 至至 Activator槽，會使槽，會使Pd+離子團降低離子團降低 b. 微蝕微蝕 Microetch 1. Microetching旨在旨在清除表面之除表面之Conditioner所形成的所形成的Film 2. 此同時亦可此同時亦可清洗銅面殘留的洗銅面殘留的氧化物化物 c. 預活化預活化 Catalpretreatment 1. 為避免避免Microetch形成的銅離子帶入形成的銅離子帶入Pd/Sn槽，預浸以減少帶入槽，預浸以減少帶入 2. 降低孔壁的降低孔壁的Surface Tension d. 活化活化 Cataldeposit 1. 一般一般Pd膠體皆以以下結構膠體皆以以下結構 存在：見存在：見圖圖7.7 圖7.7 2. Pd2+：Sn2+：Cl- = 1：6：12較安定較安定 3. 一般膠體的架構方式是以以下方式結合：見一般膠體的架構方式是以以下方式結合：見圖圖7.8 當吸附時由於當吸附時由於Cl會會 產生架橋作用，且其半徑較大使其吸附不易良好，尤其如果孔內的生架橋作用，且其半徑較大使其吸附不易良好，尤其如果孔內的 Roughness不適當更可能造成問題。不適當更可能造成問題。 4. 孔壁吸附了負離子團，即中和形成中和電性孔壁吸附了負離子團，即中和形成中和電性 圖7.8 e. 速化速化 Accelerator 1. Pd膠體吸附後必須去除膠體吸附後必須去除Sn，使使Pd2+曝露，如此才能在未來無電解銅曝露，如此才能在未來無電解銅 中中產生催化作用形成化學銅生催化作用形成化學銅 2. 基本化學反應基本化學反應為： Pd+2/Sn+2 (HF)Pd+2(ad) + Sn+2 (aq) Pd+2(ad) (HCHO)Pd(s) 3. 一般而言一般而言Sn與與Pd特性不同，特性不同，Pd為貴金屬而貴金屬而Sn則不然，因此其主反應則不然，因此其主反應 可如下：可如下： Sn+2a Sn+4 + 6F- SnF6-2 or Sn+2 + 4F- SnF4-2 而而Pd則有兩種情形：則有兩種情形： PH=4 Pd+2 + 2(OH)- Pd(OH)2 PH4 Pd+2 + 6F- PdF6-4 4. Pd吸附在本系統中本身就不易均勻，故速化所能發揮的效果就極受吸附在本系統中本身就不易均勻，故速化所能發揮的效果就極受 限制。除去不足時會限制。除去不足時會產生生P.I.，而過長時則可能因而過長時則可能因為過過份去除去除產生破生破 洞，這也是何以洞，這也是何以Back_light觀察時會有缺點的原因觀察時會有缺點的原因 5. 活化後水洗不足或浸泡太久會形成活化後水洗不足或浸泡太久會形成Sn+2 a Sn(OH)2 或或 Sn(OH)4，此此 易形成膠體膜易形成膠體膜.而而Sn+4過高也會形成過高也會形成Sn(OH)4，尤其在尤其在Pd吸太多時易吸太多時易 呈呈PTH粗糙粗糙 6. 液中懸浮粒子多，易形成液中懸浮粒子多，易形成PTH粗糙粗糙 f. 化學銅沉積化學銅沉積Electroless Deposit 1. 利用孔內沉積的利用孔內沉積的Pd催化無電解銅與催化無電解銅與HCHO作用作用,使化學銅沉積使化學銅沉積 2. Pd在化學銅槽的功能有二：在化學銅槽的功能有二： (1) 作作為Catalyst吸附吸附 H- 之主體，加速之主體，加速HCHO的反應的反應 (2) 作作為Conductor，以利以利e-轉移至轉移至Cu+2上形成上形成Cu沉積沉積 3. 其基本反應及其基本反應及Mechanism見見圖圖7.9a ;7.9b ： 圖7.9a圖7.9b 4. 由於槽液在操作開始時缺少由於槽液在操作開始時缺少H2含量，故其活性可能不含量，故其活性可能不夠，而且改變，而且改變 溫度也易使槽液不穩定。故在操作前一般先以溫度也易使槽液不穩定。故在操作前一般先以Dummy boards先行提先行提 升活性再作生升活性再作生產，才能達到操作要求，才能達到操作要求 5. Bath loading也因上述要求而有極大的影響，太高的也因上述要求而有極大的影響，太高的Bath loading會造會造 成過度的活化而使槽液不安定。相反若太低則會因成過度的活化而使槽液不安定。相反若太低則會因H2的流失而形成的流失而形成 沉積速率過低。故其沉積速率過低。故其Max與與Min值應與廠商確認做出建議應與廠商確認做出建議值 6. 如果溫度過高，如果溫度過高，NaOH, HCHO濃度不當或者濃度不當或者Pd+2累積過高都可能累積過高都可能 造成造成P.I.或或PTH粗糙的問題粗糙的問題 g. 整個反應狀態見整個反應狀態見圖圖7.10所示所示 7.2.3.2、鹼性系統：性系統： A. 基本製程：基本製程： Conditioner Etch Cleaner Catalpretreatment Activator Reducer Electroless Copper 圖7.10B. 單一步驟功能說明單一步驟功能說明 a. Conditioner：Wetting agent + 10 g/l NaOH (A) 1. 以以Wetting agent的觀念，而非電性中和，如此可形成較薄的的觀念，而非電性中和，如此可形成較薄的Film約約 300A，且均勻而不致有附著不上或太厚之虞且均勻而不致有附著不上或太厚之虞 2. 基本方式係以親水基與疏水基之特有基本方式係以親水基與疏水基之特有Dipol特性使特性使Wetting agent被被 水排擠，快速吸附至孔壁。因其形成之單層膜不易再附上其他水排擠，快速吸附至孔壁。因其形成之單層膜不易再附上其他 Conditioner而與而與Cleaner共同作用洗去多餘雜質共同作用洗去多餘雜質 3. 其設計是一道酸一道其設計是一道酸一道鹼的藥液浸泡，使各種不同來源的板子皆有的藥液浸泡，使各種不同來源的板子皆有 良好的良好的wetting作用作用,其其Formula：Wetting agent + 10 ml/l H2SO4 4. 若水質不潔而含若水質不潔而含M+2(如：如：Ca+2、Mg+2、Fe+2等等)則則Amine及及 Wetting agent易與之結合而形成沉澱，故水質硬度應特別留意易與之結合而形成沉澱，故水質硬度應特別留意 5. 當板子浸入水中，當板子浸入水中，Cu正電迅速與正電迅速與OH-中和而呈負電。而中和而呈負電。而Dipol靜電靜電 力有限，不致形成多層覆蓋，故無力有限，不致形成多層覆蓋，故無Over condition的顧慮的顧慮 b. Etch cleaner：(SPS 與與 H2SO4/H2O2兩種兩種 ) 基本功能與酸性系列相似基本功能與酸性系列相似(SPS：10g/l) c. Catalpretreatmen)：同同Activator但少但少Complex d. Activator：Activator + Pd(Amine) complex 1. 基本上此系列的基本上此系列的Pd，是由是由Amine類形成的類形成的Complex， 2. 其特點如下：其特點如下： (1) Pd(Amine)+2呈正電荷，可吸附在呈正電荷，可吸附在Conditioner上而甚少吸附在銅上而甚少吸附在銅 上，少有上，少有P.I.問題問題 (2) 沒有沒有Sn形成的形成的Colloid，其粒子較小，結晶較密且少有其粒子較小，結晶較密且少有Sn(OH)2 、Sn(OH)4析出問題。也沒有析出問題。也沒有Sn+2 + Fe+2 a Sn+4 +Cu作用。作用。 (3) 無無Cl-在外圍，由於在外圍，由於Cl-會與會與Polyimide材料材料產生作用，故無生作用，故無Cl-會會 有較廣的適用性有較廣的適用性 (4) 由於由於Pd(Amine)+2 asPd+2+Amine為一平衡反應，吸附反應十分一平衡反應，吸附反應十分 快，且由於粒子小空隙低因而緻密性佳。快，且由於粒子小空隙低因而緻密性佳。 (5) Impurity少有殘留，且吸附少有殘留，且吸附Pd+2少，故能有較少少，故能有較少P.I.機會機會 (6) 由於無由於無Cl-,對對Black-Oxide的的attack相對減少，故相對減少，故Pink Ring較輕微較輕微 (7) 由於吸附較密，將來作無電解銅時由於吸附較密，將來作無電解銅時Coverage也會較密較好也會較密較好 e. 整個反應狀態見整個反應狀態見圖圖7.11所示所示 7.2.4一次銅一次銅(Panel plating)非導體的孔壁經非導體的孔壁經PTH金屬化後，立即進行電鍍銅製程金屬化後，立即進行電鍍銅製程,其目的是鍍上其目的是鍍上200500微英微英吋以保護僅有吋以保護僅有2040微英吋厚的化學銅被後製程破壞而造成孔破微英吋厚的化學銅被後製程破壞而造成孔破(Void)。有關銅電鍍基有關銅電鍍基本理論及實際作業請參看二次銅更詳細的解說本理論及實際作業請參看二次銅更詳細的解說. 圖7.117.3. 厚化銅厚化銅 傳統金屬化之化學銅的厚度僅約傳統金屬化之化學銅的厚度僅約2030微吋，無法單獨存在於製程微吋，無法單獨存在於製程中，必須再做一次全板面的電鍍銅始能進行圖形的轉移如印刷或乾膜。中，必須再做一次全板面的電鍍銅始能進行圖形的轉移如印刷或乾膜。但若能把化學銅層的厚度提高到但若能把化學銅層的厚度提高到100微吋左右，則自然可以直接做線路微吋左右，則自然可以直接做線路轉移的工作，無需再一道全板的電鍍銅步驟而省卻了設備，藥水、人力、轉移的工作，無需再一道全板的電鍍銅步驟而省卻了設備，藥水、人力、及時間，並達簡化製程減少問題的良好目標。因此有厚化銅製程出現，及時間，並達簡化製程減少問題的良好目標。因此有厚化銅製程出現，此一方式已經實際生此一方式已經實際生產線上進行十數年，由於鍍液管理困難分析添加之線上進行十數年，由於鍍液管理困難分析添加之設備需要較高層次之技術，成本居高不下等設備需要較高層次之技術，成本居高不下等,此製程已經勢微此製程已經勢微. 厚化銅的領域又可分厚化銅的領域又可分為 : A.半加成半加成Semi-Additive式是完全式是完全為了取代全板面電鍍銅製程了取代全板面電鍍銅製程. B.全加成全加成Fully Additive式則是用於製造加成法線路板所用的。日式則是用於製造加成法線路板所用的。日本某些商用消費性電子本某些商用消費性電子產品用品用24小時以上的長時間的全加成鍍銅，而且小時以上的長時間的全加成鍍銅，而且只鍍在孔及線路部只鍍在孔及線路部份.日本之外日本之外尚不多見不多見,高雄日立化成數年前高雄日立化成數年前尚有有CC-41製程製程,目前已關掉該生目前已關掉該生產線線 7.3.1 厚化銅基本觀念厚化銅基本觀念 a. 厚化銅也仍然採用與傳統無電銅相似的配方，即仍以銅離子、厚化銅也仍然採用與傳統無電銅相似的配方，即仍以銅離子、強鹼、及甲及甲醛做做為反應的原動力，但與溫度及其所反應的原動力，但與溫度及其所產生的副生的副產物關係較大。物關係較大。 b. 無電銅因厚度很薄無電銅因厚度很薄,內應力內應力(inner Stress) 影響不大故不需重視，但厚影響不大故不需重視，但厚化銅則必須考慮。也就是說厚化銅與板面銅箔間的附著力也化銅則必須考慮。也就是說厚化銅與板面銅箔間的附著力也為關鍵關鍵 ，應特別，應特別注意其鍍前活化之過程如整孔及微蝕是否完美。控制不好時可能發生孔壁剝注意其鍍前活化之過程如整孔及微蝕是否完美。控制不好時可能發生孔壁剝離離(pull away)及板面脫皮。及板面脫皮。 c. 厚化銅之外表能接受油墨或乾膜之附著，所以印刷前儘少做磨刷或其厚化銅之外表能接受油墨或乾膜之附著，所以印刷前儘少做磨刷或其他化學粗化。在阻劑完成轉移後又要能耐得環境的他化學粗化。在阻劑完成轉移後又要能耐得環境的氧化化,而且也要耐得最低起而且也要耐得最低起碼的活性碼的活性清洗及活化。洗及活化。 d. 厚化銅主要的目的是厚化銅主要的目的是既能完成非導體的金屬化同時又可取代一次鍍銅能完成非導體的金屬化同時又可取代一次鍍銅 ，能，能夠發揮大量的設備、人力、物料、及操作時間的節省，但化學銅槽本身發揮大量的設備、人力、物料、及操作時間的節省，但化學銅槽本身比傳統的無電銅要貴，管理不易，要利用特定的自動添加設備。比傳統的無電銅要貴，管理不易，要利用特定的自動添加設備。 e. 前處理之各製程比傳統前處理之各製程比傳統PTH要更謹要更謹慎，原因是化學銅的沉積是靠銅離，原因是化學銅的沉積是靠銅離子在板子上之活化生長點子在板子上之活化生長點(Active sites)還原出銅金屬並增厚，當此等生長點還原出銅金屬並增厚，當此等生長點被銅覆蓋後其他板面上又逐次出現新的生長點再接受銅的沉積，電鍍銅的沉被銅覆蓋後其他板面上又逐次出現新的生長點再接受銅的沉積，電鍍銅的沉積則不但向上發展積則不但向上發展,也能橫向延伸。故萬一底材未能在前處理製程中完成良好也能橫向延伸。故萬一底材未能在前處理製程中完成良好的活化時則會造成孔破的活化時則會造成孔破(Hole Void)，而且經過乾膜或印刷後而且經過乾膜或印刷後,可能進一步的惡可能進一步的惡化，終必成化，終必成為板子品質上極大的隱憂。板子品質上極大的隱憂。 7.4 直接電鍍直接電鍍(Direct plating) 由於化學銅的製程中，有很多對人體健康有害的成由於化學銅的製程中，有很多對人體健康有害的成份(如甲如甲醛會致會致癌癌)，以及廢水處理，以及廢水處理(如有如有Chelate)有不良影響的成有不良影響的成份，因此早在，因此早在10多年多年前就有取代傳統前就有取代傳統PTH所謂所謂Direct Plating(不須靠化學銅的銅當導體不須靠化學銅的銅當導體)商品商品出現，至今在台灣量出現，至今在台灣量產亦有很多條線。但放眼國外，除歐洲應用者很多亦有很多條線。但放眼國外，除歐洲應用者很多以外，美、日以外，美、日(尤其是美國尤其是美國)並不普偏，一些大的電子公司並不普偏，一些大的電子公司(如製造電腦、如製造電腦、大哥大等大哥大等)並不並不Approve直接電鍍製程，這也是國內此製程普及率直接電鍍製程，這也是國內此製程普及率尚低的原因之一。低的原因之一。 7.4.1直接電鍍種類直接電鍍種類 大致上可歸大致上可歸為三種替代銅的導體三種替代銅的導體 A. Carbon-碳粉粉(Graphite同同) B. Conductive Polymer-導體高分子導體高分子 C. Palladium-鈀金屬金屬 7.4.2直接電鍍後續製程有兩種方式直接電鍍後續製程有兩種方式: A. 一次鍍銅後一次鍍銅後,再做影像轉移及二銅再做影像轉移及二銅 B. 直接做影像轉移及線路電鍍直接做影像轉移及線路電鍍 7.4.3表歸納目前國內己使用中的直接電鍍各商品之分析，供業界參考。表歸納目前國內己使用中的直接電鍍各商品之分析，供業界參考。 本章中介紹了傳統薄化銅本章中介紹了傳統薄化銅,厚化銅以及直接電鍍等幾種鍍通孔方式厚化銅以及直接電鍍等幾種鍍通孔方式.未來未來 製程走勢製程走勢: A. 縮短製程縮短製程 B. 減少減少污染染 C. 小孔通孔能力小孔通孔能力 D. 降低成本降低成本 E. 底材多樣化處理能力底材多樣化處理能力 而此製程是而此製程是PCB製作的基礎工程製作的基礎工程,若處理不好影響良率及信賴度因此要仔若處理不好影響良率及信賴度因此要仔 細評估與選擇何種藥水及設備細評估與選擇何種藥水及設備. 八八 外層外層 8.1 製程目的製程目的 經鑽孔及通孔電鍍後經鑽孔及通孔電鍍後,內外層已連通內外層已連通,本製程在製作外層線路本製程在製作外層線路,以達電性以達電性 的完整的完整. 8.2 製作流程製作流程 銅面處理銅面處理壓膜壓膜曝光曝光顯像顯像 8.2.1 銅面處理銅面處理 詳細資料請參考詳細資料請參考4.內層製作內層製作. 8.2.2 壓膜壓膜 8.2.2.1乾膜介紹乾膜介紹 乾膜乾膜(dry film)的構造見的構造見圖圖8.1,1968年由杜邦公司開發出來這種感光性聚合物的乾年由杜邦公司開發出來這種感光性聚合物的乾膜後，膜後，PCB的製作就進入另一紀元的製作就進入另一紀元,到到1984年末杜邦的專利到期後日本的年末杜邦的專利到期後日本的HITACHI也有也有自己的品牌問世。爾後就陸續有其他廠牌加入此一戰場自己的品牌問世。爾後就陸續有其他廠牌加入此一戰場. 依乾膜發展的歷史可分下列三種依乾膜發展的歷史可分下列三種Type: 溶劑顯像型溶劑顯像型 半水溶液顯像型半水溶液顯像型 鹼水溶液顯像型水溶液顯像型 現在幾乎是後者的天下現在幾乎是後者的天下,所以本章僅探討此類乾膜所以本章僅探討此類乾膜. A. 乾膜之組成乾膜之組成 水溶性乾膜主要是由於其組成中含有機酸根，會與水溶性乾膜主要是由於其組成中含有機酸根，會與強鹼反應使成反應使成為有機酸的有機酸的 鹽類，可被水溶掉。其組成見鹽類，可被水溶掉。其組成見圖圖8.1 水溶性乾膜最早由水溶性乾膜最早由Dynachem 推出推出,以以碳酸酸 鈉顯像，用稀顯像，用稀氫氧化化鈉剝膜，當然經不斷改進才有今日成熟而完整的剝膜，當然經不斷改進才有今日成熟而完整的產品線品線. B. 製程步驟製程步驟 乾膜作業的環境，需要在黃色照明乾膜作業的環境，需要在黃色照明,通風良好通風良好,溫濕度控制的無塵室中操作，溫濕度控制的無塵室中操作， 以減少以減少污染增進阻劑之品質。其主要的步驟如下：染增進阻劑之品質。其主要的步驟如下： 壓膜壓膜停置停置曝光曝光停置停置顯像顯像 圖8.18.2.2.2 壓膜壓膜(Lamination)作業作業 A. 壓膜機壓膜機可分手動及自動兩種壓膜機壓膜機可分手動及自動兩種,有收集聚有收集聚烯類隔層的捲輪，乾膜主輪，加熱類隔層的捲輪，乾膜主輪，加熱 輪，抽風設備等四主要部輪，抽風設備等四主要部份,進行連續作業進行連續作業,其示意見其示意見圖圖8.2 圖8.2一般壓膜條件一般壓膜條件為： 壓膜熱輪溫度壓膜熱輪溫度 12010 板面溫度板面溫度 5010 壓膜速度壓膜速度 1.52.5米分米分 壓力壓力 15-40 psi a. 傳統手動壓膜機須兩人作業，一人在機前送板，一人在機後收板並切傳統手動壓膜機須兩人作業，一人在機前送板，一人在機後收板並切 斷乾膜，此方式用在樣品、小量多料號適合，對人力、物料的耗用浪斷乾膜，此方式用在樣品、小量多料號適合，對人力、物料的耗用浪 費頗多。費頗多。 b. 自動壓膜機市面上自動壓膜機市面上HAKUTO，CEDAL，SCHMID等多種廠牌，其機構動等多種廠牌，其機構動作在作在 板前緣黏壓乾膜方式及壓膜後緣切膜動作多有不同，但都朝板前緣黏壓乾膜方式及壓膜後緣切膜動作多有不同，但都朝產速加快速加快 ，節省乾膜以及黏貼能力上在改進。，節省乾膜以及黏貼能力上在改進。 c. 國內志勝幾年前開發自動壓膜機頗國內志勝幾年前開發自動壓膜機頗為成功國內多家大廠均有使用成功國內多家大廠均有使用. d. 乾膜在上述之溫度下達到其玻璃態轉化點而具有流動性及乾膜在上述之溫度下達到其玻璃態轉化點而具有流動性及填充性，而充性，而 能覆蓋銅面。但溫度不可太高，否則會引起乾膜的聚合而造成顯像的能覆蓋銅面。但溫度不可太高，否則會引起乾膜的聚合而造成顯像的 困難。壓膜前板子若能預熱困難。壓膜前板子若能預熱,可增可增強其附著力。其附著力。 e. 為達細線路高密度板之高品質，必須從環境及設備上著手，乾膜之壓達細線路高密度板之高品質，必須從環境及設備上著手，乾膜之壓 膜需要在無塵室中進行（膜需要在無塵室中進行（10K 級以上），環境溫度應控制在級以上），環境溫度應控制在233 ，相對濕度應保持，相對濕度應保持50RH5左右。操作人員也要帶手套及抗靜電之左右。操作人員也要帶手套及抗靜電之 無塵衣帽。無塵衣帽。 8.2.3 曝光曝光 Exposure 8.2.3.1 曝光機種類曝光機種類 手動與自動手動與自動 平行光與非平行光平行光與非平行光 LDI雷射直接暴光雷射直接暴光 A. 手動曝光機，是將將欲曝板子上下底片以手動定手動曝光機，是將將欲曝板子上下底片以手動定PIN對位後，送入機台對位後，送入機台 面，吸面，吸真空後曝光。空後曝光。 B. 自動曝機一般含自動曝機一般含Loading/unloading，須於板子外框先做好工具孔，做須於板子外框先做好工具孔，做 初步定位再由機台上之初步定位再由機台上之CCD，Check底片與孔的對位狀況，並做微調後入底片與孔的對位狀況，並做微調後入 曝光區曝光。依目前的精密須求程度，不以視覺機器自動對位，恐怕做曝光區曝光。依目前的精密須求程度，不以視覺機器自動對位，恐怕做 不到好品質的板子。不到好品質的板子。 C. 如何量測及評估曝光機的平行度如何量測及評估曝光機的平行度: 定義定義:從平行度從平行度(collimate) 字面的意思就是使直向行字面的意思就是使直向行 進，而從光的眼光而言則進，而從光的眼光而言則 是讓光行進同時垂直於照是讓光行進同時垂直於照 射面。射面。圖圖8.3是平行光與非是平行光與非 平行光之比較平行光之比較. 圖圖 8.3Linear LampSourceCollimatedLight SourceTypical Collimationangle is 11.0o(half angle)Collimationangle is 1 1/2oPhotomaskOff Contact Dist.PhotoresistConductorSubstrate平行度的影響平行度的影響:而而研判平行直進的方法有兩個判平行直進的方法有兩個值可供參考，平行羊角可供參考，平行羊角 (Collimate Half Angle)及偏斜及偏斜(Declination Angle)。此二此二值可大略判斷曝光機的平行度及可大略判斷曝光機的平行度及 曝光可能造成的側向偏移，也因此若使用非平行曝光機曝光其影像會有偏料曝光可能造成的側向偏移，也因此若使用非平行曝光機曝光其影像會有偏料 及底部側向顯像的問題。及底部側向顯像的問題。 量測方法及工具量測方法及工具: 一般量測平行度的方法是用一種叫平行度像機一般量測平行度的方法是用一種叫平行度像機(Collimation Camera)其量測方式其量測方式 是以此工具置於感光紙或感光物上曝光，之後再量偏移度，其示意圖如下（是以此工具置於感光紙或感光物上曝光，之後再量偏移度，其示意圖如下（圖圖 8.4(a,b)）: D. 非平行光與平行光的差異，平行光可降低非平行光與平行光的差異，平行光可降低Under-Cut。其差異點，可見其差異點，可見圖圖8.5，顯，顯 影後的比較。做細線路影後的比較。做細線路(4mil以下以下)非得用平行光之曝光機。非得用平行光之曝光機。 E. 另有一種另有一種LDI(Laser Direct Imaging)鐳射直接感光之設備與感光方式。是利用特射直接感光之設備與感光方式。是利用特 殊之感光膜殊之感光膜coating在板面，不須底片直接利用在板面，不須底片直接利用鐳射掃描曝光。其細線可做到射掃描曝光。其細線可做到2mil 以內，利用多以內，利用多beam方式方式18in24in的板子，已有號稱曝光時間僅的板子，已有號稱曝光時間僅30 秒。秒。 圖8.4a圖8.4b圖8.58.2.3.2 作業注意事項作業注意事項 A. 偶偶氮棕片的使用棕片的使用 手動曝光因仰賴人目視對位，因此棕片是有必要的，但自動曝光機由機器負手動曝光因仰賴人目視對位，因此棕片是有必要的，但自動曝光機由機器負 責對位所以一般黑白底片即可。棕片的壽命較短責對位所以一般黑白底片即可。棕片的壽命較短 B. 能量的設定能量的設定 曝光機中有光能量之累積計算器，光能量子曝光機中有光能量之累積計算器，光能量子 (以焦耳或毫焦耳以焦耳或毫焦耳為單位）是指單位）是指 光光強度（瓦特或毫瓦特）與時間的乘積，即度（瓦特或毫瓦特）與時間的乘積，即 mili - Joule = mili Watt Sec. 焦耳瓦特焦耳瓦特秒秒 曝光機上有可以調動的光能量數字鍵，並有測光曝光機上有可以調動的光能量數字鍵，並有測光強度之裝置，當設定某一光度之裝置，當設定某一光 能量數字後即可做定能量之曝光，每當光源紫外燈老化而光能量數字後即可做定能量之曝光，每當光源紫外燈老化而光強度衰減時，該度衰減時，該 設定系統即會自動延長時間以達到所需的光能量。定期以設定系統即會自動延長時間以達到所需的光能量。定期以“Photometer” 或或 Radiometer做校正工作。做校正工作。 C. Stouffer 21 Step Tablet Stouffer 21 step tablet是是IN-process監測曝光顯像後的條件是否正常，見監測曝光顯像後的條件是否正常，見 圖圖8.6。它是放於板邊與正常板一樣曝光，停置及顯像後，其是放於板邊與正常板一樣曝光，停置及顯像後，其21格上之乾膜格上之乾膜 殘留有殘留有顏色漸淡，至完全露銅的變化，最重要視其已顯像及仍殘存板面之交色漸淡，至完全露銅的變化，最重要視其已顯像及仍殘存板面之交 界是落於第幾格。一般標準是界是落於第幾格。一般標準是810格，格，Follow各廠牌所給的各廠牌所給的Data Sheet。 D. 吸吸真空的重要空的重要 非平行光的作業中，吸非平行光的作業中，吸真空的程度是影響曝光品質的重大因素。因底片與膜空的程度是影響曝光品質的重大因素。因底片與膜 面有間隙會擴大面有間隙會擴大under-cut。一般判斷貼緊程度是從光一般判斷貼緊程度是從光罩上之上之Mylar面出現的面出現的 牛頓環牛頓環(Newton Ring)的狀況，以手的狀況，以手碰觸移動，若牛頓環並不會跟著移動，觸移動，若牛頓環並不會跟著移動， 則表吸則表吸真空良好。手動作業，時常作業員空良好。手動作業，時常作業員尚要以要以“刮刀刮刀”輔助刮除空氣，此小輔助刮除空氣，此小 動作事實上極易影響對位及底片的壽命。平行光源則此問題可降至最低。動作事實上極易影響對位及底片的壽命。平行光源則此問題可降至最低。 圖8.6E. 對位對位 對於自動曝光機來說，偏位不是不問題，只要評估好設備的製程能力以及對於自動曝光機來說，偏位不是不問題，只要評估好設備的製程能力以及 維護工作底片的準確度即可，但手動曝光機作業影響對準度的變數就很多：維護工作底片的準確度即可，但手動曝光機作業影響對準度的變數就很多： PIN孔大小的選擇孔大小的選擇 上製程通孔電鍍的厚度分析上製程通孔電鍍的厚度分析 孔位準確度孔位準確度 底片套板的方式底片套板的方式 人目視誤差人目視誤差 上述僅上述僅舉常見因素，各廠應就常見因素，各廠應就產品層次來提升乾膜作業的製程能力。品層次來提升乾膜作業的製程能力。 F. 靜置靜置 曝光後板子須問隔板置放曝光後板子須問隔板置放1015分鐘讓吸收分鐘讓吸收UV能量後的能量後的resist Film聚合更聚合更 完全。完全。 G.高高強度的度的UV光對細線路而言是十分重要的光對細線路而言是十分重要的，因，因為所有的光阻都含有遮蔽劑所有的光阻都含有遮蔽劑 (Inhibitor)，而此遮蔽劑遇而此遮蔽劑遇UV光時會在數秒內大量消耗。因此如果用弱光曝光，光時會在數秒內大量消耗。因此如果用弱光曝光，則須用較長時間來達到必須的能量，如此有較多的時間讓未見光區的遮蔽劑擴散則須用較長時間來達到必須的能量，如此有較多的時間讓未見光區的遮蔽劑擴散至曝光區，如此只要有一點折光或散射就會形成聚合，至曝光區，如此只要有一點折光或散射就會形成聚合，產生殘膠顯影不潔等問題。生殘膠顯影不潔等問題。因此使用因此使用強光曝光機有助於細線的製作，有殘膠並不是代表只是顯影不潔或水洗光曝光機有助於細線的製作，有殘膠並不是代表只是顯影不潔或水洗不良的問題。不良的問題。 一般而言一般而言5mW/cm2能量密度對一般的線路已有不錯的效果，如果要有更佳能量密度對一般的線路已有不錯的效果，如果要有更佳的解析度則高一些的光的解析度則高一些的光強度有助於改善之。度有助於改善之。 H. 影響解析度的因子互動關係有影響解析度的因子互動關係有:(I)曝光時間長短曝光時間長短(2)未曝光區遮蔽劑的量未曝光區遮蔽劑的量 (3)散射折射光的多少散射折射光的多少.其中第二項是來自供應商的調配較無法調整，第其中第二項是來自供應商的調配較無法調整，第(1)項可考慮控項可考慮控制光制光強度來改善其品質，第度來改善其品質，第(3)項則使用平行曝光機及加項則使用平行曝光機及加強曝光前曝光前真空作業會有幫空作業會有幫助助. 8.2.4. 顯像顯像Developing 8.2.4.1槽液成槽液成份及作業條件及作業條件 溶液配方之溶液配方之碳酸酸鈉（重量比）（重量比） 溫度溫度 30 +_2 噴壓噴壓 1520 PSI 水洗水洗 2729，水壓，水壓40 PSI pH 10.5 10.7， Break point 5070% Auto dosing 8.2.4.2作業注意事項作業注意事項 A. 顯像是把顯像是把尚未發生聚合反應的區域用顯像液將之沖洗掉，已感光部未發生聚合反應的區域用顯像液將之沖洗掉，已感光部份則則 因已發生聚合反應而洗不掉仍留在銅面上成因已發生聚合反應而洗不掉仍留在銅面上成為蝕刻或電鍍之阻劑膜。注蝕刻或電鍍之阻劑膜。注 意在顯像前不可忘記把表面玻璃紙撕掉。意在顯像前不可忘記把表面玻璃紙撕掉。 B. 顯像點顯像點Break point (從設備透明外從設備透明外罩看到已經完全顯現出圖樣的該點的看到已經完全顯現出圖樣的該點的 距離稱之距離稱之)應落於應落於5070%間，不及間，不及,銅面有銅面有scun殘留殘留,太過太過,則線邊有膜屑或則線邊有膜屑或 undercut過大過大.最好有自動添加系統最好有自動添加系統(auto-dosing).另外噴灑系統設計良另外噴灑系統設計良 否也會影響顯像點否也會影響顯像點.可參考表可參考表8.1(本表僅供參考本表僅供參考)C. 顯像良好的側壁應顯像良好的側壁應為直壁式者，顯像不足時容易發生膜渣直壁式者，顯像不足時容易發生膜渣(Scum)造成蝕造成蝕 刻板的短路、銅碎、及鋸齒突出之線邊，顯像機噴液系統之過濾不良時刻板的短路、銅碎、及鋸齒突出之線邊，顯像機噴液系統之過濾不良時 也會造成此種缺點。檢也會造成此種缺點。檢查Scum的方法可用之的方法可用之氯化銅溶液化銅溶液(Cupric Chloride CuCl 2)或或氯化化銨溶液浸泡，若銅面上仍有鮮亮的銅色時，即溶液浸泡，若銅面上仍有鮮亮的銅色時，即 可判斷有可判斷有 Scum殘留，殘留， D. 顯像完成板子切記不可疊放顯像完成板子切記不可疊放,須用須用Rack插立立. 8.3. 乾膜環境的要求乾膜環境的要求 線路板之細線及高密度要求漸嚴，其成功的契機端賴各種精密的控制。乾膜轉移線路板之細線及高密度要求漸嚴，其成功的契機端賴各種精密的控制。乾膜轉移 影像之精準除了上述各種生影像之精準除了上述各種生產技術外，環境的完善也占有很大的比重。技術外，環境的完善也占有很大的比重。 A. 首先要注意到的是無塵室首先要注意到的是無塵室(Clean Room)的建立，一般常說的無塵室是以美國聯的建立，一般常說的無塵室是以美國聯 邦標準邦標準Fed. STD 209 做做為分級的規範，是以每立方呎的空氣中分級的規範，是以每立方呎的空氣中 所含大於所含大於0.5微米微米 的塵粒之數目的塵粒之數目(PPCF) 作作為分級的，可分分級的，可分為三級，見表三級，見表 三者間之維護與安裝費用相差極大，三者間之維護與安裝費用相差極大，class 100 級多用在積體電路程級多用在積體電路程(IC) 之晶圓之晶圓 製造上。至於精密線路板之乾膜壓膜及曝光區則製造上。至於精密線路板之乾膜壓膜及曝光區則10,000級已級已夠。 B. 無塵室品質之控制有三要件，防止外界塵埃之進入、避免內部無塵室品質之控制有三要件，防止外界塵埃之進入、避免內部產生、及生、及清除內除內 部部既有之塵量；需在環境系統上加裝進氣之過濾設備、工作人員穿戴不易起有之塵量；需在環境系統上加裝進氣之過濾設備、工作人員穿戴不易起 塵之工作服、鞋、手套、頭塵之工作服、鞋、手套、頭罩。室內裝配則應採表面平滑的牆板、無縫地板。室內裝配則應採表面平滑的牆板、無縫地板 、氣密式之照明及公共設施、進出口之、氣密式之照明及公共設施、進出口之Air Shower，室內送風則採水平層流室內送風則採水平層流 (Laminar Flow)及垂直層流方式以消除氣流的死角及垂直層流方式以消除氣流的死角,避免塵埃的聚積。避免塵埃的聚積。 C. 乾膜區之照明乾膜區之照明為黃色光源以避免乾膜於正式曝光前先感光黃色光源以避免乾膜於正式曝光前先感光,此種黃光波長必須此種黃光波長必須 在在500 n m(naro-meter為10 m，或或5000A)，比比500nm短的光源中含有紫外線而短的光源中含有紫外線而 導致乾膜之局部感光，市面上有金黃色日光燈管出售，在一般日光燈外加裝導致乾膜之局部感光，市面上有金黃色日光燈管出售，在一般日光燈外加裝 橘黃色燈橘黃色燈罩也可使用。也可使用。 Class 小於或等於小於或等於0.5u/PPCF 大於或等於大於或等於5.0u/PPCF 100 100 0 10000 10000 65100000 100000 7008.4 高密度細線路技桁高密度細線路技桁 電路板的密度以往主要受限於鑽孔的尺寸，因此似乎線路密度成長的電路板的密度以往主要受限於鑽孔的尺寸，因此似乎線路密度成長的迫切性也就沒有那迫切性也就沒有那麼高。細線路由於鑽孔技術的進步及高。細線路由於鑽孔技術的進步及MCM-L技術的需求，技術的需求，近來備受重視。而運用傳統的近來備受重視。而運用傳統的Tenting & Etching技術，想作到小於技術，想作到小於1OOm的線路走十分困難的。的線路走十分困難的。Additive process能降低甚至避免蝕刻的問能降低甚至避免蝕刻的問題，只是必須使用特定的物料與流程，因此在電子封題，只是必須使用特定的物料與流程，因此在電子封裝領域較少被運用。裝領域較少被運用。A. Additive Process其銅線路是用電鍍光阻定義出線路區，以電鍍方式其銅線路是用電鍍光阻定義出線路區，以電鍍方式填入銅來達形成線路。此類製程分入銅來達形成線路。此類製程分為Semi Additive與與Fully Additive兩類，兩類，Semi Additive 利用壓合薄銅於各類樹脂上，再以電鍍及蝕刻達到形成線利用壓合薄銅於各類樹脂上，再以電鍍及蝕刻達到形成線路的目的。路的目的。Fully Additive則是利用樹脂表面粗化，其後塗布加則是利用樹脂表面粗化，其後塗布加強黏合層黏合層以改善無電銅與板面連結以改善無電銅與板面連結強度，之後以無電解銅長出線路。典型的線形式度，之後以無電解銅長出線路。典型的線形式Subtractive/Semi Additive/Fully Additive示意如下圖：（示意如下圖：（圖圖8.7 ） 圖8.7 B. 無電解銅在無電解銅在Additive製程方面是極製程方面是極為重要的尤其是高品質高選擇性的無重要的尤其是高品質高選擇性的無電解電解 銅，是高密度高信賴度板使用該製程的必要條件。然而一般無電解銅析出銅，是高密度高信賴度板使用該製程的必要條件。然而一般無電解銅析出速率約速率約 為22.5m/Hr其析鍍時間相對可縮短其析鍍時間相對可縮短為24分之一。分之一。 C. 對無電解銅而言，抗鍍光阻的剝離是最嚴苛的問題，由於光阻會操作在對無電解銅而言，抗鍍光阻的剝離是最嚴苛的問題，由於光阻會操作在70的的 鹼性化學銅液中，介面間的應力及光阻膨鬆是被認性化學銅液中，介面間的應力及光阻膨鬆是被認為剝離的主要動力。剝離的主要動力。化學銅反化學銅反 應應產生的生的氫氣，原有的薄氣，原有的薄氧化銅表層因還原反應而失去鍵結力，都是化銅表層因還原反應而失去鍵結力，都是剝離的可能原因。剝離的可能原因。 D. 較有效的防止剝離方式可以考慮對表面施以不同的金屬處理。底銅的化較有效的防止剝離方式可以考慮對表面施以不同的金屬處理。底銅的化學電位相學電位相 對於對於氫為-600mV，氧化銅相對於化銅相對於氫的還原位的還原位為-355mV，由於還原由於還原電位高於電化反電位高於電化反 應因此還原反應極易應因此還原反應極易產生剝離。若要保持良好的鍵結力就必須生剝離。若要保持良好的鍵結力就必須找一個更低電位的找一個更低電位的 金屬覆於其上以防止反應。金屬覆於其上以防止反應。Zn/Sn/Ni都是有機會的金屬，都是有機會的金屬，以以鋅而言經實驗證明而言經實驗證明 適當的覆蓋厚度可得到承受浸泡化學銅適當的覆蓋厚度可得到承受浸泡化學銅40Hr仍不會剝離仍不會剝離的結合效果，其經驗厚度約的結合效果，其經驗厚度約為0.50.1mg/cm2，金也是可選擇加金也是可選擇加強結合力的金結合力的金屬。屬。 E. 傳統的光阻是以溶劑型傳統的光阻是以溶劑型為主，但因環保問題而使業界對配方有所調整，主，但因環保問題而使業界對配方有所調整，加入親水性物質，光阻可使用水溶液顯影。但一般水溶性光阻由於是加入親水性物質，光阻可使用水溶液顯影。但一般水溶性光阻由於是鹼性顯影性顯影系統，用系統，用 化學銅抗電鍍將因親水分子過多而化學銅抗電鍍將因親水分子過多而產生膨鬆問題。因此有新系統發展生膨鬆問題。因此有新系統發展出來，親水分子調整至最佳狀況後以低出來，親水分子調整至最佳狀況後以低鹼性鹽及高揮發點溶劑組合成顯影液，性鹽及高揮發點溶劑組合成顯影液，顯影液之最大成顯影液之最大成份仍仍為水，如此不會有燃燒的危險。而此光阻劑可承受約水，如此不會有燃燒的危險。而此光阻劑可承受約40小小時化學銅浸泡時化學銅浸泡 不致有問題，只是光阻難免有溶出物會影響鍍液析出速度及鍍出不致有問題，只是光阻難免有溶出物會影響鍍液析出速度及鍍出品質，因此其配方是必須考慮以減少影響品質，因此其配方是必須考慮以減少影響為目標。一般負型光阻其本身會吸收目標。一般負型光阻其本身會吸收光源能量，因此改善光阻透光性以獲得良好筆直的壁面，是光阻改善的方向。光源能量，因此改善光阻透光性以獲得良好筆直的壁面，是光阻改善的方向。有部有部份光阻已可作到光阻厚度光阻已可作到光阻厚度76m厚度以下厚度以下,30m線寬間距的解析度。線寬間距的解析度。 F. 電鍍過程中如何防止雜質顆粒的電鍍過程中如何防止雜質顆粒的產生，對細線路而言將是一大課題。生，對細線路而言將是一大課題。對對Semi additive製程而言，電鍍若先使用高溫鍍銅製程而言，電鍍若先使用高溫鍍銅(化學或電鍍化學或電鍍)，再以較冷的，再以較冷的鍍錫槽鍍保護層，由於光阻會因熱脹冷縮而在銅線路與光阻頂端鍍錫槽鍍保護層，由於光阻會因熱脹冷縮而在銅線路與光阻頂端產生約生約1m的的空隙，因此鍍錫時線邊緣也會大部空隙，因此鍍錫時線邊緣也會大部份被錫鍍上，因此可加被錫鍍上，因此可加強保護效果獲得更好保護效果獲得更好的線路。的線路。 G. 薄膜技術也可用於細線製程，一薄層薄膜技術也可用於細線製程，一薄層Cr-Cu底層金屬以濺鍍鍍於底材上，底層金屬以濺鍍鍍於底材上，以以22 m厚的光阻作業，以厚的光阻作業，以Semi additive製程化學銅浸約製程化學銅浸約4Hr，去除光阻後由去除光阻後由於底於底 層薄膜很薄，因此用層薄膜很薄，因此用Ion milling即可，不必作錫保護。即可，不必作錫保護。 H. Fully additive是另一種方式，其作業是以是另一種方式，其作業是以UV型乾膜式增黏劑型乾膜式增黏劑(Adhesive)壓覆於樹脂面，壓覆於樹脂面，UV聚合後鑽孔粗化再以活化劑聚合後鑽孔粗化再以活化劑(觸媒觸媒)覆於表面，其覆於表面，其後以光阻定義出備鍍區，後以光阻定義出備鍍區，為使光阻能抗使光阻能抗鹼可用可用UV光將光阻固化，再以化銅光將光阻固化，再以化銅填入備鍍區，其後光入備鍍區，其後光 阻本身也保留成板面的一部阻本身也保留成板面的一部份。觸媒一般多用錫。觸媒一般多用錫鈀膠體，膠體，若附以適當厚度若附以適當厚度既可可啟始化銅反應同時能保有一定始化銅反應同時能保有一定絕緣電阻。緣電阻。 外層線路之影像轉移至此結束外層線路之影像轉移至此結束,抽檢通過的板子以抽檢通過的板子以Rack送至二銅區送至二銅區(線路電線路電鍍鍍)進行下一製程進行下一製程. 九九. 二次銅二次銅 9.1 製程目的製程目的此製程或稱線路電鍍此製程或稱線路電鍍 (Pattern Plating),有別於全板電鍍有別於全板電鍍(Panel Plating) 9.2 製作流程製作流程目前二次銅作業幾乎都是以龍門式自動電鍍線目前二次銅作業幾乎都是以龍門式自動電鍍線為主主,是垂直浸鍍方式是垂直浸鍍方式,上下料則上下料則採手動或自動採手動或自動.設備的基本介紹後面會提及設備的基本介紹後面會提及.另外另外值得一提的是得一提的是為迎合迎合build up新式新式製程製程,傳統垂直電鍍線無法達到一些規格如傳統垂直電鍍線無法達到一些規格如buried hole,throwing power等等,因而有因而有水平二次銅電鍍線的水平二次銅電鍍線的研發發,屆時又將是一大革命屆時又將是一大革命.本章仍就傳統負片二次銅流程加以本章仍就傳統負片二次銅流程加以介紹介紹:銅面前處理銅面前處理鍍銅鍍銅鍍錫鍍錫(鉛鉛)9.2.0 Time table(時序圖時序圖): 含鍍槽在內含鍍槽在內,二銅自動電鍍線所設計的槽數二銅自動電鍍線所設計的槽數,少者少者2,30多者多者4,50,輸送掛架的天車輸送掛架的天車23部部,因此必須由程式來控制各槽起落因此必須由程式來控制各槽起落,停滯時間停滯時間,再由天車執行各再由天車執行各RACK流程順序等流程順序等一連串複雜的動作一連串複雜的動作,電鍍時間甚至可控制電鍍時間甚至可控制為設定安培小時設定安培小時,如此各天車就有一時間路如此各天車就有一時間路線圖稱之線圖稱之 Time Table.拜拜PLC的功能愈來愈進步所賜的功能愈來愈進步所賜,利用電腦的人性化介面利用電腦的人性化介面,在程式在程式的設計上簡便又快速的設計上簡便又快速.9.2.1 銅面前處理銅面前處理 二銅製程之鍍銅前處理皆二銅製程之鍍銅前處理皆為In line process,所以都是化學處理方式所以都是化學處理方式.一般的流一般的流 程程為: 脫脂脫脂水洗水洗微蝕微蝕水洗水洗酸浸酸浸鍍銅鍍銅水洗水洗 此前處理的重點在於如何將前一製程此前處理的重點在於如何將前一製程-外層線路製作外層線路製作-所可能流在板面上的所可能流在板面上的氧化化,指指紋紋,輕微輕微 scun等板面不潔加以處理等板面不潔加以處理,並予以表面的活化使鍍銅的附著力良好並予以表面的活化使鍍銅的附著力良好.9.2.2 鍍銅鍍銅9.2.2.1電鍍基礎電鍍基礎A. 法拉第定律法拉第定律 第一定律第一定律在鍍液進行電鍍時在鍍液進行電鍍時,陰極上所沉積陰極上所沉積(deposit)的金屬量與所通過的電量成的金屬量與所通過的電量成 正比。正比。第二定律第二定律在不同鍍液中以相同的電量進行電鍍時，其各自附積出來的重量與其化在不同鍍液中以相同的電量進行電鍍時，其各自附積出來的重量與其化 學當量學當量 成正比。成正比。B. 電極電位電極電位 當金屬浸於其鹽類之溶液中時，其表面即發生金屬溶成離子或離子沉積成當金屬浸於其鹽類之溶液中時，其表面即發生金屬溶成離子或離子沉積成為金屬金屬之置換可逆反應，直到某一電位下達到平衡。若在常溫常壓下以電解稀酸液時白金陰之置換可逆反應，直到某一電位下達到平衡。若在常溫常壓下以電解稀酸液時白金陰極表面之極表面之氫氣泡做氣泡做為任意零任意零值，將各種金屬對，將各種金屬對零零值極極連通做對比時，可找各種金屬連通做對比時，可找各種金屬對對氫標準電極之電位來標準電極之電位來(NHE Standard Potential ,Normal Hydrogen Electrode)。將將金屬及其離子間之金屬及其離子間之氧化或還原電位對化或還原電位對NHE比較排列而成比較排列而成電化學次序電化學次序(Electrochemieal Series)或電動次序或電動次序(Electromotive Force Series)。以還原觀點而言，比以還原觀點而言，比氫活潑的金屬冠以負活潑的金屬冠以負值使其排列在使其排列在氫的上位，如的上位，如鋅為-0.762，表示，表示鋅很容易很容易氧化成離子，不容易沉積成金屬，理論上至少要外加化成離子，不容易沉積成金屬，理論上至少要外加0.762V以上才能以上才能將之鍍出。即：將之鍍出。即： Zn + 2 e Zn, - 0.762 V 比比氫不活潑者冠以正不活潑者冠以正值，排在，排在氫的下位，如銅之：的下位，如銅之： Cu + 2 e Cu, + 0.34 V 愈在下位者愈容易還原鍍出來，也就是說其金屬態在自然情況下較安定，反之在上愈在下位者愈容易還原鍍出來，也就是說其金屬態在自然情況下較安定，反之在上位者則容易生銹了。位者則容易生銹了。C. 過電壓過電壓(Overpotential)： 在溶液中的帶電物體在平衡時會存在一定電位在溶液中的帶電物體在平衡時會存在一定電位值，此電位，此電位值稱稱為平衡電位平衡電位(E0)：當當該物質該物質產生一反應不論化學（生一反應不論化學（氧化還原）或物理反應（擴散）等時，都必須賦予化還原）或物理反應（擴散）等時，都必須賦予額外能量，這種能量在電化學的領域我們稱額外能量，這種能量在電化學的領域我們稱為給予的反應電壓叫作給予的反應電壓叫作過電壓過電壓，其關係，其關係可以下式表示：可以下式表示： V(applied)-EC-1 電鍍的過電壓：電鍍的過電壓：在電鍍過程中電壓主要表現分成下列三項：在電鍍過程中電壓主要表現分成下列三項：ct+mt+IR-(1) ct：Charge transfer overpotential：電鍍反應的過電壓電鍍反應的過電壓 mt：Mass transfer overpotential：質傳反應的過電壓質傳反應的過電壓 IR：溶液本身的電阻溶液本身的電阻 對電路板而言孔與表面對電路板而言孔與表面為等位面，因此等位面，因此s(surface)= h(Hole)，因此因此s=h=sct+smt+IRs=hct+hmt+IRh-(2) 其中其中mt表示帶電離子藉表示帶電離子藉Diffusion作用通過作用通過Diffusion layer所造成的電位差，其所造成的電位差，其狀況可以下圖狀況可以下圖9.1表示圖表示圖9.1顯示的意義顯示的意義為在距離在距離()之外的溶液，其金屬離子濃度可之外的溶液，其金屬離子濃度可視視為定定值，其數，其數值與整槽的平均濃度與整槽的平均濃度(C)相同。而在一定距離相同。而在一定距離()內，金屬離子濃度內，金屬離子濃度會逐漸下降，此一濃度下降的區稱會逐漸下降，此一濃度下降的區稱為 Diffusion Layer，而而值即即為 Diffusion layer thickness；由於濃度梯度的存在由於濃度梯度的存在(Concentration gradient)會消耗電能，此即會消耗電能，此即為Mass transfer overpotential存在的原因，其大小可以下式表示：存在的原因，其大小可以下式表示：mt（RT/nF）(I/iL)=0.082(J/JL)-(3) 其中其中J及及JL分別代表電流密度及極限電流密度，而極限電流密度分別代表電流密度及極限電流密度，而極限電流密度JL可以表達：可以表達：JL=(nFDCb/)=K(Cb/)-(4) 當系統選定當系統選定(Cb)操作方式固定操作方式固定()，JL值相對也就固定。但相對也就固定。但()值會大攪拌及掛會大攪拌及掛架不同而修正。一般而言，板面因攪拌而架不同而修正。一般而言，板面因攪拌而()變小；因此變小；因此JLS很大而造成很大而造成mts低，低，反之由於攪拌方向多和孔方向垂直；孔內因反之由於攪拌方向多和孔方向垂直；孔內因為金屬離子不易補充及攪拌不佳造金屬離子不易補充及攪拌不佳造成成Cbh偏低及偏低及值偏高偏高,以致以致JLh偏低偏低 mtL偏高偏高(mthmtsL)至於至於IR項是溶液電項是溶液電阻形成的電壓降，距離愈長降愈大；一般取板面的阻形成的電壓降，距離愈長降愈大；一般取板面的 IR=0，而孔內則而孔內則為：EIR=(J.L2/2Kd)-(5) J：電流密度電流密度 L：板厚板厚 d：孔半徑孔半徑 在一般狀況在一般狀況EIR0而而mthmtsL 因此根據式因此根據式(2)可知可知cthcts恆成立，也就是孔內的恆成立，也就是孔內的Charge transfer potential永遠小於表面的永遠小於表面的Charge transfer potential，而且隨著板厚愈大而且隨著板厚愈大(即使即使Aspect ratio不變不變)，兩者差，兩者差值愈大。愈大。C-2過電壓與電鍍過電壓與電鍍在各種過電壓中，在各種過電壓中，真正決定電流密度的是正決定電流密度的是ct（charge transfer overpotential），），他與電流密度有如下他與電流密度有如下圖圖9.2的關係：的關係：圖圖9.2為不同不同ct時電流度的變化曲線時電流度的變化曲線(極化曲線極化曲線)，其內容如下：，其內容如下： a. 一般而言當系統被賦予電壓時會相應一般而言當系統被賦予電壓時會相應產生電流，其電流變化一開始時較緩，生電流，其電流變化一開始時較緩， 爾後會呈穩定上升，最後趨向極限電流密度爾後會呈穩定上升，最後趨向極限電流密度J(Limit) b. 上述可穩定增加之區間上述可穩定增加之區間為可操作可操作Range，但一般但一般為考慮電鍍品質，當選擇考慮電鍍品質，當選擇 J/J(Limit)=0.350.45為範圍範圍 c. 當電流密度達到當電流密度達到J/J (Limit)時，即便再加壓電流密度也不會再上升時，即便再加壓電流密度也不會再上升 d. 給予電壓因分佈不均而局部過高，則當給予電壓因分佈不均而局部過高，則當超過超過1*時會時會產生生氫氣，造成局部氣，造成局部 燒焦及低電流效率的缺點燒焦及低電流效率的缺點 e. 若外加電壓太高若外加電壓太高(ct2*)，則溶液則溶液產生大量生大量氫氣並氣並產生金屬粉末生金屬粉末由前述知由前述知cts=cth成立，則由成立，則由圖圖9.2知知JctsJcth亦成立此即面銅比孔銅厚的原因亦成立此即面銅比孔銅厚的原因(Throwing Power T.P.=200oC9.Impedance 28歐姆10%19.4.2封裝載板的應用封裝載板的應用 傳統傳統QFP封裝方式，在超過封裝方式，在超過208腳以上，其不良率就會升高很多，因以上，其不良率就會升高很多，因此此Motorola發展出發展出球球腳陣列陣列-Ball Grid Array的封裝方式之後，到今天的封裝方式之後，到今天可說可說BGA已站穩其領導地位，雖然陸續有不同的設計與應用，但仍不脫已站穩其領導地位，雖然陸續有不同的設計與應用，但仍不脫離其架構。圖離其架構。圖19.8(a.b)清楚的把楚的把IC封裝封裝ILB、OLB的方式與的方式與Substrate的的性能要求做一對照。國內性能要求做一對照。國內PCB大廠陸續和國外簽約授權及技術移轉製造大廠陸續和國外簽約授權及技術移轉製造BGA，如如Prolinx的的V-BGA，Tessera的的BGA等。等。 A.BGA基板基板 半導體因接點增多而細密化，封裝的形態也由線發展半導體因接點增多而細密化，封裝的形態也由線發展為面的設計，面的設計，因此而因此而 有所謂從週邊有所謂從週邊(Peripheral) to陣列陣列( Array) 的趨勢的趨勢.業界對封裝的業界對封裝的利用有大略的分析，一般認利用有大略的分析，一般認為每一平方英寸若接點在每一平方英寸若接點在208點以下可使用導點以下可使用導線架，若超線架，若超 出則可能必須使用其出則可能必須使用其它方式，例如方式，例如:TAB或或 BGA、PGA、LGA等，此類封等，此類封 裝都屬陣列式封裝裝都屬陣列式封裝BGA(Ball Grid Array)是六、七年前由是六、七年前由Motorola公司所發展出來的封裝結構，其製程代表性作法如公司所發展出來的封裝結構，其製程代表性作法如圖圖19.9: 不論不論此板的結構此板的結構為幾層板，若其最後封裝形態是此種結構，我們稱幾層板，若其最後封裝形態是此種結構，我們稱它為 BGA當然，如果一片基板上有多於一顆晶片的封裝，則當然，如果一片基板上有多於一顆晶片的封裝，則它就是就是MCM型的型的BGA目前目前BGA主要的用途是個人電腦的晶片組、繪圖及多媒體晶片、主要的用途是個人電腦的晶片組、繪圖及多媒體晶片、CPU 等等. 圖19.8-1圖19.8-2圖圖 19.9B. CSP(Chip Scale Package)基板基板: 對於隨身形及輕薄形的電子配件，更細緻化的封裝及更薄的包裝形式有其對於隨身形及輕薄形的電子配件，更細緻化的封裝及更薄的包裝形式有其 必必要性。封裝除走向陣列化外，也走向接點距離細密化的路，要性。封裝除走向陣列化外，也走向接點距離細密化的路，CSP的中文名稱目前的中文名稱目前多數的人將多數的人將它翻譯翻譯為晶片級封裝晶片級封裝。它的定義是的定義是最後封裝面積最後封裝面積 = b + 0.012”b : Buried Via Drill Diameter c= b + 0.012”c : Via Hole Land Diameter e= d + 0.016”d : Via Hole Drill Diametere : Via Hole Inner Land Diameterabcde20.2盲孔設計與製作盲孔設計與製作 密度極高，雙面設計的板子，會有外層上下，導孔間的彼密度極高，雙面設計的板子，會有外層上下，導孔間的彼此干擾，尤其是有此干擾，尤其是有（Via-in-pad）設計時更是一個麻煩。盲孔可以解設計時更是一個麻煩。盲孔可以解決這個問題。另外無線電通訊的盛行決這個問題。另外無線電通訊的盛行, 線路之設計必達到線路之設計必達到RF(Radio frequency)的範圍的範圍,超過超過1GHz以上以上.盲孔設計可以達到此需求，盲孔設計可以達到此需求，圖圖20.5是盲孔是盲孔一般規格。一般規格。 盲孔板的製作流程有三個不同的方法，如下所述盲孔板的製作流程有三個不同的方法，如下所述 機械式定深鑽孔機械式定深鑽孔 傳統多層板之製程，至壓合後，利用鑽孔機設定軸深度的鑽孔傳統多層板之製程，至壓合後，利用鑽孔機設定軸深度的鑽孔 ，但此法有幾個問題，但此法有幾個問題 每次僅能一片鑽每次僅能一片鑽產出非常低出非常低 鑽孔機台面水平度要求嚴格，每個鑽孔機台面水平度要求嚴格，每個spindle的鑽深設定要一致的鑽深設定要一致 否則很難控制每個孔的深度否則很難控制每個孔的深度 孔內電鍍困難，尤其深度若大於孔徑，那幾乎不可能做好孔孔內電鍍困難，尤其深度若大於孔徑，那幾乎不可能做好孔 內電鍍。上述幾個製程的限制，己使此法漸不被使用。內電鍍。上述幾個製程的限制，己使此法漸不被使用。 逐次壓合法（逐次壓合法（Sequential lamination）以八層板以八層板為例（見例（見圖圖20.6），逐次壓合法可同時製作盲埋孔。首先），逐次壓合法可同時製作盲埋孔。首先將四片內層板以一般雙面皮的方式線路及將四片內層板以一般雙面皮的方式線路及PTH做出（也可有其他組合；六層做出（也可有其他組合；六層板板+雙面板、上下兩雙面板內四層板）再將四片一雙面板、上下兩雙面板內四層板）再將四片一併壓合成四層板後，再壓合成四層板後，再進行全通孔的製作。此法流程長，成本更比其進行全通孔的製作。此法流程長，成本更比其它做法要高，因此並不普遍。做法要高，因此並不普遍。 圖20.6Blind viasC-stage(signal-signal)C-stage(signal-signal)C-stage(signal-signal)C-stage(signal-signal)B-stage (glue layer)B-stage (glue layer)B-stage (glue layer)Blind viasBlind viasL1L2L3L4L5L6L7L8圖20.5defabcIVH (Interstatial Via Hole) Fabrication Standard SpecBlind Viaa : Blind Via inner Layer Land Diameter a=c+0.012”b : Blind Via Outer Layer Land Diameter b=c+0.016”c : Blind Via Drill Diameter d=e+0.012”d : Via Hole Land Diameter f=e+0.016”e : Via Hole Drill Diameter f : Via Hole Inner Layer Land Diameter增層法（增層法（Build up Process）之非機鑽方式之非機鑽方式 目前此法最受全球業界之目前此法最受全球業界之青睞，而且國內亦不遑多讓，多家大廠都有製，而且國內亦不遑多讓，多家大廠都有製 造經驗。此法延用上述之造經驗。此法延用上述之Sequential lamination的觀念，一層一層往板的觀念，一層一層往板 外增加，並以非機鑽式之盲孔做外增加，並以非機鑽式之盲孔做為增層間的互連。其法主要有三種，簡增層間的互連。其法主要有三種，簡 述如下：述如下：a.Photo Defind 感光成孔式利用感光阻劑，同時也是永久介質層，然後針感光成孔式利用感光阻劑，同時也是永久介質層，然後針 對特定的位置，以底片做曝光，顯影的動作，使露出底部銅墊，而成對特定的位置，以底片做曝光，顯影的動作，使露出底部銅墊，而成 碗狀盲孔，再以化學銅及鍍銅全面加成。經蝕刻後，即得外層線路碗狀盲孔，再以化學銅及鍍銅全面加成。經蝕刻後，即得外層線路 與與Blind Via，或不用鍍銅方式，改以銅膏或銀膏或不用鍍銅方式，改以銅膏或銀膏填入而完成導電。入而完成導電。 依同樣的原理，可一層一層的加上去。依同樣的原理，可一層一層的加上去。 b.Laser Ablation 雷射燒孔雷射燒孔,雷射燒孔又可分雷射燒孔又可分為三；一三；一為2雷射。一雷射。一為 Excimer雷射，另一則雷射，另一則為 Nd:YAG雷射此三種雷射燒孔方法的一些比較雷射此三種雷射燒孔方法的一些比較 項目，見項目，見表表20.1c.乾式電漿蝕孔（乾式電漿蝕孔（Plasma Etching）這是這是Dyconex公司的專利，商業名稱公司的專利，商業名稱為 DYCOSTRATE法，其比較亦見表法，其比較亦見表20.1 上述三種較常使用增層法中之非機鑽孔式除表上述三種較常使用增層法中之非機鑽孔式除表20.1的比較外，圖的比較外，圖20.7以圖示，三種以圖示，三種盲孔製程應可一目了然。濕式化學蝕孔（盲孔製程應可一目了然。濕式化學蝕孔（Chemical Etching）則不在此做介紹。則不在此做介紹。圖圖20.8以之立體圖示各種成孔方式，可供參考。解說了盲埋孔的定義與製程，以之立體圖示各種成孔方式，可供參考。解說了盲埋孔的定義與製程，圖圖20.9則以立體圖示解釋，傳統多層板應用埋盲孔設計後，明顯減少面積的情形。則以立體圖示解釋，傳統多層板應用埋盲孔設計後，明顯減少面積的情形。 埋盲孔的應用勢必愈來愈普遍埋盲孔的應用勢必愈來愈普遍,而其投資金額非常龐大而其投資金額非常龐大 ,一定規模的中大廠要一定規模的中大廠要以大量以大量產,高良率高良率為目標目標,較小規模的廠則應量力而較小規模的廠則應量力而為,尋求利基尋求利基(Niche)市場市場.以圖永續以圖永續經營經營. 表20.1方法項目電鍍蝕刻鑽孔法CO2雷射燒融成孔法ND:YAG雷射成孔法Excimer雷射燒融成孔法種類功能射源 活性離子 氣體雷射 固態雷射 氣態雷射 鑽孔方法 離子蝕刻 氣融解 分解分子 分解分子產 量 中 中 中 低耗材成本 低 低 低 中 材料處理 表面銅鑽孔 No No Yes Yes單層貫穿孔 No No Yes Yes多層貫穿孔 No No Yes Yes盲孔(Blind Hole) Yes Yes Yes Yes埋孔(Buried Hole) Yes Yes Yes Yes處理彈性大 No No Yes Yes 補強材料 No No Yes Yes 陶磁填充之PTFE No Yes Yes Yes無補強之絕緣材料 Yes Yes Yes Yes製程楚理抽真空 Yes No No No特殊氣體 Yes Yes No Yes維護費用 中 中 低 高耗材種類雷射晶體 No No No No惰性氣體 Yes Yes No YesLamp No Yes Yes Yes圖20.7圖20.8圖20.9Conventional PCBBlind Via PCBConventional PTHChip-on-SVHConventional PTHIVH PTH SVH