工具p學(xué)習(xí)制程綜覽

1、 P.C.B. 制 程 綜 覽PROTRUSIONSDISHDOWNLONG WIDTH VIOLATIONSURFACE SHORTMissing JunctionFINE OPENWIDE SHORT Missing OpenFINE SHORTSPACING WIDTHSHAVED PADPINHOLEVIOLATIONOVERETCHED PADMISSING PADCOPPER SPLASH一. PCB演變1.1 PCB扮演的PCB的功能為提供完成第一層級構(gòu)裝的組件與其它必須的電子電路零件接合的基地，以組成一個具特定功能的模塊或成品。所以PCB在整個電子中，扮演了整合總其成所有功能的

2、，也因此時(shí)常電子功能故障時(shí)，最先被質(zhì)疑往往就是PCB。圖1.1是電子構(gòu)裝層級區(qū)分示意。第1層次(Module)晶圓第0層次第4層次(Gate)第3層次(Board)第2層次(Card)圖1.11.2 PCB的演變1.早于1903年Mr. Albert Hanson首創(chuàng)利用線路(Circuit)觀念應(yīng)用于電話交換機(jī)系統(tǒng)。它是用金屬箔予以切割成線路導(dǎo)體，將之黏著于石蠟紙上，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現(xiàn)今PCB的機(jī)構(gòu)雛型。見圖1.22.至1936年，Dr Paul Eisner真正發(fā)明了PCB的制作技術(shù)，也多項(xiàng)專利。而今日之print-etch(photoimage而來的。transfer)的技術(shù)

3、，就是沿襲其發(fā)明圖1.21.3 PCB種類及在材料、層次、制程上的多樣化以適合不同的電子及其特殊需求。以下就歸納一些通用的區(qū)別辦法,來簡單介紹PCB的分類以及它的制造方法。1.3.1 PCB種類A.以材質(zhì)分a. 有機(jī)材質(zhì)酚醛樹脂、b. 無機(jī)材質(zhì)/環(huán)氧樹脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能以成品軟硬區(qū)分B.a.b.c.硬板 Rigid PCB軟板 Flexible PCB 見圖1.3軟硬板Rigid-Flex PCB 見圖1.4C.以結(jié)構(gòu)分a.b.c.單面板雙面板多層板見圖1.5見圖1.6見圖1.7

4、圖1.3圖1.4圖1.6圖1.5圖1.7圖1.8/計(jì)算機(jī)/半導(dǎo)體/電測板,見圖1.8D. 依用途分：通信/耗用性電子/BGA.另有一種射出成型的立體PCB，因使用少，不在此介紹。1.3.2制造方法介紹A.B.C.減除法，其流程見圖1.9加成法，又可分半加成與全加成法，見圖1.10 1.11尚有其它因應(yīng)IC封裝的延伸而出的一些先進(jìn)制程，本光盒僅提及但不詳加介紹，因有許多尚屬也不易取得，或者成熟度尚不夠。本光盒以傳統(tǒng)負(fù)片多層板的制程為主軸，深入淺出的介紹各個制程，再輔以先進(jìn)技術(shù)的觀念來探討未來的PCB走勢。半加成法銅箔基板減除法全加成法樹脂積層板(不含銅箔)銅箔基板鉆孔鉆孔鉆孔化銅+鍍銅化銅+鍍銅

5、樹脂表面活化影像轉(zhuǎn)移印阻劑(抗鍍也抗焊)影像轉(zhuǎn)移鍍銅,錫鉛化學(xué)銅析鍍蝕刻蝕刻防焊防焊圖 1.10防焊圖 1.9圖 1.11二.制前準(zhǔn)備2.1.前言PCB產(chǎn)業(yè)屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托制作空板（）而已，不像美國，很多PCB Shop是包括了線路設(shè)計(jì)，空板制作Bar以及裝配(Assembly)的Turn-Key業(yè)務(wù)。以前，只要客戶提供的原始數(shù)據(jù)如Drawing, Artwork, Specification，再以手動翻片、排版、打帶等作業(yè)，即可進(jìn)行制作，但近年由于電子日趨輕薄短小，PCB的制造了幾個:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速 (5)周期縮短（6）降低成本等。以往以燈桌、筆

6、刀、貼圖及照相機(jī)做為制前工具，現(xiàn)在己被計(jì)算機(jī)、工作軟件及激光繪圖機(jī)所取代。過去，以手工排版，或者還需要Micro-Modifier來修正Aided Manufacturing)等費(fèi)時(shí)耗工的作業(yè)，今天只要在CAM(Computer取得客戶的設(shè)計(jì)資料，可能幾小時(shí)內(nèi)，就可以依設(shè)計(jì)規(guī)則或DFM(Design For Manufacturing)自動排版并變化不同的生產(chǎn)條件。同時(shí)可以output如鉆孔、成型、測試治具等資料。2.2.相關(guān)名詞的定義與解說A Gerber file這是一個從PCB CAD軟件輸出的數(shù)據(jù)文件做為光繪圖語言。1960年代一家名叫Gerber Scientific（現(xiàn)在叫Gerb

7、er System）專業(yè)做繪圖機(jī)的美國公司所發(fā)展出的格式，爾后二十年，于世界四十多個。幾乎所有CAD系統(tǒng)的發(fā)展，也都依此格式作其Output Data，直接輸入繪圖機(jī)就可繪出Drawing或Film，因此Gerber Format成了電子業(yè)界的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。B. RS-274D是Gerber Format的正式名稱，正確稱呼是EIA STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association)主要兩大組成：1.Function Code：如G codes, D codes, M codes 等。2.Coordinate data：定義圖像(Imaging）

8、C. RS-274X是RS-274D的延伸版本，除RS-274D之Code 以外，包括RS-274X Parameters，或稱整個extended Gerber format它以兩個字母為組合，定義了繪圖過程的一些特性。D. IPC-350IPC-350是IPC發(fā)展出來的一套neutral format,可以很容易由PCB CAD/CAM產(chǎn)生,然后依此系統(tǒng),PCB SHOP再產(chǎn)生NC Drill Program,Netlist,并可直接輸入Laser Plotter繪制底片.E. Laser Plotter見圖2.1,輸入Gerber format或IPC-350 format以繪制Artw

9、orkF. Aperture List and D-Codes見表 2.1 及圖2.2,舉一簡單實(shí)例來說明兩者關(guān)系,Aperture的定義亦見圖2.1圖2.2表 2.1圖2.1Gerber 資料代表意義X002Y002D02*移至(0.2,0.2),快門開關(guān)D11*選擇Aperture 2D03*閃現(xiàn)所選擇ApertureD10*選擇Aperture 1X002Y0084D01*移至(0.2,0.84),快門開關(guān)D11*選擇Aperture 2D03*閃現(xiàn)所選擇ApertureD10*選擇Aperture 1X0104Y0084D01*移至(1.04,0.84),快門開關(guān)D11*選擇Apert

10、ure 2D03*閃現(xiàn)所選擇ApertureD12*選擇Aperture 3X0104Y0048D02*移至(1.04,0.48),快門開關(guān)D03*閃現(xiàn)所選擇ApertureX0064Y0048D02*移至(0.64,0.48),快門開關(guān)D03*閃現(xiàn)所選擇Aperture2.3.制前設(shè)計(jì)流程：2.3.1客戶必須提供的數(shù)據(jù)：電子廠或裝配工廠，委托PCB SHOP生產(chǎn)空板（Bar供下列數(shù)據(jù)以供制作。見表料號數(shù)據(jù)表-供制前設(shè)計(jì)使用.）時(shí)，必須提上表數(shù)據(jù)是必備項(xiàng)目，有時(shí)客戶會提供一片樣品,一份零件圖，一份保（保證制程中使用之原物料、耗料等不含某些物質(zhì)）等。這些額外數(shù)據(jù)，廠商須自行其重要性，以免誤了商機(jī)

11、。2.3.2 .資料面對這么多的數(shù)據(jù)，制前設(shè)計(jì)工程師接下來所要進(jìn)行的工作程序與重點(diǎn)，如下所述。A.客戶的程能力檢查表.規(guī)格，是否廠內(nèi)制程能力可及，項(xiàng)目見承接料號制料 號 資 料 表項(xiàng)目內(nèi)容格式1.料號資料 (Part Number)包含此料號的版別,更改歷史,日期以及信息.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,容差,層次等.HPGL 及 Post Script.B.鉆孔圖:此圖通常標(biāo)示孔位及孔號.HPGL 及 Post Script.C.連片工程圖:包含每一小片的位置,折斷邊,工

12、具孔相關(guān)規(guī)格,特殊符號以及特定制作流程和容差.HPGL 及 Post Script.D.迭合結(jié)構(gòu)圖:包含各導(dǎo)體層,絕緣層厚度,阻抗要求,總厚度等.HPGL 及 Post Script.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并須特別定義construction方法.Text file文本文件5.鉆孔資料定義:A:孔位置, B:孔號, C:PTH & NPTH D: 盲孔或埋孔層Excellon Format6.鉆孔工具檔定義:A:孔徑,

13、B:電鍍狀態(tài), C:盲埋孔D: 檔名Text file文本文件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.制作規(guī)范1. 指明依據(jù)之國際規(guī)格,如IPC,MIL2. 客戶PCB進(jìn)料規(guī)范3. 特殊必須meet的規(guī)格如PCMCIAText file文本文件B.原物料需求（BOM - Bill of Material）根據(jù)上述資料分析后，由BOM的展開，來決定原物料的廠牌、種類及規(guī)格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、膠片（Prepreg）、銅箔（Copper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等。另外客戶對于

14、Finish的規(guī)定,將影響流程的選擇,當(dāng)然會有不同的物料需求與規(guī)格，例如：軟、硬金、噴钖、OSP等。表歸納客戶規(guī)范中，可能影響原物料選擇的因素。C. 上述乃屬新資料的,完畢進(jìn)行樣品的制作.若是舊資料,則須Check有無戶ECO (Engineering Change Order) ,然后再進(jìn)行.D.排版排版的選擇將影響該料號的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕铣杀荆ㄅ虐鎯?yōu)化，可減少板材浪費(fèi)）；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。有些工廠認(rèn)為固定某些工作增加很多.下列是一些考慮的方向：可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料成本一般制作成本，直、間接原物料約占總成本3060%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆

15、頭、重金屬（銅、钖、鉛），化學(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時(shí)，會做連片設(shè)計(jì)，以使裝配時(shí)能有最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)計(jì)，應(yīng)和客戶密切，以使連片Layout的能在排版成工作PANEL時(shí)可有最佳的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以下幾個因素。a.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進(jìn)去。b.銅箔、膠片與干膜的使用費(fèi)。與工作PANEL的須搭配良好，以免浪c.連片時(shí),piece間最小,以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小。d.各制程可能的最大限制或有效工作區(qū).e.不同結(jié)構(gòu)有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板

16、，其排版間距須較大且有方向的考慮，其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣 較大工作，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升，如何取得一個帄衡點(diǎn)，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)是相當(dāng)重要的。2.3.3 著手設(shè)計(jì)所有數(shù)據(jù)檢核齊全后，開始分工設(shè)計(jì)：A. 流程的決定(Flow Chart) 由數(shù)據(jù)的分析確認(rèn)后，設(shè)計(jì)工程師就要決定最適切的流程步驟。傳統(tǒng)多層板的制作流程可分作兩個部分:內(nèi)層制作和外層制作.以下圖標(biāo)幾種代表性流程供參考.見圖2.3 與 圖2.4圖2.3多層盲/埋孔制程圖2.4B. CAD/CAM作業(yè)a. 將Gerber Data 輸入所使用的CAM系統(tǒng)，此時(shí)須將apertur

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

18、Layout工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，為協(xié)助提醒或注意某些事項(xiàng)，會做一些輔助的記號做參考，所以必須在進(jìn)入排版前，將之去除。下表列舉數(shù)個項(xiàng)目，及其影響。排版的選擇將影響該料號的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕铣杀荆ㄅ虐鎯?yōu)化，可減少板材浪費(fèi)）；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。有些工廠認(rèn)為固定某些工作加很多.下列是一些考慮的方向：可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料成本增一般制作成本，直、間接原物料約占總成本3060%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬（銅、钖、鉛、金），化學(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時(shí)，會做連片設(shè)計(jì)，以使裝配時(shí)能有最高的生產(chǎn)力。

19、因此，PCB工廠之制前設(shè)計(jì)，應(yīng)和客戶密切，以使連片Layout的能在排版成工作PANEL時(shí)可有最佳的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以下幾個因素。1.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進(jìn)去）。2. 銅箔、膠片與干膜的使用。3. 連片時(shí)，piece間最小與工作PANEL的須搭配良好,以免浪費(fèi)，以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小。4.各制程可能的最大限制或有效工作區(qū).5.不同結(jié)構(gòu)有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考慮，其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣。較大工作，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提升，如何取得

20、一個帄衡點(diǎn)，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)是相當(dāng)重要的。進(jìn)行working Panel的排版過程中，尚須考慮下列事項(xiàng)，以使制程順暢，表排版注意事項(xiàng) 。d. 底片與程序：底片Artwork 在CAM系統(tǒng)編輯排版完成后，配合D-Code，而由雷射繪圖機(jī)（Laser Plotter）繪出底片。所須繪制的底片有內(nèi)外層之線路，外層之防焊，以及文字底片。由于線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴(yán)謹(jǐn)，因此底片，是底片使之安定目前很多PCB廠的一大課題。表是傳統(tǒng)底片與底片的比較表。用比例已有提高趨勢。而底片制造商亦積極研究替代材料，以使性更好。例如干式做法的鉍金屬底片.傳統(tǒng)工作底片底片安定性最易受溫度和相對濕度影響幾乎

21、不受相對濕度影響,且溫度效應(yīng)為傳統(tǒng)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(yùn)送較輕且具柔軟性容易運(yùn)送及儲存較重,需防碎,要注意儲存運(yùn)送空間 ,并助注意其重量適用于一般的適用于所有設(shè)備需調(diào)整設(shè)備或特殊設(shè)備繪圖機(jī)適用于一般自動化處理機(jī)碟式或特殊平板處理機(jī)價(jià)格便宜貴一般在保存以及使用傳統(tǒng)底片應(yīng)注意事項(xiàng)如下：1.環(huán)境的溫度與相對溫度的2.全新底片取出使用的前置適應(yīng)時(shí)間3.取用、傳遞以及保存方式4.置放或操作區(qū)域的清潔度圖2.5程序含一,二次孔鉆孔程序，以及外形Routing程序其中NC另行處理Routing程序一般須e. DFMDesign for manufactu

22、ring .PCB lay-out 工程師大半不太了解，PCB制作流程以及各制程需要注意的事項(xiàng)，所以在Lay-out線路時(shí)，僅考慮電性、邏輯、等，而甚少顧及其它。PCB制前設(shè)計(jì)工程師因此必須從生產(chǎn)力，良率等考慮而修正一些線路特性，如圓形接線PAD修正淚滴狀，見圖2.5,為的是制程中PAD一孔對位的墊環(huán)寬度。時(shí)，尚能維持最小但是制前工程師的修正，有時(shí)卻會影響客戶的特性甚或性能，所以不得不謹(jǐn)慎。PCB廠必須有一套廠內(nèi)制程上的特性而編輯的規(guī)范除了良率以及提升生產(chǎn)力外，也可做為和PCB線路Lay-out的語言，見圖2.6 .C. Tooling圖2.6指AOI與電測Netlist檔.AOI由CAD r

23、eference檔產(chǎn)生AOI系統(tǒng)可接受的數(shù)據(jù)、且含容差，而電測Net list檔則用來制作電測治具Fixture。2.4 結(jié)語頗多公司對于制前設(shè)計(jì)的工作重視的程度不若制程,這個觀念一定要改,因?yàn)殡S著電子的演變,PCB制作的技術(shù)層次愈,也愈須要和上游客戶做最密切的,現(xiàn)在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的沒有問題,的使用環(huán)境,材料的物,化性,線路Lay-out的電性,PCB的信賴性等,都會影響的功能發(fā)揮.所以不管軟件,硬件,功能設(shè)計(jì)上都有很好的進(jìn)展,人的觀念也要有所才行.三. 基板印刷電路板是以銅箔基板（Copper-clad Laminate 簡稱CCL）做為原料而制造的電器或電子的重要機(jī)構(gòu)

24、組件,故從事電路板之上下游業(yè)者必須對基板有所了解:有那些種類的基板,它們是如何制造出來的,使用于何種,它們各有那些優(yōu)劣點(diǎn),如此才能選擇適當(dāng)?shù)幕?表3.1簡單列出不同基板的適用場合.表一、PCB種類及應(yīng)用領(lǐng)域PCB 種類層數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域紙質(zhì)酚醛樹脂單、雙面板(FR&FR2)電視、顯示器、電源供應(yīng)器、音響、復(fù)印機(jī)錄放機(jī)、計(jì)算器,機(jī)、游樂器、鍵盤環(huán)氧樹脂復(fù)合基材單、雙面板(CEM1 , CEM3)電視,顯示器、電源供應(yīng)器、高級音響、機(jī)機(jī)、汽車用電子、鼠標(biāo)、電子計(jì)事簿玻纖布環(huán)氧樹脂單、雙面板適配卡、計(jì)算機(jī)接口設(shè)備、通訊設(shè)備、無線機(jī)手表、字處理玻纖布環(huán)氧樹脂多層板桌面計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦、

25、硬蝶機(jī),字處理機(jī)、呼叫器,移動、數(shù)字電視音響傳真機(jī)、設(shè)備、汽車工業(yè)等.PE軟板儀表板、打印機(jī)PI軟板照相機(jī)、硬蝶、打印機(jī)、筆記本電腦、攝錄放影機(jī)軟硬板LCD模塊、 CCD攝影機(jī)、硬蝶機(jī)、筆記本電腦TEFLON Base PCB通訊設(shè)備、設(shè)備、航天設(shè)備基板工業(yè)是一種材料的基礎(chǔ)工業(yè)，是由介電層（樹脂 Resin，Glass fiber)，及高純度的導(dǎo)體(銅箔 Copper foil)二者所的復(fù)合材料（Composite material），其所牽涉的理論及實(shí)務(wù)不輸于電路板本身的制作。以下即這二個主要組成做深入淺出的探討.3.1介電層3.1.1樹脂 Resin前言目前已使用于線路板之樹

26、脂類別很多,如酚醛樹脂（Phenolic ）、環(huán)氧樹脂（Epoxy）、聚亞酰胺樹脂（Polyimide）、聚四氟乙烯（ Polytetrafluorethylene，簡稱PTFE或稱TEFLON），B一三氮 樹脂（ Bismaleimide Triazine 簡稱 BT）等皆為熱固型的樹脂（ThermosettedPlastic Resin）。 酚醛樹脂 Phenolic Resin是人類最早開發(fā)而又商業(yè)化的聚合物。是由液態(tài)的酚（phenol）及液態(tài)的（Formaldehyde 俗稱 Formalin）兩種便宜的化學(xué)品，在酸性或堿性的催化條件下發(fā)生立體架橋（Cross linka

27、ge）的連續(xù)反應(yīng)而硬化成為固態(tài)的材料。其反應(yīng)化學(xué)式見圖3.11910 年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布而做成一種堅(jiān)硬強(qiáng)固，絕緣性又好的材料稱為 Bakelite，俗名為電木板或尿素板。美國電子制造業(yè)(NEMA - National Electrical ManufacturersAssociation)將不同的組合冠以不同的編號代字而為業(yè)者所廣用,現(xiàn)將酚醛樹脂之各代字列表，如表 NEMA 對于酚醛樹脂板的分類及代碼表中紙質(zhì)基板代字的第一個 "X" 是表示機(jī)械性用途，第二個 "X" 是表示可用電性用途。第三個 "X" 是表示可

28、用有無線電波及高濕度的場所。"P" 表示需要加熱才能沖板子（Punchable），否則材料會破裂， "C" 表示可以冷沖（cold punchable），"FR" 表示樹脂中加有不易著火的物質(zhì)使基板有難燃 (Flame Retardant) 或抗燃(Flame)性。圖3.1紙質(zhì)板中最暢銷的是PC及FR-2前者在溫度25 以上,厚度在.062in以下就可以沖制成型很方便，后者的組合與前完全相同，只是在樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。以下介紹幾個較常使用紙質(zhì)基板及其特殊用途:A常使用紙質(zhì)基板a.XPC Grade：通常應(yīng)用在低電壓、低電

29、流引起火源的消費(fèi)性電子， 如玩具、手提收音機(jī)、機(jī)、計(jì)算器、及鐘表等等。UL94對XPC Grade 要求只須達(dá)到HB難燃等級即可。FR-1 Grade：電氣性、難燃性優(yōu)于XPC Grade，廣泛使用于電流及電壓比XPC Grade稍高的電器用品，如彩色電視機(jī)、監(jiān)視器、VTR、家庭音響、洗衣機(jī)及吸塵器等等。UL94要求FR-1難燃性有V-0、V-1與V-2不同等級，不過由于三種等級板材價(jià)位差異不大，而且考慮安全起見，目前電器界幾乎全采用V-0級板材。FR-2 Grade：在與FR-1比較下，除電氣性能要求稍高外，其他物性并沒有特別之處，近年來在紙質(zhì)基板業(yè)者努力研究改進(jìn)FR-1技b.c.術(shù)，F(xiàn)R-

30、1與FR-2的性質(zhì)界線已漸模糊,FR-2等級板材在能會在偏高價(jià)格因素下被FR-1 所取代。將來可B.其他特殊用途：a. 銅鍍通孔用紙質(zhì)基板主要目的是計(jì)劃取代部份物性要求并不高的FR-4板材，以便降低PCB的成本.b. 銀貫孔用紙質(zhì)基板時(shí)下最流行取代部份物性要求并不很高的FR-4作通孔板材，就是銀貫孔用紙質(zhì)基板印刷電路板兩面線路的導(dǎo)通，可直接借由印刷方式將銀膠(Silver Paste) 涂布于孔壁上，經(jīng)由高溫硬化，即成為導(dǎo)通體，不像一般FR-4板材的銅鍍通孔，需經(jīng)由活化、化學(xué)銅、電鍍銅、錫鉛等繁雜手續(xù)。b-1 基板材質(zhì)1)安定性：除要留意X、Y軸(方向與橫方向)外，更要注意Z軸(板材厚度方向)

31、，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導(dǎo)體的斷裂。2) 電氣與吸水性：許多絕緣體在吸濕狀態(tài)下，降低了絕緣性，以致提供金屬在電位差趨動力下發(fā)生移行的現(xiàn)象，F(xiàn)R-4在安性、電氣性與吸水性方面都比FR-1及XPC佳，所以生產(chǎn)銀貫孔印刷電路板時(shí)，要選用特制FR-1及XPC的紙質(zhì)基板 .板材。b.-21)導(dǎo)體材質(zhì)導(dǎo)體材質(zhì)銀及碳墨貫孔印刷電路的導(dǎo)電方式是利用銀及石墨微粒鑲嵌在聚合體內(nèi)，藉由微粒的接觸來導(dǎo)電，而銅鍍通孔印刷電路板，則是借由銅本身是連貫的結(jié)晶體而產(chǎn)生非常順暢的導(dǎo)電性。延展性：2)銅鍍通孔上的銅是一種連續(xù)性的結(jié)晶體，有非常良好的延展性， 像銀、碳墨膠在熱脹冷縮時(shí)，容易發(fā)生界面的分離而降低導(dǎo)電度。

32、3) 移行性：銀、銅都是金屬材質(zhì)，容易發(fā)性氧化、還原作用造成銹化及移行現(xiàn)象，因電位差的不同，銀比銅在電位差趨動力下容易發(fā)生銀遷移(Silver Migration)。c.碳墨貫孔(Carbon Through Hole)用紙質(zhì)基板.碳墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性，石墨所擔(dān)當(dāng)?shù)膬H僅是作簡單的訊號傳遞者，所以PCB業(yè)界對積層板除了碳墨膠與基材的密著性、翹曲度外，并沒有特別要求.石墨因有良好的耐磨性，所以Carbon Paste最早期是被應(yīng)用來取代Key Pad及金手指上的鍍金，而后延伸到扮演跳線功能。碳墨貫孔印刷電路板的負(fù)載電流通常設(shè)計(jì)的很低，所以業(yè)界大都采用XPC等級，至于厚度方面，在考

33、慮輕、薄、短、小與印刷貫孔性因素下，常通選用0.8、1.0或1.2mm厚板材。d.室溫沖孔用紙質(zhì)基板其特征是紙質(zhì)基板表面溫度約40以下，即可作Pitch為1.78mm的IC密集孔的沖模，孔間發(fā)生裂痕，并且以減低沖模時(shí)紙質(zhì)基板冷卻所造成線路精準(zhǔn)度的偏差，該類紙質(zhì)基板非常適用于細(xì)線路及大面積的印刷電路板?？孤╇妷?Anti-Track)用紙質(zhì)基板人類的生活越趨精致，對物品的要求且也就越講就短小輕薄，當(dāng)印刷電路板的線路設(shè)計(jì)越密集，線距也就越小，且在高功能性的要求下，電流負(fù)載變大 了， 那么線路間就容易因發(fā)生電弧破壞基材的絕緣性而造成漏電， 紙質(zhì)基板業(yè)界為解決該類問題，有供應(yīng)采用特殊背膠的銅箔所制成的

34、抗漏電壓用紙質(zhì)基板e.3.1.2環(huán)氧樹脂 Epoxy Resin是目前印刷線路板業(yè)用途最廣的底材。在液態(tài)時(shí)稱為清漆或稱凡立水（Varnish) 或稱為 A-stage，布在浸膠半干成膠片后再經(jīng)高溫軟化液化而呈現(xiàn)黏著性而用于雙面基板制作或多層板之壓合用稱 B-stageprepreg ,經(jīng)此壓合再硬化而無法回復(fù)之最終狀態(tài)稱為C-stage。傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的組成及其性質(zhì)用于基板之環(huán)氧樹脂之單體一向都是Bisphenol A 及Epichlorohydrin 用 dicy 做為架橋劑所形成的聚合物。為了通過燃性試驗(yàn)(Flammability test),將上述仍在液態(tài)的樹脂再與Tetra

35、bromo-Bisphenol A 反應(yīng)而成為最熟知FR-4 傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂?，F(xiàn)將份列于后:之主要成單體 -Bisphenol A, Epichlorohydrin架橋劑(即硬化劑) -雙Dicyandiamide簡稱Dicy速化劑 (Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine (BDMA) 及2-Methylimidazole ( 2-MI )溶劑 -Ethylene glycol monomethyl ether( EGMME ) Dimethyl formamide (DMF) 及稀釋劑 Acetone ,MEK。填充劑(Additive) -碳酸鈣、硅化物、及氫氧

36、化鋁或化物等增加難燃效果。填充劑可調(diào)整其Tg.A. 單體及低量之樹脂典型的傳統(tǒng)樹脂一般稱為雙功能的環(huán)氣樹脂 ( Difunctional EpoxyResin),見圖3.2.為了達(dá)到使用安全的目的，特于樹脂的結(jié)構(gòu)中加入溴原子，使產(chǎn)生部份碳溴之結(jié)合而呈現(xiàn)難燃的效果。也就是說當(dāng)出現(xiàn)燃燒的條件或環(huán)境時(shí)，它要不容易被點(diǎn)燃，萬一已點(diǎn)燃在燃燒環(huán)境消失后，能熄滅而不再繼續(xù)延燒。見圖3.3.此種難燃材炓在 NEMA 規(guī)范中稱為 FR-4。(不含溴的樹脂在 NEMA 規(guī)范中稱為 G-10)，與銅箔的附著力很強(qiáng)，與此種含溴環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)很多如介電常數(shù)很低結(jié)合后之撓性強(qiáng)度很不錯等。圖3.2圖3.3B. 架橋劑(硬化

37、劑)環(huán)氧樹脂的架橋劑一向都是Dicy,它是一種隱性的 (latent) 催化劑 ,在高溫160之下才發(fā)揮其架橋作用，常溫中很安定，故多層板 B-stage 的膠片才不致無法儲存。但Dicy的缺點(diǎn)卻也不少，第一是吸水性 (Hygroscopicity)，第二個缺點(diǎn)是難溶性。溶不掉自然難以在液態(tài)樹脂中發(fā)揮作用。早期的基板商并不了解下游電路板裝配工業(yè)問題，那時(shí)的 dicy 磨的不是很細(xì)，其溶不掉的部份混在底材中，經(jīng)長時(shí)間的吸水后會發(fā)生針狀的再結(jié)晶,造成許多爆板的問題。當(dāng)然現(xiàn)在的基板制造商都很清處它的嚴(yán)重性,因此已此點(diǎn).C. 速化劑用以2-MI。epoxy 與 dicy 之間的架橋反應(yīng)，最常用的有兩種

38、即BDMA 及D. Tg態(tài)轉(zhuǎn)化溫度聚合物因溫度之逐漸上升導(dǎo)致其物理性質(zhì)漸起變化，由常溫時(shí)之高無定形或部份結(jié)晶之堅(jiān)硬及脆性如一般的物質(zhì)而轉(zhuǎn)成為一種黏滯度非常高,柔軟如橡皮一般的另一種狀態(tài)。傳統(tǒng) FR4 之 Tg 約在115-120之間，已被使用多年，但近年來由于電子各種性能要求愈來愈高,所以對材料的特性也要求日益嚴(yán)苛，如抗?jié)裥浴⒖够?、抗溶劑性、抗熱?,安定性等都要求改進(jìn),以適應(yīng)更廣泛的用途,而這些性質(zhì)都與樹脂的Tg有關(guān),Tg 提高之后上述各種性質(zhì)也都自然變好。例如 Tg 提高后,a. 其耐熱性增強(qiáng)，使基板在 X 及 Y 方向的膨脹減少，使得板子在受熱后銅線路與基材之間附著力不致減弱太多，使線

39、路有較好的附著力。b. 在Z方向的膨脹減小后，使得通孔之孔壁受熱后不易被底材所拉斷。c.Tg 增高后，其樹脂中架橋之密度必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶劑性，使板子受熱后不易發(fā)生白點(diǎn)或織紋顯露，而有更好的強(qiáng)度及介電性.至于的安定性,由于自動插裝或表面裝配之嚴(yán)格要求就更為重要了。因而近年來如何提高環(huán)氧樹脂之 Tg 是基板材所追求的要務(wù)。E. FR4 難燃性環(huán)氧樹脂傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂遇到高溫著火后若無外在因素予以撲滅時(shí)，會不停的一直燃燒下去直到中的碳?xì)溲趸虻紵戤厼橹埂Ｈ粼谄渲幸凿迦〈藲涞奈恢?，使可燃的碳?xì)滏I化合物一部份改換成不可燃的碳溴鍵化合物則可大大的降低其可燃性。此種加溴之樹脂難燃性自然

40、增強(qiáng)很多，但卻降低了樹脂與銅皮以及良后果。間的黏著力，而且萬一著火后更會放出劇毒的溴氣，會帶來的不高性能環(huán)氧樹脂(Multifunctional Epoxy)傳統(tǒng)的 FR4 對今日高性能的線路板而言已經(jīng)力不從心了，故有各種不同的樹脂與原有的環(huán)氧樹脂混合以提升其基板之各種性質(zhì)，A. Novolac最早被引進(jìn)的是酚醛樹脂中的一種叫 Novolac 者 ,由 Novolac 與環(huán)氧氯丙烷所形成的酯類稱為 Epoxy Novolacs，見圖3.4之反應(yīng)式.將此種聚合物混入 FR4 之樹脂，可大大其抗水性、抗化性及安定性,Tg也隨之提高，缺點(diǎn)是酚醛樹脂本身的硬度及脆性都很高而易鉆頭，加之抗

41、化性能力增強(qiáng),對于因鉆孔而造成的膠渣(Smear)不易除去而造成多層板PTH制程之困擾。圖3.4B. Tetrafunctional Epoxy另一種常被添加于 FR4 中的是所謂 " 四功能的環(huán)氧樹脂 "(Tetrafunctional 是具立體空間架橋化性、抗?jié)裥约癊poxy Resin).其與傳統(tǒng) " 雙功能 " 環(huán)氧樹脂不同之處,見圖3.5，Tg 較高能抗較差的熱環(huán)境，且抗溶劑性、抗安定性也好很多，而且發(fā)生像 Novolac那樣的缺點(diǎn)。最早是美國一家叫 Polyclad 的基板廠所引進(jìn)的。四功能比起 Novolac來還有一種優(yōu)點(diǎn)就是有更好的均勻混

42、合。為保持多層板除膠渣的方便起見，此種四功能的基板在鉆孔后最好在烤箱中以160 烤 2-4小時(shí),使孔壁露出的樹脂產(chǎn)生氧化作用，氧化后的樹脂較容易被蝕除，而且也增加樹脂進(jìn)一步的架橋聚合,對后來的制程也有幫助。因?yàn)榇嘈缘年P(guān)系,鉆孔要特別注意.圖3.5上述兩種添加樹脂都無法溴化,故加入一般FR4中會降低其難燃性. 聚亞酰胺樹脂 Polyimide (PI)A. 成份主要由Bismaleimide圖3.6.及MethyleneDianiline反應(yīng)而成的聚合物,見B. 優(yōu)點(diǎn)圖3.6電路板對溫度的適應(yīng)會愈來愈重要，某些特殊高溫用途的板子，已非環(huán)氧樹脂所能勝任，傳統(tǒng)式 FR4 的 Tg 約1

43、20 左右，即使高功能的FR4也只到達(dá) 180-190 ，比起聚亞酰胺的 260 還有一大段距離.PI在高溫下所表現(xiàn)的良質(zhì),如良好的撓性、銅箔抗撕強(qiáng)度、抗化性、介電性、安定性皆遠(yuǎn)優(yōu)于 FR4。鉆孔時(shí)不容易產(chǎn)生膠渣，對內(nèi)層與孔壁之接通性自然比 FR4好。而且由于耐熱性良好，其之變化甚少，以X 及 Y方向之變化而言，對細(xì)線路更為有利，不致因膨脹太大而降低了與銅皮之間的附著力。就 Z 方向而言可大大的減少孔壁銅層斷裂的機(jī)會。C.缺點(diǎn):a. 不易進(jìn)行溴化反應(yīng)，不易達(dá)到 UL94 V-0 的難燃要求。b. 此種樹脂本身層與層之間，或與銅箔之間的黏著力較差，不如環(huán)氧樹脂那么強(qiáng)，而且撓性也較差。c. 常溫時(shí)

44、卻表現(xiàn)不佳，有吸濕性 (Hygroscopic), 而黏著性、延性又都很差。d. 其凡立水(Varnish,又稱生膠水,液態(tài)樹脂稱之)中所使用的溶劑之沸點(diǎn)較高，不易趕完，容易產(chǎn)生高溫下分層的現(xiàn)象。而且不好,壓合不易填滿死角 。性e.目前價(jià)格仍然非常昂貴約為 FR4 的 2-3倍，故只有Rigid- Flex 板才用的起。板或在規(guī)范MIL-P-13949H中,聚亞酰胺樹脂基板代號為GI. 聚四氟乙烯 (PTFE)全名為 Polyterafluoroethylene ,式見圖3.7. 以之抽絲作PTFE的商品名為 Teflon 鐵弗龍 ,其最大的特點(diǎn)是阻抗很高(Impedance)對

45、高頻微波 (microwave)通信用途上是無法取代的，、"GX"、及 "GY" 三種材料代字,皆為玻纖補(bǔ)強(qiáng)type，其規(guī)范賦與 "GT"基板是由3M公司所制，目前這種材料尚無法大量投入生產(chǎn)，其有:A.PTFE 樹脂與間的附著力問題；此樹脂很難滲入束中，因其抗化性特強(qiáng)，許多濕式制程中都無法使其反應(yīng)及活化，在做鍍通孔時(shí)所得之銅孔壁無法固著在底材上，很難通過 MILP-55110E 中之固著強(qiáng)度試驗(yàn)。由于束未能被樹脂填滿，很容易在做鍍通孔時(shí)造成此四氟乙烯材料中滲銅(Wicking)的出現(xiàn)，影響板子的賴度。B.結(jié)構(gòu)，非常強(qiáng)勁無

46、法用一般機(jī)械或化學(xué)法加以攻擊，做蝕回時(shí)只有用電漿法.Tg 很低只有19 oc, 故在常溫時(shí)呈可撓性，也使線路的附著力及安定性不好。C.圖3.7下表為四種不同樹脂制造的基板性質(zhì)的比較.PIFR4FR5PTFE(Teflon)銅皮抗撕強(qiáng)度KB/m810810吸水性%0.01UL94燃性等級V0或V1V0V0V0介電常數(shù),在1MHz2.5分散系數(shù),在1MHz0.0110.0220.0200.001撓性強(qiáng)度,KPSI85807015Tg, oC27012514019膨脹系數(shù)z方向,pm/ oC506055200X,Y方向141616 BT/EPOX

47、Y樹脂BT樹脂也是一種熱固型樹脂，是三菱瓦斯化成公司(Mitsubishi GasChemical Co.)在1980年研制。是由Bismaleimide及Trigzine Resin monomer二者反應(yīng)聚合而成。其反應(yīng)式見圖3.8。BT樹脂通常和環(huán)氧樹脂混合而制成基板。A.優(yōu)點(diǎn)a.Tg點(diǎn)高達(dá)180，耐熱性非常好，BT作成之板材，銅箔的抗撕強(qiáng)度圖3.8 (peel Strength)，撓性強(qiáng)度亦非常理想鉆孔后的膠渣(Smear)甚少可進(jìn)行難燃處理，以達(dá)到UL94V-0的要求介質(zhì)常數(shù)及散逸因子小，因此對于高頻及高速傳輸?shù)碾娐钒宸浅Ｓ欣?。耐化性，抗溶劑性良好絕緣性佳b.c.d.e. 應(yīng)用a.B

48、.COB設(shè)計(jì)的電路板 由于wire bonding過程的高溫，會使板子表面變軟而致打線失敗。 BT/EPOXY高性能板材可克服此點(diǎn)。BGA ,PGA, MCM-Ls等半導(dǎo)體封裝載板半導(dǎo)體封裝測試中，有兩個很重要的常見問題，一是漏電現(xiàn)象，或稱 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花現(xiàn)象(受濕氣及高溫沖擊)。這兩點(diǎn)也是BT/EPOXY板材可以避免的。b. Cyanate Ester Resin1970年開始應(yīng)用于PCB基材，目前Ciba Geigy有制作此類樹脂。其反應(yīng)式如圖3.9。A. 優(yōu)點(diǎn)a.b.Tg可達(dá)250，使用于非常厚之多層板極低的介電常

49、數(shù)(2.53.1)可應(yīng)用于高速。B. 問題a.b.硬化后脆度高.對濕度敏感，甚至可能和水起反應(yīng)..2.1前言(Fiberglass)在PCB基板中的功用，是作為補(bǔ)強(qiáng)材料?；宓难a(bǔ)強(qiáng)材料尚有其它種，如紙質(zhì)基板的紙材，Kelvar(Polyamide聚酰胺)，以及石英(Quartz)。本節(jié)僅討論最大宗的。(Glass)本身是一種混合物，其組成見表它是一些無機(jī)物經(jīng)高溫融熔合而成，再經(jīng)抽絲冷卻而成一種非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬物體。此物質(zhì)的使用，已有數(shù)千年的歷史。做成狀使用則可追溯至17世紀(jì)。真正大量做，則是由Owen-Illinois及Corning Glass Works兩家公司其共同的研究

50、努力后，組Corning Fiberglas Corporation于1939年正式生產(chǎn)制造。Owens-FIBERGLASS REINFORCEMENTTABLE2,2 FiberglassComposition(wt,%)Silicone oxideAluminum oxide72.00 .615.264.224.8Ferrous oxideCalcium oxide-10.0-13.2-1Magnesium oxideSodium oxide2.54.70.610.270.27Potassium oxideBoron oxi

51、de-1.74.7-8.0-0.01Barium oxideMisc-0.70.9trace-trace0.2trace布的制成可分兩種，一種是連續(xù)式(Continuous)的另一種則是不連續(xù)式(discontinuous)的前者即用于織成布(Fabric)，后者則做成片狀之席(Mat)。FR4等基材，即是使用前者，CEM3基材，則采用后者席。ComponentsGrade of glassACES(high alkali) (chemical)(electrical)(high-strength)A.的特性原始融熔態(tài)的組成成份不同,會影響的特性,不同組成所呈現(xiàn)的差異,表中有詳細(xì)

52、的區(qū)別,而且各有獨(dú)特及不同應(yīng)用之處。按組成的不同(見表),的等級可分四種商品:A級為高堿性,C級為抗化性,E級為電子用途 ,S級為高強(qiáng)度。電路板中所用的就是E級,主要是其介電性質(zhì)優(yōu)于其它三種。Specific gravityMhos hardness2.5-2.496.52.546.52.486.5Tensile strength ,psi x 103(Mpa)at72oF(22oC)440(3033)440(3033)500(3448)665(4585)at700oF(371oC)-380(2620)545(3785)at1000oF(538oC)-250(1724)350(2413)Tensile modulus of elasticity atat72oF(22oC),psi * 106