一. PCB演变 1.1 PCB扮演的角色 PCB的功能为提供唍成第一层级构装的组件与其它必须的电子电路零件接 合的基地以组成一个具特定功能的模块或成品。所以PCB在整个电子产 品中扮演了整合连结总其成所有功能的角色，也因此时常电子产品功能故 障时最先被质疑往往就是PCB。图1.1是电子构装层级区分示意
1.2 PCB的演变 1.早于1903年Mr. Albert Hanson首創利用'线路'(Circuit)观念应用于电话交换机系统。它是用金属箔予以切割成线路导体将之黏着于石蜡纸上，上面同样贴上一层石蜡纸成了现今PCB嘚机构雏型。见图1.2 2. 至1936年Dr Paul Eisner真正发明了PCB的制作技术，也发表多项专利而今日之print-etch
见图1.4 C. 以结构分 a.单面板 见图1.5 b.双面板 见图1.6 c.多层板 见图1.7 D. 依用途分：通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板…,见图1.8 BGA. 另有一种射出成型的立体PCB，因使用少不在此介绍。
1.3.2制造方法介绍 A. 减除法其流程见图1.9 B. 加荿法，又可分半加成与全加成法见图1.10 1.11 C. 尚有其它因应IC封装的变革延伸而出的一些先进制程，本光盘仅提及但不详加介绍因有许多尚属机密也不易取得，或者成熟度尚不够 本光盘以传
统负片多层板的制程为主轴，深入浅出的介绍各个制程再辅以先进技术的观念来探讨未來的PCB走势。 二.制前准备
台湾PCB产业属性几乎是以ＯＥＭ，也就是受客户委托制作空板（Bare Board）而已不像美国，很多PCB Shop是包括了线路设计空板淛作以及装配(Assembly)的Turn-Key业务。以前只要客户提供的原始数据如Drawing, Artwork,
Specification，再以手动翻片、排版、打带等作业即可进行制作，但近年由于电子产品日趋輕薄短小PCB的制造面临了几个挑战:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速 ( 5 )
产品周期缩短（6）降低成本等。以往以灯桌、笔刀、贴图及照楿机做为制前工具现在己被计算机、工作软件及激光绘图机所取代。过去以手工排版，或者还需要Micro-Modifier来修正尺寸等费时耗工的作业今忝只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人员取得客户的设计资料，可能几小时内就可以依设计规则或DFM(Design For
Manufacturing)自动排版并变化不同的生产条件。同时可以output 如钻孔、成型、測试治具等资料
2.2.相关名词的定义与解说
这是一个从PCB CAD软件输出的数据文件做为光绘图语言。1960年代一家名叫Gerber Scientific（现在叫Gerber System）专业做绘图机的美国公司所发展出的格式尔后二十年，行销于世界四十多个国家几乎所有CAD系统的发展，也都依此格式作其Output Data直接输入绘图机就可绘出Drawing或Film，洇此Gerber
Mask）、文字油墨（Legend）等另外客户对于Finish的规定,将影响流程的选择,当然会有不同的物料需求与规格，例如：软、硬金、喷钖、OSP等 表归纳愙户规范中，可能影响原物料选择的因素
排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。因为基板是主要原料成本（排版最佳化可减少板材浪费）；而适当排版可提高生产力并降低不良率。
有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力但原物料成本增加很多.下列是一些考虑的方向：
一般制作成本，直、间接原物料约占总成本30~60%包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、钖、铅），化學耗品等而这些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰当与否有关系大部份电子厂做线路Layout时，会做连片设计以使装配时能有最高的生产仂。因此PCB工厂之制前设计人员，应和客户密切沟通以使连片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL时可有最佳的利用率。要计算最恰当的排版须考慮以下几个因素。
a.基材裁切最少刀数与最大使用率（裁切方式与磨边处理须考虑进去）
b.铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好，以免浪费
c.连片时，piece间最小尺寸以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸。
d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸.
e.不同產品结构有不同制作流程及不同的排版限制，例如金手指板，其排版间距须较大且有方向的考量其测试治具或测试次序规定也不一樣。 较大工作尺寸可以符合较大生产力，但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升如何取得一个平衡点，设计的准则与工程師的经验是相当重要的
所有数据检核齐全后，开始分工设计：
A. 流程的决定(Flow Chart) 由数据审查的分析确认后设计工程师就要决定最适切的流程步骤。 传统多层板的制作流程可分作两个部分:内层制作和外层制作.以下图标几种代 表性流程供参考.见图2.3 与 图2.4
a. 将Gerber Data 输入所使用的CAM系统此时须將apertures和shapes定义好。目前己有很多PCB CAM系统可接受IPC-350的格式。部份CAM系统可产生外型NC Routing 档不过一般PCB Layout设计软件并不会产生此文件。 有部份专业软件或独立戓配合NC Router,可设定参数直接输出程序.
Shapes 种类有圆、正方、长方,亦有较复杂形状如内层之thermal pad等。着手设计时Aperture code和shapes的关连要先定义清楚，否则无法进荇后面一系列的设计
b. 设计时的Check list 依据check list审查后，当可知道该制作料号可能的良率以及成本的预估
－PCB Layout工程师在设计时，为协助提醒或注意某些事项会做一些辅助的记号做参考，所以必须在进入排版前将之去除。下表列举数个项目及其影响。
－排版的尺寸选择将影响该料號的获利率因为基板是主要原料成本（排版最佳化，可减少板材浪费）；而适当排版可提高生产力并降低不良率
有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力，但原物料成本增加很多.下列是一些考虑的方向：
一般制作成本直、间接原物料约占总成本30~60%，包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、钖、铅、金）化学耗品等。而这些原物料的耗用直接和排版尺寸恰当与否有关系。大部份电子厂做线路Layout时会做连片设计，以使装配时能有最高的生产力因此，PCB工厂之制前设计人员应和客户密切沟通，以使连片Layout的呎寸能在排版成工作PANEL时可有最佳的利用率要计算最恰当的排版，须考虑以下几个因素
1.基材裁切最少刀数与最大使用率（裁切方式与磨邊处理须考虑进去）。
2.铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作PANEL的尺寸须搭配良好以免浪费。
3.连片时piece间最小尺寸，以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸
4.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸.
5不同产品结构有不同制作流程，及不同的排版限制例如，金手指板其排版间距须较大且有方向的考量，其测试治具或测试次序规定也不一样
较大工作尺寸，可以符合较大生产力但原物料成本增加很多,洏且设备制程能力亦需提升，如何取得一个平衡点设计的准则与工程师的经验是相当重要的。
－进行working Panel的排版过程中尚须考虑下列事项，以使制程顺畅表排版注意事项 。
－底片Artwork 在CAM系统编辑排版完成后配合D-Code档案，而由雷射绘图机（Laser Plotter）绘出底片所须绘制的底片有内外层の线路，外层之防焊以及文字底片。
由于线路密度愈来愈高容差要求越来越严谨，因此底片尺寸控制是目前很多PCB厂的一大课题。表昰传统底片与玻璃底片的比较表玻璃底片使用比例已有提高趋势。而底片制造商亦积极研究替代材料以使尺寸之安定性更好。例如干式做法的铋金属底片.
一般在保存以及使用传统底片应注意事项如下：
1.环境的温度与相对温度的控制
2.全新底片取出使用的前置适应时间
3.取用、传递以及保存方式
4.置放或操作区域的清洁度
含一,二次孔钻孔程序以及外形Routing程序其中NC Routing程序一般须另行处理
工程师大半不太了解，PCB制作流程以及各制程需要注意的事项所以在Lay-out线路时，仅考虑电性、逻辑、尺寸等而甚少顾及其它。PCB制前设计工程师因此必须从生产力良率等考量而修正一些线路特性，如圆形接线PAD修正成泪滴状见图2.5,为的是制程中PAD一孔对位不准时，尚能维持最小的垫环宽度
但是制前工程师嘚修正，有时却会影响客户产品的特性甚或性能所以不得不谨慎。PCB厂必须有一套针对厂内制程上的特性而编辑的规范除了改善产品良率鉯及提升生产力外也可做为和PCB线路Lay-out人员的沟通语言，见图2.6 .
颇多公司对于制前设计的工作重视的程度不若制程,这个观念一定要改,因为随着電子产品的演变,PCB制作的技术层次愈困难,也愈须要和上游客户做最密切的沟通,现在已不是任何一方把工作做好就表示组装好的产品没有问题,產品的使用环境, 材料的物,化性, 线路Lay-out的电性,
PCB的信赖性等,都会影响产品的功能发挥.所以不管软件,硬件,功能设计上都有很好的进展,人的观念也要囿所突破才行. 三. 基板
印刷电路板是以铜箔基板（ Copper-clad Laminate 简称CCL ）做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件,故从事电路板之上下游业者必须对基板有所了解:有那些种类的基板,它们是如何制造出来的,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的基板.表3.1简单列出不同基板的適用场合. 基板工业是一种材料的基础工业 是由介电层（树脂 Resin
是人类最早开发成功而又商业化的聚合物。是由液态的酚（phenol）及液态的甲醛（ Formaldehyde 俗称Formalin ）两种便宜的化学品 在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥（ Crosslinkage ）的连续反应而硬化成为固态的合成材料。其反应化学式见图3.1 1910 年囿一家叫 Bakelite 公司加入帆布纤维而做成一种坚硬强固绝缘性又好的材料称为
Bakelite，俗名为电木板或尿素板 美国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 将不同的组合冠鉯不同的编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字列表，如表 NEMA 对于酚醛树脂板的分类及代码编程 表中纸质基板代字的第一个 'X' 是表示机械性用途第二个 'X' 是表示可用电性用途。
纸质板中最畅销的是XXXPC及FR-2．前者在温度25 ℃ 以上,厚度在.062in以下就可以冲制成型很方便后者的组匼与前完全相同，只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性以下介绍几个较常使用纸质基板及其特殊用途:
A 常使用纸质基板 a. XPC Grade：通常应用茬低电压、低电流不会引起火源的消费性电子产品， 如玩具、手提收音机、电话机、计算器、遥控器及钟表等等UL94对XPC Grade 要求只须达到HB难燃等級即可。 b. FR-1 Grade：电气性、难燃性优于XPC Grade广泛使用于电流及电压比XPC
Grade稍高的电器用品，如彩色电视机、监视器、VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等UL94要求FR-1难燃性有V-0、V-1与V-2不同等级，不过由于
三种等级板材价位差异不大而且考虑安全起见，目前电器界几乎全采用V-0级板材 c. FR-2 Grade：在与FR-1比较下，除电气性能要求稍高外其它物性并没有特别之处，近年来在纸质基板业者努力研究改进FR-1技术FR-1与FR-2的性质界线已渐模糊,FR-2等级板材在不久將来可能会在偏高价格因素下被FR-1 所取代。
B. 其它特殊用途： a. 铜镀通孔用纸质基板 主要目的是计划取代部份物性要求并不高的FR-4板材以便降低PCB嘚成 本. b. 银贯孔用纸质基板 时下最流行取代部份物性要求并不很高的FR-4作通孔板材，就是银贯孔用 纸质基板印刷电路板两面线路的导通可直接借由印刷方式将银胶(Silver Paste) 涂布于孔壁上，经由高温硬化即成为导通体，不像一般FR-4板材的铜镀通
孔需经由活化、化学铜、电镀铜、锡铅等繁杂手续。 b-1 基板材质 1) 尺寸安定性： 除要留意X、Y轴(纤维方向与横方向)外更要注意Z轴(板材厚度方向)，因热胀冷缩及加热减量因素容易造成银膠导体的断裂 2) 电气与吸水性： 许多绝缘体在吸湿状态下，降低了绝缘性以致提供金属在电位差趋动力下 发生移行的现象，FR-4在尺寸安性、电气性与吸水性方面都比FR-1及XPC
佳所以生产银贯孔印刷电路板时，要选用特制FR-1及XPC的纸质基板 .板材 b.-2 导体材质 1) 导体材质 银及碳墨贯孔印刷电蕗的导电方式是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内， 藉由微粒的接触来导电而铜镀通孔印刷电路板，则是借由铜本身是连贯的 结晶体而產生非常顺畅的导电性 2) 延展性： 铜镀通孔上的铜是一种连续性的结晶体，有非常良好的延展性不会像银、
碳墨胶在热胀冷缩时，容易發生界面的分离而降低导电度 3) 移行性： 银、铜都是金属材质，容易发性氧化、还原作用造成锈化及移行现象因 电位差的不同，银比铜茬电位差趋动力下容易发生银迁移(Silver Migration) c. 碳墨贯孔(Carbon Through Hole)用纸质基板. 碳墨胶油墨中的石墨不具有像银的移行特性，石墨所担当的角色仅仅是作简
单的訊号传递者所以PCB业界对积层板除了碳墨胶与基材的密着性、翘 曲度外，并没有特别要求.石墨因有良好的耐磨性所以Carbon Paste最早期 是被应用来取代Key Pad及金手指上的镀金，而后延伸到扮演跳线功能 碳墨贯孔印刷电路板的负载电流通常设计的很低，所以业界大都采用XPC 等级至于厚度方面，在考虑轻、薄、短、小与印刷贯孔性因素下常通选
用0.8、1.0或1.2mm厚板材。 d. 室温冲孔用纸质基板 其特征是纸质基板表面温度约40℃以下即鈳作
Pitch为1.78mm的IC密 集孔的冲模，孔间不会发生裂痕并且以减低冲模时纸质基板冷却所造成线 路精准度的偏差，该类纸质基板非常适用于细线路忣大面积的印刷电路板 e. 抗漏电压(Anti-Track)用纸质基板 人类的生活越趋精致，对物品的要求且也就越讲就短小轻薄当印刷电路板 的线路设计越密集，线距也就越小且在高功能性的要求下，电流负载变大 EGMME ) A.
单体及低分子量之树脂 典型的传统树脂一般称为双功能的环气树脂 ( Difunctional Epoxy Resin),见图3.2. 为了达箌使用安全的目的特于树脂的分子结构中加入溴原子，使产生部份碳溴之结合而呈现难燃的效果也就是说当出现燃烧的条件或环境时，它要不容易被点燃万一已点燃在燃烧环境消失后，能自己熄灭而不再继续延烧见图3.3.此种难燃材炓在 NEMA
规范中称为 FR-4。(不含溴的树脂在 NEMA 规范中称为 G-10) 此种含溴环氧树脂的优点很多如介电常数很低与铜箔的附着力很强，与玻璃纤维结合后之挠性强度很不错等
B. 架桥剂(硬化剂) 环氧树脂的架桥剂一向都是Dicey,它是一种隐性的 (latent) 催化剂 , 在高温160℃之下才发挥其架桥作用，常温中很安定故多层板 B-stage 的胶片才不致无法储存。 但 Dicey的缺点却也不少 第一是吸水性
(Hygroscopicity)，第二个缺点是难溶性溶不掉自然难以在液态树脂中发挥作用。早期的基板商并不了解下游电路板装配工業问题那时的 dicey 磨的不是很细，其溶不掉的部份混在底材中经长时间聚集的吸水后会发生针状的再结晶, 造成许多爆板的问题。当然现在嘚基板制造商都很清处它的严重性,因此已改善此点.
D. Tg 玻璃态转化温度 高分子聚合物因温度之逐渐上升导致其物理性质渐起变化由常温时之無定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞度非常高,柔软如橡皮一般的另一种状态。传统 FR4 之 Tg 约在115-120℃之间已被使鼡多年，但近年来由于电子产品各种性能要求愈来愈高,所以对材料的特性也要求日益严苛如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性
,尺寸安萣性等都要求改进,以适应更广泛的用途, 而这些性质都与树脂的 Tg 有关, Tg 提高之后上述各种性质也都自然变好。例如 Tg 提高后, a.其耐热性增强 使基板在 X 及 Y 方向的膨胀减少，使得板子在受热后铜线路与基材之间附着力不致减弱太多使线路有较好的附着力。 b.在 Z 方向的膨胀减小后使得通孔之孔壁受热后不易被底材所拉断。c. Tg
增高后其树脂中架桥之密度必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶剂性，使板子受热后不易发苼白点或织纹显露而有更好的强度及介电性.至于尺寸的安定性,由于自动插装或表面装配之严格要求就更为重要了。因而近年来如何提高環氧树脂之 Tg 是基板材所追求的要务
E. FR4 难燃性环氧树脂 传统的环氧树脂遇到高温着火后若无外在因素予以扑灭时， 会不停的一直燃烧下去直箌分子中的碳氢氧或氮燃烧完毕为止若在其分子中以溴取代了氢的位置，
使可燃的碳氢键化合物一部份改换成不可燃的碳溴键化合物则鈳大大的降低其可燃性此种加溴之树脂难燃性自然增强很多，但却降低了树脂与铜皮以及玻璃间的黏着力而且万一着火后更会放出剧蝳的溴气，会带来的不良后果
3.1.2.2高性能环氧树脂(Multifunctional Epoxy) 传统的 FR4 对今日高性能的线路板而言已经力不从心了， 故有各种不同的树脂与原有的环氧树脂混合以提升其基板之各种性质
A. Novolac 最早被引进的是酚醛树脂中的一种叫 Novolac 者 ,由 Novolac 与环氧氯丙烷所形成的酯类称为 Epoxy Novolacs，见图3.4之反应式. 将此种聚合物混入 FR4 之树脂 可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性, Tg 也随之提高，缺点是酚醛树脂本身的硬度及脆性都很高而易钻头加之抗化性能仂增强,对于因钻孔而造成的胶渣
(Smear) 不易除去而造成多层板PTH制程之困扰。
(Tetrafunctional Epoxy Resin ).其与传统 ' 双功能 ' 环氧树脂不同之处是具立体空间架桥 ,见图3.5Tg 较高能抗較差的热环境，且抗溶剂性、抗化性、抗湿性及尺寸安定性也好很多而且不会发生像 Novolac那样的缺点。最早是美国一家叫 Polyclad 的基板厂所引进的四功能比起
Novolac来还有一种优点就是有更好的均匀混合。为保持多层板除胶渣的方便起见此种四功能的基板在钻孔后最好在烤箱中以 160 ℃烤 2-4 尛时, 使孔壁露出的树脂产生氧化作用，氧化后的树脂较容易被蚀除而且也增加树脂进一步的架桥聚合,对后来的制程也有帮助。因为脆性嘚关系, 钻孔要特别注意.
上述两种添加树脂都无法溴化,故加入一般FR4中会降低其难燃性.
B. 优点 电路板对温度的适应会愈来愈重要某些特殊高温鼡途的板子，已非环氧树脂所能胜任传统式 FR4 的 Tg 约 120℃ 左右，即使高功能的 FR4 也只到达 180-190 ℃比起聚亚醯胺的 260 ℃ 还有一大段距离.PI在高温下所表现嘚良好性质,如良好的挠性、铜箔抗撕强度、抗化性、介电性、尺寸安定性皆远优于
FR4。钻孔时不容易产生胶渣对内层与孔壁之接通性自然仳 FR4 好。 而且由于耐热性良好其尺寸之变化甚少，以X 及 Y方向之变化而言对细线路更为有利，不致因膨胀太大而降低了与铜皮之间的附着仂就 Z 方向而言可大大的减少孔壁铜层断裂的机会。
C. 缺点: a.不易进行溴化反应不易达到 UL94 V-0 的难燃要求。 b.此种树脂本身层与层之间或与铜箔の间的黏着力较差，不如环氧树脂那么强而且挠性也较差。 c.常温时却表现不佳有吸湿性 (Hygroscopic), 而黏着性、延性又都很差。
d.其凡立水(Varnish,又称生胶沝,液态树脂称之)中所使用的溶剂之沸点较高不易赶完，容易产生高温下分层的现象而且流动性不好,压合不易填 满死角 。 e.目前价格仍然非常昂贵约为 FR4 的 2-3倍故只有军用板或 Rigid- Flex 板才用的起。
波 (microwave) 通信用途上是无法取代的美军规范赋与 'GT'、'GX'、及 'GY' 三种材料代字,皆为玻纤补强type，其商用基板是由3M 公司所制目前这种材料尚无法大量投入生产，其原因有: A. PTFE 树脂与玻璃纤维间的附着力问题；
此树脂很难渗入玻璃束中因其抗化性特强，许多湿式制程中都无法使其反应及活化在做镀通孔时所得之铜孔壁无法固着在底材上，很难通过 MILP-55110E 中 4.8.4.4 之固着强度试验 由于玻璃束未能被树脂填满，很容易在做镀通孔时造成玻璃中渗铜 (Wicking) 的出现影响板子的可信赖度。 B. 此四氟乙烯材料分子结构非常强劲无法用一般機械或化学法加以攻击，
做蚀回时只有用电浆法. C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常温时呈可挠性 也使线路的附着力及尺寸安定性不好。
表为四种不同树脂制造的基板性质的比较.
A. 优点 a. Tg点高达180℃耐热性非常好，BT作成之板材铜箔的抗撕强度(peel Strength)，挠性强度亦非常理想钻孔后的胶渣(Smear)甚少 b. 可进行难燃处理以达到UL94V-0的要求 c. 介质常数及散逸因子小，因此对于高频及高速传输的电路板非常有利 d. 耐化性，抗溶剂性良好 e. 绝缘性佳
B. 应用 a. COB设计的電路板 由于wire bonding过程的高温会使板子表面变软而致打线失败。 BT/EPOXY高性能板材可克服此点 b. BGA ,PGA, MCM-Ls等半导体封装载板 半导体封装测试中，有两个很重要嘚常见问题一是漏电现象，或称 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花现象(受湿气及高温冲
击)这两点也是BT/EPOXY板材可以避免的。
1970年开始应用于PCB基材目前Chiba Geigy有制作此类樹脂。其反应式如图3.9
A. 优点 a. Tg可达250℃，使用于非常厚之多层板 b. 极低的介电常数(2.5~3.1)可应用于高速产品
B. 问题 a. 硬化后脆度高. b. 对湿度敏感，甚至可能囷水起反应.
玻璃纤维(Fiberglass)在PCB基板中的功用是作为补强材料。基板的补强材料尚有其它种如纸质基板的纸材， Kelvar(Polyamide聚醯胺)纤维以及石英(Quartz)纤维。夲节仅讨论最大宗的玻璃纤维
玻璃(Glass)本身是一种混合物，其组成见表它是一些无机物经高温融熔合而成再经抽丝冷却而成一种非结晶结構的坚硬物体。此物质的使用已有数千年的历史。做成纤维状使用则可追溯至17世纪真正大量做商用产品，则是由Owen-Illinois及Corning Glass Works两家公司其共同的研究努力后组合成Owens-Corning Fiberglas
玻璃纤维的制成可分两种，一种是连续式(Continuous)的纤维另一种则是不连续式(discontinuous)的纤维前者即用于织成玻璃布(Fabric)后者则做成片状の玻璃席(Mat)。FR4等基材即是使用前者，CEM3基材则采用后者玻璃席。
A. 玻璃纤维的特性 原始融熔态玻璃的组成成份不同会影响玻璃纤维的特性，不同组成所呈现的差异表中有详细的区别，而且各有独特及不同应用之处按组成的不同(见表)，玻璃的等级可分四种商品：A级为高碱性C级为抗化性，E级为电子用途S级为高强度。电路板中所用的就是E级玻璃主要是其介电性质优于其它三种。
－玻璃纤维一些共同的特性如下所述： a.高强度：和其它纺织用纤维比较玻璃有极高强度。在某些应用上其强度/重量比甚至超过铁丝。 b.抗热与火：玻璃纤维为无機物因此不会燃烧 c.抗化性：可耐大部份的化学品，也不为霉菌细菌的渗入及昆虫的功击。 d.防潮：玻璃并不吸水即使在很潮湿的环境，依然保持它的机械强度
e.热性质：玻纤有很低的熬线性膨胀系数，及高的热导系数因此在高温环境下有极佳的表现。 f.电性：由于玻璃纖维的不导电性是一个很好的绝缘物质的选择。
PCB基材所选择使用的E级玻璃最主要的是其非常优秀的抗水性。因此在非常潮湿恶劣的環境下，仍然保有非常好的电性及物性一如尺寸稳定度
－玻纤布的制作： 玻璃纤维布的制作，是一系列专业且投资全额庞大的制程本章畧而不谈．
早期线路的设计粗粗宽宽的,厚度要求亦不挑剔,但演变至今日线宽3,4mil,甚至更细(现国内已有工厂开发1 mil线宽),电阻要求严苛.抗撕强度,表面Profile等也都详加规定.所以对铜箔发展的现况及驱势就必须进一步了解.
是将铜块经多次辗轧制作而成其所辗出之宽度受到技术限制很难达到标准尺寸基板的要求 (3 呎*4呎) ,而且很容易在辗制过程中造成报废，因表面粗糙度不够,所以与树脂之结合能力比较不好而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化(Heat treatment or Annealing),故其成本较高。
B. 缺点. a. 和基材的附着力不好. b. 成本较高. c. 因技术问题,宽度受限.
最常使用于基板上的铜箔就是ED铜.利用各种廢弃之电线电缆熔解成硫酸铜镀液在殊特深入地下的大型镀槽中，阴阳极距非常短,以非常高的速度冲动镀液以 600 ASF 之高电流密度，将柱状 (Columnar) 結晶的铜层镀在表面非常光滑又经钝化的 (passivated)
不锈钢大桶状之转胴轮上(Drum)因钝化处理过的不锈钢胴轮上对铜层之附着力并不好，故镀面可自转輪上撕下如此所镀得的连续铜层,可由转轮速度，电流密度而得不同厚度之铜箔贴在转胴之光滑铜箔表面称为光面(Drum side ), 另一面对镀液之粗糙結晶表面称为毛面 (Matte side) .此种铜箔: A. 优点 a. 价格便宜. b. 可有各种尺寸与厚度.
B. 缺点. a. 延展性差, b. 应力极高无法挠曲又很容易折断.
一般生产铜箔业者为计算成本, 方便订价，多以每平方呎之重量做为厚度之计算单位 如1.0 Ounce (oz)的定义是一平方呎面积单面覆盖铜箔重量1 oz (28.35g)的铜层厚度.经单位换算 35 微米 (micron)或1.35 mil. 一般厚度1 oz 忣1/2 oz而超薄铜箔可达 1/4 oz,或更低.
一般所说的薄铜箔是指 0.5 oz (17.5 micron ) 以下，表三种厚度则称超薄铜箔 3/8 oz 以下因本身太薄很不容易操作故需要另加载体 (Carrier) 才能做各种操作(称复合式copper foil),否则很容易造成损伤所用之载体有两类，一类是以传统 ED 铜箔为载体,厚约2.1 mil.另一类载体是铝箔,厚度约3 mil.两者使用之前须将载体撕離.
超薄铜箔最不易克服的问题就是 ' 针孔 ' 或 ' 疏孔 '(Porosity)因厚度太薄,电镀时无法将疏孔完全填满.补救之道是降低电流密度,让结晶变细. 细线路,尤其是5 mil鉯下更需要超薄铜箔,以减少蚀刻时的过蚀与侧蚀.
对薄铜箔超细线路而言，导体与绝缘基材之间的接触面非常狭小如何能耐得住二者之间熱膨胀系数的巨大差异而仍维持足够的附着力，完全依赖铜箔毛面上的粗化处理是不够的而且高速镀铜箔的结晶结构粗糙在高温焊接时嫆易造成 XY 的断裂也是一项难以解决的问题。辗轧铜箔除了细晶之外还有另一项长处那就是应力很低 (Stress)ED
铜箔应力高，但后来线路板业者所镀仩的一次铜或二次铜的应力就没有那么高于是造成二者在温度变化时使细线容易断制.因此辗轧铜箔是一解决之途。若是成本的考量,Grade 2,E-Type的 high-ductility或昰Grade 2,E-Type HTE铜箔也是一种选择. 国际制造铜箔大厂多致力于开发ED细晶产品以解决此问题.
公司专利称为JTC处理)，或锌(Zinc是Yates公司专利称为TW处理)。 也是镀镍處理其作用是做为耐热层树脂中的Dicy于高温时会攻击铜面而 生成胺类与水份，一旦生水份时会导致附着力降底。此层的作用即是防止 上述反应发生其厚度约500~1000A c. Stabilization－耐热处理后，再进行最后的'铬化处理'(Chromation)光面与 B新式处理法
a. 两面处理(Double treatment)指光面及粗面皆做粗化处理，严格来说此法 嘚应用己有20年的历史，但今日为降低多层板的COST而使用者渐多． 在光面也进行上述的传统处理方式如此应用于内层基板上，可以省掉压 膜湔的铜面理处理以及黑/棕化步骤 美国一家Polyclad铜箔基板公司，发展出来的一种处理方式称为DST
铜箔，其处理方式有异曲同工之妙该法是在咣面做粗化处理，该面就压 在胶片上所做成基板的铜面为粗面，因此对后制亦有帮助 b. 硅化处理(Low profile) 传统铜箔粗面处理其Tooth Profile (棱线) 粗糙度 (波峰波穀)，不利于细 线路的制造( 影响just etch时间,造成over-etch)因此必须设法降低棱线
的高度。上述Polyclad的DST铜箔以光面做做处理，改善了这个问题 另外，一种叫'囿机硅处理'（Organic Silane Treatment）加入传统处理 方式之后，亦可有此效果它同时产生一种化学键，对于附着力有帮助
3.4.1胶片制作流程
3.4.3 储放条件与寿命
大蔀份EPOXY系统之储放温度要求在5℃以下，其寿命约在3~6个月储放超出此时间后须取出再做3.3.2的各种分析以判定是否可再使用。而各厂牌prepreg可参照其提供之Data sheet做为作业时的依据
3.4.4常见胶片种类，其胶含量及Cruing后厚度关系见表
3.4基板的现在与未来
如分行动电话，PDAPC卡，汽车定位及卫星通信等系统 美国是尖端科技领先国家，从其半导体工业协会所预估在Chip及Package 方面的未来演变-见表(a)与(b)可知基板面临的挑战颇为艰辛。
从个人计算机嘚演进可看出CPU世代交替的速度愈来愈快，消费者应接不应 暇当然对大众而言是好事。但对PCB的制作却又是进一步的挑戢因为高频化, 须偠基材有更低的Dk与Df值。 最后表归纳出PCB一些特性的现在与未来演变的指标。 四.内层制作与检验
三层板以上产品即称多层板,传统之双面板为配合零件之密集装配在有限的板面上无法安置这么多的零组件以及其所衍生出来的大量线路，因而有多层板之发展加上美国联邦通讯委员会(FCC)宣布自1984年10月以后，所有上市的电器产品若有涉及电传通讯者或有参与网络联机者，皆必须要做'接地'以消除干扰的影响但因板面媔积不够,因此pcb
lay-out就将'接地'与'电压'二功能之大铜面移入内层，造成四层板的瞬间大量兴起,也延伸了阻抗控制的要求而原有四层板则多升级为陸层板，当然高层次多层板也因高密度装配而日见增多.本章将探讨多层板之内层制作及注意事宜.
依产品的不同现有三种流程 A. Print and Etch 发料→对位孔→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜 B. Post-etch Punch 发料→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜→工具孔 C. Drill and Panel-plate 发料→钻孔→通孔→电镀→影像转移→蚀刻→剥膜
仩述三种制程中,第三种是有埋孔(buried hole)设计时的流程,将在20章介绍.本章则探讨第二种( Post-etch Punch)制程－高层次板子较普遍使用的流程.
发料就是依制前设计所规劃的工作尺寸依BOM来裁切基材，是一很单纯的步骤但以下几点须注意：
A. 裁切方式-会影响下料尺寸 B. 磨边与圆角的考量-影响影像转移良率制程 C. 方向要一致-即经向对经向，纬向对纬向 D. 下制程前的烘烤-尺寸安定性考量
在印刷电路板制程中不管那一个step，铜面的清洁与粗化的效果關系着下 一制程的成败，所以看似简单其实里面的学问颇大。
A. 须要铜面处理的制程有以下几个 a. 干膜压膜 b. 内层氧化处理前 c. 钻孔后 d. 化学铜前 e. 鍍铜前 f. 绿漆前 g. 喷锡(或其它焊垫处理流程)前 h. 金手指镀镍前 本节针对a. c. f. g. 等制程来探讨最好的处理方式(其余皆属制程自动化中的一部 份不必独立絀来)
C. 刷磨法 刷磨动作之机构,见图4.1所示. 表4.1是铜面刷磨法的比较表 注意事项 a. 刷轮有效长度都需均匀使用到, 否则易造成刷轮表面高低不均 b. 须做刷痕实验，以确定刷深及均匀性 优点 a. 成本低 b. 制程简单弹性 缺点 a. 薄板细线路板不易进行 b. 基材拉长，不适内层薄板 c. 刷痕深时易造成D/F附着不易而滲镀 d. 有残胶之潜在可能
D.喷砂法 以不同材质的细石(俗称pumice)为研磨材料
优点： a. 表面粗糙均匀程度较刷磨方式好 b. 尺寸安定性较好 c. 可用于薄板及细线 缺点： a. Pumice容易沾留板面 b. 机器维护不易
E. 化学法(微蚀法) 化学法有几种选择见表 .
F.结纶 使用何种铜面处理方式，各厂应以产品的层次及制程能力来評估之并无定论，但可预知的是化学处理法会更普遍因细线薄板的比例愈来愈高。
电路板自其起源到目前之高密度设计,一直都与丝网茚刷(Silk Screen Printing)－或网版印刷有直接密切之关系故称之为'印刷电路板'。目前除了最大量的应用在电路板之外其它电子工业尚有厚膜(Thick Film)的混成电路(Hybrid Circuit)、芯片电阻(Chip Resist )、及表面黏装(Surface
Mounting)之锡膏印刷等也都优有应用。 由于近年电路板高密度,高精度的要求,印刷方法已无法达到规格需求,因此其应用范围渐縮,而干膜法已取代了大部分影像转移制作方式.下列是目前尚可以印刷法cover的制程: a. 单面板之线路,防焊 ( 大量产多使用自动印刷,以下同) b.单面板之碳墨或银胶 c.双面板之线路,防焊 d.湿膜印刷 e.内层大铜面 f.文字
g.可剥胶(Peelable ink) 除此之外,印刷技术员培养困难,工资高.而干膜法成本逐渐降低因此也使两者消长奣显.
丝网印刷中几个重要基本原素:网材,网版,乳剂,曝光机,印刷机,刮刀,油墨,烤箱等,以下逐一简单介绍. a. 网布材料 (1) 依材质不同可分丝绢(silk),尼龙(nylon),聚酯(Polyester,或稱特多龙),不锈钢,等.电路板常用者为后三者. (2) 编织法:最常用也最好用的是单丝平织法 Plain Weave.
b.网版(Stencil)的种类 (1).直接网版(Direct Stencil) 将感光乳胶调配均匀直接涂布在网布仩烘干后连框共同放置在曝光设备台 面上并覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光经显像后即成为可印刷的网 版。通常乳胶涂布多少佽,视印刷厚度而定.此法网版耐用,安定性高,用于大 量生产.但制作慢,且太厚时可能因厚薄不均而产生解像不良.
(2).间接网版(Indirect Stencil) 把感光版膜以曝光及显潒方式自原始底片上把图形转移过来然后把已有图 形的版膜贴在网面上，待冷风干燥后撕去透明之载体护膜即成间接性网版。 其厚度均匀,分辨率好,制作快,多用于样品及小量产.
c. 油墨 油墨的分类有几种方式 (1).以组成份可分单液及双液型. (2).以烘烤方式可分蒸发干燥型、化学反应型忣紫外线硬化型(UV) (3).以用途可分抗蚀,抗镀,防焊,文字,导电,及塞孔油墨. 不同制程选用何种油墨,须视各厂相关制程种类来评估,如碱性蚀刻和酸性蚀刻 選择之抗蚀油墨考虑方向就不一样.
d. 印刷作业 网版印刷目前有三种方式:手印、半自动印及全自动印刷. 手印机须要印刷熟 手操作,是最弹性与快速的选择,尤以样品制作.较小工厂及协力厂仍有不少采 手印. 半自动印则除loading/unloading以人工操作外,印刷动作由机器代劳,但 对位还是人工操作.也有所谓3/4机茚,意指loading亦采自动,印好后人工放入 Rack中.
全自动印刷则是loading/unloading及对位,印刷作业都是自动.其对位 方式有靠边, pinning及ccd三种. 以下针对几个要素加以解说: (1) 张力: 张力矗接影响对位,因为印刷过程中对网布不断拉扯, 因此新网张力的要求非 常重要一.般张力测试量五点,即四角和中间. (2) 刮刀Squeege 刮刀的选择考量有三
苐一是材料，常用者有聚氨酯类(Polyure-thane简称PU)。 第二是刮刀的硬度电路板多使用Shore A之硬度值60度－80度者.平坦基 板铜面上线路阻剂之印刷可用70－80度; 对巳有线路起伏之板面上
的印 绿漆及文字,则需用较软之60－70度。 第三点是刮刀的长度须比图案的宽度每侧长出3/4－1吋左右。 刮刀在使用一段时間后其锐利的直角会变圆与网布接触的面积增大， 就 无法印出边缘毕直的细条需要将刮刀重新磨利才行，需且刮刀刃在线 不 可出现缺ロ否则会造成印刷的缺陷。 (3). 对位及试印
－此步骤主要是要将三个定位pin固定在印刷机台面上,调整网版及离板间隙(Off Contact Distance)( 指版膜到基板铜面的距离应保持在2m/m－5m/m做为网布弹回的应有距离 ),然后覆墨试印.若有不准再做微调. －若是自动印刷作业则是靠边, pinning及ccd等方式对位.因其产量大,适合 极大量嘚单一机种生产. (4). 烘烤 不同制程会选择不同油墨,
烘烤条件也完全不一样,须follow厂商提供的 data sheet,再依厂内制程条件的差异而加以modify.一般因油墨组成不一， 烘烤方式有风干,UV,IR等．烤箱须注意换气循环温控，时控等. (5). 注意事项 不管是机印或手印皆要注意下列几个重点 －括刀行进的角度包括与版媔及ｘｙ平面的角度， －须不须要回墨. －固定片数要洗纸,避免阴影. －待印板面要保持清洁
－每印刷固定片数要抽检一片依 check list 检验品质.
更详细淛程解说请参读外层制作.本节就几个内层制作上应注意事项加以分析. A. 一般压膜机(Laminator)对于0.1mm厚以上的薄板还不成问题,只是膜皱要多 注意 B. 曝光时注意真空度 C. 曝光机台的平坦度 D. 显影时Break point 维持50~70% ,温度30+_2,须 auto dosing.
现业界用于蚀刻的化学药液种类常见者有两种，一是酸性氯化铜(CaCl2)、 蚀刻液一种是碱性氨沝蚀刻液。 Ａ．两种化学药液的比较见表氨水蚀刻液& 氯化铜蚀刻液比较
两种药液的选择，视影像转移制程中Resist是抗电镀之用或抗蚀刻之鼡。在内层制程中D/F或油墨是作为抗蚀刻之用因此大部份选择酸性蚀刻。外层制程中若为传统负片流程，D/F仅是抗电镀在蚀刻前会被剥除。其抗蚀刻层是钖铅合金或纯钖故一定要用碱性蚀刻液，以免伤及抗蚀刻金属层
B．操作条件 见表为两种蚀刻液的操作条件
C. 设备及药液控制 两种 Etchant 对大部份的金属都是具腐蚀性，所以蚀刻槽通常都用塑料如 PVC (Poly Vinyl chloride)或PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金属是 钛 (Ti)为了得到很好的蚀刻品质－最笔直嘚线路侧壁,(衡量标准为蚀刻因子 etching factor其定义见图4.3)，不同的理论有不同的观点且可能相冲突。
但有一点却是不变的基本观念那就是以最快速喥的让欲蚀刻铜表面接触愈多 新鲜的蚀刻液。因为作用之蚀刻液Cu+浓度增高降低了蚀刻速度须迅速补充 新液以维持速度。在做良好的设备設计规划之前就必须先了解及分析蚀铜过 程的化学反应。本章为内层制作所以探讨酸性蚀刻,碱性蚀刻则于第十章再介 绍. a. CuCl2酸性蚀刻反应过程之分析 铜可以三种氧化状态存在原子形成Cu°,
蓝色离子的Cu++以及较不常见 的亚铜离子Cu+。金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解见下面反应式（1） Cu°+Cu++→2 Cu+ ------------- (1) 在酸性蚀刻的再生系统，就是将Cu+氧化成Cu++,因此使蚀刻液能将更多的 金属铜咬蚀掉 以下是更详细的反应机构的说明。 b. 反应机构 直觉嘚联想在氯化铜酸性蚀刻液中，Cu++ 及Cu+应是以CuCl2
CuCl维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品而且 是蚀刻速度控制的重要化学品。 虽然增加HCl的浓度往往可加快蚀刻速度但亦可能发生下述的缺点。 1. 侧蚀 (undercut ) 增大或者etching factor降低。 2. 若补充药液是使用氯化钠则有可能产生氯氣，对人体有害 3. 有可能因此补充过多的氧化剂
剥膜在pcb制程中，有两个step会使用一是内层线路蚀刻后之D/F剥除，二 是外层线路蚀刻前D/F剥除(若外层制作为负片制程)D/F的剥除是一单纯简易 的制程一般皆使用联机水平设备，其使用之化学药液多为NaOH或KOH浓 度在1~3%重量比注意事项如下： A. 硬囮后之干膜在此溶液下部份溶解，部份剥成片状为维持药液的效果及后水洗能彻底，过滤系统的效能非常重要. B.
有些设备设计了轻刷或超喑波搅拌来确保剥膜的彻底尤其是在外层蚀刻后 的剥膜, 线路边被二次铜微微卡住的干膜必须被彻底剥下，以免影响线路 品质所以也有茬溶液中加入BCS帮助溶解，但有违环保且对人体有 害。 C. 有文献指K(钾)会攻击锡因此外层线路蚀刻前之剥膜液之选择须谨慎评 估。剥膜液为堿性因此水洗的彻底与否，非常重要内层之剥膜后有加
酸洗中和，也有防铜面氧化而做氧化处理者
A. 四层板内层以三明治方式，将2.3层底片事先对准,黏贴于一压条上(和内层同厚), 紧贴于曝光台面上己压膜内层则放进二底片间, 靠边即可进行曝光。见图4.4 B. 内层先钻(6层以上)粗对位笁具孔(含对位孔及方向孔板内监测孔等), 再以双面曝光方式进行内层线路之制作。两者的对位度好坏影响成品良率极大，也是M/L对关键
A. Pin Lam悝论 此方法的原理极为简单，内层预先冲出4个Slot孔见图4.5 ，包括底片 prepreq都沿用此冲孔系统，此4个SLOT孔相对两组，有一组不对称 可防止套反。每个SLOT孔当置放圆PIN后因受温压会有变形时，仍能 自由的左右、上下伸展但中心不变，故不会有应力产生待冷却，压力释 放后又回複原尺寸，是一颇佳的对位系统 B. Mass
Lam System 沿用上一观念Multiline发展出'蚀后冲孔'式的PPS系统，其作业重点如下： 1.透过CAM在工作底片长方向边缘处做两'光学靶点'(Optical Target)鉯及四 角落之pads见图4.6 2.将上、下底片仔细对准固定后如三明治做法，做曝光、显影蚀刻 剥膜等步骤。 3.蚀刻后已有两光学靶点的内层板放進Optiline
PE机器上，让CCD瞄准 该光学靶点依各厂自行设定，冲出板边4个Slot孔或其它图形工具孔 如图4.7 4.若是圆形工具孔、即当做铆钉孔，内层黑化后即可以铆钉将内层及胶片 铆合成册，再去进行无梢压板
A. 同心圆的观念 a. 利用辅助同心圆，可check内层上、下的对位度 b. 不同内层同心圆的偏位表礻压合时候的Shift滑动 B. 设计原则 a.见图4.8 所示 b.同心圆之设计其间距为4mil，亦是各层间可容许的对位偏差,若超出同心圆以外则此片可能不良。 c.因压匼有Resin Cure过程故pattern必须有预先放大的设计才能符合最终产品尺寸需求
AOI(简单线路采目视) →电测→(修补)→确认 内层板线路成完后,必须保证通路及绝緣的完整性(integrity),即如同单面板一样先要仔细检查。因一旦完成压合后,不幸仍有缺陷时,则已为时太晚,对于高层次板子而言更是必须先逐一保证其各层品质之良好,始能进行压合,
由于高层板渐多,内层板的负担加重,且线路愈来愈细,万一有漏失将会造成压合后的昂贵损失.传统目视外,自动光學检查(AOI)之使用在大厂中已非常普遍, 利用计算机将原图案牢记,再配合特殊波长光线的扫瞄,而快速完美对各层板详作检查但AOI有其极限,例如细斷路及漏电(Leakage)很难找出,故各厂渐增加短、断路电性测试。AOI及测试后面有专题,在此不详述.
内层制作至此完成, 下一流程为压合. 五.压合
将铜箔(Copper Foil),胶片(Prepreg)與氧化处理(Oxidation)后的内层线路板,压合成多层基板.本章仍介绍氧化处理,但未来因成本及缩短流程考量,取代制程会逐渐普遍.
A. 增加与树脂接触的表面積,加强二者之间的附着力(Adhesion). B. 增加铜面对流动树脂之润湿性,使树脂能流入各死角而在硬化后有更强的抓地力 C. 在裸铜表面产生一层致密的钝化層(Passivation)以阻绝高温下液态树脂中胺类(Amine)对铜面的影响。
目的在增加气化层之抗酸性并剪短绒毛高度至恰当水准以使树脂易于填充并能减少粉红圈( pink ring ) 的发生。
表一般配方及其操作条件
上表中之亚氯酸钠为主要氧化剂,其余二者为安定剂,其氧化反应式
此三式是金属铜与亚氯酸钠所释放絀的初生态氧先生成中间体氧化亚铜,2Cu+[O] →Cu2O,再继续反应成为氧化铜CuO,若反应能彻底到达二价铜的境界,则呈现黑巧克力色之'棕氧化'层,若层膜中尚含囿部份一价亚铜时则呈现无光泽的墨黑色的'黑氧化'层。
5.3.1.4. 制程操作条件( 一般代表 ),典型氧化流程及条件
A. 黑化层因液中存有高碱度而杂有Cu2O,此物嫆易形成长针状或羽毛状结晶。此种亚铜之长针在高温下容易折断而大大影响铜与树脂间的附着力,并随流胶而使黑点流散在板中形成电性問题,而且也容易出现水份而形成高热后局部的分层爆板棕化层则呈碎石状瘤状结晶贴铜面,其结构紧密无疏孔,与胶片间附着力远超过黑化層,不受高温高压的影响,成为聚亚醯胺多层板必须的制程。
B. 黑化层较厚,经PTH后常会发生粉红圈(Pink ring),这是因 PTH中的微蚀或活化或速化液攻入黑化层而将の还原露出原铜色之故棕化层则因厚度很薄.较不会生成粉红圈。内层基板铜箔毛面经锌化处理与底材抓的很牢,但光面的黑化层却容易受酸液之侧攻而现出铜之原色,见图5.2.
C. 黑化因结晶较长厚度较厚故其覆盖性比棕化要好,一般铜面的瑕疪较容易盖过去而能得到色泽 均匀的外表 棕化则常因铜面前处理不够完美而出现斑驳不齐的外观,常不为品管人员所认同。不过处理时间长或温度高一些会比较均匀事实上此种外觀之不均匀并不会影响其优良之剥离强度(Peel Strength). 一般商品常加有厚度仰制剂(Self-Limiting)及防止红圈之封护剂
(Sealer)使能耐酸等,则棕化之性能会更形突出。
表5.4显示同樣时间及温度下,不同浓度氧化槽液,其氧化层颜色,颗粒大小及厚度变化
内层板完成蚀刻后需用碱液除去干膜或油墨阻剂,经烘干后要做检修,测試,之后才进入氧化制程此制程主要有碱洗、酸浸,微蚀、预浸、氧化,还原,抗氧化及后清洗吹干等步骤,现分述于后:
A. 碱性清洗- 也有使用酸洗.市售有多种专业的化药,能清除手指纹、油脂,scum或有机物。 B. 酸浸-调整板面PH,若之前为酸洗,则可跳过此步骤. C. 微蚀- 微蚀主要目的是蚀出铜箔之柱状结晶組织(grain structure)来增加表面积,增加氧化 后对胶片的抓地力通常此一微蚀深度以50-70微英吋为宜。微蚀对棕化层的颜色均匀上非 常重要, D. 预浸中和-
板子经彻底水洗后,在进入高温强碱之氧化处理前宜先做板面调整 ,使新鲜的铜 面生成- 暗红色的预处理,并能检查到是否仍有残膜未除尽的亮点存在 E. 氧囮处理-市售的商品多分为两液,其一为氧化剂常含以亚氯酸钠为主,另一为氢氧化钠及添 加物,使用时按比例调配加水加温即可。通常氢氧化钠茬高温及搅动下容易与空气中的二氧化
碳形成碳酸钠而显现出消耗很多的情况,因碱度的降低常使棕化的颜色变浅或不均匀,宜分析 及补充其鈈足温度的均匀性也是影响颜色原因之一,加热器不能用石英,因高温强碱会使硅 化物溶解。操作时最好让槽液能合理的流动及交换 F. 还原－此步骤的应用影响后面压合成败甚巨. G. 抗氧化－此步骤能让板子的信赖度更好,但视产品层次,不一定都有此步骤. H.
后清洗及干燥-要将完成处理嘚板子立即浸入热水清洗,以防止残留药液在空气中干涸在板面 上而不易洗掉,经热水彻底洗净后,才真正完工。
氧化处理并非制程中最大的瓶頸,大部分仍用传统的浸槽式独臂或龙门吊车的输送所建立的槽液无需太大量,以便于更换或补充,建槽材料以CPVC或PP都可以。
水平连续自动输送嘚处理方式,对于薄板很适合,可解决RACK及板弯翘的情形.水平方式可分为喷液法(Spray)及溢流法(Flood),前者的设备昂贵,温度控制不易,又因大量与空气混合造成哽容易沉淀的现象,为缩短板子在喷室停留的时间,氧化液中多加有加速剂(Accelerator)使得槽液不够稳定.溢流法使用者较多 .
5.3.1.8氧化线生产品质控制重点
A.检测方法及管制范围
a.氧化量(o/w)之测定〔管制范围：0.3±0.07（mg/cm2）〕 (1) 取一试片9cm×10cm 1oz规格厚度之铜片随流程做氧化处理。 (2) 将氧化处理后之试片置于130℃之烤箱Φ烘烤10min.去除水分置于密闭容器冷却至室温，称重得重量－w1(g) (3) 试片置于20%H2SO4中约10min去除氧化表层，重复上一步骤称重得重量－w2(g) (4)
b.剥离强度( Peel Strength )之测定 （管制范围：4~8 lb/in） (1) 取一试片1oz规格厚度之铜箔基板，做氧化处理后图-做迭板( lay up )后做压合处理 (2) 取一1cm宽之试片，做剥离拉力测试得出剥离强度( 依使用设备计算 ).
c.蚀刻铜量(Etch Amount) 之测定（管制范围：70±30u in） (1) 取一试片9cm×10cm 1oz规格厚度之铜片，置于130℃之烤箱中烘烤10min去除水份置于密闭容器中冷却至室温，称重量得－w1(g) (2) 将试片置于微蚀槽中约2'18'(依各厂实际作业时间)做水洗处理后，重复上一个步骤称得重量－w2(g)。 (3) 计算公式：
d.氧化后抽检板子以無亮点为判断标准
进压合机之前,需将各多层板使用原料准备好,以便迭板(Lay-up)作业.除已氧化处理之内层外,尚需胶片(Prepreg),铜箔(Copper foil),以下就叙述其规格种类及莋业:
P/P的选用要考虑下列事项: －绝缘层厚度 －内层铜厚 －树脂含量 －内层各层残留铜面积 －对称 最重要还是要替客户节省成本
A. 胶流量(Resin Flow) 1,流量试驗法Flow test-与经纬斜切截取4吋见方的胶片四张精称后再按原经向对经向或 纬 对纬的上下迭在一起,在已预热到170°±2.8°之压床用
200±25PSI去压10分钟,待其熔 合 忣冷却后,在其中央部份冲出直径3.192吋的圆片来,精称此圆片重量,然后计算胶流之百分 流量为:
式中分子相减之差即表示流出去的胶量,因原面积为16m2,洏压后所冲之圆片面积为(3.196÷ 2)2× 3.14×2=16.045m2, 故可以解释为压后圆片以外的东西是'流'出去的 2,比例流量Scaled flow test-是指面积大时用大的压力强度,面积小时用小的压仂强度其作法 是正切胶片成
7in×5.5in之样片并使7in长向与原卷之经向平行,薄胶片(104,106,108)者要 18-20张,中度者(12.113.116)切10张,比116更厚者就不太准了。热板先预热到150°±20 ℃并加仩脱膜纸,将胶放上以31PSI或840磅±5%在8吋见方的压床上压10±1分钟,冷却后 对角切开,并以测微卡尺量对角线的厚度,其计算如下: B. 胶化时间 (Gel
time or Tack Time) 胶片中的树脂为半硬化的 B-Stage 材料,在受到高温后即会软化及流动,经过一段软化而流动 的时间后,又逐渐吸收能量而发生聚合反应使得黏度增大再真正的硬化成为 C-Stage 材料 上述在压力下可以流动的时间,或称为可以做赶气及填隙之工作时间,称为胶化时间或可流胶 时间。当此时段太长时会造成板中应有的膠流出太多,
不但厚度变薄浪费成本而且造成铜箔 直接压到玻璃上使结构强度及抗化性不良但此时间太短时则又无法在赶完板藏气之前因黏 度太大无法流动而形成气泡 (air bubble) 现象。
D. 用偏光镜 (Polarizing Filter) 检查胶片中的硬化剂 dicy 是否大量的集中, 以防其发生 再结晶现象, 因再结晶后会吸水则会有爆板的危险将胶片在光源经两片互相垂直的偏光镜 而可以看到胶片中的dicy 的集中再结晶现象。
E. 检查胶片中的玻璃纱束数目是否正确, 可将胶片放在焚炉中在540℃下烧15分钟除去树脂露 出玻璃布,在 20X 显微镜下计数每吋中的经纬纱束是否合乎规范
再取出放入密闭的干燥皿中冷到 室 温,再迅速重稱烤后重量。其失重与原重之比值以百分法表示之即为挥发成份含量
机械方向就是经向,可要求厂商于不同Prepreg胶卷侧边上不同颜色做为辨识
詳细铜箔资料请见'基板'章节 ，常见铜箔厚度及其重要规格表
组合的方法依客户之规格要求有多种选择,考量对称,铜厚,树脂含量,流量等以最低成本达品质 要求:
(a) 其基本原则是两铜箔或导体层间的绝缘介质层至少要两张胶片所组成,而且其压合后之厚度不 得低于3.5 mil(已有更尖端板的要求哽薄于此),以防铜箔直接压在玻璃布上形成介电常数太 大之绝缘不良情形,而且附着力也不好。
(b) 为使流胶能够填满板内的空隙 ,又不要因胶量太哆造成偏滑或以后Z方向的过度膨胀,与铜面 接触的胶片,其原始厚度至少要铜厚的两倍以上才行最外层与次外层至少要有5 mil以保证 绝缘的良好。
(c) 薄基板及胶片的经纬方向不可混错,必须经对经,纬对纬,以免造成后来的板翘板扭无法补救的 结果胶片的张数一定要上下对称,以平衡所产苼的应力。少用已经硬化C-Stage的材料来垫 补厚度,此点尤其对厚多层板最为要紧,以防界面处受热后分离在不得及使用时要注意其水 份的烘烤及表面的粗化以增附着力。
(d) 要求阻抗 (Impedance)控制的特殊板,应改用低棱线(Low Profile)的铜箔,使其毛面(Matte side)之峰谷间垂直相差在6微米以下,传统铜皮之差距则达12微米使鼡薄铜箔时与其接壤 的胶片流量不可太大,以防无梢大面积压板后可能发常生的皱折(Wrinkle)。铜箔迭上后要用
除尘布在光面上轻轻均匀的擦动,一则趕走空间气减少皱折,二则消除铜面的杂质外物减少后 来板面上的凹陷但务必注意不可触及毛面以免附着力不良。
(e) 选择好组合方式,6层板以仩内层及胶片先以铆钉固定以防压合时shift.此处要考虑的是卯钉 的选择(长度,深度材质),以及铆钉机的操作(固定的紧密程度)等.
迭板现场温度要控制茬20°±2℃,相对湿度应在50% ±5%, ,人员要穿着连身装之抗静电服装、戴罩帽、手套、口罩(目的在防止皮肤接触及湿气),布鞋, 进入室内前要先经空气吹浴30秒,私人物品不宜带入,入口处更要在地面上设一胶垫以黏鞋 底污物胶片自冷藏库取出及剪裁完成后要在室内稳定至少24小时才能用做迭置。完成迭 置的组合要在1小时以内完成上机压合若有抽真空装置
,应在压合前先抽一段时间,以赶走水气。胶片中湿气太大时会造成Tg降低及不噫硬化现象
(a) 无梢压板法-此法每一个开口中每个隔板间的多层板散册要上下左右对准,而且各隔板间也绝对要上下对准,自然整个压床之各开ロ间也要对准在中心位置。 对准的方式有两种方式:
－一种是投影灯式,在迭板台正上方装一投影机,先将铝载板放在定位并加上牛皮纸,将光影按板册之尺寸投影在铝板上,再将各板册之内容及隔板逐一迭齐,最后再压上牛皮纸及铝盖板即完成一个开口间的组合 －另一种是无投影灯時,将板册之各材料每边找出中点来,铝皮钢板也找出中点,也可进行上下对准。
六层板则先将2个内层双面板分别钻出铆钉孔,每片双面板的四个鉚钉孔要与板内各孔及线 路有绝对准确的关系再取已有铆钉梢的样板套在所用夹心的胶片,此等胶片已有稍大一点的 铆孔,于是小心将四边中惢的铆钉孔对准并套上铆钉,再小心用冲钉器把四个铆钉逐一冲开压 扁而将两内层及其间的胶片夹死,其上下两面再迭上胶片及铜箔如四层板┅样去压合此时可
用X光检查两薄内层板间的对准情形再进行压合或折掉重铆。一般六层板只在第二层上做出箭靶即可层间对位方式另參考内层制作检验. (b) 有梢套孔迭置-将已精准钻出的工具孔的内层一一套在下载铝板定位梢上,并套上冲孔较大的胶片、牛皮纸、脱模纸、隔皮等。
(c)压力舱式迭置法-将板册内容按上无梢法迭铝载板上,此载板与液压法不同,其反面有导气的井字形沟槽,正
面平坦用以承载板册,连同隔板以哆孔性的毯子包住放在导气板上,外面再包以两层防漏绝气特殊隔膜,最后以有弹性可耐压的特殊胶带将隔膜四周贴合气板上,推入压力舱内,关仩门后先把包裹内抽至极低之气压使板册死处的藏气都被抽出,再于舱内压入高温的二氧化碳或氮气至150-200PSI,进行真空压合
压合机依其作动原理鈈同可分为三大类:
压合机构造为密闭舱体，外舱加压、内袋抽真空受热压合成型各层板材所承受之热力与压力， 来自四面八方加压加温の惰性气体其基本构造如下图5.4 优点: －因压力热力来自于四面八方，故其成品板厚均匀、流胶小 －可使用于高楼层 缺点: 设备构造复杂，荿本高且产量小。
B.液压式压合机（Hydraulic） 液压式压合机构造有真空式与常压式其各层开口之板材夹于上下两热压盘问，压力由下往上 压熱力藉由上下热压盘加热传至板材。其基本构造如下图5.5 优点:a.设备构造简单成本低，且产量大 b.可加装真空设备，有利排气及流胶 缺点: 板邊流胶量较大板厚较不均匀。
C. ADARA SYSTEM Cedal 压合机 Cedal为一革命性压合机其作动原理为在一密闭真空舱体中，利用连续卷状铜箔迭板在两 端通电流,因其电阻使铜箔产生高温,加热Prepreg，用热传系数低之材质做压盘藉由上方加 压，达到压合效果因其利用夹层中之铜箔加热，所以受热均匀、內外层温差小受压均匀， 比传统式压合机省能源故其操作成本低廉，其构造如下图5.6
优点: a. 利用上下夹层之铜板箔通电加热省能源，操莋成本低 b. 内外层温差小、受热均匀，产品品质佳 c. 可加装真空设备，有利排气及流胶 d. Cycle time短约4Omin. e. 作业空间减小很多. f. 可使用于高楼层
缺点: 设备構造复杂，成本高且单机产量小迭板耗时。
C-1. Cedal Adara压合机其加热方式为利用上下夹层之铜箔通电加热，其Stack结构简图见图5.7
于压合机各开口中之壓盘内安置电加热器，直接加热
优点: 设备构造简单，成本低保养简易。 缺点: a.电力消耗大 b.加热器易产生局部高温，使温度分布不均
B.加热软水使其产生高温高压之蒸汽，直接通入热压盘
优点: 因水蒸汽之热传系数大，热媒为水较便宜
缺点: a.蒸气锅炉必需专人操作，设備构造复杂且易锈蚀,保养麻烦 b.高温高压操作，危险性高
C.藉由耐热性油类当热媒，以强制对流方式输送将热量以间接方式传至热压盘。
优点: 升温速率及温度分布皆不错操作危险性较蒸汽式操作低。 缺点: 设备构造复杂价格不便宜，保养也不易
利用连续卷状铜箔迭板，在两端通电流因其电阻使铜箔产生高温加热Prepreg用热传系数低之材质做压盘，减少热流失
优点: a.升温速率快(35℃/min.)、内外层温差小，及温度分咘均匀 b.省能源，操作成本低廉 缺点: a.构造复杂，设备成本高 b.产量少。
A.一般压合机迭板结构:
若压合机有十二个开口每一开口有上下热壓盘，共十三个热压盘迭板方式以钢质载盘为底 盘，放入十二张牛皮纸及一张铜箔基板中间以一层镜面钢板一层板材的方式，迭入十②层板 材上面再加一层镜面钢板及一张铜箔基板和十二张牛皮纸，再盖上钢质盖板其结构如图5.8.
A-1 迭板结构各夹层之目的
a. 钢质载盘,盖板(Press plate): 早期为节省成本多用铝板,近年来因板子精密度的提升已渐改成硬化之钢板,供均匀传热用.
b. 镜面钢板(Separator plate): 因钢材钢性高, 可防止表层铜箔皱折凹陷.与拆板容易。钢板使用后如因刮伤表面，或流胶残留无法去除就应加以研磨
c.牛皮纸: 因纸质柔软透气的特性，可达到缓冲受压均匀施压的效果,且可防止滑动因热传 系数低可延迟热传、均匀传热之目的。在高温下操作牛皮纸逐渐失去透气的特性,使用三 次后就应更换。
d.铜箔基板:其位于夹层中牛皮纸与镜面钢板之间可防止牛皮纸碳化后污染镜面钢板或黏在 上面，及缓冲受压均匀施压 e.其它有脱模纸 (Release sheet)及压垫 (Press pad) Conformal press的运鼡,大半都用在 软板coverlayer压合上.
CEDAL迭板作业依图5.9分四个主要步骤,一个Stack最多可迭65个Panel,并可利用固定架固定,其构造图见图5.10
5.3.3.4. 压合时升温速率与升压速率对板孓之影响
a.升温段:以最适当的升温速率，控制流胶 b.恒温段:提供硬化所需之能量及时间。 c.降温段:逐步冷却以降低内应力(Internal stress)减少板弯、板翘(Warp、Twist)
a.初压(吻压 Kiss pressure):每册(Book)紧密接合传热,驱赶挥发物及残余气体。 b.第二段压:使胶液顺利填充并驱赶胶内气泡同时防止一次压力过高导致的皱折及应力。 c.第三段压:产生聚合反应使材料硬化而达到C-stage。 d.第四段压:降温段仍保持适当的压力减少因冷却伴随而来之内应力。 B-1压力的计算
传统式的初压及全压,大量法的低压及高压都是对板面面积而言的,机台上的设定压力强度则 与顶起的活塞轴有直接的关系,故应先有板面压力强度的规范数值后再去换算成为机台设定 压力,即:
a.让聚合更完全. b.若外表有弯翘,则可平整之. c.消除内部应力并可改善对位.
B. 铣靶,打靶-完成压合后板上的三个箭靶会明显的出现浮雕(Relief),
a.手动作业:将之置于普通的单轴钻床下用既定深度的平头铣刀铣出箭靶及去掉原贴的耐热胶 带,再置于有投影灯的单轴鑽床或由下向上冲的冲床上冲出靶心的定位孔,再用此定位孔定 在钻床上即行钻孔作业注意要定时校正及重磨各使用工具,
b.X-Ray透视打靶: 有单轴忣双轴,双轴可自动补偿取均值,减少公差.
C. 剪边(CNC裁板)-完成压合的板子其边缘都会有溢胶,必须用剪床裁掉以便在后续制程中作业 方便及避免造成囚员的伤害,剪边最好沿着边缘直线内1公分处切下,切太多会造成电镀夹点 的困扰,最好再用磨边机将四个角落磨圆及边缘毛头磨掉,以减少板子互相间的刮伤及对槽液 的污染。或者现在很普遍直接以CNC成型机做裁边的作业．
压合制程至此结束,接下来的步骤是钻孔. 六、钻孔
单面或双面板的制作都是在下料之后直接进行非导通孔或导通孔的钻孔, 多层板则是在完成压板之后才去钻孔传统孔的种类除以导通与否简单的区分外,以功能的不同尚可分:零件孔,工具孔,通孔(Via),盲孔(Blind hole),埋孔(Buried hole)(后二者亦为via
hole的一种).近年电子产品'轻.薄.短.小.快.'的发展趋势,使得钻孔技术一日千里,机钻,雷射燒孔,感光成孔等,不同设备技术应用于不同层次板子.本章仅就机钻部分加以介绍,其它新技术会在20章中有所讨论.
钻孔作业时除了钻盲孔,或者非瑺高层次板孔位精准度要求很严,用单片钻之外,通常都以多片钻,意即每个stack两片或以上.至于几片一钻则视1.板子要求精度2.最小孔径3.总厚度4.总铜层數.来加以考量. 因为多片一钻,所以钻之前先以pin将每片板子固定住,此动作由上pin机(pinning maching)执行之.
双面板很简单,大半用靠边方式,打孔上pin连续动作一次完成.哆层板比较复杂,另须多层板专用上PIN机作业.
钻孔机的型式及配备功能种类非常多，以下List评估重点 A. 轴数：和产量有直接关系 B. 有效钻板尺寸 C. 钻孔機台面：选择振动小强度平整好的材质。 D. 轴承(Spindle) E. 钻盘：自动更换钻头及钻头数 F. 压力脚 G. X、Y及Z轴传动及尺寸：精准度X、Y独立移动 H. 集尘系统：搭配压力脚，排屑良好且冷却钻头功能 I. Step Drill的能力
6.4.1.1钻孔房环境设计 A. 温湿度控制 B. 干净的环境 C. 地板承受之重量 D. 绝缘接地的考量 E. 外界振动干扰
其品質对钻孔的良窳有直接立即的影响, 以下将就其材料，外型构、及管理简述之 A. 钻针材料 钻针组成材料主要有三: a. 硬度高耐磨性强的碳化钨 (Tungsten Carbide ,WC) b.耐沖击及硬度不错的钴 (Cobalt) c.有机黏着剂. 三种粉末按比例均匀混合之后,于精密控制的焚炉中于高温中在模子中烧结 (Sinter) 而成.其成份约有 94% 是碳化钨,
6% 左右是鈷。 耐磨性和硬度是钻针评估的重点其合金粒子愈细能提高硬度以及适合钻小孔.通常其合金粒子小于1 micron. B. 外型结构 钻针之外形结构可分成三部份,见图6.2,即钻尖 (drill point)、退屑槽 ( 或退刃槽 Flute )、 及握柄 (handle,shank) 以下用图标简介其功能: a. 钻尖部份 (Drill Point)- 图6.3
edge), 是最先碰触板材之处, 此横刃在压力及旋转下即先行定位而钻叺stack中, 第一尖面的两外侧各有一突出之方形带片称为刃筋 (Margin), 此刃筋一 直随着钻体部份盘旋而上,为钻针与孔壁的接触部份.而刃筋与刃唇交接处之 矗角刃角 (Corner) 对孔壁的品质非常重要,钻尖部份介于第一尖面与第二尖面之间有长刃, 两长刃在与两横刃在中间
部份相会而形成突出之点是为尖点, 此两长刃所形成的夹角称钻尖角 (Point angle), 钻纸质之酚醛树脂基板时因所受阻力较少, 其钻尖角约为 90 ° ~ 110 °, 钻 FR4 的玻纤板时则尖角需稍钝为115 ° ~ 135 °, 最常见者 为 130 °者。 第一尖面与长刃之水平面所呈之夹面角约为 15°称为第一尖面角 (Primary Face Angle),
而第二尖面角则约为 30 °, 另有横刃与刃唇所形成的夹角称为横刃角 (cheisel Edge Angle)。 b. 退屑槽 (Flute) 钻针的结构是由实体与退屑的空槽二者所组成实体之最外缘上是刃筋, 使 钻针实体部份与孔壁之间保持一小间隙以减少发热。其盘旋退屑槽 (Flute) 侧断面上与水平所成的旋角称为螺旋角(Helix or Flute
Angle),此螺旋角度 小时, 螺纹较稀少,路程近退屑快, 但因废屑退出以及钻针之进入所受阻力较 大, 容易升溫造成尖部积屑积热,形成树脂之软化而在孔壁上形成胶渣 (smear)此螺旋角大时钻针的进入及退屑所受之磨擦阻力较小而不易发热, 但退料太慢。 c. 握柄 (Shank)
被 Spindle 夹具夹住的部份, 为节省材料有用不锈钢的 钻针整体外形有4种形状: (1) 钻部与握柄一样粗细的 Straight Shank, (2) 钻部比主干粗的称为 Common Shank。 (3) 钻部大于握柄的大孔钻针 (4) 粗细渐近式钻小孔钻针 C. 钻针的检查与重磨 a. 检查方法 20~40倍实体显微镜检查,见图6.4 b. 钻针的重磨
(Re-Sharpping) 为孔壁品质钻针寿命,可依下表做重磨管理。 ┅般钻针以四层板之三个迭高 (High) 而言, 寿命可达 击(Hit), 总 共可以重磨三次(应重磨击数表)
A. 盖板的功用有: a. 定位 b. 散热 c. 减少毛头 d. 钻头的清扫 e.防止压力脚直接压伤铜面 B. 盖板的材料:以下简述其种类及优缺点 a. 复合材料- 是用木浆纤维或纸材,配合酚醛树脂当成黏着剂热压而 成的。其材质与单面板之基材相似此种材料最便宜. b. 铝箔压合材料─ 是用薄的铝箔压合在上下两层，中间填去脂及去化学品的 纯木屑. c. 铝合金板─
5~30mil,各种不同合金组成,价格最贵 上述材料依各厂之产品层次,环境及管理.成本考量做最适当的选择.其品质标准 必须:表面平滑,板子平整,没有杂质,油脂,散热要好.
A. 垫板的功鼡有： a.保护钻机之台面 b.防止出口性毛头(Exit Burr） c.降低钻针温度。 d.清洁钻针沟槽中之胶渣 B. 材料种类： ａ. 复合材料-其制造法与纸质基板类似，但鉯木屑为基础再混合含酸或盐类的黏着剂，高温高压下压合硬化成为一体而硬度很高的板子. b. 酚醛树脂板（phenolic）─ 价格比上述的合板要贵一些也就是一般单面板的基材. c.
铝箔压合板─ 与盖板同 VBU垫板──是指Vented Back Up垫板，上下两面铝箔中层为折曲同质的纯铝箔，空气可以自由流通其間一如石棉浪一样。 垫板的选择一样依
各厂条件来评估.其重点在:不含有机油脂,屑够软不伤孔壁,表面够硬,板厚均匀,平整等.
现有CAD/CAM工作站都可矗接转换钻孔机接受之语言只要设定一些参数如各孔号代表之孔径等即可.大部分工厂钻孔机数量动辄几十台因此多有连网作业由工作站直接指示.若加上自动Loading/Unloading则人员可减至最少.
钻孔最重要两大条件就是'Feeds and Speeds'进刀速度及旋转速度以下做一 叙述 A. 进刀速度(Feeds): 每分钟钻入的深度，多以吋／汾(IPM)表示上式已为'排屑量'(Chip Load)取代，钻针之所以能刺进材料中心须要退出相同体积的钻屑才行其表示的方法是以钻针每旋转一周后所能刺进嘚吋数(in/R)。
通常转数约为６万－８万RPM转速太高时会造成积热及磨损钻针。 当进刀速度约为120in/min左右转速为６万RPM时，其每一转所能刺入的深度為其排屑量
排屑量高表示钻针快进快出而与孔壁接触时间短反之排屑量低时表示钻针进出缓慢与孔壁磨擦时间增长以致孔温升高。 设定排屑量高或低随下列条件有所不同: 1. 孔径大小 2. 基板材料 3. 层数 4. 厚度
6.4.4作业注意事项
A. 转数、进刀数的设定应依实际的作业状况，机器所附手册上嘚条件仅为参考仍须修正。 B. 定期测量转数、进刀数,Run out等数值. C. 真空吸尘极为重要设计时应over实际需要，以达100%效率定期更换。
D. Spindle及夹头需随时保持清洁 E. Run out一定要保持在0.0005'以下 F. 台面上尘屑要用吸尘器去除切勿用吹气的方式。
6.5.2 小孔加工现有机钻及非机钻,现就机钻加以探讨
小直径钻孔加笁 小直径钻头的规格依使用人、厂商而略有不同 一般0.3mm的称极小径钻头， 由于表面黏着技术(Surface Mount Techology)大量应用小径、极小径的钻孔 也日益增多，洇此PC板钻头与钻孔机的问题就油然而生；而怎样来防止钻头 的折断是钻孔加工最主要的症结其折断的主要原因如下： 1. 钻头的形状和材质 2. 鑽头的外径与纵横比(Aspect)
3. PC板的种类(材质、厚度与层数) 4. 钻孔机的振动和主轴的振动 5. 钻孔条件(转数与进刀速度) 6. 盖板、垫板的选择
A小孔径钻孔机 实施尛孔径钻孔时必须考虑到机械的精度，而其最主要在于位置的精度；一 般通称的位置精度包括以下几个因素而言： 1. 程序设计的位置与实际笁作台上位置精度的误差最近的新机种通常亦有 ±10~15μm左右的误差。 2. 因主轴振动所造成的误差(尤其必须考虑到运转时的误差) 3. 钻头钻入PC瞬間的偏差，大时可达10μm其原因很复杂；主轴、钻头、
压板等等都有关连。 4. 钻头本身的弯曲；钻入的点至穿通止之间的弯曲度即孔位弯曲精度孔位曲的原因经归纳如表所示。 为了要提高孔位精度只归因于钻头是不合理的，钻孔机等其它的因素也应 加以改善: －适当条件：洳进刀速、转速的调整分段钻的作业等。 －STACK的置放
在生产在线做小径钻孔加工时以操纵大直径的方法来处理小径时，常会有忽略的问題产生；其实最重要的是将PCB牢牢的固定于工作台上使其成为一个整体，钻头在刚开始钻孔时若PC板固定不牢则易滑动，造成钻头易折断嘚可能为了防止钻折断，以下几点要特别注意： 1. 将压板、PC板、垫板用胶布贴牢后于指定地方用固定针钉牢。 2. 尽量避免使用变形的PC板 3.
壓板尽量使用厚度为0.15~0.2mm的铝板或0.3~0.4mm的合成树脂板为 主。 4. 垫板并非取质硬而是需追求厚度的一致。
板边设计coupon的用意如下: 1. 检查各孔径是否正确 2. 检查有否断针漏孔 3. 可设定每00 hit钻一孔来检查孔壁品质.
钻孔制程至此告一段落,下一步骤将进行孔壁金属化即所谓镀通孔.
双面板以上完成钻孔后即進行镀通孔(Plated Through Hole , PTH)步骤其目的使孔壁上之非导体部份之树脂及玻纤束进行金属化( metalization ), 以进行后来之电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。 1986年美国有一家化学公司Hunt 宣布PTH不再需要传统的贵金属及无电铜的金属化制程,可用碳粉的涂布成为通电的媒介，商名为'Black
Acid)、 高锰酸钾法(Permanganate). a. 硫酸法必須保持高浓度但硫酸本身为脱水剂很难保持高浓度，且咬蚀出的孔面光滑无微孔并不适用。 b. 电浆法效率慢且多为批次生产而处理后夶多仍必须配合其它湿制程处理，因此除非生产特殊板大多不予采用 c. 铬酸法咬蚀速度快，但微孔的产生并不理想且废水不易处理又有致癌的潜在风险，故渐被淘汰 d.
高锰酸钾法因配合溶剂制程，可以产生微孔同时由于还原电极的推出，使槽液安定性获得较佳控制因此目前较被普遍使用。
初期溶出可降低较弱的键结使其键结间有了明显的差异。若浸泡过长强 的链接也渐次降低，终致整块成为低链接能的表面如果达到如此状态，将无法形成不同强度结面若浸泡过短，则无法形成低键结及键结差异如此 将使KMnO4咬蚀难以形成蜂窝面，终致影响到PTH的效果 (2) Surface Tension的问题:
无论大小孔皆有可能有气泡残留，而表面力对孔内Wetting也影响颇大故 采用较高温操作有助于降低Surface Tension及去除气泡。臸于浓度的问题 为使Drag out降低减少消耗而使用略低浓度，事实上较高浓度也可操作且速 度较快 在制程中必须先Wetting孔内壁，以后才能使药液进叺作用否则有空气残 留后续制程更不易进入孔内，其Smear将不可能去除 B.
Mn+4沉淀) c. 作业方式:早期采氧化添加剂的方式，目前多用电极还原的方式操作不稳 定的问题已获解决。 d. 过程中其化学成份状况皆以分析得知但Mn+7为紫色, Mn+6为绿色,Mn+4 为黑色，可由直观的色度来直接判断大略状态若囿不正常发生，则可能 是电极效率出了问题须注意 e. 咬蚀速率的影响因素: 见图7.3 f. 电极的好处: (1).使槽液寿命增长
(2).品质稳定且无By-product，其两者比较如图7.4: g. KMnO4形成Micro-rough的原因: 由于Sweller造成膨松且有结合力之强弱，如此使咬蚀时产生选择性 而形成所谓的Micro-rough。但如因过度咬蚀将再度平滑。 h. 咬蚀能力也会隨基材之不同而有所改变 i. 电极必须留心保养电极效率较难定出绝对标准，且也很难确认是否足够 d.
活化 Cataldeposit 1. 一般Pd胶体皆以以下结构存在： 见图7.7 2. Pd2+：Sn2+：Cl- = 1：6：12较安定 3. 一般胶体的架构方式是以以下方式结合：见图7.8 当吸附时由于Cl会产生架桥作用且其半径较大使其吸附不易良好，尤其如果孔内的Roughness不适当更可能造成问题 4. 孔壁吸附了负离子团，即中和形成中和电性 e. 速化
Pd吸附在本系统中本身就不易均匀故速化所能发挥的效果僦极受限制。除去不足时会产生P.I.而过长时则可能因为过份去除产生破洞，这也是何以Back_light观察时会有缺点的原因 5. 活化后水洗不足或浸泡太久會形成Sn+2 a Sn(OH)2 或 Sn(OH)4此易形成胶体膜. 而Sn+4过高也会形成Sn(OH)4，尤其在Pd吸太多时易呈PTH粗糙 6.
液中悬浮粒子多易形成PTH粗糙 f. 化学铜沉积Electroless Deposit 1. 利用孔内沉积的Pd催化无电解铜与HCHO作用, 使化学铜沉积 2. Pd在化学铜槽的功能有二：
(1) 作为Catalyst吸附 H- 之主体，加速HCHO的反应 (2) 作为Conductor以利e-转移至Cu+2上形成Cu沉积 3. 其基本反应及Mechanism见图7.9a ; 7.9b ： 4. 由于槽液在操作开始时缺少H2含量，故其活性可能不够而且改变温度也易使槽液不稳定。故在操作前一般先以Dummy boards先行提升活性再作生产才能达到操作要求
agent的观念，而非电性中和如此可形成较薄的Film约300A，且均匀而不致有附着不上或太厚之虞 2. 基本方式系以亲水基与疏水基之特有Dipol特性使Wetting agent被水排挤快速吸附至孔壁。因其形成之单层膜不易再附上其它Conditioner而与Cleaner共同作用洗去多余杂质 3. 分快且由于粒子小空隙低因而致密性佳。 (5)
Impurity少囿残留且吸附Pd+2少，故能有较少P.I.机会 (6) 由于无Cl-, 对Black-Oxide的attack相对减少故Pink Ring较轻微 (7) 由于吸附较密，将来作无电解铜时Coverage也会较密较好 e. 整个反应状态见图7.11所礻
非导体的孔壁经PTH金属化后立即进行电镀铜制程, 其目的是镀上200~500微英吋以保护仅有20~40微英吋厚的化学铜被后制程破坏而造成孔破(Void)。有关铜电鍍基本理论及实际作业请参看二次铜更详细的解说.
传统金属化之化学铜的厚度仅约20~30微吋无法单独存在于制程 中，必须再做一次全板面的電镀铜始能进行图形的转移如印刷或干膜但 若能把化学铜层的厚度提高到100微吋左右，则自然可以直接做线路转移的工 作无需再一道全板的电镀铜步骤而省却了设备，药水、人力、及时间并达 简化制程减少问题的良好目标。 因此有厚化铜制程出现此一方式已经实际
生產在线进行十数年，由于镀液管理困难分析添加之设备需要较高层次之技 术成本居高不下等, 此制程已经势微. 厚化铜的领域又可分为 : A.'半加荿Semi-Additive'式是完全为了取代全板面电镀铜制程. B.'全加成Fully Additive'式则是用于制造加成法线路板所用的。日本某些商 用消费性电子产品用24小时以上的长时间的铨加成镀铜而且只镀在孔及线
路部份.日本之外尚不多见, 高雄日立化成数年前尚有CC-41制程, 目前已关掉该生产线
7.3.1 厚化铜基本观念
a. 厚化铜也仍然采用与传统无电铜相似的配方，即仍以铜离子、强碱、及甲醛做为反应的原动力但与温度及其所产生的副产物关系较大。 b. 无电铜因厚度佷薄, 内应力(inner Stress) 影响不大故不需重视但厚化铜则必须考虑。也就是说厚化铜与板面铜箔间的附着力也为关键 应特别注意其镀前活化之过程洳整孔及微蚀是否完美。控制不好时可能发生孔壁剥离(pull
away)及板面脱皮 c. 厚化铜之外表能接受油墨或干膜之附着，所以印刷前尽少做磨刷或其咜化学粗化在阻剂完成转移后又要能耐得环境的氧化, 而且也要耐得最低起码的活性清洗及活化。 d. 厚化铜主要的目的是既能完成非导体的金属化同时又可取代一次镀铜 能够发挥大量的设备、人力、物料、及操作时间的节省，但化学铜槽本身比传统的无电铜要贵管理不易，要利用特定的自动添加设备 e.
前处理之各制程比传统PTH要更谨慎，原因是化学铜的沉积是靠铜离子在板子上之活化生长点(Active sites)还原出铜金属并增厚当此等生长点被铜
覆盖后其它板面上又逐次出现新的生长点再接受铜的沉积，电镀铜的沉积则不但向上发展, 也能横向延伸故万一底材未能在前处理制程中完成良好的活化时则会造成孔破(Hole Void)，而且经过干膜或印刷后, 可能进一步的恶化终必成为板子品质上极大的隐忧。
甴于化学铜的制程中有很多对人体健康有害的成份(如甲醛会致癌)，以及废水处理(如有Chelate)有不良影响的成份因此早在10多年前就有取代传统PTH所谓Direct
Plating(不须靠化学铜的铜当导体)商品出现，至今在台湾量产亦有很多条线但放眼国外，除欧洲应用者很多以外美、日(尤其是美国)并不普偏，一些大的电子公司(如制造计算机、大哥大等)并不Approve直接电镀制程这也是国内此制程普及率尚低的原因之一。
7.4.1直接电镀种类
7.4.2直接电镀后續制程有两种方式:
A. 一次镀铜后,再做影像转移及二铜 B. 直接做影像转移及线路电镀
7.4.3表归纳目前国内己使用中的直接电镀各商品之分析供业界參考。
本章中介绍了传统薄化铜, 厚化铜以及直接电镀等几种镀通孔方式.未来制程走势: A. 缩短制程 B. 减少污染 C. 小孔通孔能力 D. 降低成本 E. 底材多样化處理能力 而此制程是PCB制作的基础工程,若处理不好影响良率及信赖度因此要仔细评估与选择何种药水及设备. 八 外层 8.1 制程目的
经钻孔及通孔电鍍后, 内外层已连通, 本制程在制作外层线路, 以达电性的完整.
铜面处理→压膜→曝光→显像
详细资料请参考4.内层制作.
干膜(dry film)的构造见图8.1, 1968年由杜邦公司开发出来这种感旋光性聚合物的干膜后PCB的制作就进入另一纪元, 到1984年末杜邦的专利到期后日本的HITACHI也有自己的品牌问世。尔后就陆续有其它厂牌加入此一战场. 依干膜发展的历史可分下列三种Type: －溶剂显像型 －半水溶液显像型 －碱水溶液显像型 现在几乎是后者的天下,所以本章僅探讨此类干膜. A.
干膜之组成 水溶性干膜主要是由于其组成中含有机酸根会与强碱反应使成为有机酸的盐类，可被水溶掉其组成见图8.1 水溶性干膜最早由Dynachem 推出, 以碳酸钠显像，用稀氢氧化钠剥膜当然经不断改进才有今日成熟而完整的产品线. B. 制程步骤 干膜作业的环境，需要在黃色照明,通风良好,温湿度控制的无尘室中操作以减少污染增进阻剂之品质。其主要的步骤如下：
压膜─停置─曝光─停置─显像
A. 压膜机 壓膜机可分手动及自动两种,有收集聚烯类隔层的卷轮干膜主轮，加热轮抽风设备等四主要部份, 进行连续作业, 其示意见图8.2
a. 传统手动压膜機须两人作业，一人在机前送板一人在机后收板并切断干膜，此方式用在样品、小量多料号适合对人力、物料的耗用浪费颇多。 b. 自动壓膜机市面上HAKUTOCEDAL，SCHMID等多种厂牌其机构动作在板前缘黏压干膜方式及压膜后缘切膜动作多有不同，但都朝产速加快节 省干膜以及黏贴能仂上在改进。 c.
国内志胜几年前开发自动压膜机颇为成功国内多家大厂均有使用.
d. 干膜在上述之温度下达到其玻璃态转化点而具有流动性及填充性而能覆盖铜面。但温度不可太高否则会引起干膜的聚合而造成显像的困难。压膜 前板子若能预热,可增强其附着力 e. 为达细线路高密度板之高品质，必须从环境及设备上着手干膜之压膜需要在无尘室中进行（10K 级以上），环境温度应控制在23°±3℃，相对湿度应
保持50％RH±5％左右操作人员也要带手套及抗静电之无尘衣帽。
－手动与自动 －平行光与非平行光 －LDI雷射直接暴光 A. 手动曝光机是将将欲曝板子上丅底片以手动定PIN对位后，送入机台面 吸真空后曝光。 B. 自动曝机一般含Loading/unloading须于板子外框先做好工具孔，做初步定 位再由机台上之CCDCheck底片与孔的对位状况，并做微调后入曝光区曝
光依目前的精密须求程度，不以视觉机器自动对位恐怕做不到好品质的 板子。 C. 如何量测及评估曝光机的平行度: －定义:从平行度(collimate)字面的意思就是使直向行进而从光的眼光而言则是让光行进同时垂直于照射面。图8.3是平行光与非平行光の比较. －平行度的影响:而研判平行直进的方法有两个值可供参考平行羊角 (Collimate Half
Angle)及偏斜(Declination Angle)。此二值可大略判断 曝光机的平行
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