PCB制造流程及工艺说明

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1、PCB 制造流程及说明（外观检查,防焊,金手指喷锡,表面处理等）更新日期： 2007-6-11 15:32:03作者:来源:464411.1 前言一般 pcb 制作会在两个步骤完成后做全检的作业:一是线路完成（内层与外层）后二是成品,本章针 对线路完成后的检查来介绍.11.2 检查方式11.2.1 电测11.2.2 目检以放大镜附圆形灯管来检视线路品质以及对位准确度,若是外层尚须检视孔及镀层 品质,通常会 在备有 10 倍目镜做进一步确认,这是很传统的作业模式,所以人力的须 求相当大.但目前高密度设计的板子 几乎无法在用肉眼检查,所以下面所介绍的 AOI 会被大量的使用.11.2.3 AOIA

2、utomated optical Inspection 自动光学检验因线路密度逐渐的提高，要求规格也愈趋严苛，因此目视加上放大灯镜已不足以 过滤所有的缺 点,因而有 AOI 的应用。11.2.3.1 应用范围A. 板子型态信号层，电源层，钻孔后（即内外层皆可）底片，干膜，铜层（工作片, 干膜显像后,线路完成后）B. 目前 AOI 的应用大部分还集中在内层线路完成后的检测,但更大的一个取代人力的制程是绿 漆后已作焊垫表面加工（surface finish）的板子尤其如BGA，板尺寸小，线又细,数量大，单人力的须求就非 常惊人.可是应用于这领域者仍有待技术上的突破.11.2.3.2 原理一般业界所

3、使用的自动光学检验CCD及Laser两种；前者主要是利用卤素灯通光线，针对板 面未黑化的铜面，利用其反光效果，进行断、短路或碟陷的判读。应用于黑化前的内层或线漆前的外层。 后者Laser AOI主要是针对板面的基材部份，利用对基材（成铜面）反射后产荧光（Fluorescences）在强弱上 的不同，而加以判读。早期的 Laser AOI 对双功能所产生的荧光不很强，常需加入少许荧光剂以增强其 效果，减少错误警讯当基板薄于6mil时，雷射光常会穿透板材到达板子对另一面的铜线带来误判。四功 能基材，则本身带有淡黄色已具增强荧光的效果。Laser自动光学检验技术的发展较成熟，是近年来AOI 灯源的主

4、力.现在更先进的激光技术之AOI，利用激光荧光，光面金属反射光，以及穿入孔中激光光之信号 侦测，使得线路侦测的能力提高许多,其原理可由图11.1 , 图 11.2简单阐释。11.2.3.3 侦测项目各厂牌的capability，由其data sheet可得一般侦测项目如下ListA. 信号层线路缺点,B. 电源与接地层，C. 孑L, . SMT,AOI 是一种非常先进的替代人工的检验设备，它应用了激光，光学，智能判断软件等技术，理论来完 成其动作在这里我们应注意的是其未来的发展能否完全取代PCB各阶段所有的目视检查.十二 防焊12.1制程目的A. 防焊：留出板上待焊的通孔及其pad,将所有线路

5、及铜面都覆盖住，防止波焊时造成的短路， 并节省焊锡之用量 。B. 护板：防止湿气及各种电解质的侵害使线路氧化而危害电气性质，并防止外来的机械伤害以维 持板面良好的绝缘，C. 绝缘：由于板子愈来愈薄，线宽距愈来愈细,故导体间的绝缘问题日形突 显,也增加防焊漆绝缘性 质的重要性.12.2制作流程防焊漆，俗称绿漆,(Solder mask or Solder Resist)，为便于肉眼检查，故于主漆中多加入对眼 睛有帮助的绿色颜料，其实防焊漆了绿色之外尚有黄色、白色、黑色等颜色.防焊的种类有传统环氧树脂IR烘烤型,UV硬化型，液态感光型(LPISM-Liquid Photo Imagable Sol

6、der Mask)等型油墨，以及干膜防焊型(Dry Film, Solder Mask),其中液态感光型为目前制程大宗.所以 本单元只介绍液态感光作业 .其步骤如下所叙:铜面处理-印墨-预烤-曝光-显影-后烤上述为网印式作业，其它coating方式如Curtain coating ,Spray coating等有其不错的发展潜力, 后面也有介绍.12.2.0 液态感光油墨简介：A. 缘起： 液态感光油墨有三种名称:液态感光油墨(Liquid Photoimagable Resist Ink)液态光阻油墨(Liquid Photo Resist Ink)湿膜(Wet Film以别于Dry Fil

7、m)其别于传统油墨的地方，在于电子产品的轻薄短小所带来的 尺寸精度需求，传统网版技术无法突破。网版能力一般水准线宽可达7-8mil间距可达10 l5mil,而现今追 求的目标则Five & Five,干膜制程则因密接不良而可能有焊接问题，此为液态绿漆发展之原因。B. 液态油墨分类a.依电路板制程分类：液态感光线路油墨(Liquid Photoimagable Etching & Plating Resist Ink)液态感光防焊油墨(Liquid Photoimagable Solder Resist Ink)b.依涂布方式分类：浸涂型(Dip Coating)滚涂型(Roller Coati

8、ng)帘涂型(Curtain Coating)静电喷涂型(Electrostatic Spraying)电着型(Electrodeposition)印刷型(Screen Printing)C. 液态感光油墨基本原理a. 要求感光度解像度高-Photosensitivity & Resolution-感旋光性树脂密着性平坦性好-Adhesion & Leveling耐酸碱蚀刻 -Acid & Alkalin Resistance安定性-Stability操作条件宽-Wide Operating Condition去墨性-Ink Removingb. 主成分及功能感光树脂感光反应性单体稀释及反应感

9、光剂启动感光填料提供印刷及操作性溶剂调整流动性c. 液态感光绿漆化学组成及功能合成树脂（ 压克力脂） UV 及热硬化光启始剂（ 感光剂）启动 UV 硬化填充料 （ 填充粉及摇变粉 ）印刷性及尺寸安定性色料（绿粉 ）颜色消泡平坦剂（界面活性剂）消泡平坦 溶济(脂类)流动性禾U用感旋光性树脂加硬化性树脂，产生互穿式聚合物网状结构(Inter-penetrating Net-Work)，以 达到绿漆的强度。显影则是利用树脂中含有酸根键，可以 Na2CO3 溶液显像，在后烘烤后由于此键已被融入树脂 中，因此无法再被洗掉.12.2.1. 铜面处理 请参读四内层制作12.2.2. 印墨A 印刷型(Scre

10、en Printing)a. 档墨点印刷网板上仅做孔及孔环的档点阻墨 , 防止油墨流入孔内此法须注意档点积墨 , 问题b. 空网印不做档墨点直接空网印但板子或印刷机台面可小幅移动使不因积墨流入孔内c. 有些要求孔塞墨者一般在曝光显像后针对那些孔在印一次的方式居多d. 使用网目在80120 刮刀硬度6070B. 帘涂型(Curtain Coating)1978 Ciba-Geigy 首先介绍此制程商品名为 Probimer52, Mass of Germany 则首 度展示 Curtain C oating 设备,作业图a. 制程特点1 Viscosity 较网印油墨低2.SoIid Conte

11、nt 较少3. Coating厚度由Conveyor的速度来决定4. 可混合不同尺寸及不同厚度要求的板子一起生产但一次仅能单面 coatingb. 效益1. 作业员不必熟练印刷技术2. 高产能3. 较平滑4. VOC 较少5. Coating 厚度控制范围大且均匀6. 维护容易C. Spray coating 可分三种a. 静电 sprayb. 无 air sprayc. 有 air spray其设备有水平与垂直方式,此法的好处是对板面不平整十时其 cover 性非常好. 另外还有 roller coating 方式可进行很薄的 coating.12.2.3. 预烤A. 主要目的赶走油墨内的溶

12、剂,使油墨部分硬化,不致在进行曝光时黏底片.B. 温度与时间的设定，须参照供货商的data shee.t双面印与单面印的预烤条件是不一样（所谓双面印，是 指双面印好同时预烤）C. 烤箱的选择须注意通风及过滤系统以防异物四沾.D. 温时的设定,必须有警报器，时间一到必须马上拿出，否则overcuring会造成显像不尽.E. Conveyor式 的烤箱,其产能及品质都较佳,唯空间及成本须考量.12.2.4. 曝光A. 曝光机的选择：IR光源,710KW之能量，须有冷却系统维持台面温度2530P.B. 能量管理:以Step tablet结果设定能量.C. 抽真空至牛顿环不会移动D. 手动曝光机一般以

13、 pin 对位,自动曝光机则以 CCD 对位,以现在高密度的板子设计,若没有自动对位势 必无法达品质要求.12.2.5. 显像A. 显像条件 药液 12% Na2CO3 温度 302C 喷压 2.53Kg/cm2B. 显像时间因和厚度有关,通常在5060sec,Break-point约在5070%.12.2.6. 后烤A. 通常在显像后墨硬度不足,会先进行 UV 硬化,增加其硬度以免做检修时刮伤.B. 后烤的目的主要让油墨之环氧树脂彻底硬化,文字印刷条件一般为150oC,30min.12.3文字印刷目前业界有的将文字印刷放在喷锡后,也有放在喷锡前,不管何种程序要注意以下几点:A. 文字不可沾

14、PadB. 文字油墨的选择要和 S/M 油墨 Compatible.C. 文字要清析可辨识.12.4. 品质要求根据IPC 840C对S/M要求分了三个等级：Class 1 ：用在消费性电子产品上如电视、玩具，单面板之直接蚀刻而无需电镀之板类，只要有漆覆盖 即可。Class 2：为一般工业电子线路板用，如计算机、通讯设备、商用机器及仪器类，厚度要0.5mil以上。Class 3：为高信赖度长时间连续操作之设备，或军用及太空电子设备之用途，其厚度至少要1 mil以 上。实务上,表一般绿漆油墨测试性质项目可供参考 绿漆制程至此介绍完毕,接下来的制程是表面焊垫的各种处理方式.十三 金手指,喷锡（ G

15、old Finger & HAL ）13.1 制程目的A.金手指（Gold Finger，或称Edge Connector）设计的目的，在于藉由connector连接器的插接作为板对 外连络的出口,因此须要金手指制程.之所以选择金是因为 它优越的导电度及抗氧化性.但因为金的成本极 高所以只应用于金手指，局部镀或化学金，如bonding pad等图13.1是金手指差入连接器中的示意图.B. 喷锡的目的,在保护铜表面并提供后续装配制程的良好焊接基地.13.2 制造流程金手指f喷锡13.2.1 金手指A. 步骤:贴胶f割胶f自动镀银金f撕胶f水洗吹干B. 作业及注意事项a. 贴胶,割胶的目的,是让板子仅露出欲镀金手指之部份线路,其它则以胶带贴住防镀.此步骤是最耗人 力的,不熟练的作业员还可能割伤板材.现有自动贴,割胶机上市,但仍不成熟.须注意残胶的问题.b. 镀银在此是作为金层与铜层之间的屏障，防止铜migrat