内层制作与检验

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1、 / 四.层制作与检验4.1 製程目的三層板以上產品即稱多層板,傳統之雙面板為配合零件之密集裝配，在有限的板面上無法安置這麼多的零組件以与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(FCC)宣佈自1984年10月以後，所有上市的電器產品若有涉与電傳通訊者，或有參與網路連線者，皆必須要做接地以消除干擾的影響。但因板面面積不夠,因此pcblay-out就將接地與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,也延伸了阻抗控制的要求。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而日見增多.本章將探討多層板之內層製作与注意事宜.4.2 製作流程依產品的不同

2、現有三種流程 A. Print and Etch 發料對位孔銅面處理影像轉移蝕刻剝膜 B. Post-etch Punch 發料銅面處理影像轉移蝕刻剝膜工具孔 C. Drill and Panel-plate 發料鑽孔通孔電鍍影像轉移蝕刻剝膜上述三種製程中,第三種是有埋孔(buried hole)設計時的流程,將在20章介紹.本章則探討第二種( Post-etchPunch)製程高層次板子較普遍使用的流程.4.2.0發料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，但以下幾點須注意： A. 裁切方式-會影響下料尺寸 B. 磨邊與圓角的考量-影響影像轉移良率製程 C.

3、 方向要一致-即經向對經向，緯向對緯向 D.下製程前的烘烤-尺寸安定性考量4.2.1 銅面處理在印刷電路板製程中，不管那一個step，銅面的清潔與粗化的效果，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。A. 須要銅面處理的製程有以下幾個 a. 乾膜壓膜 b. 內層氧化處理前 c. 鉆孔後 d.化學銅前 e. 鍍銅前 f. 綠漆前 g. 噴錫(或其它焊墊處理流程)前 h. 金手指鍍鎳前本節針對a. c. f. g. 等製程來探討最好的處理方式(其餘皆屬製程自動化中的一部 份，不必獨立出來)B. 處理方法 現行銅面處理方式可分三種： a. 刷磨法(Brush) b. 噴砂法(Pumi

4、ce) c.化學法(Microetch)以下即做此三法的介紹C. 刷磨法 刷磨動作之機構,見圖4.1所示. 表4.1是銅面刷磨法的比較表 注意事項 a.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 b. 須做刷痕實驗，以確定刷深与均勻性優點 a.成本低 b. 製程簡單，彈性 缺點 a. 薄板細線路板不易進行 b.基材拉長，不適內層薄板 c. 刷痕深時易造成D/F附著不易而滲鍍 d. 有殘膠之潛在可能D.噴砂法 以不同材質的細石(俗稱pumice)為研磨材料 優點： a. 表面粗糙均勻程度較刷磨方式好 b. 尺寸安定性較好 c. 可用於薄板与細線 缺點： a. Pumice容易沾留板

5、面 b. 機器維護不易E. 化學法(微蝕法) 化學法有幾種選擇，見表 . F.結綸 使用何種銅面處理方式，各廠應以產品的層次与製程能力來評估之，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。4.2.2 影像轉移4.2.2.1印刷法A. 前言電路板自其起源到目前之高密度設計,一直都與絲網印刷(Silk ScreenPrinting)或網版印刷有直接密切之關係，故稱之為印刷電路板。目前除了最大量的應用在電路板之外，其他電子工業尚有厚膜(ThickFilm)的混成電路(Hybrid Circuit)、晶片電阻(Chip Resist )、与表面黏裝(SurfaceMountin

6、g)之錫膏印刷等也都優有應用。由於近年電路板高密度,高精度的要求,印刷方法已無法達到規格需求,因此其應用範圍漸縮,而乾膜法已取代了大部分影像轉移製作方式.下列是目前尚可以印刷法cover的製程: a. 單面板之線路,防焊 ( 大量產多使用自動印刷,以下同) b.單面板之碳墨或銀膠 c.雙面板之線路,防焊d.濕膜印刷 e.內層大銅面 f.文字 g.可剝膠(Peelable ink)除此之外,印刷技術員培養困難,工資高.而乾膜法成本逐漸降低因此也使兩者消長明顯.B. 絲網印刷法(Screen Printing)簡介絲網印刷中幾個重要基本原素:網材,網版,乳劑,曝光機,印刷機,刮刀,油墨,烤箱等,以

7、下逐一簡單介紹. a. 網布材料(1) 依材質不同可分絲絹(silk),尼龍(nylon),聚酯(Polyester,或稱特多龍),不銹鋼,等.電路板常用者為後三者. (2)編織法:最常用也最好用的是單絲平織法 Plain Weave. (3)網目數(mesh),網布厚度(thickness),線徑(diameter),開口(opening)的關係見表常用的不銹鋼網布諸元素開口:見圖4.2所示網目數:每inch或cm中的開口數線徑: 網布織絲的直徑 網布厚度:厚度規格有六,Slight(S),Medium(M),Thick(T),Half heavy duty(H),Heavy duty(HD

8、),Super heavy duty(SHD) 圖4.2顯示印刷過程網布各元素扮演角色. b.網版(Stencil)的種類 (1).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，經顯像後即成為可印刷的網版。通常乳膠塗佈多少次,視印刷厚度而定.此法網版耐用,安定性高,用於大 量生產.但製作慢,且太厚時可能因厚薄不均而產生解像不良. (2).間接網版(Indirect Stencil) 把感光版膜以曝光与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

9、載體護膜，即成間接性網版。 其厚度均勻,解析度好,製作快,多用於樣品与小量產.c. 油墨 油墨的分類有幾種方式 (1).以組成份可分單液与雙液型.(2).以烘烤方式可分蒸發乾燥型、化學反應型与紫外線硬化型(UV) (3).以用途可分抗蝕,抗鍍,防焊,文字,導電,与塞孔油墨.不同製程選用何種油墨,須視各廠相關製程種類來評估,如鹼性蝕刻和酸性蝕刻 選擇之抗蝕油墨考慮方向就不一樣.d. 印刷作業 網版印刷目前有三種方式:手印、半自動印与全自動印刷. 手印機須要印刷熟手操作,是最彈性與快速的選擇,尤以樣品製作.較小工廠与協力廠仍有不少採 手印.半自動印則除loading/unloading以人工作業外

10、,印刷動作由機器代勞,但對位還是人工作業.也有所謂3/4機印,意指loading亦採自動,印好後人工放入 Rack中.全自動印刷則是loading/unloading与對位,印刷作業都是自動.其對位 方式有靠邊, pinning与ccd三種. 以下針對幾個要素加以解說: (1) 張力:張力直接影響對位,因為印刷過程中對網布不斷拉扯, 因此新網張力的要求非常重要一.般張力測試量五點,即四角和中間. (2) 刮刀Squeege刮刀的選擇考量有三，第一是材料，常用者有聚氨酯類(Polyure-thane，簡稱PU)。第二是刮刀的硬度，電路板多使用ShoreA之硬度值60度80度者.平坦基 板銅面上線

11、路阻劑之印刷可用7080度; 對已有線路起伏之板面上的印 綠漆与文字,則需用較軟之6070度。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，需且刮刀刃線上 不 可出現缺口，否則會造成印刷的缺陷。 (3). 對位与試印此步驟主要是要將三個定位pin固定在印刷機台面上,調整網版与離板間隙(Off Contact Distance)(指版膜到基板銅面的距離，應保持在2m/m5m/m做為網布彈回的應有距離 ),然後覆墨試印.若有不準再做微調.若是自動印刷作業則是靠邊,pinn

12、ing与ccd等方式對位.因其產量大,適合 極大量的單一機種生產. (4). 烘烤不同製程會選擇不同油墨,烘烤條件也完全不一樣,須follow廠商提供的 data sheet,再依廠內製程條件的差異而加以modify.一般因油墨組成不一，烘烤方式有風乾,UV,IR等烤箱須注意換氣循環，溫控，時控等. (5). 注意事項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，包括與版面与平面的角度， 須不須要回墨. 固定片數要洗紙,避免陰影.待印板面要保持清潔每印刷固定片數要抽檢一片依 check list 檢驗品質.4.2.2.2乾膜法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

13、以分析. A.一般壓膜機(Laminator)對於0.1mm厚以上的薄板還不成問題,只是膜皺要多 注意 B. 曝光時注意真空度 C.曝光機臺的平坦度 D. 顯影時Break point 維持5070% ,溫度30+_2,須 auto dosing.4.2.3 蝕刻現業界用於蝕刻的化學藥液種類，常見者有兩種，一是酸性氯化銅(CaCl2)、 蝕刻液，一種是鹼性氨水蝕刻液。兩種化學藥液的比較，見表氨水蝕刻液& 氯化銅蝕刻液比較兩種藥液的選擇，視影像轉移製程中，Resist是抗電鍍之用或抗蝕刻之用。在內層製程中D/F或油墨是作為抗蝕刻之用，因此大部份選擇酸性蝕刻。外層製程中，若為傳統負片流程，D/F僅

14、是抗電鍍，在蝕刻前會被剝除。其抗蝕刻層是鍚鉛合金或純鍚，故一定要用鹼性蝕刻液，以免傷与抗蝕刻金屬層。B操作條件 見表為兩種蝕刻液的操作條件C. 設備与藥液控制兩種 Etchant 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 PVC (Poly Vinylchloride)或PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金屬是 鈦 (Ti)。為了得到很好的蝕刻品質最筆直的線路側壁,(衡量標準為蝕刻因子etching factor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Cu+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，就必須先了解与分析蝕銅過 程的化學反應。本章為內層製作所以探討酸性蝕刻,鹼性蝕刻則於第十章再介 紹.a. CuCl2酸性蝕刻反應過程之分析銅可以三種氧化狀態存在，原子形成Cu, 藍色離子的Cu+以与較不常見的亞銅離子Cu+。金屬銅可在銅溶液中被氧化而溶解，見下面反應式（1） Cu+Cu+2 Cu+ - (1)在酸性蝕刻的再生系統，就是將Cu+氧化成Cu+,因此使蝕刻液能將更多