PCB生产制程工艺流程讲解.docx

1、PCB生产制程工艺流程讲解 目次(此為全文教材之目次，不含播放版之目次)1.PCB演變2.製前準備PCB扮演的角色.PCB的演變.PCB種類及製程前言.相關名詞的定義與解說.製前設計流程結語3.基板介電層銅箔pp(膠片)的製作.基板的現在與未來4.內層製作與檢驗製程目的製作流程.內層檢測5.壓合6.鑽孔製程目的壓合流程各製程說明製程目的.流程PIN作業鑽孔小孔鑽檢查7.鍍通孔8.外層製程目的製造流程厚化銅直接電鍍製程目的製作流程PCB製程 2000教材光碟 亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw 乾膜環境的要求高密度細線路技術9.次銅10.蝕刻製程目的.製作流程.小孔或深孔鍍銅.

2、水平電鍍.製程目的.製作流程(CornerCracking).11.外層檢查前言.前言12.防焊製程目的製作流程.文字印刷品質要求13.金手指，噴錫製程目的.製造流程錫爐各種金屬雜質的影響.14.其它焊墊表面處理前言OSP.化學鎳金15.成型製程目的製造流程金手指斜邊.清洗品質要求.16.電測17.終檢前言為何要測議測試不良種類電測種類與設備及其選擇前言PCB製程 2000教材光碟 亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw 相關規範結語18.包裝製程目的早期包裝的探討真空密著包著19.未來趨勢前言電子產品的發展半導體的發展對印刷電路板的影響印刷電路板技術發展趨勢20.埋孔前言.埋孔

3、設計與製作.盲孔設計與製作.PCB製程 2000教材光碟 亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw 七 鍍通孔7.1製程目的雙面板以完成鑽孔後即進行鍍通孔(Plated Through Hole， PTH)步驟，其目的使孔壁之非導體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化 ( metallization ) ，以進行後來之電鍍銅製程,完成足夠導電及焊接之金屬孔壁。1986年，美國有家化學公司 Hunt 宣佈 PTH不再需要傳統的貴金屬及無電銅的金屬化製程,可用碳粉的塗佈成為通電的媒介，商名為“Black hole”。之後陸續有其他不同 base產品市, 國內使用者非常多。 除傳統 PTH外，直

4、接電鍍(Direct Plating)本章節也會述及。7.2製造流程去毛頭除膠渣PTH次銅7.2.1. 去巴里 (De-burr)鑽完孔後若是鑽孔條件不適當，孔邊緣有 1.未切斷銅絲 2.未切斷玻纖的殘留，稱為 burr。因其要斷不斷，而且粗糙，若不將之去除，可能造成通孔不良及孔小，因此鑽孔後會有 de-burr製程。也有 de-burr是放在 De-smear之後才作業。般 de-burr是用機器刷磨，且會加入超音波及高壓沖洗的應用。可參考表 4.1。7.2.2. 除膠渣 (Desmear)A.目的:a. Desmearb. Create Micro-rough(孔壁粗糙)增加附著力B. S

5、mear產生的原因：由於鑽孔時造成的高溫，Resin超過 Tg值，而形成融熔狀，終致產生膠渣。此膠渣生於內層銅邊緣及孔壁區，會造成 P.I.(Poor lnterconnection) 。製程問題與改善對策光碟亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw C. Desmear的種方法:硫酸法(Sulferic Acid) 、電漿法(Plasma)、鉻酸法(Cromic Acid)、高錳酸鉀法(Permanganate) 。a.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，且咬蝕出的孔面光滑無微孔，並不適用。b.電漿法效率慢且多為批次生產，而處理後大多仍必須配合其他濕製程處理，

6、因此除非生產特殊板，否則大多不予採用。c.鉻酸法咬蝕速度快，但微孔的產生並不理想，且廢水不易處理又有致癌的潛在風險，故漸被淘汰。d.高錳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 高錳酸鉀法(KMnO4 Process):A.膨鬆劑(Sweller):a. 功能:軟化膨鬆 Epoxy，降低 Polymer 間的鍵結能，使 KMnO4 更易咬蝕形成 Micro-rough。b. 影響因素:見圖 7.1圖 7.1c. 安全: 不可和 KMnO4 直接混合，以免產生強烈氧化還原，發生火災。製程問題與改善對策光碟亞洲智識科

7、技 版權所有 www.pcb.org.tw d. 原理解釋:(1)見圖 7.2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，強的鏈結也漸次降低，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 KMnO4咬蝕難以形成蜂窩面，終致影響到 PTH的效果。(2) Surface Tension的問題:無論大小孔皆有可能有氣泡殘留，而表面張力對孔內 Wetting也影響頗大。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，為使 Drag out降低，減少消耗而有使用略

8、低濃度者，但只要設備設計得，當事實較高濃度也可操作且速度較快。在製程必須先 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程更不易進入孔內，其 Smear將不可能去除。B. 除膠劑 (KMnO4):a. 使用 KMnO4的原因:選 KMnO4而未選 NaMnO4是因為 KMnO4溶解度較佳，單價也較低。b. 反應原理:4MnO4- + C + 4OH- MnO4= + CO2 + 2H2O (此為主反應式)2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O (此為高 PH值時自發性分解反應)MnO4- + H2O MnO2 + 2OH- + 1/2 O2

9、(此為自然反應會造成 Mn+4沉澱)c. 作業方式: 早期採氧化添加劑的方式，目前多用電極還原的方式操作，不穩定的問題已獲解決。製程問題與改善對策光碟亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw d. 過程其化學成份狀況皆以分析得知，但 Mn+7為紫色， Mn+6為綠色，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，則可能是電極效率出了問題須注意。e.咬蝕速率的影響因素:圖 7.3咬蝕速率的影響因素f. 電極的好處:(1).使槽液壽命增長製程問題與改善對策光碟亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw (2).品質穩定且無 By-product，其兩者比較

10、如圖:濃度電極式傳統添加NaOH(C)圖 7.4電極式與傳統添加的控制比較g. KMnO4形成 Micro-rough的原因:由於 Sweller造成膨鬆，且因有結合力之強弱，如此使咬蝕時產生選擇性，而形成所謂的 Micro-rough。但如因過度咬蝕，將再度平滑。h. 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，電極效率較難定出絕對標準，且也很難確認是否足夠應付實際需要。故平時所得經驗及廠商所提供資料，可加係數做計算，以為電極需求參考。C. 和劑 (Neutralizer):a. NaHSO3是可用的 Neutralizer之，其原理皆類似 Mn+7 or Mm+6 orMn

11、+4(Neutralizer)-Mn+2 (Soluable)b. 為免於 Pink Ring，在選擇 Acid base必須考慮。HCl及 H2SO4系列都有，但 Cl易攻擊 Oxide Layer，所以用 H2SO4為 Base 的酸較佳。c .藥液使用消耗分別以 H2SO4及 Neutralizer，用 Auto-dosing 來補充，維護。7.2.2.2 .整條生產線的考慮:A. Cycle time：每 Rack (Basket) 進出某類槽的頻率 (時間)製程問題與改善對策光碟亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw B.產能計算:(Working hours / Cy

12、cle time)*( FIight Bar / Hoist)*(Racks/Flight Bar)*(SF/Rack)= SF/MonC.除膠渣前 Pre-baking對板子的影響:見圖 7.6圖 7.6a.由於 2.在壓合後己經過兩次 Cure，結構會比 1,3 Cure更完全，故 Baking會使結構均，壓板不足處得以補償。b.多量的氧，氧化了 Resin間的 Bonding，使咬蝕速率加劇 23倍。且使 1,2,3區較均。c.釋放 Stress，減少產生 Void的機會。7.2.2.3. 製程內主要反應及化學名稱:A化學反應:a .主要反應4MnO4- + 4OH- + Epoxy 4

13、MnO4= + CO2 + 2H2O製程問題與改善對策光碟亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw b. 副反應：2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O (Side reaction)MnO4= + H2O (CI-/SO4= /Catalyze Rx.) MnO2 + 2OH- + 1/2 O2(Precipitation formation)2MnO4= + NaOCl + H2O 2MnO4- + 2OH- + NaCl4MnO4= + Na2S2O8 + H2SO4 4MnO4- + 2OH- + 2NaSO4-4MnO4= + K2S2O8

14、 + H2SO4 4MnO4- + 2OH- + 2KSO4-(For Chemical regeneration type process reaction)2MnO4= + 1/2 O2 + H2O 2MnO4- + 2 OH-(Electrolytic reaction: Need replenish air for Oxyen consumption)B.化學品名稱：MnO4-MnO4=OH-PermanganateManganateNa2S2O8S2O4-Sodium PersulfateSulfateHydroxide(Caustic)Sodium HydrochlorideCO2

15、MnO2Carbon DioxideNaOCIManganese Dioxide製程問題與改善對策光碟亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw 7.2.2.4.典型的 Desmear Process:見表 7.1Sequence 1 Solution Sweller Make Up Sweller 55% Control range Operation Temp. Analysis 3 T/W Dump Solvent 40-70% 762 D.I. Water 45% 2 3 4 5 Rinse*3 CT Water 45 1st Step 1 T/2D RT 2nd Step

16、3rd Step 1 T/2D 1 T/2D RT 101: 85 g/L 102:6% 101:70-100 g/L N:1-1.3 762 3 T/W KmnO4D.I. Water CT Water Rinse*3 45 1st Step 2T/D 2T/D 2T/DRT RT 2nd Step 3rd Step Reducer*2 Reducer 10% H2SO4 5% D.I. Water CT Water Reducer 8-12% RT 1st Step 2T/W 1T/3D 1T/W 353 2nd Step H2SO4 4-7% 6 7 Rinse*2 Hot Air RT

17、 1T/D 10015 表 7.1 Desmear Process7.2.2.5. Pocket Void的解釋:A.說法:Sweller殘留在 Glass fiber，在 Thermal cycle時爆開。B.說法: 見圖 7.7圖 7.7製程問題與改善對策光碟亞洲智識科技 版權所有 www.pcb.org.tw a壓板過程不良，Stress積存，鍚過程力量釋出所致b在膨漲如果銅結合力強，而 Resin釋出 Stress方向呈 Z軸方向，當 Curing不良而 Stress過大時則易形成 a之斷裂，如果孔銅結合力弱則易形成 B之 Resin recession，結合力好而內部樹脂不夠強軔則出

18、現 c之 Pocket void。C如果爆開而形成銅凸出者稱為 Pull away。7.2.3 化學銅(PTH)PTH系統概分為酸性及鹼性系統，特性依基本觀念而有不同。7.2.3.1 酸性系統：A.基本製程：Conditioner Microetch Catalpretreatment Cataldeposit Accelerator Electroless DepositB.單步驟功能說明：a. 整孔 Conditioner：1. Desmear後孔內呈現 Bipolar現象，其 Cu呈現高電位正電，Glass fiber、Epoxy呈負電。2. 為使孔內呈現適當狀態，Conditioner

19、具有兩種基本功能(1)Cleaner：清潔表面(2)Conditioner：使孔壁呈正電性，以利 Pd/Sn Colloid負電離子團吸附。3. 般而言粒子間作用力大小如Vender Walts1Hydrogen Bond10Ionic Bond100300Covalent300ForceAds.=4PH4Pd+2Pd+2+2(OH)- Pd(OH)26F- PdF6-4+4. Pd吸附在本系統本身就不易均勻，故速化所能發揮的效果就極受限制。除去不足時會產生 P.I.，而過長時則可能因為過份去除產生破洞，這也是何以Back_light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 Sn+2 Sn(OH)2 或 Sn(OH)4，此易形成膠體膜. 而 Sn+4過高也會形成 Sn(OH)4，尤其在 Pd吸太多時易呈 PTH粗糙。6. 液懸浮粒子