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蘇榮華,1,LCMII整合部 PCB&DISPENSER訓練教材,整理人：蘇 榮 華 日期：2004.04.30,Page2,內容,1、PCB製程原理 2、相關部材(PCB/PCBA、TCP/COF、ACF、Silicone rubber、Teflon sheet、 Silicone膠 ) 3、製程參數設定 4、製程點檢( 自主檢查、感壓紙、實體溫度量測、實體壓力量測 ) 5、PCB位移之量測與計算方式 6、PCB製程主要問題( PCB偏移、全畫異 ) 7、PCBI製程介紹,Page3,PCB製程原理,目的： 利用ACF之特性結合PCBA與TCP/COF，並連接PCBA與TCP/COF間之訊號通路。 名詞介紹： PCB ( Printer Circuit Board Bond )-印刷電路板接合 PCB ( Printer Circuit Board )-印刷電路板 PCBA ( Printer Circuit Board Assemble)-印刷電路板(含元件) Panel-玻璃面板 ACF ( Anisotropic Conductive Film ) -異方性導電膠 TCP( Tape Carry Package ) -Driver IC COF( Chip On Film ) -Driver IC Silicone rubber-矽膠緩衝材 Teflon sheet-鐵氟龍緩衝材 Silicone 膠-矽膠,Page4,PCB製程原理-流程圖,Panel Loader,Centering,Unloader,Source mainbond,Gate mainbond,使用材料: Silicone rubber Teflon sheet,使用材料: Silicone rubber Teflon sheet,PCB Loader,PCB ACF Attach,PCB Loader,PCB ACF Attach,使用材料: ACF Silicone rubber,Page5,PCB製程原理-ACF attach,目的： 在PCB之端子部貼上ACF，並利用壓著頭施 以溫度及壓力，使ACF與PCB能緊密貼合。,ACF,Page6,PCB製程原理- Main Bond,目的： 利用壓著頭對PCB施以溫度及壓力，以迫使ACF內之金屬粒子嵌入PCB及TCP/COF 的端子內，構成PCB與TCP/COF端子間之電信通路，並使ACF所含之膠質將TCP/COF固定於PCB上。,Main bond 機構,Page7,PCB製程原理 - Main Bond,Page8,相關部材(TCP/COF ) - 構造,TCP料帶,COF正面,TCP背面,Input lead ( 與PCB lead相接 ),Output lead ( 與Panel lead相接 ),COF料帶,TCP正面,Input lead ( 與PCB lead相接 ),Output lead ( 與Panel lead相接 ),COF背面,Page9,相關部材(TCP/COF ) - 構造,Display pin,Dummy pin,Dummy pin,Display pin,Dummy pin,Dummy pin,對位孔,對位孔,量測PCB偏移,Page10,PCB & PCBA,PCB,PCBA,SMT,相關部材(PCB ) - 構造,Page11,PCBA材料種類,名詞解釋 FR-4 (耐燃性積層板材)，是以“玻纖布”為主幹，含浸液態耐燃性“環氧樹脂”做為結合劑而成膠片，再積層而成各種厚度的板材。,相關部材(PCB ) - 構造,Page12,PCB尺寸變化影響因素,基材Tg值 Tg值較高其耐熱性與抗水性增強，基板的膨脹減少。 底片 底片材質本身所受溫/濕度變化與繪圖機之精度，將直接影響尺寸的 變化。 曝光與顯影 曝光機UV光之平行度之誤差，將導致線路顯影偏移影響尺寸。 蝕刻 蝕刻速度與蝕刻液濃度以及蝕刻機之保養(噴嘴、抽風量、溫度等)皆會造 成線路over etch導致尺寸不良。 壓合 內外層壓合其溫度與壓力之管控將對尺寸造成影響。 綠漆與文案印刷 烤箱溫度與烘烤時間，將會造成PCB收縮，造成尺寸之變異。,相關部材(PCB ) - 構造,Page13,儲存時間的影響,靜置4星期，FR4平均膨脹27.67m，AMC800平均膨脹14.30m。,相關部材(PCB ) - 構造,Page14,SMT前後的變異,FR4 基材經過IR後平均縮小76m ， 靜置1.5個月平均膨脹41m 。 AMC800 基材經過IR後平均縮小30.7m ， 靜置1.5個月平均膨脹37.9m 。,相關部材(PCB ) - 構造,Page15,實驗結論,為求光學點尺寸之穩定，首重在於板材的選定，其板材Tg值的高低將直接影響尺寸的變化。因此針對大尺寸(17“以上)之PCB板有以下注意事項: 1. 應選用Hi-Tg之板材,如FR5;EM475等，使板材受環境溫溼度與製作過程中所受之變異降至最低。 2. 選用Hi-Tg板材可使PCB 供應商較易掌控各製程對尺寸的變化量，使生產的PCB板光學點尺寸符合CMO所要求中心值+/- 1。 3. 於量產前應先了解板材於SMT前後，光學點尺寸之變化量，並提供給LCM，以提高PCB Bonding的良率。,相關部材(PCB ) - 構造,Page16,相關部材(PCB ) - 構造,訊號傳遞流程： 外部供給訊號 PCB ( 訊號處理 ) PCB lead TCP/COF Input lead Drive IC ( 訊號處理 ) TCP/COF Output lead Panel lead 畫面顯示,機台對位MARK,Page17,相關部材(PCB ) -儲存條件,目前無特殊規定，正常情況為生產線要做多少就領多少，直接就放在無塵室內(正常的溫溼度管控)，若有多餘的就直接退回倉庫，而倉庫也無特別管控。 若PCBA放置時間過久，吸溼太嚴重造成壓著時膨脹量過大，其可能的處理方式為將PCBA板放進烘箱烘烤，將吸溼的水份烘乾後在重新BONDING。,Page18,相關部材(ACF)- 構造,ACF 厚度 35.02.0,Polyethylene (聚乙烯) Separator(離型膜) 75 ,Conductive Particle (導電粒子) 直徑2 1 密度20K 1000 pcs / 2,Adhesive (膠),廠商：Hitachi Chemical 型號：AC-9051AR-35(FOR PCB主線) 低溫短時間,寬度 2.5 0.1,Page19,相關部材(ACF)- 構造,ACF 厚度 35.02.0,Polyethylene (聚乙烯) Separator(離型膜) 75 ,Conductive Particle (導電粒子) 直徑2 1 密度20K 1000 pcs / 2,Adhesive (膠),廠商：Hitachi Chemical 型號：AC-2056R-35(FOR Rework),寬度 2.5 0.1,Page20,相關部材(ACF)- 構造,* 導電粒子的大小及密度會影響到TCP/COF的LEAD PITCH設計。 * ACF膠材會依據TCP/COF的製程及材料不同而選用不同的膠材，會影響膠的流動性及拉力值。 * 2056比9051流動性好，因此2056使用於REWORK線有清潔過的PCB板，而主線使用9051的ACF要求低溫且短時間以提高產出。,導電粒子構造,PCB之材質較軟(鍍金),故直接以Ni粒子崁入使lead導通，金太軟了無法嵌入,Ni particle,Page21,Before bonding,T,p1,h1,h2,p2,s1,S1,S2,S2,After bonding,相關部材(ACF)- 厚度的選用,約2um,膠流動將空隙填滿,Page22,Hitachi ACF編碼原則 Ex: AC - 9 05 1 AR - 35,Hitachi ACF,適用製程 9:PCB(低溫短時間) 2:PCB(高溫長時間),每mm可允許有5支lead,故最小pitch為200m,使用膠別,離型紙種類,ACF厚度-35 m,相關部材(ACF)- 編碼,Page23,相關部材(ACF ) -儲存條件, ,Page24,相關部材(ACF ) -原理,Conductive particle,TCP/COF Lead,Adhesive,PCB LEAD,Bonding,Page25,相關部材(ACF ) -原理,膠材軟化流動充填於Lead間隙,溫度、壓力、時間,ACF粒子受壓變形使上下兩端導通,電流行進方向,Z方向高度導電性,X-Y方向不導通,Bonding,Page26,液体流動時間約只有0.5sec以下,固化,特性參數: 溫度&時間=提供足夠熱熔量讓ACF膠由固体=液体=固化 壓力=讓導電粒子變形,斜線部份為提供給ACF膠的總熱熔量，所提供的總熱熔量必須大於70%膠的反應率,Sec,溫度,140 C,110 C,160 C,144 C(160*90%),5Sec,10 Sec,固体,例如: AC-9051-AR-35,5Sec內溫度須到達設定溫度的90%(縮短時間，避免導電膠任意流動，及達到必要的熱熔量),相關部材(ACF ) -原理,Page27,相關部材(ACF ) - ACF接續阻抗,ACF接續阻抗(以下為冷熱溫度循環及高溫高溼(類似壓力鍋)之實驗),Page28,相關部材(Silicone rubber ),使用Silicone rubber之目的： 1、吸收震動 減緩main bonding時，上下壓著頭開始接觸PCB及TCP/COF瞬間之衝擊。 2、均衡應力 由於壓著頭之平整度及PCB、TCP/COF厚度均勻性之關係，故利用silicone rubber均衡bonding時壓著處各點所受應力大小，使各點之ACF粒子變形程度一致。,PCB,Silicone Rubber,Teflon Sheet,ACF,Head,TCP lead,PCB lead,Page29,相關部材(Silicone rubber ) -規格、特性,廠商：Shin Etsu(信越) 品名：Silicone rubber 型號：HC-45A/HC-45AS (A代表層與層間有離形用的粉末,需常清理head，AS代表直接在Silicone上壓花方便 離形，目前二廠主線都使用AS，A的只有在REWORK線使用為了消庫存) 規格：1、外型尺寸300mm 5m 0.45mm 2、外型尺寸400mm 5m 0.45mm 3、外型尺寸500mm 5m 0.45mm 特性：1、Specific Gravity(23)：2.16 2、Hardness：66(硬度) 3、Tensile Strength(MPa)：6.7(張力) 4、Elongation(%)：90(延展性) 5、Tear Strength(KN / m)：6.0(扯斷的力量) 6、Volume Resistivity(m)：7.5(阻值) 7、Thermal Conductivity(W / mK)：1.0(熱傳導),Page30,相關部材(Teflon sheet ),使用Teflon sheet之目的： 離形 利用Teflon sheet表面光滑之特性，來隔開ACF與silicone rubber，避免Main bonding後silicone rubber上黏附ACF。 廠商：中興化成 品名：Teflon sheet 型號：MSF-100-3 規格：1、外型尺寸300mm 20m 0.08mm 2、外型尺寸400mm 20m 0.08mm 3、外型尺寸500mm 20m 0.08mm 4、厚度公差： 0.01 其他廠商(貴,少用): 日東900UL,Page31,ACF Parameter,Page32,製程參數設定, PCB重要製程參數共有3項-壓力、溫度、時間 PCB製程參數之設定-取決於ACF材料之特性 以下之參數設定說明皆以Hitachi Chemical 之 AC-9051AR-35 為例 溫度:160 5 壓力:25 5 kgf/cm2 Pref. 時間:10 sec 參數設定值是否可行，須經由以下3點決定： 1、RA test (高溫高濕、高溫儲存、Thermo shock、震動)須OK 2、拉力值 500 g / cm 3、壓痕須OK (呈小精靈狀),Page33,製程參數設定-壓力設定,理論值換算公式： 所求出之理論值僅為參考依據，仍須依實際狀況作修正 ACF貼附： 荷重 = Pref. ACF 寬 ACF 長 在ACF能貼附住的情況下，荷重越小越好 Main Bonding： 荷重 = Pref. Head 寬 TCP/COF 寬 TCP/COF 數量 1.45 荷重大小必須滿足ACF粒子變形狀態 目前使用的PCB平整度較差 Silicone較厚荷重需補重*1.45(實驗經驗所得),理想之ACF外型,荷重造成ACF溢膠不可過大,Page34,製程點檢 -PCB自主檢查,目的：篩檢不良品，防止流入後續工程,Page35,製程點檢 -感壓紙,目的: 使用感壓紙確認Head 與 Backup的平整度 廠商：FUJIFILM 品名：Pressure measuring film 型號：LLW (超低壓) 壓力量測範圍：0.52.5 MPa 使用條件：2035、3580%RH 平整度量測注意事項： 1、感壓紙壓著時間不可過久(約0.2 sec)，否則會影響平整度之判定(色度均相同) 2、感壓紙拿取須小心，避免損傷影響平整度量測 3、感壓紙壓著確認時須將機台壓力調小去Check以避免壓力過大無法檢測出刀頭平整度不佳,Page36,當壓力施加於感壓紙上時，A-Film中的膠囊受壓變形，此時膠囊釋放出所含的物質，與C-Film產生化學反應形成紅色，當膠囊變形越多，則顏色越紅，表示所施加的壓力越大or時間越長。 平整度之量測即是利用此原理，當bonding head不平整時，則凸點會在感壓紙上形成較深的紅色，反之凹點顏色則較淺。,製程點檢 -感壓紙原理,Page37,感壓紙,Teflon Sheet,Silicone Rubber,L1 L2 L3 L4 L5,同一條壓痕不得超過二個LEVEL，否則判定為平整度不佳須修機調整,製程點檢 - Head平整度確認,Page38,製程點檢 -實體溫度量測,目的： 為了確保製程溫度控制在合理範圍，故定期利用測溫治具對PCB機台進行點檢。 型號: HIOKI 8420(8 Channel),測溫Sample,Thermocouple,溫度顯示器,Page39,PCB ACF ATTACHMENT(須確認左中右,共3點):,PCB,ACF,PCB MAIN BONDING (須確認左中右,共3點):,PCB,ACF,熱電耦,TCP,溫度量測 儀器,溫度量測 儀器,熱電耦,製程點檢 -實體溫度量測,PCB,ACF,熱電耦,PCB,TCP,熱電耦,ACF,Page40,製程點檢 -實體溫度量測,注意事項： 以下幾點皆會影響溫度量測值 1、量測前須確認測溫Sample之Thermocouple測溫點，位置是否正確。 2、量測前須確認Teflon sheet、Silicone rubber狀態(不可有破損、皺褶，須為未使用之部分) 。 3、量測時須確認測溫點位於back up中央位置。 4、量測後須轉動Teflon sheet、Silicone rubber，避免影響下一次量測值or造成製程不良(因破損、皺褶導致之壓著不良) 。,Page41,製程點檢 -Thermocouple原理,原理： 當溫度施加於測溫點時，兩種不同材質之金屬線間便會產生電位差，藉由此種現象，透過溫度顯示器，便可將測溫點所受之溫度顯示出來。 品名：Thermocouple 型號：K Type ST-50,Page42,製程點檢 -實體壓力量測,目的： 為了確保製程壓力控制在合理範圍，故定期利用Load Cell對PCB機台進行點檢。,Load Cell,壓力顯示器,壓力探棒,Page43,製程點檢 -實體壓力量測,品名：Load Cell (荷重變換器) 型號: 壓力顯示器: AVIO FG-300 Fource Gauge 壓力探棒: TJ-500R 最大荷重：500kg ( 4903N ) 工作溫度：0 45 荷重對溫度之影響：0.1 %/ 注意事項： 1、因Load Cell使用於bonding head下(高溫、高荷重) ，故量測時須留意勿使Load Cell過熱。 2、須待bonding head荷重穩定後(head與Load Cell接觸後，約3 sec) ，才讀取顯示值。 3、量測完後須轉動Teflon sheet、Silicone rubber，以免造成製程不良(因破損、皺褶導致之壓著不良) 。,Page44,製程點檢 -拉力測試,拉力 方式: 垂直往上拉, 至拉斷為止 速度: 5080 mm/min 規格: 500gf/cm 型號 HF-10(10kg),治具,PCB,夾具,治具,Page45,TCP/COF左側lead中心偏移量 a,偏右：+ 偏左：-,TCP/COF中心偏移量 c = (b+a) / 2,TCP/COF lead,PCB lead,PCB lead 區中心線,TCP/COF lead 區中心線,TCP/COF右側lead中心偏移量 b,製程點檢 -偏移計算及量測,Page46,管制限 & SPEC,TCP/COF中心偏移量 ( c ) 與 TCP/COF lead中心偏移量( S ) 管制限： Source ： 15 m Gate ： 20 m SPEC： Source ： 1/2 WP Gate ： 1/2 WP,( c ) 與 ( S ) 兩者皆須合格，才可算OK,PCB lead寬 WP,TCP/COF lead寬 WT,S,實際圖,製程點檢 -偏移計算及量測,Page47,PCB位移的量測與計算,Page48,PCB位移情況1,PCBA整體膨脹量 (+50)-(-50) = 100m (0，表示PCBA膨脹過大),-