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MASSLAM製造流程介紹 一 PWB的歷史二 多層印刷電路板 MassLam 的製造工程三 品質管制與檢驗 1 一 PWB的歷史a 1940年代之前 PWB製造技術開始普遍 通信機器或收音機的配線 銅線黏貼於石蠟上 成了現今PCB的機構雛型 b 1927年 用印刷方式在玻璃或陶瓷基板上造成電路的構想 之後以絕緣樹脂基板開發成功後才具體化 c 1936年 英國的艾斯拉首倡現在這種全面覆蓋著金屬箔的絕緣基板 塗上耐蝕刻油墨後再將不需要的金屬箔蝕刻去掉 減除法 PWB基本製造技術 d 1953年 日本在PWB實用化 收音機 等民生用品e 1960年之後 日本開始採用貫孔鍍銅雙面板製造技術 電子計算機 週邊佟端機f 1964年 日本電信電話公社引進美國1960已實用化的ML PWB製造技術 用於電子計算機及電子交換機 等 g 1964年以後至今 除了絕緣材料特性改變外 尺寸穩定性 耐電蝕性 銲錫耐熱性 防燃性等綜合檢討 最後到目前使用的GlassfiberCopperCladLaminatedboards 2 二 多層印刷電路板的製造工程 MASS LAM 3 1 基板與黏合片 P P 原材料3 1 1 構成要素 銅箔 玻璃纖維布 樹脂 等3 1 2 製造方法 CCL P P之製造方法3 2 多層印刷電路板製造流程 見附圖P5製前準備 a 客戶使用者a 1 行銷員向客戶取得工單or製作仕樣書Gerberfile必要時會同工程 品保人員Check片洽談工程製作規範及品質檢驗允收規範 a 2 工程部製前製作內容資料審查CAM編輯 廠內製作工單 工作底片繪制轉至生產部門 迴路設計 CADCAMCAT 工作底片 原始底片 Gerberfile 製前審查準備 3 4 a 3 製前設計流程 客戶資料提供 資料審查 著手設計 CAD CAM下料尺寸ArtworkNCDrillingProgramNCRoutingProgram ProcessFlowDesign操作參數條件指示規格定義製作流程定義材料使用定義 TooLingAOI檢查電測設計生產工程圖 模治具 5 b 內層板線路轉移AOI檢查 b 1 製作流程注意事項要點 b 1 1 裁板投料 發料尺寸確認基板銅厚確認b 1 2 內層銅面處理 機械研磨粗糙度 厚度28mil以上 不織布校正整平 化學研磨粗糙度 厚度28mil以下 當槽度 微蝕速度 等乾燥溫度表面孔內乾燥必要 b 1 3 內層壓膜 定義 將曝光阻劑貼付在待產基板銅面上並使其加熱產生熱反應 附著在銅面上 控制 壓膜S P T C Pressure 滾輪清潔度 等 b 1 4 曝光作業 定義 將壓膜完成之基板經由UV光照射使其產生光化學反應達到影像轉移到阻劑上 乾膜 謂之曝光 控制 曝光能量 mj cm2 真空度 對位精準度 film與基板 層與層間 同心圓設計 Multiline蝕後沖孔 對位系統考量 參照P8曝光機構示意圖 6 UV照光機構示意圖 LAMINATION壓膜or其印刷方式 絕緣基板 thincore LAMINATION壓膜or其印刷方式 LAMINATION壓膜or其印刷方式 LAMINATION壓膜or其印刷方式 Exposure照光 曝光經由工作底片 乾膜阻劑 工作底片 銅箔絕緣基板 乾膜阻劑 7 b 1 5 顯影 蝕刻 剝膜 D E S 顯影 定義 將曝光完成之基板其光阻劑未有UV光硬化之部位以顯影液沖洗出並徹底洗淨基板表面謂之 控制 藥液濃度 比率 膜含量控制 S P T C 顯影點 breakpoint 維持50 70 等重點 蝕刻 乾膜光阻劑經顯像後無阻劑部位即被所謂蝕刻液咬蝕去銅 即形成所需要之回路謂之 蝕刻液常見可分為兩種 一是酸性氧化銅 CuCl2 蝕刻液一是鹼性氨水 NH4Cl 蝕刻液 乾膜 P F 或油墨作為蝕刻阻劑且具抗酸 一般大部份選擇酸性蝕刻液 在外層蝕刻製程 可選擇酸性或鹼性氨水蝕刻液 CuCl2蝕刻反應式Cu Cu2 2Cu Cu H2CuCl4 2HCl2H2CuCl3Cu H2CuCl4H2CuCl3 CuClCuCl 2HClH2CuCl3控制 蝕刻速度 T C 比重 銅含量 HCl H2O2濃度控制蝕刻因子 e f值 B 阻劑 A 銅線路 D 基板 C EtchingFactor D C示意圖 8 剝膜 俗稱 去膜 亦就是將抗蝕刻之光阻劑在此將其去除掉並同洗淨烘乾銅箔表面待下一工程站 剝膜在PCB製程中有2個Step會使用 一是內層或外層酸性蝕刻後之D F或油墨去除 另一是外層線路蝕刻前D F除去 鹼性蝕刻液使用場合 使用剝膜液通常為NaOH或KOH 以NaOH為最普遍且成本較低 外層蝕刻剝膜液選擇宜謹慎 酸性蝕刻液 文獻指出K 鉀 會攻擊錫 外層阻劑為錫鉛共金屬化合物 C AOI檢查工程 C 1 檢測前之準備工作 C 1 1 AOI掃描機參數設定C 1 2 基板掃描固定孔CCD破靶C 2 AOI檢查台掃描 VRS人工目視C 3 直接人工目視C 4 不良品補修正確認處置C 5 AOI機台檢測有其極限 細斷路及漏電Leakage很難完全找出 9 D 黑氧化處理 Black BrownOxideTreatment D 1 氧化反應 產生CuO 目的 a 增加與樹脂接觸的表面積及附著力 BondingAdhesion b 增加銅面對樹脂流動之潤濕性 各死角流入及硬化後抓地力 c 在裸銅表面產生一層緻密的純化層 Passivation 以阻絕高溫下液態resin中胺類Amine對銅面的影響 D 2 還原反應 Postdippingprocess TUC目前為黑化反應並加後予浸方式 目的 增加氧化層的抗酸性 並剪經絨毛高度到適當水準 以減少絨毛過長在壓合後及後製程被藥液之攻擊可能性 D 3 氧化處理之反應式 Cu CuO2Cu2O ClO3 Cl Cu2O 2CuO2CuO ClO3 Cl Cu2O H2OCu OH 2 Cu2 Cu OH 2CuO H2O金屬銅與亞氯酸納反應先生成中間體氧化亞銅Cu2O 再進一步反應為CuO 黑氧化層膜 D 4 棕化與黑化比較 a 黑化層中含高鹼度Cu2O 亞銅 此物易形成長針狀或羽毛狀 在高溫下容易折斷而大影響與樹脂之附著力 且亦出現水分而形成高熱後局部分層爆板 棕化層呈碎石瘤狀結晶 結構緊密無疏孔附著力好Polyimide多層板必須的製程 b 黑化層較厚且重 易發生PTH後粉紅圈 Pinkring 棕化層較薄 不易發生PTH後粉紅圈 Pinkring c 黑化層較厚結晶較長 其覆蓋性比棕化好 銅面的色澤瑕疵較易覆蓋過去而得到較均勻的外表 75 80 C以上 10 D 5 控制方法 a weighgain之測定b peelstrength之測定c 蝕刻銅量之測定d 氧化後外觀檢查 無量度為檢查標準E 鉚合 疊板 Lay up 組合 壓合工程 黑氧化處理好之內層板將其依層構成結構進行鉚合作業並與準備好之原料 膠片 prepreg 銅箔 copperfoil 進予疊置組合 再進入壓合機做壓合工程 P P之規格種類與性質 一般分為7628 2116 1506 1080 106 其三種性質為 膠流量 Resinflow 膠化時間 Geltime 膠合量 Resincontent P P的選用考量要素 絕緣層與厚度 內層銅厚 樹脂含量 內層殘銅率 對稱性 銅箔 copperfoil 規格 常見銅箔厚度及重要規格如下表 TYPE 1 3oz ft21 2oz ft21oz ft22oz ft2 厚度mil 0 47 0 10 70 0 151 4 0 2 8 0 重量 抗張力 klb in2 伸長率 5 5 5 5 15 15 30 30 4 5 4 5 6 0 10 11 鉚合 6層板以上適用之或4層夾0 0板者 以鉚釘機 單 雙 多軸機 將各層別依層別順序鉚合 控制 鉚合平準度 鉚合對準度 鉚合Size規格 等 疊板組合 A 疊板組合的原則 依客戶設計之結構層組成進行之a 絕緣層之絕緣性考量b 基板與膠片的經緯方向不可混錯板彎板扭防止c 阻抗特性控制的特殊板 膠片及銅箔選擇皺折防止d 空白區組合之交錯及鉚釘位置 鋼板選擇B 環境要求 溫溼度之嚴格控制 溫度22 2 C 相對溫度55 5 無塵室之清潔度控制 C 對準度之要求方式 c 1 投影燈式及無投影燈方式 MassLamination c 2 有梢套孔疊置 PINLamination 壓合 A 壓合機種類 依其作動原理可分為三大類 a 液壓式壓合機b 艙壓式壓合機 Autoclave c ADARAsystemCedal壓合機 見附圖 B 多層印刷電路配線板的形成方法 參照附圖C 壓合完成後之解板 BreakDown 將壓合熱硬化後之疊板依序分離鋼板與壓基板 12 壓合機種類 13 MassLam之層構圖 多層印刷電路配線板的形成方法 14 F 壓合後處理工程 解板後依尺寸進行剪床裁切 溢膠切除 基準孔X ray破靶 破靶孔徑 壓合後之基準靶距 層間對位檢測 基板外框成型 CNCrouting機 外型作業尺寸符合出貨尺寸 撈邊記號作記 基板毛屑磨邊作業 外觀成品檢驗 依M L外觀檢查允收標準檢驗 15 CNC鉆孔作業 a CNC工程 定義 通常指使用數值控制之自動CNC裝置 將銅箔基層板之內外層導通孔 導通孔 及零件插入孔 零件孔 貫穿之作業為PWB製造工程的第一階段 b 控制重點 孔位精度 孔壁粗糙度 未貫穿 缺孔 多孔 等 基板 組合 方法 16 電鍍 鍍通孔 PlatedThroughHole a 目的 NC鉆孔後之壓合板 使其孔壁上之非導體部分之樹脂及玻纖束進行金屬化 再進行電鍍銅製程 完成足夠導電及焊接之金屬孔壁 b 製造流程 去毛頭表面處理除膠渣PTH一次電解銅 PANELPlating c 去毛頭 deburr 銅面機械式研磨處理 以去除孔邊緣之巴里殘銅絲並且將銅面粗化 機器刷磨 超音波高壓水洗淨microvia有效 d 除膠渣 Desmear d 1 何謂smear 鉆孔後resin高溫超過Tg點形成的融熔狀膠渣 此種現象於內層銅邊緣及孔壁內PI形成 d 2 除膠渣目的 清潔孔壁 去除膠渣 產生micro rough增加附著力 d 3 目前常見使用除膠渣方法 硫酸法 SulfericAcid 電漿法 Plasma 鉻酸法 CromicAcid 高錳酸鉀法 Permanganate 其中以KMnO4法較被普遍使用 e 高錳酸鉀 KMnO4 法說明 膨鬆劑 Sweller 除膠中和 Neutralizer e 1 KMnO4與NaMnO4溶解度佳 價格較低 e 2 反應原理 4MnO4 C 4OH 4MnO42 CO2 2H2O 主要反應式 2MnO4 2OH 2MnO42 O2 H2O次反應MnO4 H2OMnO2 2OH O2 自發反應式 4價沉澱 17 e 3 操作採電極還原再生的方式操作穩定性高 e 4 Mn 7紫色 Mn 6綠色 Mn 4為黑色沉澱 可由顏色大略判斷其狀態 但電極再生為最佳控制方法 e 5 形成micro rough 蜂巢式粗糙面 其咬蝕能力亦會隨基材之不同而有所改變 如 HighTg材 BT材 等e 6 中和劑如NaHSO3其目的為將 Mn 7 Mn 6 Mn 4變為可溶性的Mn 2為避免Pinkring之產生選擇AcidBase必須注意HClorH2SO4系列 以H2SO4為Base的酸較佳 F PTH化學銅 一般可分為酸性及鹼性系統依基本觀念而有不同 F 1 基本流程 鹼性系統整孔清潔催化活化還原化學銅 Conditioner EtchCleaner Catalpretreatment Activator Reducer Electroless F 2 酸性系統 ConditionerMicroetchCatalpretreatmentCataldepositAcceleratorElectrolessDeposit參照附件 微蝕 18 G 電解銅 Panelplating G 1 孔壁經PTH金屬化後 立即進行電解銅製程 目的為鍍上0 5 1 0mil以保護僅有的化學銅0 5 1 0 m厚度 以免被後製程破壞而造成孔破 Voids 此後製程為線路乾膜 等外層製程 G 2 控制點 1 鍍銅厚度均勻性2 孔銅厚度與面銅均勻性比值 穿透力 3 孔內銅壁與內層銅接續信賴性 基礎銅 電解銅 內層銅 絕緣層 鍍銅孔壁切面圖 19 酸性系統說明附件a conditioner 整孔 1 以整孔劑使孔內呈現Bipolar現象 其中Cu呈現需正電 材質玻纖 樹脂呈負電狀態 2 表面孔壁清潔 使孔壁呈帶正電性以利Pd Sn膠體負電子團附著 b Microetch 微蝕 清除Conditioner所形成的表面薄膜及清洗銅面殘留的氧化物 c Catalpretreatment 預活化 1 避免Microetch形成的銅離子帶入Pd Sn槽 犧牲打 2 降低孔壁表面的surfacetension d Cataldeposit 活化 1 Pd膠體以錯化物方式與孔壁帶正電吸附結合 2 孔壁吸附了負離子團 中和形成中和電性孔壁 Pd帶負電離子團 Pd金屬孔壁吸附機構圖 孔壁 20 e Accelerator 速化 1 Pd膠體吸附後去除Sn 使Pd 2露出 如此才能在無電解銅中產生催化作用 形成所謂化學銅 2 化學反應式為 Pd 2 Sn 2Pd 2 ad Sn 2 aq Pd 2 ad Pd s 金屬狀態3 速化除去Sn