PCB(Printed Circuit Board).pptx

,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片文字樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,2013/4/11,#,張智淵,Kevin Chang,PCB(Printed Circuit Board),Gerber:,描述印刷電路板圖像的銅層，阻焊,層，,鑽孔,等。,Fab,drawing:,絕緣印刷油墨的顏色,。,印刷電路板,的最後表面處理,(Surface Finished,),電路板,的基材等級,。,拼,板樣式及尺寸。,有鉛及無鉛優劣比較,無鉛,1.,液化熔點高,2.,熔銅污染增加,3.,表面張力大,4.,沾錫時間長,(,約,2,秒,),5.,更易空焊,有鉛,無鉛,1.,鹵為一種阻燃劑，指含有,Cl,、,Br,、,F,等元素,2.,鹵主要應用在塑料橡膠材料，化學性質呈惰性，與塑料的相容性比較好，阻燃效果好、使用成本低，諸多特徵都是其它阻燃劑所不能替代的,。,3.,燃燒時會產生大的煙霧，戴奧辛跟鹵酸,(,有毒物質,),Halogen Free(,無鹵,),印刷電板,(,Printed Circuit,B,oard,),，簡稱為,PCB,A.,以材質分,a,.,有機材質,酚醛樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、,Polyimide,等,皆屬之。,b,.,無機材質,鋁、,Copper-invar-copper、ceramic,等,皆屬之。主要取其,散熱功能,B,.,以成品軟硬區分,a,.,硬板,Rigid PCB,b,.,軟板,Flexible,PCB,c,.,軟硬板,Rigid-Flex,PCB,C,.,以結構分,a,.,單,面板,b,.,雙,面板,c,.,多層板,A.,減,成,法,:,其,流程見,圖,B,.,加,成法,:,又,可分半加成與全加,成法,製作流程圖,*減成法*,銅箔基板,鑽孔,化銅,+,鍍銅,蝕刻,清除阻劑,形成電路,顯像,特殊催化基板,塗,催化塗料,鑽孔,粗化,催,化,負片抗鍍阻劑,沉積到所需厚度,*加成法*,*,基,板上沒有貼合銅箔,兩種製造方法,:,非催化基板,塗非催化塗料,鑽孔,沉積到所需厚度,催,化,粗化,負片抗鍍阻劑,*半,加,成法*,銅箔基板,正片蝕刻阻,劑,蝕刻,鑽孔,清除阻劑,沉積到所需厚度,正片抗鍍阻,劑,催化,清除阻劑,單面板,雙面板,多層,板,*,基板,*,電路板是,以銅箔基板（,C,opper-,c,lad,L,aminate,簡稱,CCL,）,做為原料而製造的電器或電子,的元件，以下為不同基,板的適用場合,PCB,種類層數,應用領域,紙質酚醛樹脂單,、,雙面板 電視,、,顯示器,、,電源供應器,、,音響,、,影印機,(,FR&FR2),錄放影機,、,計算機,電話機,、,遊樂器,、,鍵盤,環氧樹脂複合基材單,、,雙面板,電視,顯示器,、,電源供應器,、,高級音響,、,電話機,(,CEM1,CEM3),遊戲機,、,汽車用電子產品,、,滑鼠,、,電子計事簿,玻纖布環氧樹脂單,、,雙面板 介面卡,、,電腦周邊設備,、,通訊設備,、,無線電話機,手錶,、,文書處理,玻纖布環氧樹脂多層板 桌上型電腦,、,筆記型電腦,、,掌上型電腦,、,硬蝶機,文書處理機,、,呼叫器,行動電話,、,IC,卡,、,數位電視音響,傳真機,、,軍用設備,、,汽車工業等.,PE,軟板 儀表板,、,印表機,PI,軟板 照相機,、,硬蝶,、,印表機,、,筆記型電腦,、,攝錄放影機,軟硬板,LCD,模組,、,CCD,攝影機,、,硬蝶機,、,筆記型電腦,TEFLON Base PCB,通訊設備,、,軍用設備,、,航太設備,PCB,種類及應用領域,酚醛樹脂,Phenolic,Resin,紙質板中最暢銷的,是,XXXPC,X,(,機械性,),X,(,可,用電,性,),X,(,無線電,波及高濕度的,場所,),P,(,要,加熱才能沖,板子,),C,(,可冷,沖,加工,),及,FR-2,，,FR-,抗燃,環氧樹脂,Epoxy Resin,是目前印刷線路板業用途最廣的底,材,Bisphenol A,及,Epichlorohydrin,用,dicy,做為架橋劑所形成的聚合物。,為了安全，加入溴,原子,，,而含,溴環氧樹脂的優點很多如介電常數很低，與銅箔的附著力很強，與玻璃纖維結合後之撓性強度很不錯,等,。,Teflon,鐵弗龍,其,最大的特點是阻抗很高(,Impedance),對高頻微波(,microwave),通信,用途上有絕緣性,，,不,受環境及頻率的,影響，,介質損耗小，擊穿電壓,高、,不易燃燒,。,1.,耐,高低溫性：對溫度的影響變化不大，溫域范圍廣，可使用溫度,-190260,。,2.,自,潤滑性：具有塑料中最小的摩擦系數，是理想的無油潤滑材料。,3.,表面,不粘性：已知的固體材料都不能粘附在表面上，是一種表面能最小的固體材料。,耐,大氣老化性，耐輻照性能和較低的滲透性：長期暴露於大氣中，表面及性能保持,不變,物理性質：,Teflon,的,機械性質較,軟。,銅箔(,copper foil),輾軋法(,Rolled-or Wrought Method),電鍍法(,Electrodeposited Method),A.,優點.,a.,延展性,(Ductility),高,對,FPC,使用於動態環境下,有較好的耐用度.,b.,低的表面,稜線,(Low-profile Surface),對於一些,Microwave,零件有利.,B.,缺點.,a.,和基材的附著力不好.,b.,成本較高.,c.,因技術問題,寬度受限.,A.,優點,a.,價格便宜.,b.,可有各種尺寸與厚度.,B.,缺點.,a.,延展性差,b.,應力極高無法撓曲又很容易折斷,PCB,設計銅鉑厚度、線寬和電流關係,PCB,的電流負載能力原則上取決於佈線,(trace,),銅箔斷面,的截面積與溫升，但截面積又與線路的寬度及厚度正,相關,1.0,盎司,(oz)=0.0014,英吋,(inch)=1.4 mils=0.035,毫米,(mm,),2.0,盎司,(oz)=,0.0028,英吋,(inch)=,2.8,mils=,0.070,毫米,(mm),較,常使用的銅箔厚度,I=KT,0.44,A,0.75,K,：為修正係數，一般覆銅線在內層時取,0.024,，在外層時取,0.048,。,T,：,=temperature rise above ambient in,C,A,：,cross-sectional area in mils,I,：,maximum current in Amps,1(mil,)=25.4(um,)=0.0254mm,線寬的單位是：,Inch,（,1inch=2.54cm=25.4mm=1000mil,）,PCB,走線越寬，載流能力越大,。,假設,在同等條件下,，,10MIL,的走線能承受,1A,，,那麼,50MIL,的走線能承受多大電流,，,是,5A,嗎？,(,數據來源：,MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment,，線寬單位：,Inch),PP,(,膠片,Prepreg,),Prepreg,是指,玻璃纖維或其它纖維浸含樹脂，並經部份聚合,而形成。,Prepreg,又有人稱之為,Bonding sheet,常見膠片,種類,與,厚度,關係,*,PCB,疊構,microstrip,stripline,指,PCB,外層的,trace,，經一介電物質鄰接一整片平面（,solid plane,）。,Microstrip,方式提供,PCB,的,RF,壓制，同時也可容許比,stripline,較快之,clock,與,邏輯,訊號,。,Microstrip,的缺點是此,PCB,外部,信號層,會幅射,RF,能量進入環境，除非在此層之上下,加入,shielding,。,信號層介於兩個,solid planes,（,Voltage,或,Ground,）之間。,Stripline,的,RF,輻射抑制能力較好，,但只能用在,較低,之傳輸速度,。使用,Stripline,的主要效應是對內部,trace,之,RF,訊號遮蔽，所以對,RF,幅,射有,較好之,抑制能力。,需把握,的,重點,關鍵是每一個繞線層（,routing layer,）,必定要,相鄰一個完整平面（,solid plane,）,四層,板,四層板之堆疊只有一種方式。因使用,Power,及,Ground,平面層，,EMI,之特性有很大之改善,。但四,層板對產生自電路及,Trace,之,RF,電流通量消除之效果並不好,。,第一層，,Component side,，信號及,Clocks,第二層，,Ground Plane,第三層，,Power Plane,第四層，,Solder side,，信號及,Clocks,使用六層佈線層及四層平面,層。,第一層，,Component side,，,microstrip,信號佈線,層,第,二層，,Ground,plane,第,三層，,Stripline,佈線,層,第四,層，,Stripline,佈線層,第五,層，,Ground plane,第六,層，,Power plane,第七層，,Stripline,佈線層,第八層，,Stripline,佈線層,第九層，,Ground plane,第十層，,Solder side,，,microstrip,信號佈線層,十層板,曝光製程,乾膜：壓膜曝光顯像蝕刻剝膜,目的,:,將處裡的基板銅面透過,熱壓,方式貼上抗蝕,乾膜,(Dry Film),水溶性乾,膜主要是由於組成成分中含有機酸根，會與強鹼反應變成鹽類，,且可以被水溶掉,壓,膜前,壓,膜後,乾膜,壓膜,乾膜是一種能感光、顯像、抗電鍍、抗蝕刻的阻劑,曝光,(Exposure),目的,:,經過光源的作用，將原始底片的圖像轉移到光底板上,主要原物料：,底片,(,film,),內層用的是負片,，白色透光部份發生光聚合,反應，黑色不透光所以不會發生反應，外層所用的為正片,曝光前,曝光後,負片,:,一般是我們,講,的,tenting,製程,使用,酸性,蝕刻，負片的底片,，,要的線路或銅面部分是透明的,，,黑,/,棕色為不需要的部分,，,在曝光後,，,透明的地方會因為受到乾膜阻劑的作用硬化,，,然後再將沒有硬化的部分去除,(,顯影,),，,於是在蝕刻的製程中，只會咬蝕沒有乾膜的部分,(,銅箔,),(,底片黑色或棕色的部份,),，,剩下的部分去乾膜後即為需要的電路,(,底片透明的部份,),。,正片,:,一般指,pattern,製程,使用,鹼性,蝕刻，正片的底片,，,黑,/,棕色為要的線路或銅面，不要是透明的，在曝光之後,，,透明的地方會因為受到乾膜阻劑的作用硬化,，,然後再將沒有硬化的部分去除,(,顯影,),，然後,做鍍錫鉛,，,將其鍍在已顯影完的電路上,，,然後去膜,，,再用鹼性藥水咬掉沒有錫鉛的部分,(,底片透明的部份,),，,剩下即為所需之電路,(,底片黑色或棕色的部份,),。,顯影,(Developing),目的,:,用鹼液作用將未發生化學反應的乾膜沖掉,主要原物料：,有發生聚合反應的乾膜則留在板面上作為蝕刻時的保護層,顯影前,顯影後,蝕刻,(Etching),目的,:,利用藥液將顯影後露出的銅侵蝕掉，形成內部的線路圖形,主要原物料：,蝕刻前,蝕刻後,剝膜,(Strip),目的,:,利用強鹼將保護銅面的抗侵蝕層剝掉，露出線路圖形,主要原物料：,剝膜,前,剝,膜,後,28,AOI,檢驗,:,全名,為,Automatic,Optical Inspection,，,自動光學檢測,目的：,利用光學反射的原理,將內層電路進入設備處理,，,用設定好的邏輯判斷原則或是資料圖形做,比較,，找出,有缺點的地方,注意事項：,由於,AOI,為光學判讀有其盲點，比如說零件底下的焊錫就無法判斷，目前僅能檢查,零件是否有站立,(,tombstone),或側立、缺件、位移、極性方向、錫橋、空焊等，但無法判斷假焊、,BGA,焊性、電阻值、電容值、電感值等零件品質，所以到目前為止還沒辦法完全取代,ICT,。,流程介绍,:,目的,：,壓合,：,將,銅箔,（,Copper),、,半固化片,（,Prepreg,),與,棕化處理後,的内,層線路,板,壓,合成多,層,板。,鑽孔,：,在板面上鑽出層與層相通的導通孔,。,叠板,壓,合,鑽孔,疊板,:,目的,:,將板子做堆疊，使成待疊多層板的形式,主要生產原料,:,銅箔,、,PP,半,固化片,Layer 1,Layer 2,Layer 3,Layer 4,Layer 5,Layer 6,疊,板,介紹,2L,3L,4L,5L,壓合,:,目的,:,利用熱壓的方式將疊合,板壓,成多層板,主要,生產原料,:,牛皮紙,、,鋼板,鋼板,壓力,牛皮纸,承載盤,熱,板,壓合介紹,目的,:,在板面上鑽出層與層之間,線路連接的導通孔,主要原物料,:,鑽頭,;,蓋,板,;,墊,板,蓋板與墊板,(Entry and Back-up):,墊板,:,是,為了防止針刺透而傷到鑽機檯面之用，是一種必須的,耗材,蓋板,:,主要,目的是為鑽針的定位、散熱、防止上層銅面產生出口性毛頭等,鑽孔,铝,蓋,板,墊,板,鑽頭,墊木板,鋁板,通,孔,(,Plating Through Hole,，,PTH),：,直接用鑽頭或雷射鑽孔做全鑽孔,(,會浪費,PCB,空間,),埋孔,(Buried hole),：,PCB,內部任意電路層的連接但未導通至外層,。,盲孔,(Blind hole),：,將,PCB,的最外層電路與鄰近內層以電鍍孔連接,，,因為,看不到對面，所以稱為盲通。,疊孔,(Via on Via),疊孔,底部要填孔,Via,沒有對正,中間有,包孔,Dimple,小,包孔機率也小,鑽孔管理,1.,準確度,(Acuracy):,指孔位在,X,Y,座標數據的精確性,例如板子正、反面在孔位上的差距，通常也指最上層與最下層同一孔的位置誤差,.,2.,孔壁的品質,(Hole wall quality),3.,生產力,(Productivity):,指每次疊高的片數、,X,Y,及,Z,等方向之移動，換夾鑽針、上下板料、逐段鑽或一次鑽通等總體生產速度,4.,成本,(Cost):,疊板片數或鑽針次數，蓋板及電板的用料、鑽後品檢之執行等等,整,孔,(Hole Conditioning):,除了做清潔作用外，還有把非金屬不導電的孔壁做初步整理與安排，使其更容易牢固受金屬反應,.,黑孔,(Black Hole):,以碳粉,(TONER),對孔壁做導電塗佈,優點：,1.,流程縮短時間,2.,廢水汙染降低,缺點,:,1.,對於小孔的板子較容易破孔，速度要放慢,微,蝕,:,能將板子銅面上的雜質、氧化物、黑碳去除，只留孔內的黑碳膜當導電用,去膠渣,(De-Smear):,smear,形成,原因：鑽孔,時造成的高溫超過,玻璃化轉移,溫度,(,Tg,值,),而,形成融熔狀,產生膠渣,De-smear,之,目的：,裸露,出各層需互連的銅環，另膨松劑,可改善,孔壁結構，增強電鍍銅附著力。,重要,的原物料：,KMnO,4,(,除膠劑,),鍍銅,目的,:,通過化學沉積的方式時表面沉積上厚度為,20-40 micro inch,的化學銅。,鍍錫,目的：保護其下的銅導體,，不致在蝕刻的時候,流失,綠漆三,Class,1.,用於一般消費性電子產品,2.,用於一般工業電子線路，如電腦、通訊設備厚度要在,0.5mil,以上,3.,需長時間操作的設備，厚度要在,1mil,以上,防,焊,:,1.,組裝焊接時，使焊錫只侷限在有錫指定區域,2.,保護板面不受汙染,3.,避免氧化以及焊接短路,切割：將電路板切割成客戶所需要的外型尺寸,計算板材利用率可用,FastERP,PCB,電測方法,專用型,(Dedicated,),泛用,型,(,Universal Grid),飛針,型,(,Flying Probe),電子束,微影系統,(,E-Beam,),導電膠,(,布,),電容式,(,Capacity,),刷測,(,ATG-SCANMAN),飛針,測試原理：,僅僅,需要兩根探針作,x,、,y,、,z,的移動來逐一測試各線路的兩個端點，因此不需要另外制作昂貴的治具。但是由於是端點測試，因此測速極慢，約為,1040 points/sec,，所以較適合樣品及小量產；在測試密度方面，飛針測試可適用於極高密度,板。,OSP,(Organic,Solderability Preservatives,),為有機保焊膜,(,護銅劑,),A.BTA(,苯駢三氯唑)：,BENZOTRIAZOLE,B.AI(,烷基咪唑),ALKYLIMIDAZOLE PREFLUX,C.ABI(,烷基苯咪唑),ALKYLBENZIMIDZOLE,可產生保護膜，防止裸銅迅速氧化。,色呈透明檢測不易，,未大量,使用,。後來推出,GLICOAT,是由,其,衍生而來。,GLICOAT-SMD(E3,),具以下特性：,與助焊劑相容，維持良好焊錫性,可耐高熱銲錫流程,防止銅面氧化,為一種耐濕型護銅劑。能與,銅產生,錯合,物,，,防止銅面氧化，與各類錫膏皆相容，對焊錫性有正面效果。,1.,OSP,透明不易測量，目視亦難以檢查,2,.,若有局部鍍金再作,OSP，,則可能在其操作槽液中所含的銅會沉積於,金上,，對某些產品會形成問題,3.,OSP Rework,必須特別小心,OSP,缺點,處理,Finish,拉力,Min bs,拉力,Avg bs,拉力,Max bs,落差,bs,保焊劑,OSP,384,395,404,20,噴錫,HASL,376,396,410,34,浸銀,Ag,373,389,401,28,浸錫,Sn,350,382,404,54,化鎳浸金,ENIG,267,375,403,136,經拉力試驗所得知強度比較表,Via in Pad,缺點,:,1.head-in-pillow(,枕頭效應,),或,Bubbles,(,焊球內部氣泡,),2.,爆孔,(out-gassing),3.,易短路,枕頭,效應,:,指,BGA,的錫球,(,ball),與,PCB,上,的錫膏分開，,當,PCB,的溫度低於,焊錫的熔點後，錫球與錫膏也各自從的熔融狀態凝結回常態，,BGA,的載板與電路板的翹曲也慢慢的恢復，當錫球與錫膏又再次接觸後，就會形成類似枕頭形狀的虛焊或假焊的焊接。,HDI,（,High Density,Interconnect),傳統,PCB:,機械,鑽孔,易產生龜裂等破壞性問題，雷射則可避免此,問題。,HDI:,通常使用,雷射鑽孔,HDI,板使用增層法,(Build Up),製造，當增層的次數愈多，相對所需技術能力愈高，一般,HDI,板基本上採用一次增層，高階,HDI,板則為二次或二次以上的增層技術，並同時使用電鍍填孔、疊孔、雷射直接打孔等技術。,HDI,定義：,一,、孔徑需小於等於,6mil(1 mil,為,1/1000,吋,),二,、孔環（,Annular Ring or Pad or Land,）的環徑需小於等於,10,mil,三,、接點密度（,Connection,）需大於,130,點,/,平方,吋,四,、佈線密度（,Channel,為,50mil,者）大於,117,吋,/,平方,吋,五,、線寬,/,間距要,3 mil,或,3 mil,以下。,HDI,結構,Any,layer,HDI,與,HDI,之差別,一般,HDI,：由,鑽孔製程中是直接貫穿,PCB,層與層之間的板,層,Any-layer HDI,：以,雷射鑽孔打通層與層之間的連通,，中間,的基材可,省略，使用,銅箔基板，可以讓產品的厚度變得更,輕薄,。,ALIVH,（,Any Layer,Interstitial Via Hole),是指,PCB,的每一層，都可以單獨導通，不會干擾到其他,層一般,的多層,PCB,，是以通孔來做層貫通，而通孔是從板子的正面一路貫穿到反面,。,而他埋孔盲孔的形成則是用雷射，孔徑,2mil,，每秒可燒,100,個孔。,雷射鑽,導電膠壓入,Via,兩層,ALIVH,兩面加銅箔,熱壓合,蝕刻,兩面加銅箔,四,層,ALIVH,熱壓合,蝕刻,六,層,ALIVH,ALIVH,優勢,:,可以在層間任意打孔,(,設計自由度增加,),