《cb设计基础教程》PPT课件.ppt

P.C.B.製製 程程 綜綜 覽覽LONG WIDTHVIOLATIONNICKSPROTRUSIONDISHDOWNFINE OPENSURFACE SHORTWIDE SHORTFINE SHORTSHAVED PADSPACING WIDTHVIOLATIONPINHOLENICKOVERETCHED PADCOPPER SPLASHMISSING PADMissing JunctionMissing Open一一.PCB演變演變 1.1 PCB扮演的角色扮演的角色PCB的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電子電路零件接的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電子電路零件接合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以合的基地，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以PCB在整個電子產品中，在整個電子產品中，扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時，最扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時，最先被質疑往往就是先被質疑往往就是PCB。圖圖1.1是電子構裝層級區分示意。是電子構裝層級區分示意。圖1.1晶圓第0層次第1層次(Module)第2層次(Card)第3層次(Board)第4層次(Gate)1.2 PCB的演變的演變1.早於早於1903年年Mr.Albert Hanson首創利用首創利用“線路線路”(Circuit)觀念應用於電話觀念應用於電話 交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上 ，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今PCB的機構雛型。的機構雛型。見圖見圖1.2 2.至至1936年，年，Dr Paul Eisner真正發明了真正發明了PCB的製作技術，也發表多項專利的製作技術，也發表多項專利 。而今日之而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術，就是沿襲其發明的技術，就是沿襲其發明 而來的。而來的。圖1.21.3 PCB種類及製法種類及製法在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子產品及其特殊需求。在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子產品及其特殊需求。以下就歸納一些通用的區別辦法以下就歸納一些通用的區別辦法,來簡單介紹來簡單介紹PCB的分類以及它的製造方法。的分類以及它的製造方法。1.3.1 PCB種類種類A.以材質分以材質分 a.有機材質有機材質 酚醛樹脂、玻璃纖維酚醛樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、環氧樹脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。等皆屬之。b.無機材質無機材質 鋁、鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能等皆屬之。主要取其散熱功能 B.以成品軟硬區分以成品軟硬區分 a.硬板硬板 Rigid PCB b.軟板軟板 Flexible PCB 見圖見圖1.3 c.軟硬板軟硬板 Rigid-Flex PCB 見圖見圖1.4 C.以結構分以結構分 a.單面板單面板 見圖見圖1.5 b.雙面板雙面板 見圖見圖1.6 c.多層板多層板 見圖見圖1.7 圖1.3圖1.4圖1.5圖1.6圖1.7圖1.8D.依用途分：依用途分：通信通信/耗用性電子耗用性電子/軍用軍用/電腦電腦/半導體半導體/電測板電測板,見圖見圖1.8 BGA.另有一種射出成型的立體另有一種射出成型的立體PCB，因使用少，不在此介紹。因使用少，不在此介紹。1.3.2製造方法介紹製造方法介紹A.減除法減除法，其流程見圖，其流程見圖1.9 B.加成法加成法，又可分半加成與全加成法，又可分半加成與全加成法，見圖見圖1.10 1.11C.尚有其它尚有其它因應因應IC封裝的變革延伸而出的一些先進製程，本光碟僅提及但不封裝的變革延伸而出的一些先進製程，本光碟僅提及但不詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度尚不夠。本光碟以傳統負詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度尚不夠。本光碟以傳統負片多層板的製程為主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來探片多層板的製程為主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來探討未來的討未來的PCB走勢。走勢。圖圖 1.9減除法減除法銅箔基板鑽 孔化銅+鍍銅影像轉移蝕 刻防 焊圖圖 1.11銅箔基板鑽 孔化銅+鍍銅影像轉移蝕 刻鍍銅,錫鉛防 焊圖圖 1.10全加成法全加成法樹脂積層板(不含銅箔)鑽 孔樹脂表面活化印阻劑(抗鍍也抗焊)化學銅析鍍防 焊半加成法半加成法二二.製前準備製前準備2.1.前言前言台灣台灣PCB產業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空板產業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空板（Bare Board）而已，不像美國，很多而已，不像美國，很多PCB Shop是包括了線路設計，空板是包括了線路設計，空板製作以及裝配製作以及裝配(Assembly)的的Turn-Key業務。以前，只要客戶提供的原始資業務。以前，只要客戶提供的原始資料如料如Drawing,Artwork,Specification，再以手動翻片、排版、打帶等作業，再以手動翻片、排版、打帶等作業，即可進行製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，即可進行製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，PCB的製造面臨了幾個的製造面臨了幾個挑戰挑戰:（1）薄板（）薄板（2）高密度（）高密度（3）高性能（）高性能（4）高速）高速(5)產品週期縮短（產品週期縮短（6）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做為製前工具，現在己被電降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做為製前工具，現在己被電腦、工作軟體及鐳射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要腦、工作軟體及鐳射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要Micro-Modifier來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可以依設工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可以依設計規則或計規則或DFM(Design For Manufacturing)自動排版並變化不同的生產條件。自動排版並變化不同的生產條件。同時可以同時可以output如鑽孔、成型、測試治具等資料。如鑽孔、成型、測試治具等資料。2.2.相關名詞的定義與解說相關名詞的定義與解說 A Gerber file這是一個從這是一個從PCB CAD軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。1960年代一家名年代一家名叫叫Gerber Scientific（現在叫現在叫Gerber System）專業做繪圖機的美國公司所發展專業做繪圖機的美國公司所發展出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有CAD系統的發展，系統的發展，也都依此格式作其也都依此格式作其Output Data，直接輸入繪圖機就可繪出直接輸入繪圖機就可繪出Drawing或或Film，因因此此Gerber Format成了電子業界的公認標準。成了電子業界的公認標準。B.RS-274D是是Gerber Format的正式名稱，正確稱呼是的正式名稱，正確稱呼是EIA STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association)主要兩大組成：主要兩大組成：1.Function Code：如如G codes,D codes,M codes 等。等。2.Coordinate data：定義圖像定義圖像(Imaging）C.RS-274X 是是RS-274D的延伸版本，除的延伸版本，除RS-274D之之Code 以外，包括以外，包括RS-274X Parameters，或稱整個或稱整個extended Gerber format它以兩個字母為組合，定義了它以兩個字母為組合，定義了繪圖過程的一些特性。繪圖過程的一些特性。D.IPC-350 IPC-350是是IPC發展出來的一套發展出來的一套neutral format,可以很容易由可以很容易由PCB CAD/CAM產生產生,然後依此系統然後依此系統,PCB SHOP再產生再產生NC Drill Program,Netlist,並可並可直接輸入直接輸入Laser Plotter繪製底片繪製底片.E.Laser Plotter 見見圖圖2.1,輸入輸入Gerber format或或IPC-350 format以繪製以繪製Artwork F.Aperture List and D-Codes 見見表表 2.1 及及圖圖2.2,舉一簡單實例來說明兩者關係舉一簡單實例來說明兩者關係,Aperture的定義亦見的定義亦見 圖圖2.1 圖2.2圖2.1表表 2.1Gerber 資料資料 代表意義代表意義X002Y002D02*移至移至(0.2,0.2),快門開關快門開關D11*選擇選擇Aperture 2D03*閃現所選擇閃現所選擇Aperture D10*選擇選擇Aperture 1X002Y0084D01*移至移至(0.2,0.84),快門開關快門開關D11*選擇選擇Aperture 2D03*閃現所選擇閃現所選擇ApertureD10*選擇選擇Aperture 1X0104Y0084D01*移至移至(1.04,0.84),快門開關快門開關D11*選擇選擇Aperture 2D03*閃現所選擇閃現所選擇ApertureD12*選擇選擇Aperture 3X0104Y0048D02*移至移至(1.04,0.48),快門開關快門開關D03*閃現所選擇閃現所選擇ApertureX0064Y0048D02*移至移至(0.64,0.48),快門開關快門開關D03*閃現所選擇閃現所選擇Aperture2.3.製前設計流程製前設計流程：2.3.1客戶必須提供的資料：客戶必須提供的資料：電子廠或裝配工廠，委託電子廠或裝配工廠，委託PCB SHOP生產空板（生產空板（Bare Board）時，必須提時，必須提供下列資料以供製作。供下列資料以供製作。見表見表料號資料表料號資料表-供製前設計使用供製前設計使用.上表資料是必備項目，有時客戶會提供一片樣品上表資料是必備項目，有時客戶會提供一片樣品,一份零件圖，一份保證書一份零件圖，一份保證書（保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料，（保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。2.3.2.資料審查資料審查面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程序與重點面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程序與重點 ，如下所述。，如下所述。A.審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製 程能力檢查表程能力檢查表.料料 號號 資資 料料 表表項 目 內 容 格 式1.料號資料(Part Number)包含此料號的版別,更改歷史,日期以及發行資訊.和Drawing一起或另有一Text檔.2.工程圖(Drawing)A.料號工程圖:包括一些特殊需求,如原物料需求,特性阻抗控 制,防焊,文字種類,顏色,尺寸容差,層次等.HPGL 及 Post Script.B.鑽孔圖:此圖通常標示孔位及孔號.HPGL 及 Post Script.HPGL 及 Post Script.HPGL 及 Post Script.C.連片工程圖:包含每一小片的位置,尺寸,折斷邊,工具孔相關 規格,特殊符號以及特定製作流程和容差.D.疊合結構圖:包含各導體層,絕緣層厚度,阻抗要求,總厚度等.3.底片資料(Artwork Data)A:線路層 B:防焊層 C:文字層Gerber(RS-274)4.Aperture List定義:各種pad的形狀,一些特別的如thermal pad並須特別定義construction方法.Text file文字檔5.鑽孔資料Excellon Format定義:A:孔位置,B:孔號,C:PTH&NPTH D:盲孔或埋孔層6.鑽孔工具檔定義:A:孔徑,B:電鍍狀態,C:盲埋孔 D:檔名Text file文字檔7.Netlist資料定義線路的連通IPC-356 or 其它從CAD輸出之各種 格式8.製作規範1.指明依據之國際規格,如IPC,MIL2.客戶自己PCB進料規範3.特殊產品必須meet的規格如PCMCIAText file文字檔B.原物料需求（原物料需求（BOM-Bill of Material）根據上述資料審查分析後，由根據上述資料審查分析後，由BOM的展開，來決定原物料的廠牌、種類及的展開，來決定原物料的廠牌、種類及 規格。主要的原物料包括了：基板（規格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、）、膠片（膠片（Prepreg）、）、銅銅 箔（箔（Copper foil）、）、防焊油墨（防焊油墨（Solder Mask）、）、文字油墨（文字油墨（Legend）等等 。另外客戶對於。另外客戶對於Finish的規定的規定,將影響流程的選擇將影響流程的選擇,當然會有不同的物料需當然會有不同的物料需 求與規格，例如：軟、硬金、噴鍚、求與規格，例如：軟、硬金、噴鍚、OSP等。等。表歸納客戶規範中，可能影響原物料選擇的因素。表歸納客戶規範中，可能影響原物料選擇的因素。C.上述乃屬新資料的審查上述乃屬新資料的審查,審查完畢進行樣品的製作審查完畢進行樣品的製作.若是舊資料若是舊資料,則須則須 Check有無戶有無戶ECO(Engineering Change Order),然後再進行審查然後再進行審查.D.排版排版排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（排版排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（排版 最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不良率。最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不良率。有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本增加很多增加很多.下列是一些考慮的方向：下列是一些考慮的方向：一般製作成本，一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本直、間接原物料約佔總成本3060%，包含了基板、膠片、包含了基板、膠片、銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛），化學耗品等。而這些原銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛），化學耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部份電子廠做線路物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部份電子廠做線路Layout時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，PCB工廠之製前工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工作的尺寸能在排版成工作PANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。a.基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去。基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去。b.銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免的尺寸須搭配良好，以免浪浪 費。費。c.連片時連片時,piece間最小尺寸間最小尺寸,以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。d.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.e.不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一樣。其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一樣。較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多,而且設備製程而且設備製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要的。要的。2.3.3 著手設計著手設計 所有資料檢核齊全後，開始分工設計：所有資料檢核齊全後，開始分工設計：A.流程的決定流程的決定(Flow Chart)由資料審查的分析確認後，設計工程師就要決由資料審查的分析確認後，設計工程師就要決定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分:內層製作和外內層製作和外層製作層製作.以下圖示幾種代表性流程供參考以下圖示幾種代表性流程供參考.見見圖圖2.3 與與 圖圖2.4 圖2.3圖2.4多層盲/埋孔製程B.CAD/CAM作業作業 a.將將Gerber Data 輸入所使用的輸入所使用的CAM系統，此時須將系統，此時須將apertures和和shapes定義好。目前，己有很多定義好。目前，己有很多PCB CAM系統可接受系統可接受IPC-350的格式。部份的格式。部份CAM系統系統可產生外型可產生外型NC Routing 檔，不過一般檔，不過一般PCB Layout設計軟體並不會產生此檔。設計軟體並不會產生此檔。有部份專業軟體或獨立或配合有部份專業軟體或獨立或配合NC Router,可設定參數直接輸出程式可設定參數直接輸出程式.Shapes 種類有圓、正方、長方種類有圓、正方、長方,亦有較複雜形狀，如內層之亦有較複雜形狀，如內層之thermal pad等。著手設計時，等。著手設計時，Aperture code和和shapes的關連要先定義清楚，否則無法進的關連要先定義清楚，否則無法進行後面一系列的設計。行後面一系列的設計。b.設計時的設計時的Check list 依據依據check list審查後，當可知道該製作料號可能的良率以及成本的審查後，當可知道該製作料號可能的良率以及成本的 預估。預估。c.Working Panel排版注意事項：排版注意事項：PCB Layout工程師在設計時，為協助提醒或注意某些事項，會做一些工程師在設計時，為協助提醒或注意某些事項，會做一些 輔助的記號做參考，所以必須在進入排版前，將之去除。下表列舉數輔助的記號做參考，所以必須在進入排版前，將之去除。下表列舉數 個項目，及其影響。個項目，及其影響。排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（排版最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不排版最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不 良率。良率。有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本增有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本增加很多加很多.下列是一些考慮的方向：下列是一些考慮的方向：一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本3060%，包含了基板、膠片、，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛、金），化學耗品等。而這銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛、金），化學耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部份電子廠做線路些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部份電子廠做線路Layout時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，PCB工廠工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工的尺寸能在排版成工作作PANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。1.基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。2.銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好的尺寸須搭配良好,以免浪費以免浪費 。3.連片時，連片時，piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。4.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.5.不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一 樣。樣。較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多,而且設備而且設備 製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是 相當重要的。相當重要的。進行進行working Panel的排版過程中，尚須考慮下列事項，以使製程的排版過程中，尚須考慮下列事項，以使製程 順暢，表排版注意事項順暢，表排版注意事項。d.底片與程式：底片與程式：底片底片Artwork 在在CAM系統編輯排版完成後，配合系統編輯排版完成後，配合D-Code檔案，而由雷檔案，而由雷射繪圖機（射繪圖機（Laser Plotter）繪出底片。所須繪製的底片有內外層之線路，外繪出底片。所須繪製的底片有內外層之線路，外層之防焊，以及文字底片。層之防焊，以及文字底片。由於線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺寸控制，是由於線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺寸控制，是目前很多目前很多PCB廠的一大課題。廠的一大課題。表是傳統底片與玻璃底片的比較表表是傳統底片與玻璃底片的比較表。玻璃底片使。玻璃底片使用比例已有提高趨勢。而底片製造商亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定用比例已有提高趨勢。而底片製造商亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如乾式做法的鉍金屬底片性更好。例如乾式做法的鉍金屬底片.傳統工作底片 玻璃底片尺寸安定性 最易受溫度和相對濕度影響 幾乎不受相對濕度影響,且溫度 效應為傳統底片的一半耐用性 基材易起皺紋且對位孔易磨損 易破碎,但不易起皺紋操作/儲存/運送 較輕且具柔軟性容易運送及儲存 較重,需小心防碎,要注意儲存 運送空間,並助注意其重量適用於一般的曝光 適用於所有曝光設備 需調整設備或特殊設備繪圖機 適用於一般自動化處理機 碟式或特殊平板處理機價格 便宜 貴一般在保存以及使用傳統底片應注意事項如下：一般在保存以及使用傳統底片應注意事項如下：1.環境的溫度與相對溫度的控制環境的溫度與相對溫度的控制 2.全新底片取出使用的前置適應時間全新底片取出使用的前置適應時間3.取用、傳遞以及保存方式取用、傳遞以及保存方式 4.置放或操作區域的清潔度置放或操作區域的清潔度 程式程式 含一含一,二次孔鑽孔程式，以及外形二次孔鑽孔程式，以及外形Routing程式其中程式其中NC Routing程式一般須程式一般須 另行處理另行處理 e.DFMDesign for manufacturing.PCB lay-out 工程師大半不太了解，工程師大半不太了解，PCB製作流程以及各製程需要注意的事項，所以在製作流程以及各製程需要注意的事項，所以在Lay-out線路時，僅線路時，僅 考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。PCB製前設計工程師因此製前設計工程師因此 必須從生產力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線必須從生產力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線PAD修正修正 淚滴狀，見淚滴狀，見圖圖2.5,為的是製程中為的是製程中PAD一孔對位不準時，尚能維持最小一孔對位不準時，尚能維持最小 的墊環寬度。的墊環寬度。圖2.5 但是製前工程師的修正，有時卻會影響客戶產品的特性甚或性能，所以不得不但是製前工程師的修正，有時卻會影響客戶產品的特性甚或性能，所以不得不謹慎。謹慎。PCB廠必須有一套針對廠內製程上的特性而編輯的規範除了改善產品良率廠必須有一套針對廠內製程上的特性而編輯的規範除了改善產品良率以及提昇生產力外，也可做為和以及提昇生產力外，也可做為和PCB線路線路Lay-out人員的溝通語言，見人員的溝通語言，見圖圖2.6.C.Tooling 指指AOI與電測與電測Netlist檔檔.AOI由由CAD reference檔產生檔產生AOI系統可接受的資料、系統可接受的資料、且含容差，而電測且含容差，而電測Net list檔則用來製作電測治具檔則用來製作電測治具Fixture。2.4 結語結語頗多公司對於製前設計的工作重視的程度不若製程頗多公司對於製前設計的工作重視的程度不若製程,這個觀念一定要改這個觀念一定要改,因為因為隨著電子產品的演變隨著電子產品的演變,PCB製作的技術層次愈困難製作的技術層次愈困難,也愈須要和上游客戶做最密切也愈須要和上游客戶做最密切的溝通的溝通,現在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的產品沒有問題現在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的產品沒有問題,產品的使產品的使用環境用環境,材料的物材料的物,化性化性,線路線路Lay-out的電性的電性,PCB的信賴性等的信賴性等,都會影響產品的功能都會影響產品的功能發揮發揮.所以不管軟體所以不管軟體,硬體硬體,功能設計上都有很好的進展功能設計上都有很好的進展,人的觀念也要有所突破才人的觀念也要有所突破才行行.圖2.6三三.基板基板印刷電路板是以銅箔基板（印刷電路板是以銅箔基板（Copper-clad Laminate 簡稱簡稱CCL）做為原料而做為原料而製造的電器或電子的重要機構元件製造的電器或電子的重要機構元件,故從事電路板之上下游業者必須對基板有故從事電路板之上下游業者必須對基板有所瞭解所瞭解:有那些種類的基板有那些種類的基板,它們是如何製造出來的它們是如何製造出來的,使用於何種產品使用於何種產品,它們各有它們各有那些優劣點那些優劣點,如此才能選擇適當的基板如此才能選擇適當的基板.表表3.1簡單列出不同基板的適用場合簡單列出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、航太設備表一表一、PCB種類及應用領域種類及應用領域 基板工業是一種材料的基礎工業，是由介電層（樹脂基板工業是一種材料的基礎工業，是由介電層（樹脂 Resin，玻璃纖維玻璃纖維 Glass fiber)，及高純度的導體及高純度的導體(銅箔銅箔 Copper foil)二者所構成的複合材料二者所構成的複合材料（Composite material），），其所牽涉的理論及實務不輸於電路板本身的製作。其所牽涉的理論及實務不輸於電路板本身的製作。以下即針對這二個主要組成做深入淺出的探討以下即針對這二個主要組成做深入淺出的探討.3.1介電層介電層 3.1.1樹脂樹脂 Resin 3.1.1.1前言前言 目前已使用於線路板之樹脂類別很多目前已使用於線路板之樹脂類別很多,如酚醛樹脂（如酚醛樹脂（Phenolic）、）、環氧環氧樹脂（樹脂（Epoxy）、）、聚亞醯胺樹脂（聚亞醯胺樹脂（Polyimide）、）、聚四氟乙烯聚四氟乙烯（Polytetrafluorethylene，簡稱簡稱PTFE或稱或稱TEFLON），），B一三氮一三氮 樹脂樹脂（Bismaleimide Triazine 簡稱簡稱 BT）等皆為熱固型的樹脂（等皆為熱固型的樹脂（Thermosetted Plastic Resin）。）。3.1.1.2 酚醛樹脂酚醛樹脂 Phenolic Resin 是人類最早開發成功而又商業化的聚合物。是由液態的酚（是人類最早開發成功而又商業化的聚合物。是由液態的酚（phenol）及液態的甲醛（及液態的甲醛（Formaldehyde 俗稱俗稱 Formalin）兩種便宜的化學品，在酸兩種便宜的化學品，在酸性或鹼性的催化條件下發生立體架橋（性或鹼性的催化條件下發生立體架橋（Cross linkage）的連續反應而硬化的連續反應而硬化成為固態的合成材料。其反應化學式見成為固態的合成材料。其反應化學式見圖圖3.1 1910 年有一家叫年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布纖維而做成一種堅硬強固，公司加入帆布纖維而做成一種堅硬強固，絕緣性又好的材料稱為絕緣性又好的材料稱為 Bakelite，俗名為電木板或尿素板。俗名為電木板或尿素板。美國電子製造業協會美國電子製造業協會(NEMA-National Electrical Manufacturers Association)將不同的組合冠以不同的編號代字而為業者所廣用將不同的組合冠以不同的編號代字而為業者所廣用,現將酚醛現將酚醛樹脂之各產品代字列表，如表樹脂之各產品代字列表，如表 NEMA 對於酚醛樹脂板的分類及代碼對於酚醛樹脂板的分類及代碼表中紙質基板代字的第一個表中紙質基板代字的第一個 X 是表示機械性用途，第二個是表示機械性用途，第二個 X 是表是表示可用電性用途。第三個示可用電性用途。第三個 X 是表示可用有無線電波及高濕度的場所。是表示可用有無線電波及高濕度的場所。P 表示需要加熱才能沖板子（表示需要加熱才能沖板子（Punchable），），否則材料會破裂，否則材料會破裂，C 表示表示可以冷沖加工（可以冷沖加工（cold punchable），），FR 表示樹脂中加有不易著火的物質表示樹脂中加有不易著火的物質使基板有難燃使基板有難燃(Flame Retardant)或抗燃或抗燃(Flame resistance)性。性。圖3.1 紙質板中最暢銷的是紙質板中最暢銷的是XXXPC及及FR-2前者在溫度前者在溫度25 以上以上,厚度在厚度在.062in以下就可以沖製成型很方便，後者的組合與前完全相同，只是在以下就可以沖製成型很方便，後者的組合與前完全相同，只是在樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。以下介紹幾個較常使用紙質基板樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。以下介紹幾個較常使用紙質基板及其特殊用途及其特殊用途:A 常使用紙質基板常使用紙質基板 a.XPC Grade：通常應用在低電壓、低電流不會引起火源的消費性電通常應用在低電壓、低電流不會引起火源的消費性電 子產品，子產品，如玩具、手提收音機、電話機、計算機、遙控器及如玩具、手提收音機、電話機、計算機、遙控器及 鐘錶等等。鐘錶等等。UL94對對XPC Grade 要求只須達到要求只須達到HB難燃等級即可。難燃等級即可。b.FR-1 Grade：電氣性、難燃性優於電氣性、難燃性優於XPC Grade，廣泛使用於電流及廣泛使用於電流及 電壓比電壓比XPC Grade稍高的電器用品，如彩色電視機、監視器、稍高的電器用品，如彩色電視機、監視器、VTR 、家庭音響、洗衣機及吸塵器等等。家庭音響、洗衣機及吸塵器等等。UL94要求要求FR-1難燃性有難燃性有V-0、V-1與與V-2不同等級，不過由於三種等級板材價位差異不大，而且不同等級，不過由於三種等級板材價位差異不大，而且 考慮安全起見，目前電器界幾乎全採用考慮安全起見，目前電器界幾乎全採用V-0級板材。級板材。c.FR-2 Grade：在與在與FR-1比較下，除電氣性能要求稍高外，其他物比較下，除電氣性能要求稍高外，其他物 性並沒有特別之處，近年來在紙質基板業者努力研究改進性並沒有特別之處，近年來在紙質基板業者努力研究改進FR-1技技 術，術，FR-1與與FR-2的性質界線已漸模糊的性質界線已漸模糊,FR-2等級板材在不久將來可等級板材在不久將來可 能會在偏高價格因素下被能會在偏高價格因素下被FR-1 所取代。所取代。B.其他特殊用途：其他特殊用途：a.銅鍍通孔用紙質基板銅鍍通孔用紙質基板 主要目的是計劃取代部份物性要求並不高的主要目的是計劃取代部份物性要求並不高的FR-4板材，以便降低板材，以便降低 PCB的成本的成本.b.銀貫孔用紙質基板銀貫孔用紙質基板 時下最流行取代部份物性要求並不很高的時下最流行取代部份物性要求並不很高的FR-4作通孔板材，就是銀作通孔板材，就是銀 貫孔用紙質基板印刷電路板兩面線路的導通，可直接借由印刷方貫孔用紙質基板印刷電路板兩面線路的導通，可直接借由印刷方 式將銀膠式將銀膠(Silver Paste)塗佈於孔壁上，經由高溫硬化，即成為塗佈於孔壁上，經由高溫硬化，即成為 導通體，不像一般導通體，不像一般FR-4板材的銅鍍通孔，需經由活化、化學銅、板材的銅鍍通孔，需經由活化、化學銅、電鍍銅、錫鉛等繁雜手續。電鍍銅、錫鉛等繁雜手續。b-1 基板材質基板材質 1)尺寸安定性：尺寸安定性：除要留意除要留意X、Y軸軸(纖維方向與橫方向纖維方向與橫方向)外，更要注意外，更要注意Z軸軸(板材厚度板材厚度 方向方向)，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導體的斷裂。，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導體的斷裂。2)電氣與吸水性：許多絕緣體在吸濕狀態下，降低了絕緣性，以電氣與吸水性：許多絕緣體在吸濕狀態下，降低了絕緣性，以 致提供金屬在電位差趨動力下發生移行的現象，致提供金屬在電位差趨動力下發生移行的現象，FR-4在尺寸安在尺寸安 性、電氣性與吸水性方面都比性、電氣性與吸水性方面都比FR-1及及XPC佳，所以生產銀貫孔印佳，所以生產銀貫孔印 刷電路板時，要選用特製刷電路板時，要選用特製FR-1及及XPC的紙質基板的紙質基板.板材。板材。b.-2 導體材質導體材質 1)導體材質銀及碳墨貫孔印刷電路的導電方式是利用銀及石墨微導體材質銀及碳墨貫孔印刷電路的導電方式是利用銀及石墨微 粒鑲嵌在聚合體內，藉由微粒的接觸來導電，而銅鍍通孔印刷粒鑲嵌在聚合體內，藉由微粒的接觸來導電，而銅鍍通孔印刷 電路板，則是借由銅本身是連貫的結晶體而產生非常順暢的導電路板，則是借由銅本身是連貫的結晶體而產生非常順暢的導 電性。電性。2)延展性：延展性：銅鍍通孔上的銅是一種連續性的結晶體，有非常良好的延展性，銅鍍通孔上的銅是一種連續性的結晶體，有非常良好的延展性，不會像銀、碳墨膠在熱脹冷縮時，容易發生界面的分離而降低導不會像銀、碳墨膠在熱脹冷縮時，容易發生界面的分離而降低導 電度。電度。3)移行性：移行性：銀、銅都是金屬材質，容易發性氧化、還原作用造成銹化及移行銀、銅都是金屬材質，容易發性氧化、還原作用造成銹化及移行 現象，因電位差的不同，銀比銅在電位差趨動力下容易發生銀遷現象，因電位差的不同，銀比銅在電位差趨動力下容易發生銀遷 移移(Silver Migration)。c.碳墨貫孔碳墨貫孔(Carbon Through Hole)用紙質基板用紙質基板.碳墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性，石