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PCB制造步骤及说明一. PCB演变 1.1 PCB饰演角色PCB功效为提供完成第一层级构装组件和其它必需电子电路零件接 合基地，以组成一个具特定功效模块或成品。所以PCB在整个电子产 品中，饰演了整合连结总其成全部功效角色，也所以时常电子产品功效故 障时，最先被质疑往往就是PCB。图1.1是电子构装层级区分示意。1.2 PCB演变1.早于19Mr. Albert Hanson首创利用线路(Circuit)观念应用于电话交换机系统。它是用金属箔给予切割成线路导体，将之黏着于石蜡纸上，上面一样贴上一层石蜡纸，成了现今PCB机构雏型。见图1.2 2. 至1936年，Dr Paul Eisner真正发明了PCB制作技术，也发表多项专利。现在日之print-etch (photo image transfer)技术，就是沿袭其发明而来。 1.3 PCB种类及制法在材料、层次、制程上多样化以适 合 不一样电子产品及其特殊需求。 以下就归纳部分通用区分措施，来简单介绍PCB分类和它制造方 法。 1.3.1 PCB种类A. 以材质分 a. 有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyamide、BT/Epoxy等皆属之。 b. 无机材质 铝、Copper Inver-copper、ceramic等皆属之。关键取其散热功效 B. 以成品软硬区分 a. 硬板 Rigid PCB b.软板 Flexible PCB 见图1.3 c.软硬板 Rigid-Flex PCB 见图1.4 C. 以结构分 a.单面板 见图1.5 b.双面板 见图1.6 c.多层板 见图1.7 D. 依用途分：通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板,见图1.8 BGA. 另有一个射出成型立体PCB，因使用少，不在此介绍。1.3.2制造方法介绍A. 减除法，其步骤见图1.9 B. 加成法，又可分半加成和全加成法，见图1.10 1.11C. 还有其它因应IC封装变革延伸而出部分优异制程，本光盘仅提及但不详加介绍，因有很多尚属机密也不易取得，或成熟度尚不够。 本光盘以传统负片多层板制程为主轴，深入浅出介绍各个制程，再辅以优异技术观念来探讨未来PCB走势。二.制前准备2.1.序言台湾PCB产业属性，几乎是以，也就是受用户委托制作空板（Bare Board）而已，不像美国，很多PCB Shop是包含了线路设计，空板制作和装配(Assembly)Turn-Key业务。以前，只要用户提供原始数据如Drawing, Artwork, Specification，再以手动翻片、排版、打带等作业，即可进行制作，但多年因为电子产品日趋轻薄短小，PCB制造面临了多个挑战:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速 ( 5 ) 产品周期缩短（6）降低成本等。以往以灯桌、笔刀、贴图及摄影机做为制前工具，现在己被计算机、工作软件及激光绘图机所替换。过去，以手工排版，或还需要Micro-Modifier来修正尺寸等费时耗工作业，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人员取得用户设计资料，可能几小时内，就能够依设计规则或DFM(Design For Manufacturing)自动排版并改变不一样生产条件。同时能够output 如钻孔、成型、测试治具等资料。2.2.相关名词定义和讲解 A Gerber file这是一个从PCB CAD软件输出数据文件做为光绘图语言。1960年代一家名叫Gerber Scientific（现在叫Gerber System）专业做绘图机美国企业所发展出格式，尔后二十年，行销于世界四十多个国家。几乎全部CAD系统发展，也全部依此格式作其Output Data，直接输入绘图机就可绘出Drawing或Film，所以Gerber Format成了电子业界公认标准。B. RS-274D是Gerber Format正式名称，正确称呼是EIA STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association)关键两大组成：1.Function Code：如G codes, D codes, M codes 等。2.Coordinate data：定义图像（imaging） C. RS-274X 是RS-274D延伸版本，除RS-274D之Code 以外，包含RS-274X Parameters，或称整个extended Gerber format它以两个字母为组合，定义了绘图过程部分特征。 D. IPC-350 IPC-350是IPC发展出来一套neutral format,能够很轻易由PCB CAD/CAM产生,然后依此系统,PCB SHOP 再产生NC Drill Program,Netlist,并可直接输入Laser Plotter绘制底片. E. Laser Plotter 见图2.1,输入Gerber format或IPC 350 format以绘制Artwork F. Aperture List and D-Codes 见表 2.1 及图2.2,举一简单实例来说明二者关系, Aperture定义亦见图2.1 2.3.制前设计步骤： 2.3.1用户必需提供数据：电子厂或装配工厂，委托PCB SHOP生产空板（Bare Board）时，必需提供下列数据以供制作。见表料号数据表-供制前设计使用. 上表数据是必备项目，有时用户会提供一片样品, 一份零件图，一份确保书（确保制程中使用之原物料、耗料等不含一些有毒物质）等。这些额外数据，厂商须自行判定其关键性，以免误了商机。2.3.2 .资料审查面对这么多数据，制前设计工程师接下来所要进行工作程序和关键，以下所述。A. 审查用户产品规格，是否厂内制程能力可及，审查项目见承接料号制程能力检验表.B.原物料需求（BOM-Bill of Material）依据上述资料审查分析后，由BOM展开，来决定原物料厂牌、种类及规格。关键原物料包含了：基板（Laminate）、胶片（Prepreg）、铜箔（Copper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等。另外用户对于Finish要求,将影响步骤选择,当然会有不一样物料需求和规格，比如：软、硬金、喷钖、OSP等。 表归纳用户规范中，可能影响原物料选择原因。 C. 上述乃属新数据审查, 审查完成进行样品制作.若是旧资料,则须Check有没有户ECO (Engineering Change Order) .再进行审查. D.排版排版尺寸选择将影响该料号赢利率。因为基板是关键原料成本（排版最好化，可降低板材浪费）；而合适排版可提升生产力并降低不良率。有些工厂认为固定一些工作尺寸能够符合最大生产力，但原物料成本增加很多.下列是部分考虑方向：通常制作成本，直、间接原物料约占总成本3060%，包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、钖、铅），化学耗品等。而这些原物料耗用，直接和排版尺寸合适是否相关系。大部份电子厂做线路Layout时，会做连片设计，以使装配时能有最高生产力。所以，PCB工厂之制前设计人员，应和用户亲密沟通，以使连片Layout尺寸能在排版成工作PANEL时可有最好利用率。要计算最合适排版，须考虑以下多个原因。a.基材裁切最少刀数和最大使用率（裁切方法和磨边处理须考虑进去）。b.铜箔、胶片和干膜使用尺寸和工作PANEL尺寸须搭配良好，以免浪费。c.连片时，piece间最小尺寸，和板边留做工具或对位系统最小尺寸。d.各制程可能最大尺寸限制或有效工作区尺寸.e.不一样产品结构有不一样制作步骤，及不一样排版限制，比如，金手指板，其排版间距须较大且有方向考量，其测试治具或测试次序要求也不一样。 较大工作尺寸，能够符合较大生产力，但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升，怎样取得一个平衡点，设计准则和工程师经验是相当关键。2.3.3 着手设计 全部数据检核齐全后，开始分工设计：A. 步骤决定(Flow Chart) 由数据审查分析确定后，设计工程师就要决定最适切步骤步骤。 传统多层板制作步骤可分作两个部分:内层制作和外层制作.以下图标多个代 表性步骤供参考.见图2.3 和 图2.4 B. CAD/CAM作业 a. 将Gerber Data 输入所使用CAM系统，此时须将apertures和shapes定义好。现在，己有很多PCB CAM系统可接收IPC-350格式。部份CAM系统可产生外型NC Routing 档，不过通常PCB Layout设计软件并不会产生此文件。 有部份专业软件或独立或配合NC Router,可设定参数直接输出程序. Shapes 种类有圆、正方、长方,亦有较复杂形状，如内层之thermal pad等。着手设计时，Aperture code和shapes关连要先定义清楚，不然无法进行后面一系列设计。b. 设计时Check list 依据check list审查后，当可知道该制作料号可能良率和成本预估。c. Working Panel排版注意事项： PCB Layout工程师在设计时，为帮助提醒或注意一些事项，会做部分辅助记号做参考，所以必需在进入排版前，将之去除。下表列举数个项目，及其影响。 排版尺寸选择将影响该料号赢利率。因为基板是关键原料成本（排版最好化，可降低板材浪费）；而合适排版可提升生产力并降低不良率。有些工厂认为固定一些工作尺寸能够符合最大生产力，但原物料成本增加很多.下列是部分考虑方向：通常制作成本，直、间接原物料约占总成本3060%，包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干膜、钻头、重金属（铜、钖、铅、金），化学耗品等。而这些原物料耗用，直接和排版尺寸合适是否相关系。大部份电子厂做线路Layout时，会做连片设计，以使装配时能有最高生产力。所以，PCB工厂之制前设计人员，应和用户亲密沟通，以使连片Layout尺寸能在排版成工作PANEL时可有最好利用率。要计算最合适排版，须考虑以下多个原因。1.基材裁切最少刀数和最大使用率（裁切方法和磨边处理须考虑进去）。2.铜箔、胶片和干膜使用尺寸和工作PANEL尺寸须搭配良好，以免浪费。3.连片时，piece间最小尺寸，和板边留做工具或对位系统最小尺寸。4.各制程可能最大尺寸限制或有效工作区尺寸. 5不一样产品结构有不一样制作步骤，及不一样排版限制，比如，金手指板，其排版间距须较大且有方向考量，其测试治具或测试次序要求也不一样。 较大工作尺寸，能够符合较大生产力，但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升，怎样取得一个平衡点，设计准则和工程师经验是相当关键。进行working Panel排版过程中，尚须考虑下列事项，以使制程顺畅，表排版注意事项 。d. 底片和程序：底片Artwork 在CAM系统编辑排版完成后，配合D-Code档案，而由雷射绘图机（Laser Plotter）绘出底片。所须绘制底片有内外层之线路，外层之防焊，和文字底片。因为线路密度愈来愈高，容差要求越来越严谨，所以底片尺寸控制，是现在很多PCB厂一大课题。表是传统底片和玻璃底片比较表。玻璃底片使用百分比已经有提升趋势。而底片制造商亦主动研究替换材料，以使尺寸之安定性愈加好。比如干式做法铋金属底片. 通常在保留和使用传统底片应注意事项以下：1.环境温度和相对温度控制 2.全新底片取出使用前置适应时间3.取用、传输和保留方法 4.置放或操作区域清洁度 程序 含一,二次孔钻孔程序，和外形Routing程序其中NC Routing程序通常须另行处理 e. DFMDesign for manufacturing .PCB layout 工程师大半不太了解，PCB制作步骤和各制程需要注意事项，所以在Lay-out线路时，仅考虑电性、逻辑、尺寸等，而甚少顾及其它。PCB制前设计工程师所以必需从生产力，良率等考量而修正部分线路特征，如圆形接线PAD修正成泪滴状，见图2.5,为是制程中PAD一孔对位不按时，尚能维持最小垫环宽度。不过制前工程师修正，有时却会影响用户产品特征甚或性能，所以不得不谨慎。PCB厂必需有一套针对厂内制程上特征而编辑规范除了改善产品良率和提升生产力外，也可做为和PCB线路Lay-out人员沟通语言，见图2.6 .C. Tooling 指AOI和电测Netlist檔.AOI由CAD reference文件产生AOI系统可接收数据、且含容差，而电测Net list档则用来制作电测治具Fixture。2.4 结语颇多企业对于制前设计工作重视程度不若制程,这个观念一定要改,因为伴随电子产品演变,PCB制作技术层次愈困难,也愈须要和上游用户做最亲密沟通,现在已不是任何一方把工作做好就表示组装好产品没有问题,产品使用环境, 材料物,化性, 线路Lay-out电性, PCB信赖性等,全部会影响产品功效发挥.所以不管软件,硬件,功效设计上全部有很好进展,人观念也要有所突破才行. 三. 基板印刷电路板是以铜箔基板（ Copper-clad Laminate 简称CCL ）做为原料而制造电器或电子关键机构组件,故从事电路板之上下游业者必需对基板有所了解:有那些种类基板,它们是怎样制造出来,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择合适基板.表3.1简单列出不一样基板适用场所. 基板工业是一个材料基础工业， 是由介电层（树脂 Resin ，玻璃纤维 Glass fiber ），及高纯度导体 (铜箔 Copper foil )二者所组成复合材料（ Composite material），其所牵涉理论及实务不输于电路板本身制作。 以下即针对这二个关键组成做深入浅出探讨.3.1介电层 3.1.1树脂 Resin 3.1.1.1序言 现在已使用于线路板之树脂类别很多,如酚醛树脂（ Phonetic ）、环氧树脂（ Epoxy ）、聚亚醯胺树脂（ Polyamide ）、聚四氟乙烯（Polytetrafluorethylene，简称PTFE或称TEFLON），B一三氮 树脂（Bismaleimide Triazine 简称 BT ）等皆为热固型树脂（Thermosetted Plastic Resin）。3.1.1.2 酚醛树脂 Phenolic Resin 是人类最早开发成功而又商业化聚合物。是由液态酚（phenol）及液态甲醛（ Formaldehyde 俗称Formalin ）两种廉价化学品， 在酸性或碱性催化条件下发生立体架桥（ Crosslinkage ）连续反应而硬化成为固态合成材料。其反应化学式见图3.1 1910 年有一家叫 Bakelite 企业加入帆布纤维而做成一个坚硬强固，绝缘性又好材料称为 Bakelite，俗名为电木板或尿素板。 美国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 将不一样组合冠以不一样编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字列表，如表 NEMA 对于酚醛树脂板分类及代码表中纸质基板代字第一个 X 是表示机械性用途，第二个 X 是表示可用电性用途。 第三个 X 是表示可用有没有线电波及高湿度场所。 P 表示需要加热才能冲板子（ Punchable ），不然材料会破裂， C 表示能够冷冲加工（ cold punchable ），FR 表示树脂中加有不易着火物质使基板有难燃 (Flame Retardent) 或抗燃(Flame resistance) 性。 纸质板中最畅销是XXXPC及FR-2前者在温度25 以上,厚度在.062in以下就能够冲制成型很方便，后者组合和前完全相同，只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性。以下介绍多个较常使用纸质基板及其特殊用途:A 常使用纸质基板 a. XPC Grade：通常应用在低电压、低电流不会引发火源消费性电子产品， 如玩具、手提收音机、电话机、计算器、遥控器及钟表等等。UL94对XPC Grade 要求只须达成HB难燃等级即可。 b. FR-1 Grade：电气性、难燃性优于XPC Grade，广泛使用于电流及电压比XPC Grade稍高电器用具，如彩色电视机、监视器、VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等。UL94要求FR-1难燃性有V-0、V-1和V-2不相同级，不过因为三种等级板材价位差异不大，而且考虑安全起见，现在电器界几乎全采取V-0级板材。 c. FR-2 Grade：在和FR-1比较下，除电气性能要求稍高外，其它物性并没有尤其之处，多年来在纸质基板业者努力研究改善FR-1技术，FR-1和FR-2性质界线已渐模糊,FR-2等级板材在很快未来可能会在偏高价格原因下被FR-1 所替换。B. 其它特殊用途： a. 铜镀通孔用纸质基板 关键目标是计划替换部份物性要求并不高FR-4板材，方便降低PCB成 本. b. 银贯孔用纸质基板 时下最流行替换部份物性要求并不很高FR-4作通孔板材，就是银贯孔用 纸质基板印刷电路板两面线路导通，可直接借由印刷方法将银胶(Silver Paste) 涂布于孔壁上，经由高温硬化，即成为导通体，不像通常FR-4板材铜镀通 孔，需经由活化、化学铜、电镀铜、锡铅等繁杂手续。 b-1 基板材质 1) 尺寸安定性： 除要留心X、Y轴(纤维方向和横方向)外，更要注意Z轴(板材厚度方向)，因热胀冷缩及加热减量原因轻易造成银胶导体断裂。 2) 电气和吸水性： 很多绝缘体在吸湿状态下，降低了绝缘性，以致提供金属在电位差趋动力下 发生移行现象，FR-4在尺寸安性、电气性和吸水性方面全部比FR-1及XPC 佳，所以生产银贯孔印刷电路板时，要选择特制FR-1及XPC纸质基板 .板材。 b.-2 导体材质 1) 导体材质 银及碳墨贯孔印刷电路导电方法是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内， 藉由微粒接触来导电，而铜镀通孔印刷电路板，则是借由铜本身是连贯 结晶体而产生很顺畅导电性。 2) 延展性： 铜镀通孔上铜是一个连续性结晶体，有很良好延展性，不会像银、 碳墨胶在热胀冷缩时，轻易发生界面分离而降低导电度。 3) 移行性： 银、铜全部是金属材质，轻易发性氧化、还原作用造成锈化及移行现象，因 电位差不一样，银比铜在电位差趋动力下轻易发生银迁移(Silver Migration)。 c. 碳墨贯孔(Carbon Through Hole)用纸质基板. 碳墨胶油墨中石墨不含有像银移行特征，石墨所担当角色仅仅是作简 单讯号传输者，所以PCB业界对积层板除了碳墨胶和基材密着性、翘 曲度外，并没有尤其要求.石墨因有良好耐磨性，所以Carbon Paste最早期 是被应用来替换Key Pad及金手指上镀金，以后延伸到饰演跳线功效。 碳墨贯孔印刷电路板负载电流通常设计很低，所以业界大全部采取XPC 等级，至于厚度方面，在考虑轻、薄、短、小和印刷贯孔性原因下，常通选 用0.8、1.0或1.2mm厚板材。 d. 室温冲孔用纸质基板 其特征是纸质基板表面温度约40以下，即可作Pitch为1.78mmIC密 集孔冲模，孔间不会发生裂痕，而且以减低冲模时纸质基板冷却所造成线 路正确度偏差，该类纸质基板很适适用于细线路及大面积印刷电路板。 e. 抗漏电压(Anti-Track)用纸质基板 人类生活越趋精巧，对物品要求且也就越讲就短小轻薄，当印刷电路板 线路设计越密集，线距也就越小，且在高功效性要求下，电流负载变大 了，那么线路间就轻易因发生电弧破坏基材绝缘性而造成漏电，纸质基板 业界为处理该类问题，有供给采取特殊背胶铜箔所制成抗漏电压 用纸质基板 2.1.2 环氧树脂 Epoxy Resin 是现在印刷线路板业用途最广底材。在液态时称为清漆或称凡立水（Varnish) 或称为 A-stage， 玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而展现黏着性而用于双面基板制作或多层板之压适用称 B-stage prepreg ,经此压合再硬化而无法回复之最终状态称为 C-stage。2.1.2.1传统环氧树脂组成及其性质用于基板之环氧树脂之单体一向全部是Bisphenol A 及Epichlorohydrin 用 dicy 做为架桥剂所形成聚合物。为了经过燃性试验(Flammability test), 将上述仍在液态树脂再和Tetrabromo-Bisphenol A 反应而成为最熟知FR-4 传统环氧树脂。现将产品之关键成份列于后: 单体 -Bisphenol A, Epichlorohydrin架桥剂(即硬化剂) -双氰 Dicyandiamide简称Dicy速化剂 (Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine ( BDMA ) 及 2- Methylimidazole ( 2-MI )溶剂 -Ethylene glycol monomethy ether( EGMME ) Dimethy formamide (DMF) 及稀释剂 Acetone ,MEK。填充剂(Additive) -碳酸钙、硅化物、 及氢氧化铝 或 化物等增加难燃效果。 填充剂可调整其Tg.A. 单体及低分子量之树脂 经典传统树脂通常称为双功效环气树脂 ( Difunctional Epoxy Resin),见图3.2. 为了达成使用安全目标，特于树脂分子结构中加入溴原子，使产生部份碳溴之结合而展现难燃效果。也就是说当出现燃烧条件或环境时，它要不轻易被点燃，万一已点燃在燃烧环境消失后，能自己熄灭而不再继续延烧。见图3.3.此种难燃材炓在 NEMA 规范中称为 FR-4。(不含溴树脂在 NEMA 规范中称为 G-10) 此种含溴环氧树脂优点很多如介电常数很低，和铜箔附着力很强，和玻璃纤维结合后之挠性强度很不错等。B. 架桥剂(硬化剂) 环氧树脂架桥剂一向全部是Dicey,它是一个隐性 (latent) 催化剂 , 在高温160之下才发挥其架桥作用，常温中很安定，故多层板 B-stage 胶片才不致无法储存。 但 Dicey缺点却也不少， 第一是吸水性 (Hygroscopicity)，第二个缺点是难溶性。溶不掉自然难以在液态树脂中发挥作用。早期基板商并不了解下游电路板装配工业问题，那时 dicey 磨不是很细，其溶不掉部份混在底材中，经长时间聚集吸水后会发生针状再结晶, 造成很多爆板问题。当然现在基板制造商全部很清处它严重性,所以已改善此点.C. 速化剂用以加速 epoxy 和 dicey 之间架桥反应， 最常见有两种即BDMA 及 2-MI。D. Tg 玻璃态转化温度 高分子聚合物因温度之逐步上升造成其物理性质渐起改变，由常温时之无定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃通常物质而转成为一个黏滞度很高,柔软如橡皮通常另一个状态。传统 FR4 之 Tg 约在115-120之间，已被使用多年，但多年来因为电子产品多种性能要求愈来愈高,所以对材料特征也要求日益严苛，如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性 ,尺寸安定性等全部要求改善,以适应更广泛用途, 而这些性质全部和树脂 Tg 相关, Tg 提升以后上述多种性质也全部自然变好。比如 Tg 提升后, a.其耐热性增强， 使基板在 X 及 Y 方向膨胀降低，使得板子在受热后铜线路和基材之间附着力不致减弱太多，使线路有很好附着力。 b.在 Z 方向膨胀减小后，使得通孔之孔壁受热后不易被底材所拉断。c. Tg 增高后，其树脂中架桥之密度肯定提升很多使其有愈加好抗水性及防溶剂性，使板子受热后不易发生白点或织纹显露，而有愈加好强度及介电性.至于尺寸安定性,因为自动插装或表面装配之严格要求就更为关键了。所以多年来怎样提升环氧树脂之 Tg 是基板材所追求要务。E. FR4 难燃性环氧树脂 传统环氧树脂碰到高温着火后若无外在原因给予扑灭时， 会不停一直燃烧下去直到分子中碳氢氧或氮燃烧完成为止。若在其分子中以溴替换了氢位置， 使可燃碳氢键化合物一部份改换成不可燃碳溴键化合物则可大大降低其可燃性。此种加溴之树脂难燃性自然增强很多，但却降低了树脂和铜皮和玻璃间黏着力，而且万一着火后更会放出剧毒溴气，会带来不良后果。3.1.2.2高性能环氧树脂(Multifunctional Epoxy) 传统 FR4 对今日高性能线路板而言已经力不从心了， 故有多种不一样树脂和原有环氧树脂混合以提升其基板之多种性质，A. Novolac 最早被引进是酚醛树脂中一个叫 Novolac 者 ,由 Novolac 和环氧氯丙烷所形成酯类称为 Epoxy Novolacs，见图3.4之反应式. 将此种聚合物混入 FR4 之树脂， 可大大改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性, Tg 也随之提升，缺点是酚醛树脂本身硬度及脆性全部很高而易钻头，加之抗化性能力增强,对于因钻孔而造成胶渣 (Smear) 不易除去而造成多层板PTH制程之困扰。B. Tetrafunctional Epoxy 另一个常被添加于 FR4 中是所谓 四功效环氧树脂 (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其和传统 双功效 环氧树脂不一样之处是具立体空间架桥 ,见图3.5，Tg 较高能抗较差热环境，且抗溶剂性、抗化性、抗湿性及尺寸安定性也好很多，而且不会发生像 Novolac那样缺点。最早是美国一家叫 Polyclad 基板厂所引进。四功效比起 Novolac来还有一个优点就是有愈加好均匀混合。为保持多层板除胶渣方便起见，此种四功效基板在钻孔后最好在烤箱中以 160 烤 2-4 小时, 使孔壁露出树脂产生氧化作用，氧化后树脂较轻易被蚀除，而且也增加树脂深入架桥聚合,对以后制程也有帮助。因为脆性关系, 钻孔要尤其注意.上述两种添加树脂全部无法溴化,故加入通常FR4中会降低其难燃性. 3.1.2.3 聚亚醯胺树脂 Polyimide(PI)A. 成份 关键由Bismaleimide 及Methylene Dianiline 反应而成聚合物,见图3.6. B. 优点 电路板对温度适应会愈来愈关键，一些特殊高温用途板子，已非环氧树脂所能胜任，传统式 FR4 Tg 约 120 左右，即使高功效 FR4 也只抵达 180-190 ，比起聚亚醯胺 260 还有一大段距离.PI在高温下所表现良好性质,如良好挠性、铜箔抗撕强度、抗化性、介电性、尺寸安定性皆远优于 FR4。钻孔时不轻易产生胶渣，对内层和孔壁之接通性自然比 FR4 好。 而且因为耐热性良好，其尺寸之改变甚少，以X 及 Y方向之改变而言，对细线路更为有利，不致因膨胀太大而降低了和铜皮之间附着力。就 Z 方向而言可大大降低孔壁铜层断裂机会。C. 缺点: a.不易进行溴化反应，不易达成 UL94 V-0 难燃要求。 b.此种树脂本身层和层之间，或和铜箔之间黏着力较差，不如环氧树脂那么强，而且挠性也较差。 c.常温时却表现不佳，有吸湿性 (Hygroscopic), 而黏着性、延性又全部很差。 d.其凡立水(Varnish,又称生胶水,液态树脂称之)中所使用溶剂之沸点较高，不易赶完，轻易产生高温下分层现象。而且流动性不好,压合不易填 满死角 。 e.现在价格仍然很昂贵约为 FR4 2-3倍，故只有军用板或 Rigid- Flex 板才用起。 在美军规范MIL-P-13949H中, 聚亚醯胺树脂基板代号为GI. 3.1.2.4 聚四氟乙烯 (PTFE)全名为 Polyterafluoroethylene ,分子式见图3.7. 以之抽丝作PTFE纤维商品名为 Teflon 铁弗龙 ,其最大特点是阻抗很高 (Impedance) 对高频微波 (microwave) 通信用途上是无法替换，美军规范赋和 GT、GX、及 GY 三种材料代字,皆为玻纤补强type，其商用基板是由3M 企业所制，现在这种材料尚无法大量投入生产，其原因有: A. PTFE 树脂和玻璃纤维间附着力问题； 此树脂极难渗透玻璃束中，因其抗化性特强，很多湿式制程中全部无法使其反应及活化，在做镀通孔时所得之铜孔壁无法固着在底材上，极难经过 MILP-55110E 中 4.8.4.4 之固着强度试验。 因为玻璃束未能被树脂填满，很轻易在做镀通孔时造成玻璃中渗铜 (Wicking) 出现，影响板子可信赖度。 B. 此四氟乙烯材料分子结构，很强劲无法用通常机械或化学法加以攻击， 做蚀回时只有用电浆法. C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常温时呈可挠性， 也使线路附着力及尺寸安定性不好。 表为四种不一样树脂制造基板性质比较. 3.1.2.5 BT/EPOXY树脂BT树脂也是一个热固型树脂，是日本三菱瓦斯化成企业(Mitsubishi Gas Chemical Co.)在1980年研制成功。是由Bismaleimide及Trigzine Resin monomer二者反应聚合而成。其反应式见图3.8。BT树脂通常和环氧树脂混合而制成基板。 A. 优点 a. Tg点高达180，耐热性很好，BT作成之板材，铜箔抗撕强度(peel Strength)，挠性强度亦很理想钻孔后胶渣(Smear)甚少 b. 可进行难燃处理，以达成UL94V-0要求 c. 介质常数及散逸因子小，所以对于高频及高速传输电路板很有利。 d. 耐化性，抗溶剂性良好 e. 绝缘性佳 B. 应用 a. COB设计电路板 因为wire bonding过程高温，会使板子表面变软而致打线失败。 BT/EPOXY高性能板材可克服此点。 b. BGA ,PGA, MCM-Ls等半导体封装载板 半导体封装测试中，有两个很关键常见问题，一是漏电现象，或称 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花现象(受湿气及高温冲 击)。这两点也是BT/EPOXY板材能够避免。 3.1.2.6 Cyanate Ester Resin 1970年开始应用于PCB基材，现在Chiba Geigy有制作这类树脂。其反应式图3.9。 A. 优点 a. Tg可达250，使用于很厚之多层板 b. 极低介电常数(2.53.1)可应用于高速产品。B. 问题 a. 硬化后脆度高. b. 对湿度敏感，甚至可能和水起反应. 3.1.2玻璃纤维 3.1.2.1序言 玻璃纤维(Fiberglass)在PCB基板中功用，是作为补强材料。基板补强材料还有其它种，如纸质基板纸材， Kelvar(Polyamide聚醯胺)纤维，和石英(Quartz)纤维。本节仅讨论最大宗玻璃纤维。 玻璃(Glass)本身是一个混合物，其组成见表它是部分无机物经高温融熔合而成，再经抽丝冷却而成一个非结晶结构坚硬物体。此物质使用，已经有数千年历史。做成纤维状使用则可追溯至17世纪。真正大量做商用产品，则是由Owen-Illinois及Corning Glass Works两家企业其共同研究努力后，组合成Owens-Corning Fiberglas Corporation于1939年正式生产制造。 3.1.2.2 玻璃纤维布 玻璃纤维制成可分两种，一个是连续式(Continuous)纤维另一个则是不连续式(discontinuous)纤维前者即用于织成玻璃布(Fabric)，后者则做成片状之玻璃席(Mat)。FR4等基材，即是使用前者，CEM3基材，则采取后者玻璃席。 A. 玻璃纤维特征 原始融熔态玻璃组成成份不一样，会影响玻璃纤维特征，不一样组成所展现差异，表中有具体区分，而且各有独特及不一样应用之处。按组成不一样(见表)，玻璃等级可分四种商品：A级为高碱性，C级为抗化性，E级为电子用途，S级为高强度。电路板中所用就是E级玻璃，关键是其介电性质优于其它三种。玻璃纤维部分共同特征以下所述： a.高强度：和其它纺织用纤维比较，玻璃有极高强度。在一些应用上，其强度/重量比甚至超出铁丝。 b.抗热和火：玻璃纤维为无机物，所以不会燃烧 c.抗化性：可耐大部份化学品，也不为霉菌，细菌渗透及昆虫功击。 d.防潮：玻璃并不吸水，即使在很潮湿环境，仍然保持它机械强度。 e.热性质：玻纤有很低熬线性膨胀系数，及高热导系数，所以在高温环境下有极佳表现。 f.电性：因为玻璃纤维不导电性，是一个很好绝缘物质选择。 PCB基材所选择使用E级玻璃，最关键是其很优异抗水性。所以在很潮湿，恶劣环境下，仍然保有很好电性及物性一如尺寸稳定度。 玻纤布制作： 玻璃纤维布制作，是一系列专业且投资全额庞大制程本章略而不谈 3.2 铜箔(copper foil) 早期线路设计粗粗宽宽,厚度要求亦不挑剔,但演变至今日线宽3,4mil,甚至更细(现中国已经有工厂开发1 mil线宽),电阻要求严苛.抗撕强度,表面Profile等也全部详加要求.所以对铜箔发展现况及驱势就必需深入了解. 3.2.1传统铜箔 3.2.1.1辗轧法 (Rolled-or Wrought Method) 是将铜块经数次辗轧制作而成，其所辗出之宽度受到技术限制极难达成标准尺寸基板要求 (3 呎*4呎) ,而且很轻易在辗制过程中造成报废，因表面粗糙度不够,所以和树脂之结合能力比较不好，而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化(Heat treatment or Annealing),故其成本较高。 A. 优点. a. 延展性Ductility高,对FPC使用于动态环境下,信赖度极佳. b. 低表面棱线Low-profile Surface,对于部分Microwave电子应用是一利基. B. 缺点. a. 和基材附着力不好. b. 成本较高. c. 因技术问题,宽度受限. 3.2.1.2 电镀法 (Electrodeposited Method) 最常使用于基板上铜箔就是ED铜.利用多种废弃之电线电缆熔解成硫酸铜镀液，在殊特深入地下大型镀槽中，阴阳极距很短,以很高速度冲动镀液，以 600 ASF 之高电流密度，将柱状 (Columnar) 结晶铜层镀在表面很光滑又经钝化 (passivated) 不锈钢大桶状之转胴轮上(Drum)，因