印制线路板内层制作与检验

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1、印制线路路板内层层制作与与检验4.1 制程目目的 三层层板以上上产品即即称多层层板,传传统之双双面板为为配合零零件之密密集装配配，在有有限的板板面上无无法安置置这么多多的零组组件以及及其所衍衍生出来来的大量量线路，因因而有多多层板之之发展。加加上美国国联邦通通讯委员员会(FFCC)宣布自自19884年110月以以后，所所有上市市的电器器产品若若有涉及及电传通通讯者，或或有参与与网络联联机者，皆皆必须要要做接接地以以消除干干扰的影影响。但但因板面面面积不不够,因因此pccb llay-outt就将接地与电电压二二功能之之大铜面面移入内内层，造造成四层层板的瞬瞬间大量量兴起,也延伸伸了阻抗抗控制的

2、的要求。而而原有四四层板则则多升级级为六层层板，当当然高层层次多层层板也因因高密度度装配而而日见增增多.本本章将探探讨多层层板之内内层制作作及注意意事宜. 4.2 制作流流程 依产产品的不不同现有有三种流流程 AA. PPrinnt aand Etcch 发料料对位位孔铜铜面处理理影像像转移蚀刻剥膜 B. Posst-eetchh Puunchh 发料料铜面面处理影像转转移蚀蚀刻剥剥膜工工具孔 C. Driill andd Paanell-pllatee 发料料钻孔孔通孔孔电镀镀影像像转移蚀刻剥膜 4.2.0发料料 发料料就是依依制前设设计所规规划的工工作尺寸寸，依BBOM来来裁切基基材，是是

3、一很单单纯的步步骤，但但以下几几点须注注意： A. 裁切方方式-会会影响下下料尺寸寸 B. 磨边边与圆角角的考量量-影响响影像转转移良率率制程 C. 方向要要一致-即经向向对经向向，纬向向对纬向向 D. 下制制程前的的烘烤-尺寸安安定性考考量 4.2.1 铜铜面处理理 在印印刷电路路板制程程中，不不管那一一个sttep，铜铜面的清清洁与粗粗化的效效果，关关系着下下 一制制程的成成败，所所以看似似简单，其其实里面面的学问问颇大。 A. 须须要铜面面处理的的制程有有以下几几个 aa. 干干膜压膜膜 b. 内层层氧化处处理前 c. 钻孔后后 d. 化学学铜前 e. 镀铜前前 f. 绿漆漆前 gg.

4、喷喷锡(或或其它焊焊垫处理理流程)前 hh. 金金手指镀镀镍前 本本节针对对a. c. f. g. 等制程程来探讨讨最好的的处理方方式(其其余皆属属制程自自动化中中的一部部份，不不必独立立出来) B. 处处理方法法 现行行铜面处处理方式式可分三三种： a. 刷磨法法(Brrushh) bb. 喷喷砂法(Pummicee) cc. 化化学法(Miccroeetchh) 以下下即做此此三法的的介绍 C. 刷刷磨法 a. 刷轮轮有效长长度都需需均匀使使用到, 否则则易造成成刷轮表表面高低低不均 b. 须做做刷痕实实验，以以确定刷刷深及均均匀性优优点 a. 成本低低 bb. 制制程简单单，弹性性缺点

5、a. 薄板板细线路路板不易易进行 b. 基材材拉长，不不适内层层薄板 c. 刷痕痕深时易易造成DD/F附附着不易易而渗镀镀 dd. 有有残胶之之潜在可可能 D.喷砂砂法 以以不同材材质的细细石(俗俗称puumicce)为为研磨材材料优点点： a. 表面粗粗糙均匀匀程度较较刷磨方方式好 b. 尺寸寸安定性性较好 c. 可用用于薄板板及细线线缺点： aa. PPumiice容容易沾留留板面 b. 机器器维护不不易 E. 化化学法(微蚀法法) 4.2.2 影影像转移移4.2.2.11印刷法法 电路路板自其其起源到到目前之之高密度度设计,一直都都与丝网网印刷(Sillk SScreeen Priint

6、iing)或网网版印刷刷有直接接密切之之关系，故故称之为为印刷刷电路板板。目目前除了了最大量量的应用用在电路路板之外外，其它它电子工工业尚有有厚膜(Thiick Fillm)的的混成电电路(HHybrrid Cirrcuiit)、芯芯片电阻阻(Chhip Ressistt )、及及表面黏黏装(SSurffacee Moounttingg)之锡锡膏印刷刷等也都都优有应应用。 由于近近年电路路板高密密度,高高精度的的要求,印刷方方法已无无法达到到规格需需求,因因此其应应用范围围渐缩,而干膜膜法已取取代了大大部分影影像转移移制作方方式.下下列是目目前尚可可以印刷刷法cooverr的制程程: a. 单

7、面板板之线路路,防焊焊 ( 大量产产多使用用自动印印刷,以以下同) bb.单面面板之碳碳墨或银银胶 cc.双面面板之线线路,防防焊 d.湿湿膜印刷刷 ee.内层层大铜面面 ff.文字字 gg.可剥剥胶(PPeellablle iink) 除此此之外,印刷技技术员培培养困难难,工资资高.而而干膜法法成本逐逐渐降低低因此也也使两者者消长明明显. A. 丝丝网印刷刷法(SScreeen Priintiing)简介丝网网印刷中中几个重重要基本本原素:网材,网版,乳剂,曝光机机,印刷刷机,刮刮刀,油油墨,烤烤箱等,以下逐逐一简单单介绍. aa. 网网布材料料 (1) 依材材质不同同可分丝丝绢(ssilk

8、k),尼尼龙(nnyloon),聚酯(Pollyessterr,或称称特多龙龙),不不锈钢,等.电电路板常常用者为为后三者者. (2) 编织织法:最最常用也也最好用用的是单单丝平织织法 PPlaiin WWeavve. (3) 网目数数(meesh),网布布厚度(thiicknnesss),线线径(ddiammeteer),开口(opeeninng)的的关系 见表表常用的的不锈钢钢网布诸诸元素 开口:见图44.2所所示 网目数数:每iinchh或cmm中的开开口数 线径径: 网网布织丝丝的直径径 网布布厚度度:厚度度规格有有六,SSligght(S),Meddiumm(M),Thhickk(T

9、),Haalf heaavy dutty(HH),HHeavvy ddutyy(HDD),SSupeer hheavvy ddutyy(SHHD) 图44.2显显示印刷刷过程网网布各元元素扮演演角色. b.网网版(SStenncill)的种种类 (1).直接网网版(DDireect Steenciil) 将感感光乳胶胶调配均均匀直接接涂布在在网布上上，烘干干后连框框共同放放置在曝曝光设备备台 面面上并覆覆以原稿稿底片，再再抽真空空使其密密接感光光，经显显像后即即成为可可印刷的的网 版版。通常常乳胶涂涂布多少少次,视视印刷厚厚度而定定.此法法网版耐耐用,安安定性高高,用于于大 量量生产.但制作作

10、慢,且且太厚时时可能因因厚薄不不均而产产生解像像不良. (2).间接接网版(Inddireect Steenciil) 把感感光版膜膜以曝光光及显像像方式自自原始底底片上把把图形转转移过来来，然后后把已有有图 形形的版膜膜贴在网网面上，待待冷风干干燥后撕撕去透明明之载体体护膜，即即成间接接性网版版。 其其厚度均均匀,分分辨率好好,制作作快,多多用于样样品及小小量产. cc. 油油墨 油墨墨的分类类有几种种方式 (1).以组成成份可分分单液及及双液型型. (22).以以烘烤方方式可分分蒸发干干燥型、化化学反应应型及紫紫外线硬硬化型(UV) (3).以用用途可分分抗蚀,抗镀,防焊,文字,导电,及塞

11、孔孔油墨. 不同同制程选选用何种种油墨,须视各各厂相关关制程种种类来评评估,如如碱性蚀蚀刻和酸酸性蚀刻刻 选择择之抗蚀蚀油墨考考虑方向向就不一一样. dd. 印印刷作业业 网版印印刷目前前有三种种方式:手印、半半自动印印及全自自动印刷刷. 手手印机须须要印刷刷熟 手手操作,是最弹弹性与快快速的选选择,尤尤以样品品制作.较小工工厂及协协力厂仍仍有不少少采 手手印. 半自动动印则除除loaadinng/uunlooadiing以以人工操操作外,印刷动动作由机机器代劳劳,但 对位还还是人工工操作.也有所所谓3/4机印印,意指指loaadinng亦采采自动,印好后后人工放放入 RRackk中. 全自动

12、动印刷则则是looadiing/unlloaddingg及对位位,印刷刷作业都都是自动动.其对对位 方方式有靠靠边, pinnninng及cccd三三种. 以下针针对几个个要素加加以解说说: (1) 张力力: 张张力直接接影响对对位,因因为印刷刷过程中中对网布布不断拉拉扯, 因此新新网张力力的要求求非 常常重要一一.般张张力测试试量五点点,即四四角和中中间. (22) 刮刮刀Sqqueeege 刮刀的的选择考考量有三三， 第第一是材材料，常常用者有有聚氨酯酯类(PPolyyuree-thhanee，简称称PU)。 第第二是刮刮刀的硬硬度，电电路板多多使用SShorre AA之硬度度值600度8

13、80度者者.平坦坦基 板板铜面上上线路阻阻剂之印印刷可用用7080度度; 对对已有线线路起伏伏之板面面上的印印 绿漆漆及文字字,则需需用较软软之600700度。 第三点点是刮刀刀的长度度，须比比图案的的宽度每每侧长出出3/441吋吋左右。 刮刀在在使用一一段时间间后其锐锐利的直直角会变变圆，与与网布接接触的面面积增大大， 就就 无法法印出边边缘毕直直的细条条，需要要将刮刀刀重新磨磨利才行行，需且且刮刀刃刃在线 不 可可出现缺缺口，否否则会造造成印刷刷的缺陷陷。 (3). 对对位及试试印 此步骤骤主要是是要将三三个定位位pinn固定在在印刷机机台面上上,调整整网版及及离板间间隙(OOff Con

14、ntacct DDisttancce)( 指版版膜到基基板铜面面的距离离，应保保持在22m/mm5mm/m做做为网布布弹回的的应有距距离 ),然后后覆墨试试印.若若有不准准再做微微调. 若是是自动印印刷作业业则是靠靠边, pinnninng及cccd等等方式对对位.因因其产量量大,适适合 极极大量的的单一机机种生产产. (4). 烘烘烤 不不同制程程会选择择不同油油墨, 烘烤条条件也完完全不一一样,须须follloww厂商提提供的 datta ssheeet,再再依厂内内制程条条件的差差异而加加以moodiffy.一一般因油油墨组成成不一， 烘烤方方式有风风干,UUV,IIR等烤箱须须注意换换

15、气循环环，温控控，时控控等. (55). 注意事事项 不不管是机机印或手手印皆要要注意下下列几个个重点 括刀行行进的角角度，包包括与版版面及平面面的角度度， 须须不须要要回墨. 固定定片数要要洗纸,避免阴阴影. 待印板板面要保保持清洁洁 每印印刷固定定片数要要抽检一一片依 cheeck lisst 检检验品质质. 4.2.2.22干膜法法 更详详细制程程解说请请参读外外层制作作.本节节就几个个内层制制作上应应注意事事项加以以分析. A. 一般般压膜机机(Laaminnatoor)对对于0.1mmm厚以上上的薄板板还不成成问题,只是膜膜皱要多多 注意意 B. 曝光光时注意意真空度度 C. 曝光光

16、机台的的平坦度度 D. 显影影时Brreakk poointt 维持持5070% ,温温度300+_22,须 autto ddosiing. 4.2.3 蚀蚀刻 现业业界用于于蚀刻的的化学药药液种类类，常见见者有两两种，一一是酸性性氯化铜铜(CaaCl22)、 蚀刻液液，一种种是碱性性氨水蚀蚀刻液。 两两种化学学药液的的比较，见见表氨水水蚀刻液液& 氯氯化铜蚀蚀刻液比比较两两种药液液的选择择，视影影像转移移制程中中，Reesisst是抗抗电镀之之用或抗抗蚀刻之之用。在在内层制制程中DD/F或或油墨是是作为抗抗蚀刻之之用，因因此大部部份选择择酸性蚀蚀刻。外外层制程程中，若若为传统统负片流流程，D

17、D/F仅仅是抗电电镀，在在蚀刻前前会被剥剥除。其其抗蚀刻刻层是钖钖铅合金金或纯钖钖，故一一定要用用碱性蚀蚀刻液，以以免伤及及抗蚀刻刻金属层层。 B操作条条件 见见表为两两种蚀刻刻液的操操作条件件 C. 设备备及药液液控制 两种 Etcchannt 对对大部份份的金属属都是具具腐蚀性性，所以以蚀刻槽槽通常都都用塑料料，如 PVCC (PPolyy Viinyll chhlorridee)或PPP (Polly PProppyleene)。唯一一可使用用之金属属是 钛钛 (TTi)。为为了得到到很好的的蚀刻品品质最最笔直的的线路侧侧壁,(衡量标标准为蚀蚀刻因子子 ettchiing facctor

18、r其定义义见图44.3)，不同同的理论论有不同同的观点点，且可可能相冲冲突。 但有一一点却是是不变的的基本观观念，那那就是以以最快速速度的让让欲蚀刻刻铜表面面接触愈愈多 新新鲜的蚀蚀刻液。因因为作用用之蚀刻刻液Cuu+浓度度增高降降低了蚀蚀刻速度度，须迅迅速补充充 新液液以维持持速度。在在做良好好的设备备设计规规划之前前，就必必须先了了解及分分析蚀铜铜过 程程的化学学反应。本本章为内内层制作作所以探探讨酸性性蚀刻,碱性蚀蚀刻则于于第十章章再介 绍. a. CuuCl22酸性蚀蚀刻反应应过程之之分析 铜可可以三种种氧化状状态存在在，原子子形成CCu, 蓝色色离子的的Cu+以及及较不常常见 的的亚

19、铜离离子Cuu+。金金属铜可可在铜溶溶液中被被氧化而而溶解，见见下面反反应式（11） Cuu+CCu+2 Cu+ - (1) 在在酸性蚀蚀刻的再再生系统统，就是是将Cuu+氧化化成Cuu+,因此使使蚀刻液液能将更更多的 金属铜铜咬蚀掉掉。 以以下是更更详细的的反应机机构的说说明。 b. 反应应机构 直觉觉的联想想，在氯氯化铜酸酸性蚀刻刻液中，CCu+ 及CCu+应应是以CCuCll2 及及CuCCl存 在才对对，但事事实非完完全正确确，两者者事实上上是以和和HCll形成的的一庞大大错化物物存 在在的： Cuu + HH2CuuCl44 +2HCCl 2HH2CuuCl33 - (2) 金金属铜

20、 铜铜离子 亚铜离离子 其中HH2CuuCl44实际际是CCuCll2+ 2HHCl 2H22CuCCl3实际际是CCuCll+ 2HCCl 在反应应式(22)中可可知HCCl是消消耗品。即即使(22)式已已有些复复杂，但但它仍是是以下两两 个反反应式的的简式而而已。 Cu+ HH2CuuCl44 2H22CuCCl3 + CCuCll (不不溶) - (3) CuCCl+ 2HHCl 22H2CCuCll3 (可溶) - (4) 式式中因产产生CuuCl沈沈淀，会会阻止蚀蚀刻反应应继续发发生，但但因HCCl的存存在溶解解 CuuCl，维维持了蚀蚀刻的进进行。由由此可看看出HCCl是氯氯化铜蚀

21、蚀刻中的的消耗品品，而且且 是蚀蚀刻速度度控制的的重要化化学品。 虽然然增加HHCl的的浓度往往往可加加快蚀刻刻速度，但但亦可能能发生下下述的缺缺点。 11. 侧侧蚀 (undderccut ) 增增大，或或者ettchiing facctorr降低。 22. 若若补充药药液是使使用氯化化钠，则则有可能能产生氯氯气，对对人体有有害。 33. 有有可能因因此补充充过多的的氧化剂剂 (HH2O22)，而而攻击钛钛金属HH2O22 。 c.自动监监控添加加系统. 目前前使用CCuCll2酸性性蚀铜水水平设备备者,大大半都装装置Auuto dossingg设备,以维持持 蚀铜铜速率,控制因因子有五五:

22、 1. 比重重 2. HCll 3. H2OO2 4. 温度度 5. 蚀刻速速度 4.2.4 剥剥膜 剥膜膜在pccb制程程中，有有两个sstepp会使用用，一是是内层线线路蚀刻刻后之DD/F剥剥除，二二 是外外层线路路蚀刻前前D/FF剥除(若外层层制作为为负片制制程)DD/F的的剥除是是一单纯纯简易 的制程程，一般般皆使用用联机水水平设备备，其使使用之化化学药液液多为NNaOHH或KOOH浓 度在113%重量比比。注意意事项如如下： A. 硬化后后之干膜膜在此溶溶液下部部份溶解解，部份份剥成片片状，为为维持药药液的效效果及后后水洗能能彻底，过过滤系统统的效能能非常重重要. B. 有些设设备设

23、计计了轻刷刷或超音音波搅拌拌来确保保剥膜的的彻底，尤尤其是在在外层蚀蚀刻后 的剥膜膜, 线线路边被被二次铜铜微微卡卡住的干干膜必须须被彻底底剥下，以以免影响响线路 品质。所所以也有有在溶液液中加入入BCSS帮助溶溶解，但但有违环环保，且且对人体体有 害害。 CC. 有有文献指指K(钾钾)会攻攻击锡，因因此外层层线路蚀蚀刻前之之剥膜液液之选择择须谨慎慎评 估估。剥膜膜液为碱碱性，因因此水洗洗的彻底底与否，非非常重要要，内层层之剥膜膜后有加加 酸洗洗中和，也也有防铜铜面氧化化而做氧氧化处理理者。 4.2.5对位位系统 4.22.5.1传统统方式 A. 四层层板内层层以三明明治方式式，将22.3层层

24、底片事事先对准准,黏贴贴于一压压条上(和内层层同厚), 紧紧贴于曝曝光台面面上，己己压膜内内层则放放进二底底片间, 靠边边即可进进行曝光光。见图图4.44 B. 内层先先钻(66层以上上)粗对对位工具具孔(含含对位孔孔及方向向孔，板板内监测测孔等), 再再以双面面曝光方方式进行行内层线线路之制制作。两两者的对对位度好好坏，影影响成品品良率极极大，也也是M/L对关关键。 4.2.5.22蚀后冲冲孔(ppostt Ettch Punnch)方式 A. Piin LLam理理论 此此方法的的原理极极为简单单，内层层预先冲冲出4个个Sloot孔，见见图4.5 ，包包括底片片， ppreppreqq都沿

25、用用此冲孔孔系统，此此4个SSLOTT孔，相相对两组组，有一一组不对对称， 可防止止套反。每每个SLLOT孔孔当置放放圆PIIN后，因因受温压压会有变变形时，仍仍能 自自由的左左右、上上下伸展展，但中中心不变变，故不不会有应应力产生生。待冷冷却，压压力释 放后，又又回复原原尺寸，是是一颇佳佳的对位位系统。 BB. MMasss Laam SSysttem 沿用上上一观念念Mulltillinee发展出出蚀后后冲孔式的PPPS系系统，其其作业重重点如下下： 1.透透过CAAM在工工作底片片长方向向边缘处处做两光学靶靶点(Optticaal TTargget)以及四四 角落落之paads见见图4.

26、6 2.将将上、下下底片仔仔细对准准固定后后，如三三明治做做法，做做曝光、显显影蚀刻刻， 剥剥膜等步步骤。 3.蚀刻后后已有两两光学靶靶点的内内层板，放放进Opptillinee PEE机器上上，让CCCD瞄瞄准 该该光学靶靶点，依依各厂自自行设定定，冲出出板边44个Sllot孔孔或其它它图形工工具孔。 如图44.7 4.若是圆圆形工具具孔、即即当做铆铆钉孔，内内层黑化化后，即即可以铆铆钉将内内层及胶胶片 铆铆合成册册，再去去进行无无梢压板板。 4.2.5.22各层间间的对准准度 AA. 同同心圆的的观念 aa. 利利用辅助助同心圆圆，可cchecck内层层上、下下的对位位度 b. 不同同内层

27、同同心圆的的偏位表表示压合合时候的的Shiift滑滑动 BB. 设设计原则则 a.见见图4.8 所所示 b.同心圆圆之设计计，其间间距为44mill，亦是是各层间间可容许许的对位位偏差,若超出出同心圆圆以外，则则此片可可能不良良。 c.因压合合有Reesinn Cuure过过程故ppattternn必须有有预先放放大的设设计才能能符合最最终产品品尺寸需需求。 4.3 内层检检测 AOOI(简简单线路路采目视视) 电测(修补补)确确认 内内层板线线路成完完后,必必须保证证通路及及绝缘的的完整性性(innteggritty),即如同同单面板板一样先先要仔细细检查。因因一旦完完成压合合后,不不幸仍有有缺陷时时,则已已为时太太晚,对对于高层层次板子子而言更更是必须须先逐一一保证其其各层品品质之良良好,始始能进行行压合, 由于于高层板板渐多,内层板板的负担担加重,且线路路愈来愈愈细,万万一有漏漏失将会会造成压压合后的的昂贵损损失.传传统目视视外,自自动光学学检查(AOII)之使使用在大大厂中已已非常普普遍, 利用计计算机将将原图案案牢记,再配合合特殊波波长光线线的扫瞄瞄,而快快速完美美对各层层板详作作检查。但但AOII有其极极限,例例如细断断路及漏漏电(LLeakkagee)很难难找出,故各厂厂渐增加加短、断断路电性性测试。