PCB电路板PCB制造工艺

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1、PCB 电路板 PCB 制造工艺PCB 制造流程及说明一.PCB 演化1.1PCB 扮演的角色PCB 的功能为供给完成第一层级构装的组件与其它必需的电子电路零件接合的基地，以组成一个具特定功能的模块或成品。所以 PCB 在整个电子产品中，扮演了整合连结总其成全部功能的角色，也因此时常电子产品功能故障时，最先被质疑往往就是 PCB。图 1.1 是电子构装层级区分示意。1.2PCB 的演化1.早于 1903 年 Mr.AlbertHanson 首创利用“线路“(Circuit)观念应用于 交换机系统。它是用金属箔予以切割成线路导体，将之黏着于石蜡纸上，上面同样贴上一层石蜡纸，成了现今 PCB 的机

2、构雏型。见图 1.2 2.至 1936 年，DrPaulEisner 真正制造了 PCB 的制作技术，也发表多项专利。而今日之print-etch(photoimagetransfer)的技术，就是沿袭其制造而来的。1.3PCB 种类及制法在材料、层次、制程上的多样化以适合不同的电子产品及其特别需求。以下就归纳一些通用的区分方法，来简洁介绍 PCB 的分类以及它的制造方法。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、CopperInver-copper、ceramic 等皆属之。主要取其散热功能B

3、.以成品软硬区分a. 硬板 RigidPCBb. 软板 FlexiblePCB 见图 1.3c. 软硬板 Rigid-FlexPCB 见图 1.4 C.以构造分a. 单面板见图 1.5b. 双面板见图 1.6c. 多层板见图 1.7D.依用途分：通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板,见图 1.8BGA. 另有一种射出成型的立体 PCB，因使用少，不在此介绍。1.3.2 制造方法介绍A. 减除法，其流程见图 1.9B. 加成法，又可分半加成与全加成法，见图 1.101.11C. 尚有其它因应 IC 封装的变革延长而出的一些先进制程，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，

4、或者成熟度尚不够。本光盘以传统负片多层板的制程为主轴，深入浅出的介绍各个制程，再辅以先进技术的观念来探讨将来的 PCB 走势。二.制前预备2.1.前言台湾 PCB 产业属性，几乎是以，也就是受客户托付制作空板 BareBoard而已，不像美国，很多PCBShop 是包括了线路设计，空板制作以及装配(Assembly)的 Turn-Key 业务。以前，只要客户供给的原始数据如 Drawing,Artwork,Specification ，再以手动翻片、排版、打带等作业，即可进展制作，但近年由于电子产品日趋轻薄短小，PCB 的制造面临了几个挑战:1薄板2高密度3高性能4高速(5)产品周期缩短6降低

5、本钱等。以往以灯桌、笔刀、贴图及照相机做为制前工具，现在己被计算机、工作软件及激光绘图机所取代。过去，以手工排版，或者还需要 Micro-Modifier 来修正尺寸等费时耗工的作业，今日只要在 CAM(puterAidedManufacturing)工作人员取得客户的设计资料，可能几小时内，就可以依设计规章或 DFM(DesignForManufacturing)自动排版并变化不同的生产条件。同时可以 output 如钻孔、成型、测试治具等资料。2.2.相关名词的定义与讲解AGerberfile这是一个从 PCBCAD 软件输出的数据文件做为光绘图语言。1960 年月一家名叫 GerberS

6、cientific现在叫GerberSystem专业做绘图机的美国公司所进展出的格式，此后二十年，行销于世界四十多个国家。几乎全部 CAD 系统的进展，也都依此格式作其 OutputData，直接输入绘图机就可绘出 Drawing 或 Film，因此GerberFormat 成了电子业界的公认标准。B.RS-274D是 GerberFormat 的正式名称，正确称呼是 EIASTANDARDRS-274D(ElectronicIndustriesAssociation)主要两大组成：1.FunctionCode：如 Gcodes,Dcodes,Mcodes 等。2.Coordinatedata

7、：定义图像imaging C.RS-274X是 RS-274D 的延长版本， 除 RS-274D 之 Code 以外， 包括 RS-274XParameters ， 或称整个extendedGerberformat 它以两个字母为组合，定义了绘图过程的一些特性。D.IPC-350IPC-350 是 IPC 进展出来的一套 neutralformat,可以很简洁由PCBCAD/CAM 产生,然后依此系统,PCBSHOP 再产生 NCDrillProgram,Netlist,并可直接输入 LaserPlotter 绘制底片.E.LaserPlotter见图 2.1,输入 Gerberformat

8、或 IPC350format 以绘制 Artwork F.ApertureListandD-Codes见表 2.1 及图 2.2,举一简洁实例来说明两者关系,Aperture 的定义亦见图 2.1 2.3.制前设计流程：2.3.1 客户必需供给的数据：电子厂或装配工厂，托付 PCBSHOP 生产空板BareBoard时，必需供给以下数据以供制作。见表料号数据表-供制前设计使用.上表数据是必备工程，有时客户会供给一片样品,一份零件图，一份保证书保证制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物质等。这些额外数据，厂商须自行推断其重要性，以免误了商机。2.3.2.资料审查面对这么多的数据，制前设计工程师

9、接下来所要进展的工作程序与重点，如下所述。 A.审查客户的产品规格，是否厂内制程力气可及，审查工程见承接料号制程力气检查表.B. 原物料需求BOM-BillofMaterial依据上述资料审查分析后，由 BOM 的开放，来打算原物料的厂牌、种类及规格。主要的原物料包括了：基板Laminate、胶片Prepreg、铜箔Copperfoil、防焊油墨SolderMask、文字油墨Legend等。另外客户对于 Finish 的规定,将影响流程的选择,固然会有不同的物料需求与规格，例如：软、硬金、喷钖、OSP 等。表归纳客户标准中，可能影响原物料选择的因素。C. 上 述 乃 属 数 据 的 审 查 ,

10、 审 查 完 毕 进 行 样 品 的 制 作 . 假设 是 旧 资 料 , 则 须Check有 无 户ECO(EngineeringChangeOrder).再进展审查.D. 排版排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。由于基板是主要原料本钱排版最正确化，可削减板材铺张；而适当排版可提高生产力并降低不良率。有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力，但原物料本钱增加很多.以下是一些考虑的方向：一般制作本钱，直、间接原物料约占总本钱 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。而这些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰当与否有关系。大部份电子厂做线路 Layou

11、t 时，会做连片设计，以使装配时能有最高的生产力。因此，PCB 工厂之制前设计人员，应和客户亲热沟通，以使连片 Layout 的尺寸能在排版成工作 PANEL 时可有最正确的利用率。要计算最恰当的排版，须考虑以下几个因素。a. 基材裁切最少刀数与最大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去。b. 铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作 PANEL 的尺寸须搭配良好，以免铺张。c.连片时，piece 间最小尺寸，以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸。d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸.e.不同产品构造有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版间距须较大且有方向的考量， 其测试治具或测

12、试次序规定也不一样。较大工作尺寸，可以符合较大生产力，但原物料本钱增加很多,而且设备制程力气亦需提升，如何取得一个平衡点，设计的准则与工程师的阅历是相当重要的。2.3.3 着手设计全部数据检核齐全后，开头分工设计：A. 流程的打算(FlowChart)由数据审查的分析确认后，设计工程师就要打算最适切的流程步骤。传统多层板的制作流程可分作两个局部:内层制作和外层制作.以以以下图标几种代表性流程供参考.见图 2.3 与图 2.4 B.CAD/CAM 作业a. 将 GerberData 输入所使用的 CAM 系统，此时须将 apertures 和 shapes 定义好。目前，己有很多 PCBCAM

13、系统可承受 IPC-350 的格式。部份 CAM 系统可产生外型 NCRouting 档，不过一般PCBLayout 设计软件并不会产生此文件。有部份专业软件或独立或协作 NCRouter,可设定参数直接输出程序.Shapes 种类有圆、正方、长方,亦有较简洁外形，如内层之 thermalpad 等。着手设计时，Aperturecode 和 shapes 的关连要先定义清楚，否则无法进展后面一系列的设计。b. 设计时的 Checklist依据 checklist 审查后，当可知道该制作料号可能的良率以及本钱的预估。c.WorkingPanel 排版留意事项：PCBLayout 工程师在设计时，

14、为帮助提示或留意某些事项，会做一些关心的记号做参考，所以必需在进入排版前，将之去除。下表列举数个工程，及其影响。排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。由于基板是主要原料本钱排版最正确化，可削减板材铺张；而适当排版可提高生产力并降低不良率。有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力，但原物料本钱增加很多.以下是一些考虑的方向：一般制作本钱，直、间接原物料约占总本钱 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。而这些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰当与否有关系。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的生产力。因此，PCB

15、工厂之制前设计人员，应和客户亲热沟通，以使连片 Layout 的尺寸能在排版成工作 PANEL 时可有最正确的利用率。要计算最恰当的排版， 须考虑以下几个因素。1. 基材裁切最少刀数与最大使用率裁切方式与磨边处理须考虑进去。2. 铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作 PANEL 的尺寸须搭配良好，以免铺张。3. 连片时，piece 间最小尺寸，以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸。4. 各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸.5 不同产品构造有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版间距须较大且有方向的考量， 其测试治具或测试次序规定也不一样。较大工作尺寸，可以符合较大生产力，但原

16、物料本钱增加很多,而且设备制程力气亦需提升，如何取得一个平衡点，设计的准则与工程师的阅历是相当重要的。进展 workingPanel 的排版过程中，尚须考虑以下事项，以使制程顺畅，表排版留意事项。d.底片与程序：底片 Artwork 在 CAM 系统编辑排版完成后，协作 D-Code 档案，而由雷射绘图机LaserPlotter绘出底片。所须绘制的底片有内外层之线路，外层之防焊，以及文字底片。由于线路密度愈来愈高，容差要求越来越严谨，因此底片尺寸把握，是目前很多PCB 厂的一大课题。表是传统底片与玻璃底片的比较表。玻璃底片使用比例已有提高趋势。而底片制造商亦乐观争论替代材料，以使尺寸之安定性更

17、好。例如干式做法的铋金属底片.一般在保存以及使用传统底片应留意事项如下： 1.环境的温度与相对温度的把握2. 全底片取出访用的前置适应时间3. 取用、传递以及保存方式4. 置放或操作区域的清洁度程序含一,二次孔钻孔程序，以及外形 Routing 程序其中 NCRouting 程序一般须另行处理e.DFMDesignformanufacturing.PCBlayout 工程师大半不太了解，PCB 制作流程以及各制程需要留意的事项，所以在 Lay-out 线路时，仅考虑电性、规律、尺寸等，而甚少顾及其它。PCB 制前设计工程师因此必需从生产力，良率等考量而修正一些线路特性，如圆形接线 PAD 修正

18、成泪滴状，见图 2.5,为的是制程中 PAD 一孔对位不准时，尚能维持最小的垫环宽度。但是制前工程师的修正，有时却会影响客户产品的特性甚或性能，所以不得不慎重。PCB 厂必需有一套针对厂内制程上的特性而编辑的标准除了改善产品良率以及提升生产力外，也可做为和 PCB 线路 Lay-out 人员的沟通语言，见图 2.6.C.Tooling指 AOI 与电测 Netlist 檔.AOI 由 CADreference 文件产生 AOI 系统可承受的数据、且含容差，而电测 Netlist 档则用来制作电测治具 Fixture。2.4 结语颇多公司对于制前设计的工作重视的程度不假设制程,这个观念确定要改,

19、由于随着电子产品的演化,PCB 制作的技术层次愈困难,也愈必要和上游客户做最亲热的沟通 ,现在已不是任何一方把工作做好就表示组装好的产品没有问题,产品的使用环境,材料的物,化性,线路 Lay-out 的电性,PCB 的信任性等,都会影响产品的功能发挥.所以不管软件,硬件,功能设计上都有很好的进展,人的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-cladLaminate 简称 CCL做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件, 故从事电路板之上下游业者必需对基板有所了解:有那些种类的基板,它们是如何制造出来的,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的基板.表

20、3.1 简洁列出不同基板的适用场合.基板工业是一种材料的根底工业，是由介电层树脂 Resin，玻璃纤维 Glassfiber，及高纯度的导体(铜箔 Copperfoil)二者所构成的复合材料positematerial，其所牵涉的理论及实务不输于电路板本身的制作。以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨.3.1 介电层3.1.1 树脂 Resin3.1.1.1 前言目前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

21、树脂BismaleimideTriazine 简称 BT等皆为热固型的树脂ThermosettedPlasticResin。3.1.1.2 酚醛树脂 PhenolicResin是人类最早开发成功而又商业化的聚合物。是由液态的酚phenol及液态的甲醛Formaldehyde 俗称Formalin两种廉价的化学品，在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥Crosslinkage的连续反响而硬化成为固态的合成材料。其反响化学式见图 3.11910 年有一家叫 Bakelite 公司参与帆布纤维而做成一种坚硬强固，绝缘性又好的材料称为 Bakelite，俗名为电木板或尿素板。美国电子制造业协会(NEMA

22、-NationlElectricalManufacturersAssociation)将不同的组合冠以不同的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 对于酚醛树脂板的分类及代码表中纸质基板代字的第一个“X“是表示机械性用途，其次个“X“是表示可用电性用途。第三个“X“是表示可用有无线电涉及高湿度的场所。“P“表示需要加热才能冲板子Punchable，否则材料会裂开，“C“表示可以冷冲加工coldpunchable，“FR“表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃(FlameRetardent)或抗燃(Flameresistance)性。纸质板中最畅销的是 XXXPC

23、 及 FR-2前者在温度 25以上,厚度在.062in 以下就可以冲制成型很便利，后者的组合与前完全一样，只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性。以下介绍几个较常使用纸质基板及其特别用途:A 常使用纸质基板a.XPCGrade：通常应用在低电压、低电流不会引起火源的消费性电子产品，如玩具、手提收音机、 机、计算器、遥控器及钟表等等。UL94 对 XPCGrade 要求只须到达 HB 难燃等级即可。b. FR-1Grade：电气性、难燃性优于 XPCGrade，广泛使用于电流及电压比 XPCGrade 稍高的电器用品，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 F

24、R-1 难燃性有 V-0、V-1 与 V-2不同等级，不过由于三种等级板材价位差异不大，而且考虑安全起见，目前电器界几乎全承受 V-0 级板材。c.FR-2Grade：在与 FR-1 比较下，除电气性能要求稍高外，其它物性并没有特别之处，近年来在纸质基板业者努力争论改进 FR-1 技术，FR-1 与 FR-2 的性质界限已渐模糊,FR-2 等级板材在不久将来可能会在偏高价格因素下被 FR-1 所取代。B. 其它特别用途：a. 铜镀通孔用纸质基板主要目的是打算取代部份物性要求并不高的 FR-4 板材，以便降低 PCB 的本钱. b.银贯孔用纸质基板时下最流行取代部份物性要求并不很高的 FR-4

25、作通孔板材，就是银贯孔用纸质基板印刷电路板两面线路的导通，可直接借由印刷方式将银胶(SilverPaste)涂布于孔壁上，经由高温硬化，即成为导通体，不像一般 FR-4 板材的铜镀通孔，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：除要留意 X、Y 轴(纤维方向与横方向)外，更要留意 Z 轴(板材厚度方向)，因热胀冷缩及加热减量因素简洁造成银胶导体的断裂。2)电气与吸水性：很多绝缘体在吸湿状态下，降低了绝缘性，以致供给金属在电位差趋动力下发生移行的现象，FR-4 在尺寸安性、电气性与吸水性方面都比FR-1 及 XPC 佳，所以生产银贯孔印刷电路板时，要选用特制

26、FR-1 及 XPC 的纸质基板.板材。b.-2 导体材质1) 导体材质银及碳墨贯孔印刷电路的导电方式是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体内，藉由微粒的接触来导电， 而铜镀通孔印刷电路板，则是借由铜本身是连贯的结晶体而产生格外顺畅的导电性。2) 延展性：铜镀通孔上的铜是一种连续性的结晶体，有格外良好的延展性，不会像银、碳墨胶在热胀冷缩时，简洁发生界面的分别而降低导电度。3) 移行性：银、铜都是金属材质，简洁发性氧化、复原作用造成锈化及移行现象，因电位差的不同，银比铜在电位差趋动力下简洁发生银迁移(SilverMigration)。c. 碳墨贯孔(CarbonThroughHole)用纸质基板.碳墨胶

27、油墨中的石墨不具有像银的移行特性，石墨所担当的角色仅仅是作简洁的讯号传递者，所以PCB 业界对积层板除了碳墨胶与基材的密着性、翘曲度外，并没有特别要求.石墨因有良好的耐磨性，所以 CarbonPaste 最早期是被应用来取代 KeyPad 及金手指上的镀金，而后延长到扮演跳线功能。碳墨贯孔印刷电路板的负载电流通常设计的很低，所以业界大都承受 XPC 等级，至于厚度方面，在考虑轻、薄、短、小与印刷贯孔性因素下，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外表温度约 40以下，即可作 Pitch 为 1.78mm 的 IC 密集孔的冲模，孔间不会发生裂

28、痕，并且以减低冲模时纸质基板冷却所造成线路精准度的偏差，该类纸质基板格外适用于细线路及大面积的印刷电路板。e. 抗漏电压(Anti-Track)用纸质基板人类的生活越趋精巧，对物品的要求且也就越讲就短小轻薄，当印刷电路板的线路设计越密集，线距也就越小，且在高功能性的要求下，电流负载变大了，那么线路间就简洁因发生电弧破坏基材的绝缘性而造成漏电，纸质基板业界为解决该类问题，有供给承受特别背胶的铜箔所制成的抗漏电压用纸质基板.2.1.2 环氧树脂 EpoxyResin是目前印刷线路板业用途最广的底材。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

29、软化液化而呈现黏着性而用于双面基板制作或多层板之压合用称B-stageprepreg,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 传统环氧树脂的组成及其性质用于基板之环氧树脂之单体一向都是 BisphenolA 及 Epichlorohydrin 用 dicy 做为架桥剂所形成的聚合物。为了通过燃性试验(Flammabilitytest),将上述仍在液态的树脂再与 Tetrabromo-BisphenolA 反响而成为最熟知 FR-4 传统环氧树脂。现将产品之主要成份列于后:单体-BisphenolA,Epichlorohydrin架桥剂(即硬化剂)-双氰 Dicy

30、andiamide 简称 Dicy速化剂(Accelerator)-Benzyl-Dimethylamine(BDMA)及 2-Methylimidazole(2-MI)溶剂-Ethyleneglycolmonomethyether(EGMME)Dimethyformamide(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典型的传统树脂一般称为双功能的环气树脂(DifunctionalEpoxyResin),见图 3.2.为了到达使用安全的目的， 特于树脂的分子构造中参与溴

31、原子，使产生部份碳溴之结合而呈现难燃的效果。也就是说当消灭燃烧的条件或环境时，它要不简洁被点燃，万一已点燃在燃烧环境消逝后，能自己熄灭而不再连续延烧。见图 3.3.此种难燃材炓在 NEMA 标准中称为 FR-4。(不含溴的树脂在 NEMA 标准中称为 G-10)此种含溴环氧树脂的优点很多如介电常数很低，与铜箔的附着力很强，与玻璃纤维结合后之挠性强度很不错等。B. 架桥剂(硬化剂)环氧树脂的架桥剂一向都是 Dicey,它是一种隐性的(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 的胶片才不致无法储存。但 Dicey 的缺点却也不少，第一是吸水性

32、(Hygroscopicity)，其次个缺点是难溶性。溶不掉自然难以在液态树脂中发挥作用。早期的基板商并不了解下游电路板装配工业问题，那时的 dicey 磨的不是很细，其溶不掉的部份混在底材中，经长时间聚拢的吸水后会发生针状的再结晶,造成很多爆板的问题。固然现在的基板制造商都很清处它的严峻性,因此已改善此点.C. 速化剂用以加速 epoxy 与 dicey 之间的架桥反响，最常用的有两种即 BDMA 及 2-MI。D.Tg 玻璃态转化温度高分子聚合物因温度之渐渐上升导致其物理性质渐起变化，由常温时之无定形或部份结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞度格外高,松软如橡皮一般的另一种状态

33、。传统 FR4 之 Tg 约在 115-120之间，已被使用多年，但近年来由于电子产品各种性能要求愈来愈高,所以对材料的特性也要求日益严苛，如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性,尺寸安定性等都要求改进,以适应更广泛的用途,而这些性质都与树脂的 Tg 有关,Tg 提高之后上述各种性质也都自然变好。例如 Tg 提高后,a.其耐热性增加，使基板在 X 及 Y 方向的膨胀削减，使得板子在受热后铜线路与基材之间附着力不致减弱太多，使线路有较好的附着力。b.在 Z 方向的膨胀减小后，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必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶剂性，使板子受热

34、后不易发生白点或织纹显露，而有更好的强度及介电性.至于尺寸的安定性,由于自动插装或外表装配之严格要求就更为重要了。因而近年来如何提高环氧树脂之 Tg 是基板材所追求的要务。E.FR4 难燃性环氧树脂传统的环氧树脂遇到高温着火后假设无外在因素予以扑灭时，会不停的始终燃烧下去直到分子中的碳氢氧或氮燃烧完毕为止。假设在其分子中以溴取代了氢的位置，使可燃的碳氢键化合物一部份改换成不行燃的碳溴键化合物则可大大的降低其可燃性。此种加溴之树脂难燃性自然增加很多，但却降低了树脂与铜皮以及玻璃间的黏着力，而且万一着火后更会放出剧毒的溴气，会带来的不良后果。3.1.2.2 高性能环氧树脂(Multifunctio

35、nalEpoxy)传统的 FR4 对今日高性能的线路板而言已经力不从心了，故有各种不同的树脂与原有的环氧树脂混合以提升其基板之各种性质，A.Novolac最早被引进的是酚醛树脂中的一种叫 Novolac 者, 由 Novolac 与环氧氯丙烷所形成的酯类称为EpoxyNovolacs，见图 3.4 之反响式.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 也随之提高，缺点是酚醛树脂本身的硬度及脆性都很高而易钻头，加之抗化性力气增加,对于因钻孔而造成的胶渣(Smear)不易除去而造成多层板 PTH 制程之困扰。B.TetrafunctionalEpoxy另一种常被

36、添加于FR4 中的是所谓“四功能的环氧树脂“(TetrafunctionalEpoxyResin).其与传统“双功能“环氧树脂不同之处是具立体空间架桥,见图 3.5，Tg 较高能抗较差的热环境，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 那样的缺点。最早是美国一家叫 Polyclad 的基板厂所引进的。四功能比起 Novolac 来还有一种优点就是有更好的均匀混合。为保持多层板除胶渣的便利起见，此种四功能的基板在钻孔后最好在烤箱中以 160烤 2-4 小时,使孔壁露出的树脂产生氧化作用，氧化后的树脂较简洁被蚀除，而且也增加树脂进一步的架桥聚合,对后来的制程也

37、有帮助。由于脆性的关系,钻孔要特别留意.上述两种添加树脂都无法溴化,故参与一般 FR4 中会降低其难燃3.1.2.3 聚亚醯胺树脂 Polyimide(PI)A. 成份主要由 Bismaleimide 及 MethyleneDianiline 反响而成的聚合物,见图 3.6.B. 优点电路板对温度的适应会愈来愈重要，某些特别高温用途的板子，已非环氧树脂所能胜任，传统式 FR4 的 Tg 约 120左右，即使高功能的 FR4 也只到达 180-190，比起聚亚醯胺的 260还有一大段距离.PI 在高温下所表现的良好性质,如良好的挠性、铜箔抗撕强度、抗化性、介电性、尺寸安定性皆远优于 FR4。钻孔

38、时不简洁产生胶渣，对内层与孔壁之接通性自然比 FR4 好。而且由于耐热性良好，其尺寸之变化甚少，以X 及 Y 方向之变化而言，对细线路更为有利，不致因膨胀太大而降低了与铜皮之间的附着力。就 Z 方向而言可大大的削减孔壁铜层断裂的时机。C. 缺点:a. 不易进展溴化反响，不易到达 UL94V-0 的难燃要求。b. 此种树脂本身层与层之间，或与铜箔之间的黏着力较差，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、延性又都很差。d.其凡立水(Varnish,又称生胶水,液态树脂称之)中所使用的溶剂之沸点较高，不易赶完，简洁产生高温下分层的现象。

39、而且流淌性不好,压合不易填满死角。e.目前价格照旧格外昂贵约为 FR4 的 2-3 倍，故只有军用板或 Rigid-Flex 板才用的起。在美军标准 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 纤维的商品名为 Teflon 铁弗龙,其最大的特点是阻抗很高(Impedance)对高频微波(microwave)通信用途上是无法取代的，美军标准赋与“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 公司所制，目前这

40、种材料尚无法大量投入生产，其缘由有:A.PTFE 树脂与玻璃纤维间的附着力问题；此树脂很难渗入玻璃束中，因其抗化性特强，很多湿式制程中都无法使其反响及活化，在做镀通孔时所得之铜孔壁无法固着在底材上，很难通过MILP-55110E 中 4.8.4.4 之固着强度试验。由于玻璃束未能被树脂填满，很简洁在做镀通孔时造成玻璃中渗铜(Wicking)的消灭，影响板子的可信任度。B.此四氟乙烯材料分子构造，格外强劲无法用一般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，也使线路的附着力及尺寸安定性不好。表为四种不同树脂制造的基板性质的比较.3.1.2.5

41、 BT/EPOXY 树脂BT 树脂也是一种热固型树脂，是日本三菱瓦斯化成公司(MitsubishiGasChemicalCo.)在 1980 年研制成功。是由 Bismaleimide 及 TrigzineResinmonomer 二者反响聚合而成。其反响式见图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，耐热性格外好，BT 作成之板材，铜箔的抗撕强度(peelStrength)，挠性强度亦格外抱负钻孔后的胶渣(Smear)甚少b.可进展难燃处理，以到达 UL94V-0 的要求c.介质常数及散逸因子小，因此对于高频及高速传输的电路板格外有利。d.耐化性，抗溶

42、剂性良好e.绝缘性佳B.应用a. COB 设计的电路板由于 wirebonding 过程的高温，会使板子外表变软而致打线失败。BT/EPOXY 高性能板材可抑制此点。b. BGA,PGA,MCM-Ls 等半导体封装载板半导体封装测试中，有两个很重要的常见问题，一是漏电现象，或称 CAF(ConductiveAnodicFilament),一是爆米花现象(受湿气及高温冲击)。这两点也是 BT/EPOXY 板材可以避开的。3.1.2.6CyanateEsterResin1970 年开头应用于 PCB 基材，目前 ChibaGeigy 有制作此类树脂。其反响式如图 3.9。A.优点a.Tg 可达 2

43、50，使用于格外厚之多层板b.极低的介电常数(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，甚至可能和水起反响.3.1.2 玻璃纤维3.1.2.1 前言玻璃纤维(Fiberglass)在 PCB 基板中的功用，是作为补强材料。基板的补强材料尚有其它种，如纸质基板的纸材，Kelvar(Polyamide 聚醯胺)纤维，以及石英(Quartz)纤维。本节仅争论最大宗的玻璃纤维。玻璃(Glass)本身是一种混合物，其组成见表它是一些无机物经高温融熔合而成，再经抽丝冷却而成一种非结晶构造的坚硬物体。此物质的使用，已有数千年的历史。做成纤维状使用则可追溯至17 世纪。真正

44、大量做商用产品， 则是由 Owen-Illinois 及 CorningGlassWorks 两家公司其共同的争论努力后， 组合成Owens-CorningFiberglasCorporation 于 1939 年正式生产制造。3.1.2.2 玻璃纤维布玻璃纤维的制成可分两种，一种是连续式(Continuous)的纤维另一种则是不连续式(discontinuous)的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， 则承受后者玻璃席。A.玻璃纤维的特性原始融熔态玻璃的组成成份不同，会影响玻璃纤维的特性，不同组成所呈现的差

45、异，表中有具体的区分，而且各有独特及不同应用之处。按组成的不同(见表)，玻璃的等级可分四种商品：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。电路板中所用的就是 E 级玻璃，主要是其介电性质优于其它三种。玻璃纤维一些共同的特性如下所述：a.高强度：和其它纺织用纤维比较，玻璃有极高强度。在某些应用上，其强度/重量比甚至超过铁丝。b.抗热与火：玻璃纤维为无机物，因此不会燃烧c.抗化性：可耐大部份的化学品，也不为霉菌，细菌的渗入及昆虫的功击。d.防潮：玻璃并不吸水，即使在很潮湿的环境，照旧保持它的机械强度。e.热性质：玻纤有很低的熬线性膨胀系数，及高的热导系数，因此在高温环境下

46、有极佳的表现。f.电性：由于玻璃纤维的不导电性，是一个很好的绝缘物质的选择。PCB 基材所选择使用的 E 级玻璃，最主要的是其格外优秀的抗水性。因此在格外潮湿，恶劣的环境下，照旧保有格外好的电性及物性一如尺寸稳定度。玻纤布的制作：玻璃纤维布的制作，是一系列专业且投资全额浩大的制程本章略而不谈.3.2 铜箔(copperfoil)早期线路的设计粗粗宽宽的 ,厚度要求亦不挑剔 ,但演化至今日线宽 3,4mil,甚至更细(现国内已有工厂开发1mil 线宽),电阻要求严苛.抗撕强度,外表 Profile 等也都详加规定.所以对铜箔进展的现况及驱势就必需进一步了解.3.2.1 传统铜箔3.2.1.1 辗

47、轧法(Rolled-orWroughtMethod)是将铜块经屡次辗轧制作而成，其所辗出之宽度受到技术限制很难到达标准尺寸基板的要求(3 呎*4 呎),而且很简洁在辗制过程中造成报废，因外表粗糙度不够,所以与树脂之结合力气比较不好，而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化(HeattreatmentorAnnealing),故其本钱较高。A.优点.a. 延展性 Ductility 高,对 FPC 使用于动态环境下,信任度极佳.b. 低的外表棱线 Low-profileSurface,对于一些 Microwave 电子应用是一利基. B.缺点.a.和基材的附着力不好. b.本钱较高.c.因技术问题,宽度受限.