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PCB制造流程及说明(100页)[1]

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D.喷砂法

以不同材质的细石(俗称pumice)为研磨材料 优点:

a. 表面粗糙均匀程度较刷磨方式好 b. 尺寸安定性较好 c. 可用于薄板及细线 缺点:

a. Pumice容易沾留板面 b. 机器维护不易

E. 化学法(微蚀法)

化学法有几种选择,见表 .

F.结纶

使用何种铜面处理方式,各厂应以产品的层次及制程能力来评估之,并无定论,但可预知的是化学处理法会更普遍,因细线薄板的比例愈来愈高。

4.2.2 影像转移

4.2.2.1印刷法 A. 前言

电路板自其起源到目前之高密度设计,一直都与丝网印刷(Silk Screen Printing)-或网版印刷有直接密切之关系,故称之为\印刷电路板\。目前除了最大量的应用在电路板之外,其它电子工业尚有厚膜(Thick Film)的混成电路(Hybrid Circuit)、芯片电阻(Chip Resist )、及表面黏装(Surface Mounting)之锡膏印刷等也都有应用。

由于近年电路板高密度,高精度的要求,印刷方法已无法达到规格需求,因此其应用范围渐缩,而干膜法已取代了大部分影像转移制作方式.下列是目前尚可以印刷法cover的制程: a. 单面板之线路,防焊 ( 大量产多使用自动印刷,以下同) b.单面板之碳墨或银胶 c.双面板之线路,防焊 d.湿膜印刷 e.内层大铜面 f.文字

g.可剥胶(Peelable ink)

除此之外,印刷技术员培养困难,工资高.而干膜法成本逐渐降低因此也使两者消长明显.

B. 丝网印刷法(Screen Printing)简介

丝网印刷中几个重要基本原素:网材,网版,乳剂,曝光机,印刷机,刮刀,油墨,烤箱等,以下逐一简单介绍.

a. 网布材料

(1) 依材质不同可分丝绢(silk),尼龙(nylon),聚酯(Polyester,或称特多龙),不锈钢,等.电路板常用者为后三者.

(2) 编织法:最常用也最好用的是单丝平织法 Plain Weave.

(3) 网目数(mesh),网布厚度(thickness),线径(diameter),开口(opening)的关系

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见表常用的不锈钢网布诸元素

开口:见图4.2所示

网目数:每inch或cm中的开口数 线径: 网布织丝的直径 网布

厚度:厚度规格有六,Slight(S),Medium(M),Thick(T),Half heavy duty(H),Heavy duty(HD),Super heavy duty(SHD)

图4.2显示印刷过程网布各元素扮演角色.

b.网版(Stencil)的种类

(1).直接网版(Direct Stencil)

将感光乳胶调配均匀直接涂布在网布上,烘干后连框共同放置在曝光设备台 面上并覆以原稿底片,再抽真空使其密接感光,经显像后即成为可印刷的网 版。通常乳胶涂布多少次,视印刷厚度而定.此法网版耐用,安定性高,用于大 量生产.但制作慢,且太厚时可能因厚薄不均而产生解像不良.

(2).间接网版(Indirect Stencil)

把感光版膜以曝光及显像方式自原始底片上把图形转移过来,然后把已有图 形的版膜贴在网面上,待冷风干燥后撕去透明之载体护膜,即成间接性网版。 其厚度均匀,分辨率好,制作快,多用于样品及小量产.

c. 油墨

油墨的分类有几种方式

(1).以组成份可分单液及双液型.

(2).以烘烤方式可分蒸发干燥型、化学反应型及紫外线硬化型(UV)

(3).以用途可分抗蚀,抗镀,防焊,文字,导电,及塞孔油墨. 不同制程选用何种油墨,须视各厂相关制程种类来评估,如碱性蚀刻和酸性蚀刻 选择之抗蚀油墨考虑方向就不一样.

d. 印刷作业

网版印刷目前有三种方式:手印、半自动印及全自动印刷. 手印机须要印刷熟 手操作,是最弹性与快速的选择,尤以样品制作.较小工厂及协力厂仍有不少采 手印. 半自动印则除loading/unloading以人工操作外,印刷动作由机器代劳,但 对位还是人工操作.也有所谓3/4机印,意指loading亦采自动,印好后人工放入 Rack中. 全自动印刷则是loading/unloading及对位,印刷作业都是自动.其对位 方式有靠边, pinning及ccd三种. 以下针对几个要素加以解说: (1) 张力:

张力直接影响对位,因为印刷过程中对网布不断拉扯, 因此新网张力的要求非 常重要一.般张力测试量五点,即四角和中间. (2) 刮刀Squeege

刮刀的选择考量有三,

第一是材料,常用者有聚氨酯类(Polyure-thane,简称PU)。 第二是刮刀的硬度,电路板多使用Shore A之硬度值60度-80度者.平坦基 板铜面上线路阻剂之印刷可用70-80度; 对已有线路起伏之板面上的印 绿漆及文字,则需用较软之60-70度。

第三点是刮刀的长度,须比图案的宽度每侧长出3/4-1吋左右。 刮刀在使用一段时间后其锐利的直角会变圆,与网布接触的面积增大, 就 无法印出边缘毕直的细条,

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需要将刮刀重新磨利才行,需且刮刀刃在线 不 可出现缺口,否则会造成印刷的缺陷。 (3). 对位及试印

-此步骤主要是要将三个定位pin固定在印刷机台面上,调整网版及离板间隙(Off Contact Distance)( 指版膜到基板铜面的距离,应保持在2m/m-5m/m做为网布弹回的应有距离 ),然后覆墨试印.若有不准再做微调.

-若是自动印刷作业则是靠边, pinning及ccd等方式对位.因其产量大,适合 极大量的单一机种生产. (4). 烘烤

不同制程会选择不同油墨, 烘烤条件也完全不一样,须follow厂商提供的 data sheet,再依厂内制程条件的差异而加以modify.一般因油墨组成不一, 烘烤方式有风干,UV,IR等.烤箱须注意换气循环,温控,时控等. (5). 注意事项

不管是机印或手印皆要注意下列几个重点

-括刀行进的角度,包括与版面及xy平面的角度, -须不须要回墨.

-固定片数要洗纸,避免阴影. -待印板面要保持清洁

-每印刷固定片数要抽检一片依 check list 检验品质.

4.2.2.2干膜法

更详细制程解说请参读外层制作.本节就几个内层制作上应注意事项加以分析.

A. 一般压膜机(Laminator)对于0.1mm厚以上的薄板还不成问题,只是膜皱要多 注意 B. 曝光时注意真空度 C. 曝光机台的平坦度

D. 显影时Break point 维持50~70% ,温度30+_2,须 auto dosing.

4.2.3 蚀刻

现业界用于蚀刻的化学药液种类,常见者有两种,一是酸性氯化铜(CaCl2)、 蚀刻液,一种是碱性氨水蚀刻液。

A.两种化学药液的比较,见表氨水蚀刻液& 氯化铜蚀刻液比较

两种药液的选择,视影像转移制程中,Resist是抗电镀之用或抗蚀刻之用。在内层制程中D/F或油墨是作为抗蚀刻之用,因此大部份选择酸性蚀刻。外层制程中,若为传统负片流程,D/F仅是抗电镀,在蚀刻前会被剥除。其抗蚀刻层是钖铅合金或纯钖,故一定要用碱性蚀刻液,以免伤及抗蚀刻金属层。

B.操作条件 见表为两种蚀刻液的操作条件

C. 设备及药液控制

两种 Etchant 对大部份的金属都是具腐蚀性,所以蚀刻槽通常都用塑料,如 PVC (Poly Vinyl chloride)或PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金属是 钛 (Ti)。为了得到很好的蚀刻品质-最笔直的线路侧壁,(衡量标准为蚀刻因子 etching factor其定义见图4.3),不同的理论有不同的观点,且可能相冲突。 但有一点却是不变的基本观念,那就是以最快速度的让

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欲蚀刻铜表面接触愈多新鲜的蚀刻液。因为作用之蚀刻液Cu+浓度增高降低了蚀刻速度,须迅速补充 新液以维持速度。在做良好的设备设计规划之前,就必须先了解及分析蚀铜过程的化学反应。本章为内层制作所以探讨酸性蚀刻,碱性蚀刻则于第十章再介绍. a. CuCl2酸性蚀刻反应过程之分析

铜可以三种氧化状态存在,原子形成Cu°, 蓝色离子的Cu++以及较不常见 的亚铜离子Cu+。金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解,见下面反应式(1) Cu°+Cu++→2 Cu+ ------------- (1) 在酸性蚀刻的再生系统,就是将Cu+氧化成Cu++,因此使蚀刻液能将更多的 金属铜咬蚀掉。

以下是更详细的反应机构的说明。 b. 反应机构

直觉的联想,在氯化铜酸性蚀刻液中,Cu++ 及Cu+应是以CuCl2 及CuCl存 在才对,但事实非完全正确,两者事实上是以和HCl形成的一庞大络化物存 在的: Cu° + H2CuCl4 + 2HCl → 2H2CuCl3 ------------- (2) 金属铜 铜离子 亚铜离子 其中H2CuCl4 实际是 CuCl2 + 2HCl 2H2CuCl3 实际是 CuCl + 2HCl

在反应式(2)中可知HCl是消耗品。即使(2)式已有些复杂,但它仍是以下两 个反应式的简式而已。 Cu°+ H2CuCl4 → 2H2CuCl3 + CuCl (不溶) ---------- (3) CuCl + 2HCl → 2H2CuCl3 (可溶) ---------- (4)

式中因产生CuCl沈淀,会阻止蚀刻反应继续发生,但因HCl的存在溶解 CuCl,维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品,而且 是蚀刻速度控制的重要化学品。

虽然增加HCl的浓度往往可加快蚀刻速度,但亦可能发生下述的缺点。 1. 侧蚀 (undercut ) 增大,或者etching factor降低。

2. 若补充药液是使用氯化钠,则有可能产生氯气,对人体有害。 3. 有可能因此补充过多的氧化剂 (H2O2),而攻击钛金属H2O2 。

c.自动监控添加系统. 目前使用CuCl2酸性蚀铜水平设备者,大半都装置Auto dosing设备,以维持 蚀铜速率,控制因子有五: 1. 比重 2. HCl 3. H2O2 4. 温度 5. 蚀刻速度

4.2.4 剥膜

剥膜在pcb制程中,有两个step会使用,一是内层线路蚀刻后之D/F剥除,二 是外层线路蚀刻前D/F剥除(若外层制作为负片制程)D/F的剥除是一单纯简易 的制程,一般皆使用联机水平设备,其使用之化学药液多为NaOH或KOH浓 度在1~3%重量比。注意事项如下: A. 硬化后之干膜在此溶液下部份溶解,部份剥成片状,为维持药液的效果及后水洗能彻底,过滤系统的效能非常重要.

B. 有些设备设计了轻刷或超音波搅拌来确保剥膜的彻底,尤其是在外层蚀刻后 的剥

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