ML制造步骤介绍.ppt

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1、MASS LAM 製造流程介紹,一、PWB的歷史 二、多層印刷電路板(Mass Lam)的製造工程 三、品質管制與檢驗,一、 PWB的歷史 a.1940年代之前,PWB製造技術開始普遍,通信機器或收音機的配線銅線黏貼於 石蠟上;成了現今PCB的機構雛型。 b.1927年,用印刷方式在玻璃或陶瓷基板上造成電路的構想,之後以絕緣樹脂基板 開發成功後才具體化。 c.1936年,英國的艾斯拉首倡現在這種全面覆蓋著金屬箔的絕緣基板,塗上耐蝕刻 油墨後再將不需要的金屬箔蝕刻去掉減除法,PWB基本製造技術。 d.1953年,日本在PWB實用化。收音機等民生用品 e.1960年之後,日本開始採用貫孔鍍銅雙面板

2、製造技術電子計算機,週邊佟端機 f.1964年,日本電信電話公社引進美國1960已實用化的ML-PWB製造技術,用於電 子計算機及電子交換機等。 g.1964年以後至今,除了絕緣材料特性改變外,尺寸穩定性、 耐電蝕性、 銲錫耐熱 性、 防燃性等綜合檢討,最後到目前使用的Glass fiber Copper Clad Laminated boards 。,二、多層印刷電路板的製造工程(MASS-LAM) 3-1.基板與黏合片(P/P)原材料 3-1-1.構成要素:銅箔、玻璃纖維布、樹脂.等 3-1-2.製造方法:CCL 、P/P之製造方法 3-2.多層印刷電路板製造流程:見附圖 P5 製前準備:

3、 a.客戶使用者 a-1.行銷員向客戶取得 工單or製作仕樣書 Gerber file 必要時會同工程、品保人員 Check 片 洽談工程製作規範及品質檢驗允收規範。 a-2.工程部製前製作內容資料審查CAM編輯、廠內製作工單、工作底片繪制 轉至生產部門。,迴路設計,CAD CAM CAT,工 作 底 片,原始底片,Gerber file,製 前 審 查 準 備,a-3.製前設計流程:,客戶資料提供,資 料 審 查,著 手 設 計,CAD/CAM 下料尺寸 Art work NC Drilling Program NC Routing Program,Process Flow Design 操

4、作參數條件指示 規格定義 製作流程定義 材料使用定義,Too Ling AOI 檢查 電測設計 生產工程圖 (模治具),b.內層板線路轉移AOI檢查: b-1.製作流程注意事項要點: b-1-1.裁板投料: 發料尺寸確認 基板銅厚確認 b-1-2.內層銅面處理:機械研磨粗糙度(厚度28mil以上)不織布校正整平。 化學研磨粗糙度(厚度28mil以下)當槽度,微蝕速度.等 乾燥溫度表面孔內乾燥必要。 b-1-3.內層壓膜:定義:將曝光阻劑貼付在待產基板銅面上並使其加熱產生熱 反應,附著在銅面上 。 控制:壓膜S/P ,T C ,Pressure ,滾輪清潔度等。 b-1-4.曝光作業:定義:將壓

5、膜完成之基板經由UV光照射使其產生光化學反應 達到影像轉移到阻劑上(乾膜)謂之曝光 。 控制:曝光能量(m j/cm2) 真空度,對位精準度( film與基板,層與 層間),同心圓設計,Multi line蝕後沖孔對位系統考量。 參照 P8 曝光機構示意圖,UV照光機構示意圖,LAMINATION 壓膜or其印刷方式,絕緣基板(thin core),LAMINATION 壓膜or其印刷方式,LAMINATION 壓膜or其印刷方式,LAMINATION 壓膜or其印刷方式,Exposure 照光,曝光經由工作底片,乾膜阻劑,工作底片,銅箔絕緣基板,乾膜阻劑,b-1-5.顯影,蝕刻,剝膜(D.E

6、.S) 顯影 :定義:將曝光完成之基板其光阻劑未有UV光硬化之部位以顯影液沖 洗出並徹底洗淨基板表面謂之。 控制:藥液濃度%比率,膜含量控制,S/P ,T C, 顯影點(break point)維 持 5070%等重點。 蝕刻:乾膜光阻劑經顯像後無阻劑部位即被所謂蝕刻液咬蝕去銅,即形成 所需要之回路謂之。 蝕刻液常見可分為兩種:一是酸性氧化銅( CuCl2)蝕刻液 一是鹼性氨水( NH4Cl)蝕刻液 乾膜(P/F)或油墨作為蝕刻阻劑且具抗酸,一般大部份選擇酸性蝕刻 液。 在外層蝕刻製程,可選擇酸性或鹼性氨水蝕刻液。 CuCl2蝕刻反應式 Cu +Cu2+ 2Cu+ Cu +H2CuCl4+2H

7、Cl 2H2CuCl3 Cu +H2CuCl4 H2CuCl3+Cu Cl Cu Cl+2HCl H2CuCl3 控制:蝕刻速度,T C, 比重(銅含量),HCl,H2O2濃度控制 蝕刻因子 ( e/f值),B,阻劑,A,銅線路,D,基板,C,Etching Factor: D/C示意圖,剝膜：俗稱“去膜”亦就是將抗蝕刻之光阻劑在此將其去除掉並同洗淨烘乾 銅箔表面待下一工程站。 剝膜在PCB製程中有2個 Step會使用: 一是內層或外層酸性蝕刻後之D/F或油墨去除; 另一是外層線路蝕刻前D/F除去(鹼性蝕刻液使用場合)。 使用剝膜液通常為 Na OH或 KOH,以Na OH為最普遍且成本較低。

8、 外層蝕刻剝膜液選擇宜謹慎(酸性蝕刻液)文獻指出K(鉀)會攻擊錫! 外層阻劑為錫鉛共金屬化合物。 C .AOI檢查工程: C-1.檢測前之準備工作: C-1-1.AOI掃描機參數設定 C-1-2.基板掃描固定孔 CCD破靶 C-2.AOI檢查台掃描、VRS人工目視 C-3.直接人工目視 C-4.不良品補修正確認處置 C-5.AOI機台檢測有其極限:細斷路及漏電Leakage很難完全找出。,D.黑氧化處理(Black/Brown Oxide Treatment) D-1.氧化反應:( 產生Cu O ) 目的:a.增加與樹脂接觸的表面積及附著力( Bonding Adhesion) b.增加銅面對

9、樹脂流動之潤濕性(各死角流入及硬化後抓地力) c.在裸銅表面產生一層緻密的純化層( Passivation)以阻絕高溫下液態 resin中胺類Amine對銅面的影響。 D-2.還原反應: (Post dip ping process),TUC目前為黑化反應並加後予浸方式。 目的:增加氧化層的抗酸性,並剪經絨毛高度到適當水準;以減少絨毛過長 在壓合後及後製程被藥液之攻擊可能性。 D-3.氧化處理之反應式: Cu +Cu O2 Cu2O+ClO3+ Cl- Cu2O +2CuO2 Cu O+ClO3 + Cl- Cu2O +H2O Cu(OH)2+Cu2+ Cu (OH)2 Cu O+H2O 金屬

10、銅與亞氯酸納反應先生成中間體氧化亞銅Cu2O,再進一步反應為 Cu O(黑氧化層膜) 。 D-4.棕化與黑化比較: a.黑化層中含高鹼度 Cu2O(亞銅)此物易形成長針狀或羽毛狀,在高溫下 容易折斷而大影響與樹脂之附著力;且亦出現水分而形成高熱後局部 分層爆板。棕化層呈碎石瘤狀結晶,結構緊密無疏孔附著力好 Poly imide多層板必須的製程。 b.黑化層較厚且重,易發生 PTH 後粉紅圈 ( Pink ring) 棕化層較薄,不易發生 PTH 後粉紅圈 ( Pink ring)。 c.黑化層較厚結晶較長,其覆蓋性比棕化好,銅面的色澤瑕疵較易覆蓋 過去而得到較均勻的外表。,7580 C以上,D

11、-5.控制方法: a. weigh gain 之測定 b. peel strength 之測定 c. 蝕刻銅量 之測定 d. 氧化後外觀檢查,無量度為檢查標準 E.鉚合、疊板(Lay-up)組合、壓合工程: 黑氧化處理好之內層板將其依層構成結構進行鉚合作業並與準備好之原料、 膠片( prep reg) 、銅箔( copper foil)進予疊置組合,再進入壓合機做壓合工程。 P/P 之規格種類與性質:一般分為7628 、 2116 、 1506 、 1080 、 106 其三種性質為: 膠流量( Resin flow) 、膠化時間( Gel time) 、膠合量( Resin content)

12、 P/P 的選用考量要素: 絕緣層與厚度 內層銅厚 樹脂含量 內層殘銅率 對稱性 銅箔(copper foil)規格:常見銅箔厚度及重要規格如下表:,TYPE,1/3 oz/ft2 1/2 oz/ft2 1 oz/ft2 2 oz/ft2,厚度mil,0.47 0.1 0.70 0.15 1.4 0. 2.8 0.,重量( ),抗張力(klb/in2),伸長率( ), 5 5 5 5,15 15 30 30,4.5 4.5 6.0 10,鉚合:6層板以上適用之或4層夾 0/0板者,以鉚釘機(單、雙、多軸機)將各層別 依層別順序鉚合。 控制:鉚合平準度,鉚合對準度,鉚合Size規格.等。 疊板組

13、合: A.疊板組合的原則:依客戶設計之結構層組成進行之 a.絕緣層之絕緣性考量 b.基板與膠片的經緯方向不可混錯 板彎板扭防止 c.阻抗特性控制的特殊板,膠片及銅箔選擇 皺折防止 d.空白區組合之交錯及鉚釘位置,鋼板選擇 B.環境要求:溫溼度之嚴格控制-溫度222C 、相對溫度 555% 無塵室之清潔度控制。 C.對準度之要求方式:c-1.投影燈式及無投影燈方式( Mass Lamination ) c-2.有梢套孔疊置( PIN Lamination ) 壓合: A.壓合機種類:依其作動原理可分為三大類: a.液壓式壓合機 b.艙壓式壓合機( Autoclave ) c.ADARA syst

14、em Cedal 壓合機( 見附圖 ) B.多層印刷電路配線板的形成方法:參照附圖 C.壓合完成後之解板( Break Down ): 將壓合熱硬化後之疊板依序分離鋼板與壓基板。,壓合機種類:,Mass Lam 之層構圖,多層印刷電路配 線板的形成方法,F.壓合後處理工程: 解板後依尺寸進行剪床裁切(溢膠切除) 基準孔 X-ray破靶: 破靶孔徑 壓合後之基準靶距 層間對位檢測 基板外框成型: CNC routing 機 外型作業尺寸符合出貨尺寸 撈邊記號作記 基板毛屑磨邊作業 外觀成品檢驗: 依M/L外觀檢查允收標準檢驗,CNC鉆孔作業: a.CNC工程: (定義)通常指使用數值控制之自動C

15、NC裝置,將銅箔基層板之內外層 導通孔(導通孔)及零件插入孔(零件孔)貫穿之作業為PWB製造 工程的第一階段。 b.控制重點:孔位精度、孔壁粗糙度、未貫穿、缺孔、多孔等,(基板(組合)方法),電鍍( 鍍通孔, Plated Through Hole ) a.目的:NC鉆孔後之壓合板,使其孔壁上之非導體部分之樹脂及玻纖束進行金 屬化,再進行電鍍銅製程;完成足夠導電及焊接之金屬孔壁。 b.製造流程: 去毛頭表面處理 除膠渣 PTH 一次電解銅(PANEL Plating) c.去毛頭 (de burr ): 銅面機械式研磨處理,以去除孔邊緣之巴里殘銅絲並且將銅面粗化。(機 器刷磨,超音波高壓水洗淨

16、 micro via有效) 。 d.除膠渣 (De smear ): d-1.何謂 smear ? 鉆孔後resin高溫超過Tg點形成的融熔狀膠渣,此種現象於 內層銅邊緣及孔壁內 P I 形成。 d-2.除膠渣目的: 清潔孔壁,去除膠渣,產生 micro-rough 增加附著力) 。 d-3.目前常見使用除膠渣方法: 硫酸法( Sulferic Acid ) 電漿法( Plasma ) 鉻酸法( Cromic Acid ) 高錳酸鉀法( Permanganate ) 其中以 KMnO4 法較被普遍使用。 e.高錳酸鉀 ( KMnO4 )法說明:膨鬆劑(Sweller) 除膠 中和(Neutra

17、lizer) e-1.KMnO4與 NaMnO4 溶解度佳,價格較低。 e-2.反應原理: 4MnO4- + C + 4OH- 4MnO42- + CO2 + 2H2O (主要反應式) 2MnO4- + 2OH- 2MnO42- + O2+H2O 次反應 MnO4- + H2O MnO2 + 2OH- + O2 (自發反應式) 4價沉澱。,e-3.操作採電極還原再生的方式操作穩定性高。 e-4.Mn+7紫色 .Mn+6 綠色. 、 Mn+4為黑色沉澱。 可由顏色大略判斷其狀態,但電極再生為最佳控制方法。 e-5.形成 micro-rough (蜂巢式粗糙面),其咬蝕能力亦會隨基材之不同而有所

18、改變。如:High Tg材、BT材等 e-6.中和劑 如 NaHSO3其目的為將.Mn+7 、 .Mn+6 、 Mn+4變為可溶性的 Mn+2 為避免 Pink ring 之產生選擇 Acid Base必須注意 HCl or H2SO4系列,以 H2SO4 為 Base 的酸較佳。 F. PTH 化學銅: 一般可分為酸性及鹼性系統依基本觀念而有不同。 F-1.基本流程:鹼性系統 整孔 清潔 催化 活化 還原 化學銅 ( Conditioner ) ( Etch Cleaner ) ( Cat al pretreatment ) ( Activator ) ( Reducer ) (Elect

19、roless ) F-2.酸性系統: Conditioner Micro etch Cat al pretreatment Cat al deposit Accelerator Elect roless Deposit 參照附件,微蝕,G.電解銅 ( Panel plating ) G-1.孔壁經PTH金屬化後,立即進行電解銅製程,目的為鍍上0.5 1.0 mil 以保 護僅有的化學銅 0.51.0m厚度,以免被後製程破壞而造成孔破 ( Voids ) 。 此後製程為線路乾膜等外層製程。 G-2. 控制點: 1.鍍銅厚度均勻性 2.孔銅厚度與面銅均勻性比值 (穿透力) 3.孔內銅壁與內層銅接續

20、信賴性,基礎銅,電解銅,內層銅,絕緣層,鍍銅孔壁 切面圖,酸性系統說明 附件 a. conditioner ( 整孔 ): 1.以整孔劑使孔內呈現 Bipolar 現象,其中 Cu 呈現需正電,材質玻纖、樹脂呈 負電狀態。 2.表面孔壁清潔,使孔壁呈帶正電性以利 Pd/Sn 膠體負電子團附著。 b. Micro etch ( 微蝕 ): 清除Conditioner所形成的表面薄膜及清洗銅面殘留的氧化物。 c.Catalpretreatment ( 預活化 ): 1.避免 Micro etch 形成的銅離子帶入Pd/Sn槽。(犧牲打) 2.降低孔壁表面的 surface tension 。d.C

21、ataldeposit ( 活化 ): 1.Pd膠體以錯化物方式與孔壁帶正電吸附結合。 2.孔壁吸附了負離子團,中和形成中和電性孔壁。,Pd帶負電離子團,Pd金屬孔壁吸附機構圖,孔壁,e.Accelerator ( 速化 ): 1.Pd 膠體吸附後去除 Sn,使 Pd+2露出,如此才能在無電解銅中產生催化作用, 形成所謂化學銅。 2.化學反應式為: Pd+2 / Sn+2 Pd+2(ad)+ Sn+2(aq) Pd+2(ad) Pd(s)金屬狀態 3.速化除去 Sn+2不足時會產生 PI,過分去除時則會產生破洞 Back light 檢查為重點。 4. Pd+2膠體吸附太多或活化後水洗不足,則

22、會易呈 PTH 時粗糙。 f.化學銅沉積 ( Electro less Deposit ): 1.利用金屬催化無電解銅與 HCHO作用,使化學銅沉積。 2.其功能可解釋有二: (a).作為催化吸附 H之本體,加速 HCHO的反應。 (b).作為導體,以利e-電子轉移到 Cu+2形成 Cu沉積。,化學銅沉積反應式,HCHO,三、品質管制與檢驗: 4-1.品質管制: a.依 ISO-9000 品質保證系統展開 a-1.品質政策 a-2.品質目標擬定與達成 b.依品質保證功能展開 b-1.進料品管 ( IQC ) b-2.製程品管 ( IPQC ) b-3.出貨客訴品管 ( OQC、Customer

23、 Complain service ) b-4.製程能力分析與持續改善 ( 品質工程、 DOE 、SPC等 ) 4-2.檢驗: a.依 IPC-4011 、4012 、A600E.等國際標準轉換成廠內各項進料、製程、出 貨外觀及物特性檢驗標準。 b.各製程品質檢驗: 依管制計劃( Control plan )所擬定製造流程之檢驗項目、檢驗方法、檢驗工具 及頻度和判定規格實施抽樣或全數檢驗,以達產品符合規格。 例: 製造流程 檢驗或管制項目 檢驗工具 規格 頻度 方法及記錄表單 溫度 量溫計 5C 次/班 棕化線生產自主檢查表 B/O 9249 化驗分析 4151g/e 次/班 棕化槽液分析報表 weigh gain 化驗分析 0.350.85mg/cm2次/班 重量管制表,