PCB制程13
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印刷电路板(P・C. B)制程的常见问题及解决方法目录:(一)图形转移艺................................................(二)线路油墨艺................................................(三)感光绿油艺................................................(四)碳膜艺...................(五)银浆贯孔艺................................................ 工2 工4 工5 工7 工(六)沉铜(P T H )工9(七)电铜工艺..........................................•… •… •… •… •… •… •… •… •… •… •… 1 1(八)电镍工艺 .......................................•… •… •… •… •… •… •… •… •… •… •… 1 2(九)电金工艺 .......................................•…•…•…•…•…•…•…•…•…•…•… 1 3(十)电锡工艺 .........................................•…•…•…•…•…•…•…•…•…•…•… 1 4(十一)蚀刻工艺......................................•…•…•…•…•…•…•…•…•… 1 5(十二)有机保焊膜工1 5(十三)喷锡(热风整平)艺.................................................•…•…•… 1 6(十四)压合工艺................................................・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1 7(十五)图形转移工艺流程及原理・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・20(十六)图形转移过程的控制・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・24(十七)破孔问题的探讨・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・28(十八)软性电路板基础・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・33(十九)渗镀法....... (38)光化学图像转移(L/F )工艺◎ L/F网印常见故障和纠正方法网印及帘涂工艺◎阻焊膜覆涂工艺(网印、帘涂)的常见故障及纠正方法士存倉~ TFT台匕店百印制板网印贯孔技术◎银浆贯孔印制板常见故障和纠正方法酸性电镀铜工艺◎酸性镀铜常见故障及处理电镀金工艺◎镀金层常见故障和纠正方法蚀刻工艺◎碱性氯化铜蚀刻液蚀刻故障类型、产生原因和解决办法有机助焊保护膜工艺◎有机助焊保护膜操作过程中常见故障和纠正方法热风整平(喷锡)工艺◎热风整平常见故障和纠正方法多层印刷板压板工艺◎层压缺陷产生的原因及解决方法。
PCB成型制程介绍简介PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是一种将电子元器件连接并固定在导电路径上的基础组件。
PCB的制造过程经历多个步骤,其中之一就是成型制程。
本文将介绍PCB成型制程的基本流程和常见的方法。
PCB成型制程流程1. 准备工作在进行PCB成型制程之前,需要做一些准备工作。
首先需要准备好原材料,常见的PCB材料包括FR-4、铝基板等。
同时,还需准备相应的成型工具和设备,如成型机、热压机等。
2. 色板制作色板制作是PCB制程的第一步,它用于制作出PCB中的导线层。
色板通常由铜材料制成,通过化学腐蚀或机械加工的方式形成导线图案。
3. 铺铜层铺铜层是为了增加PCB的导电性能。
铜层可以通过压铜、电镀等方式添加在色板上,形成一个可导电的层。
4. 成型成型是PCB制程中的关键步骤之一,它通过加热和施加压力将PCB 材料压制成所需的形状。
不同的成型工艺有不同的方法,下面将介绍常见的两种成型方法。
(1) 热压成型热压成型是一种常见的PCB成型方法。
它使用热压机将PCB材料加热到一定温度,然后施加一定的压力,使其在模具的作用下变形成所需的形状。
这种方法可以在较短的时间内实现高质量的成型效果。
(2) 塑料注塑成型塑料注塑成型是另一种常见的PCB成型方法。
它使用注塑机将熔化的塑料注入到模具中,然后在高压下使其冷却和固化成为所需的形状。
这种方法适用于需要复杂形状的PCB成型,但时间和成本相对较高。
5. 钻孔钻孔是为了在PCB上开孔以供电子元器件的焊接。
钻孔工艺有自动和手动两种,通常使用钻针将孔钻出。
电镀是一种常见的PCB制程方法,它通过将金属沉积在PCB上来提高其导电性和耐蚀性。
电镀通常使用电解沉积的方式进行,常见的金属包括铜、金、锡等。
7. 丝网印刷丝网印刷是一种用于印刷PCB上的标记、文字或图案的方法。
它通过在PCB上放置一个丝网模板和墨水,然后用刮刀将墨水刮平,形成所需的标记。
PCB制作工艺流程一、开料目的:以制造流程单之规格,将大面积的敷铜泊基板依制前设计所规化的工作尺寸裁切尺寸及厚度发料并裁板。
1、裁板作业流程:仓库→裁板室→调整尺寸→裁板→检查测量2、磨边作业流程:设置长、宽→磨边→水洗一→水洗二→水洗三→挤干→吹干→烘干二、内层1、内层前处理目的:将除去板面氧化物及油污,再加磨刷粗化铜面增加感光材料于铜面的附著力。
作业流程:上板→化学清洗(H2SO4:3%~5%,压力:1.5±0.5㎏/C㎡)→溢流水洗(压力:1.5±0.5㎏/C㎡)→磨刷→中压水洗(压力:3.0±0.5㎏/C㎡)→微蚀刻(SPS:100~120g/1, H2SO4:1%~3%,压力:1.5±0.5㎏/C㎡)→溢流水洗(压力:1.5±0.5㎏/C㎡)→酸洗(H2SO4:1%~3%)→溢流水洗(压力:1.5±0.5㎏/C㎡)→烘干→检查注意事项:1、做板之前要做刷痕实验、水纹实验,刷痕宽度:1.0±0.2㎝,水纹:15秒以上;2、内层板厚分为两种:47mil的为普通基板,其他为特殊基板,特殊基板要做标记,还要测板厚;3、检查压力表;2、涂布目的:以抗蚀性材料附著力在铜面上,制作内层线路GND、VCC作业流程:进料→粘尘→下降→入料→涂布→烘烤(第一阶段:145℃;第二阶段:125℃;第三阶段:115℃;第四阶段:55℃;第五阶段:35℃) →出料→检查注意实项:1、粘尘纸200片后换一次;2、油墨刮刀压力调整(压力:1.0~3.0㎏/C㎡);3、检测膜厚(8.0±1.5mil),检查脏点等3、曝光(半自动曝光)目的:曝光灯发出紫外光投射在已贴有干膜的板面上,将曝光菲林上线路图形转移到感光干膜上,未吸紫外光的干膜显影时会溶解于显影液中作业流程:检查底片→架底片→调整对准度→放板→吸真空→曝光→检查注意事项:1、每天清洁机台,做能量测试;2、室内温度:22.0±2℃,湿度:55±5%;3、黑色底片每曝光2000次后报废,每曝光500次后底片检查;4、每曝光前用手动滚轮清洁一次底片,底片每曝光10片清洁一次,每50片上机检查一次;5、底片L2朝上,L3朝下;6、灯管亮到熄灭:12秒;7、抽真空度至少600~700MMHG;8、抽真空后用刮刀赶气;9、放板时,把底片翻开看到压条后,沿着压条放板,避免刮伤底片4、显影目的:显影是把尚未发生聚合反应的区域用显影液将之冲洗掉,已感光部分则因已发生聚合反应而洗不掉乃留在铜面上成为蚀刻之阻剂膜5、蚀刻目的:以蚀刻液将铜表面去除,留有抗蚀油墨之线路,制作内层线路GND、VCC 6、去墨剥膜目的:将线路上之抗蚀材料去掉,露出铜线路完成制作内层线路ND、VCC(4,5,6)工作流程:显影(温度:31.0±2℃;浓度:碳酸钠:1.0±0.2wt%,传送速度:4.0±0.5m/min;压力:1.75±0.25㎏/C㎡)→水洗(压力:1.5±0.3㎏/C㎡)→蚀刻(温度:40~45℃;传动速度:4.0±0.5m/min;喷压:上压3.0±0.5㎏/C㎡,下压2.8±0.5㎏/C㎡;铜含量:105~115g/l) →水洗(压力:1.5±0.3㎏/C㎡)→检查→软化去墨(温度:45~50℃;传动速度:4.5±0.5m/min;浓度:NaOH1.0~0.2%;去墨第一段0.1~0.2㎏/C㎡;去墨第二段0.5~0.2㎏/C㎡;去墨第三段1.5~0.2㎏/C㎡)→水洗→酸洗(温度:RT;压力:1.5±0.3㎏/C㎡,H2SO4浓度:1~3%)→水洗→烘干(温度:90.0±10℃)→检查→收板注意事项:1、每天退槽一次;2、有线路的板含有线路的板面朝上,没有线路的板不作要求;3、每天用报废板做显影、蚀刻实验,检查参数是否合格;4、检查压力表;5、每班换水一次;6、滤网每天清洗一次;7、检查喷嘴7、黑化处理工作流程:上料→碱性清洁(16″)→水洗(6″)→水洗(11″)→微蚀(8″)→水洗(1″)→水洗(5″)→预侵(6″)→黑化(15″)→热纯水洗(8″)→水洗(5″)→水洗(16″)→后侵(16″)→纯水洗(3″)→纯水洗(8″)→热纯水洗(16″)→滴干→烘干(35″)注意事项:1、开机前须检查各槽液位是否正常;2、插板时须一片一片的插;3、黑化好的板做首件、自主检查时需垂直向上取板且手指不能拿入单元内;4、黑化OK板预叠前所停放的时间不能超过一小时;5、生产的合格黑化板必须在24小时之内压合完毕,否则超过时间需要新烘烤或重工;6、卸板时需两手平行从飞靶上取出,轻放板上,防止动作不规范造成板面刮伤;7、检查黑化颜色均匀不均匀、漏不漏铜、刮伤、有没有烘干;8、HTG170以上只能在白班做;9、检查压力表;10、参数:微蚀35±2℃,室温32.8℃,黑化75±5℃,热水洗50±3℃,后侵28±5℃,热纯水洗50±3℃,烘干一:120±10℃,烘干二:120±10℃,烘干三:120±10℃,共用35分,清洁:50分8、棕化处理(TG150℃以上的不做棕化)作业流程:上料→酸洗(温度:30±5℃,浓度: 5±2%H2SO4,压力:上压1.5±0.2㎏/C㎡,下压1.5±0.2㎏/C㎡)→水洗(压力:上压1.0±0.2㎏/C㎡,下压1.0±0.2㎏/C㎡)→清洁(温度:50±2℃,压力:上压1.5~2.5㎏/C㎡,下压1.5~2.5㎏/C㎡,碱度:0.96±0.1N)→纯水洗(压力:上压1.0±0.2㎏/C㎡,下压1.0±0.2㎏/C㎡)→预侵(温度:30±3℃,强度:70~100%,酸度:0.06~0.12N,速度:3.6±0.2m/min)→棕化(温度:38~45℃,酸度:1.8~2.3N,CB2218A强度:90~120%,CB2218B强度:150±30%,H2O2:11.5±2g/l,CU2+<50g/l,微蚀量:40~80u″,速度:3.6±0.2m/min)→纯水洗(压力:上压1.0±0.2㎏/C㎡,下压1.0±0.2㎏/C㎡)→干燥1(温度:90±5℃)→干燥2(温度:90±5℃)→收板→检查注意事项:1、每天须做首件,检查各个参数是否合格;2、生产的合格棕化板必须在小时之内压合完毕;3、做完后,检查颜色均匀度、是否漏铜、是否刮伤;4、检查压力表;9、压合①、PP裁切工作流程:安装PP→调整刀具(上下间隙为0.08mm)→开机→长度设定(控制单位inch换mm,裁板尺寸依OP单规定)→速度设定→张数设定→加工作业(在更换裁切不同的TG材料前必须把机台上的粉尘清理干净后方可裁切)→手动部分→收料注意事项:1、温度:22±5℃,湿度:50±10℃;2、PP的经向、纬向一定要根据OP来裁切:3、裁切OK的PP可以静至一个月,超过时间不能用;4、裁切好的TG180℃PP用红色大字报表示,TG140℃的PP用白色大字报表示,TG150℃的PP用黄色大字报表示;5、裁好HTG的PP不能超过6小时;6、裁切首片,测量尺寸是否与OP单要求的尺寸相符;②、预叠(温度:20~18℃,湿度:55±5%)⑴、熔合(六层板或六层板以上)工作流程:开机(检查三点组合)→机台调整(检查定位pin位置是否于板的对位孔相重合)→参数设定→加工作业→关机⑵、铆合(六层板或六层板以上)工作流程:开机→机台调整→调整铆钉→加工作业→关机注意事项:1、预叠前,先看板是否有刮伤、颜色是否均匀等,方可叠合;2、熔合、铆合必须做首件,检查是否合格;3、熔合、铆合要求L2、L5朝外,L3、L4向里;4、隔2小时测量一次铆钉高度,铆钉高度的范围:1.27±0.2mm;5、熔合的温度不做限制,但是就好在340~360℃,时间:加光板的是30~33秒,其他的是22秒③、叠合(温度:22±2℃,湿度:60±5℃)工作流程:准备工作(铜箔、无尘纸、粘尘布、钢板)→清洁机台→检查铜箔→选择排版数→参数设定→叠板注意事项:1、读取工单叠合图所用铜箔规格、产商等,检查机台铜箔是否一致,否则更换;2、根据生产胺尺寸计算在钢板上的排版面积,排版所在钢板上的利用率尽可最大,在排版台上调整红外线固定排版位置或方向;3、根据SOP规定,生产板层数设定排版层数,排版总高度必须高于防滑块高度;4、把板放在红外线固定位置上,叠板时不能在叠台上齐板或抖动PP,叠板动作要轻快;5、六层板要求11叠,四层板12叠④、压合作业流程:开机→设立压合参数→上机→热压→冷压→下机注意事项:1、热板温度测试:180℃恒温10分钟状态,每个热盘取9点,使用感温探针直接测试;2、每6个月测试一次热板,正常热板温差为3.0℃±1.5℃;3、热盘平行度测试:①取直径3.0mm铅条,各热盘放置5根铅条并注意避开盘面滚珠依左右平均放置;②放置后以100psi压力压合10分钟;③取该热盘每一点值与该热盘所有点的平均值对比其差异值小于±0.03mm,否则进行维修,每年测试一次;4、热压真空度:700mmHg以上,热盘温度及压力:依附件之温度及压力设定;5、冷压系统压力设定:100~125㎏/C㎡(板面压力为85~105psi),时间:50min,冷压的降温速率为5℃/min下,冷压后板面的实际温度设定为53℃以下压合程式一览表:阶段T(℃)(±5℃)t(min)(±0.1min)P(psi)(±3psi)t(psi)(±0.1min)1 150 13 100 132 150 12 300 123 195 25 400 254 195 65 400 655 185 5 300 56 180 3 150 37 170 2 50 2 Total 125 125阶段T(℃)(±5℃)t(min)(±0.1min)P(psi)(±3psi)t(psi)(±0.1min)1 150 13 100 152 150 12 300 133 195 25 400 274 195 65 400 605 185 5 300 56 180 3 150 37 170 2 50 2Total 125 125压合程式执行完毕;②超出5分钟外来电时,将压合板取出,把表面PP及铜箔撕掉,再做一次黑化制程,后续正常作业(注:1、黑化制程不能做微蚀处理;2、只能适用于无阻抗控制板子)压合扳子取出→PP及铜箔撕掉→黑化→后续正常作业2、在压合程式第二阶段时停电停机因此时PP的树脂开始融化流动,有大量气泡存在不能重工3、在压合程式第三阶段(高压段)时停电停机①在压合程式第三阶段(高压段上压1~50分钟)时停电停机,因此时PP的树脂开始融化流程,有大量气泡存在不能重工②在压合程式第三阶段(高压段上压50分钟以上)时停电停机,此时树脂已固化,保证足够固化时间即可来电后接着该压合程式执行,下压后须测TG值、热冲击爆实验、介质厚度测试,判定是否合格10、裁切→捞边→铣靶→钻靶→磨边①磨边作业流程:开机→送板→磨边(根据不同板厚调整刀具的位置每次更换刀具后应做一次对应位置检测,进给量每边磨掉0.5mm左右即可)→洗板(传输速度:5.5±0.5m/min,水洗压力:第一段1.0±0.5㎏/C㎡,第二段1.5±0.5㎏/C㎡,第三段1.0±0.5㎏/C㎡)→烘干→收板11、钻孔多层板作业流程:钻孔工具准备→程式输入→裁定位PIN→上料→钻孔作业→下机台检验→刷磨去毛头双面板作业流程:磨板边→上PIN→钻孔工具准备→程式输入→上料→钻孔作业→下PIN→下机台检验→刷磨去毛头注意事项:1、核对OP,所取钻头是否合乎OP上之尺寸;2、检查钻头条件:进刀速、转速、孔限数设定,这些参数根据钻针大小、材质来设定的;3、打PIN (PIN直径:0.123″,深度12.5mm);4、铝垫板必须能涵盖所有的孔,以免断针;5、孔径15.7mil以下(﹤1.5mil),钻孔片数双面板2片,4-10层板2片;孔径15.7mil以上(≧15.7mil),钻孔片数双面板3片,4-6层板3片,8-10层板2片;6、钻孔前要空跑孔数,确认无误;7、胶带距离板边小于0.8cm;8、冰水机温度:19±2℃;9、喷锡板使用手推磨机600﹟,化金板、化银板、OSP 板、金手指板使用800﹟~1000﹟;10、检查备针是否备错,测量大小;11、钻孔、刷磨完后,用X-RAY孔位检查机检查是否钻偏;12、温度:22~25℃,湿度:45~50%;13、检查铝片上的压痕,确认压力角是否水平重工流程:检查并输入钻孔程式→上料→找孔→下料→检查①因停电、停气、断针等造成的漏孔、孔未钻透的板子检查后按照重工流程重工②因用错针造成孔小的板须重工12、去胶渣与化学铜目的:钻孔中造成高温产生胶渣黏于内层铜箔上,此胶渣会造成内层OPEN,所以要去胶渣工作流程:上板→酸洗(压力:1.0±0.2㎏/C㎡,H2SO4:3~5%)→水洗(压力:1.7±0.3㎏/C㎡)→刷磨(刷痕:1.0±0.2cm,电流:2.8±0.5A)→水洗(压力:1.7±0.3㎏/C㎡)→高压水洗(38±2㎏/C㎡)→超音波水洗(温度:40±5℃,电流:2.5±0.2A)→水洗(压力:1.7±0.3㎏/C㎡)→烘干(温度:75±5℃)→收板注:传动速度:3.5±0.5m/min;刷磨完成后的板子,须于12小时内完成一铜电镀作业13、一铜线工作流程:上架(抽样方式检视板子是否有严重凹陷及刮伤)→膨胀剂(Normal FR-4 材料:温度67~73℃,强度:10~16%;HTG材料:温度72~80℃,强度:13~16%,NaOH浓度:0.75~1.1N)→高锰酸钾(Normal FR-4 材料:温度72~78℃;HTG材料:温度76~80℃,NaOH浓度:1.0~1.4N,KmnO4浓度:45~65g/L,Mn6+:须保持在25g/L以下)→预中和(H2SO4浓度:2~4%,H2O2浓度:1.0~2%)→中和(温度:42~46℃)→碱性清洁(温度:47~51℃,碱当量:0.012~0.018N)→微蚀(温度:25~30℃,H2O2浓度:2~5%,SPS浓度:40~70g/L,CU﹥25g/L更槽)→预侵(温度:28~32℃,比重:1.100~1.1600,CU:少于1500PPM)→活化(温度:42~46℃,强度:70~100%,氯化亚钾﹥3g/L,比重:1.140~1.1820,CU:少于2000PPM,铁:少于100PPM)→化学铜(温度:30~36℃,CU2+:1.7~2.3g/L,NaOH:9.0~13g/L,甲醛浓度:3~5g/L,EDTA浓度:25~30g/L)→酸侵(H2O2浓度:100~120ml/L)→镀铜(温度:20~30℃,电流密度:14±2ASF,CuSO4.5H2O浓度:60~80g/L,H2SO4浓度:100~120ml/L,HCL浓度:40~80PPM,EP1100B-2:0.7~3.0ml/L,EP1100C-2:2.8~17ml/L)→烘烤(温度控制:95±5℃,速度:4.5±0.5m/min)→下架注意事项:1、每班分析膨胀剂后在添加,每周更换滤芯,每生产84万平方尺换槽;2、高锰酸钾槽,电流控制在1500±50A,不生产时控制在1000±50A,每生产100万平方尺后换槽;3、中和槽每生产15万平方尺后换槽;4、碱性清洁槽每生产6.7万平方尺后换槽;5、预侵槽每生产30万平方尺换槽;6、活化槽每日槽液浓度分析后添加,滤芯2周换一次,每一年换槽一次或CU﹥2000PPM换槽;7、化学铜槽每天依分析后添加,控制在14 ~26 ,每天二次试验控制在8-10级;8、镀铜槽:阳极铜块每星期检视、添加一次一年更换一次,每周做一次Hull Cell试验,每周分析一次槽液,每次分析后添加。
制程品质预防重要监控点开料1.每款板开料时必须要做铜厚及板厚的测量。
2.多层板裁边时必须依照裁边识别孔的位置进行裁切。
3.裁板机台面上不允许有胶纸存在。
4.开料垫板或铝片时,其尺寸公差不能超过开料板尺寸的±3MM。
5.内层芯板须减薄或加厚的板开料后必须送至沉铜减薄或加厚。
1.叠板过程中如果层压板不能够填充每层的间隙后时,必须用相同厚度的板料进行填充。
2.如有其中有一层三张PP叠构的板层压定位必须用铆钉进行固定3.批量板层压使用的PP在叠板前必须全部进行抽湿处理。
4.裁切后的PP存放过程中必须有经纬向标识。
5.PP存放的环境温湿度必须严格按照标准(18-22℃、50-60%)进行控制。
6.叠板时必须先对钢板的凹坑印是否进入图形区进行检查。
7.真空压合叠板时必须先用直尺在模板边缘划一条直线,每层叠层必须以直线为标准线进行叠板。
8.叠板过程中每个开口的叠板高度必须比边缘的销钉要高。
9.针对存在内层密闭图形的板一律用真空层压机进行压合。
10.压合后的板必须进行板厚测量及对板边进行档案号标识。
钻孔1.多层板钻孔时叠板高度不能超过4.8MM,8层以上(含8层)的多层板钻孔时每次只能叠一PNL。
2.钻孔过程中如出现断刀的现象,补孔时必须上调2个孔位进行补孔,并且本次钻孔完成后必须用红胶片对板的方式进行检查。
3.ROGERS系列板及聚四氟乙烯板在钻孔后一率用1200目以上的砂纸进行打磨。
4.钻孔后的板必须进行磨边倒角后方可转入下工序。
5.板厚≦3MM的板钻完内层定位孔后必须进行打披锋,6.光电产品钻孔后不允许进行打磨,外发钻孔时必须在外协单上注明不能打磨字样。
外型1.具有大金面外露的板外型前必须将板送丝印贴保护膜后方可进行外型作业。
2.作业员进行外型首件作业时,必须先铣出1PCS或1SET进行首件确认,不允许一次铣出一首板后进行首件确认。
批量≧10PNL 的板首件必须送IPQC进行确认。
3.V-CUT板批量10SET以上的板每调一次刀必须对首板送IPQC进行确认。
PCB压合制程基础知识目录一、概述 (2)二、PCB压合制程工艺基础 (2)1. 压合制程的原理 (3)2. 压合制程的重要性 (4)3. 压合制程的分类 (5)三、压合制程的材料与设备 (6)1. 基板材料 (8)2. 覆盖膜材料 (9)3. 压合设备概述及工作原理 (11)四、PCB压合制程工艺流程 (12)1. 原材料准备 (13)2. 叠板与组合 (14)3. 压制过程控制 (15)4. 品质检测与评估 (16)五、工艺参数的设置与优化 (17)1. 温度控制参数的设置与优化 (19)2. 压力控制参数的设置与优化 (20)3. 时间控制参数的设置与优化 (22)六、压合过程中的质量控制点分析 (24)1. 制程中的质量控制要求及方法介绍 (25)2. 制程中异常问题及解决方案探讨 (26)七、PCB压合制程的环境与安全要求及措施方案探讨 (28)八、压合制程的发展趋势与展望 (29)一、概述PCB压合制程,又称为印刷电路板压合工艺,是电子行业中的一个关键环节。
它涉及将多层印刷电路板(PCB)通过叠加和粘合的方式合并成一层或多层复合板,以形成具有特定功能和性能的高密度电路。
PCB压合制程在电子设备的生产过程中占据重要地位,其质量直接影响电子产品的可靠性、稳定性和性能。
PCB压合制程的基本原理是利用压力使各层PCB之间的绝缘介质压缩,从而实现各层电路的连接。
这一过程通常需要使用到专门的压合设备,如压机、模具等。
在压合过程中,还需要考虑温度、压力、时间等参数的精确控制,以确保各层电路之间的紧密结合,避免出现分层、空隙等问题。
随着电子技术的不断发展,对PCB压合制程的要求也越来越高。
为了提高电子产品的集成度和性能,需要采用更先进的材料和设计;另一方面,为了降低成本和提高生产效率,也需要不断优化压合制程的工艺和设备。
了解和掌握PCB压合制程的基础知识对于从事电子行业工作的人员来说具有重要意义。
二、PCB压合制程工艺基础基材准备与处理:PCB压合的第一步是准备高质量的基材。
PCB制程流程主要包括以下步骤:
裁板:将PCB基板裁剪成生产尺寸。
前处理:清洁PCB基板表面,去除表面污染物。
压膜:将干膜贴在PCB基板表层,为后续的图像转移做准备。
曝光:使用曝光设备利用紫外光对覆膜基板进行曝光,从而将基板的图像转移至干膜上。
DE:将进行曝光以后的基板经过显影、蚀刻、去膜,进而完成内层板的制作。
内检:检测及维修板子线路。
压合:将多个内层板压合成一张板子。
钻孔:按照客户要求利用钻孔机将板子钻出直径不同,大小不一的孔洞,使板子之间通孔以便后续加工插件,也可以帮助板子散热。
一次铜:为外层板已经钻好的孔镀铜,使板子各层线路导通。
外层:为方便后续工艺做出线路。
二次铜与蚀刻:二次镀铜,进行蚀刻。
以上步骤完成后,PCB制作流程基本完成。
十三金手指,噴錫( Gold Finger & HAL )13.1製程目的A.金手指(Gold Finger,或稱Edge Connector)設計的目的,在於藉由connector連接器的插接作為板對外連絡的出口,因此須要金手指製程.之所以選擇金是因為它優越的導電度及抗氧化性.但因為金的成本極高所以只應用於金手指,局部鍍或化學金,如bonding pad等.圖13.1是金手指差入連接器中的示意圖.圖13.1B. 噴錫的目的,在保護銅表面並提供後續裝配製程的良好焊接基地.13.2製造流程金手指→噴錫13.2.1 金手指A. 步驟:貼膠→割膠→自動鍍鎳金→撕膠→水洗吹乾B. 作業及注意事項a. 貼膠,割膠的目的,是讓板子僅露出欲鍍金手指之部份線路,其它則以膠帶貼住防鍍.此步驟是最耗人力的,不熟練的作業員還可能割傷板材.現有自動貼,割膠機上市,但仍不成熟.須注意殘膠的問題.b. 鍍鎳在此是作為金層與銅層之間的屏障,防止銅migration.為提高生產速率及節省金用量,現在幾乎都用輸送帶式直立進行之自動鍍鎳金設備,鎳液則是鎳含量甚高而鍍層應力極低的氨基磺酸鎳(Nickel Sulfamate Ni(NH2SO3)2 )c. 鍍金無固定的基本配方,除金鹽(Potassium Gold Cyanide 金氰化鉀,簡稱PGC ) 以外,其餘各種成份都是專密的,目前不管酸性中性甚至鹼性鍍金所用的純金都是來自純度很高的金鹽為純白色的結晶,不含結晶水,依結晶條件不同有大結晶及細小的結晶,前者在高濃度的PGC 水溶液中緩慢而穩定自然形成的,後者是快速冷卻並攪拌而得到的結晶,市場上多為後者.d. 酸性鍍金(PH 3.5~5.0)是使用非溶解性陽極,最廣用的是鈦網上附著有白金,或鉭網(Tantalam) 上附著白金層,後者較貴壽命也較長。
e. 自動前進溝槽式的自動鍍金是把陽極放在構槽的兩旁,由輸送帶推動板子行進於槽中央,其電流的接通是由黃銅電刷(在槽上方輸送帶兩側)接觸板子上方突出槽外的線路所導入,只要板子進鍍槽就立即接通電流,各鍍槽與水洗槽間皆有緩衝室並用橡膠軟墊隔絕以降低drag in/out,故減少鈍化的發生,降低脫皮的可能。
f. 酸金的陰極效率並不好,即使全新鍍液也只有30-40% 而已,且因逐漸老化及污染而降低到15% 左右。
故酸金鍍液的攪拌是非常重要,g. 在鍍金的過程中陰極上因效率降低而發生較多的氫氣使液中的氫離子減少,因而PH值有漸漸上升的情形,此種現象在鈷系或鎳系或二者並用之酸金製程中都會發生。
當PH 值漸升高時鍍層中的鈷或鎳量會降低,會影響鍍層的硬度甚至疏孔度,故須每日測其PH 值。
通常液中都有大量的緩衝導電鹽類,故PH 值不會發生較大的變化,除非常異常的情形發生。
h. 金屬污染鉛:對鈷系酸金而言,鉛是造成鍍層疏孔(pore)最直接的原因.(剝錫鉛製程要注意) 超出10ppm即有不良影響. 銅:是另一項容易帶入金槽的污染,到達100ppm時會造成鍍層應力破製,不過液中的銅會漸被鍍在金層中,只要消除了帶入來源銅的污染不會造成太大的害處。
鐵:鐵污染達50ppm 時也會造成疏孔,也需要加以處理。
C.金手指之品質重點a.厚度b.硬度c.疏孔度(porosity)d.附著力Adhesione.外觀:針點,凹陷,刮傷,燒焦等.13.2.2 噴錫HASL(Hot Air Solder Leveling)A 歷史從1970年代中期HASL就己發展出來。
早期製程,即所謂"滾錫"(Roll tinning),板子輸送進表面沾有熔融態錫鉛之滾輪,而將一層薄的錫鉛轉移至板子銅表面。
目前仍有低層次單面硬板,或單面軟板使用此種製程。
接下來因有鍍通孔的發展及錫鉛平坦度問題,因此垂直將板子浸入熔解的熱錫爐中,再將多餘錫鉛以高壓空氣將之吹除。
此製程逐漸改良成今日的噴錫製程,同時解決表面平整和孔塞的問題。
但是垂直噴錫仍計多的缺點,例如受熱不平均Pad下緣有錫垂(Solder Sag),銅溶出量太多等,因此,於1980年初期,水平噴錫被發展出來,其製程能力,較垂直噴錫好很多,有眾多的優點,如細線路可到15mil以下,錫鉛厚度均勻也較易控制,減少熱衝擊,減少銅溶出以及降低IMC層厚度。
B. 流程不管是垂直、噴錫or水平噴錫,正確的製造流程一樣如下:兩種噴錫機的示意圖見圖13.2與圖13.3圖13.2圖13.3C. 貼金手指保護膠此步驟目的在保護金手指以免滲錫,其選擇很重要,要能耐熱,貼緊,不沾膠.D. 前清潔處理前清潔處理主要的用意,在將銅表面的有機污染氧化物等去除,一般的處理方式如下脫脂→清洗→微蝕→水洗→酸洗(中和)→水洗→熱風乾。
使用脫脂劑者,一般用酸性,且為浸泡方式而非噴灑方式,此程序依各廠前製程控制狀況為選擇性。
微蝕則是關鍵步驟,若能控制微蝕深度在0.75~1.0μm(30~40μin),則可確保銅面之有機污染去除乾淨。
至於是否須有後酸洗(中和),則視使用微蝕劑種類,見表。
此微蝕最佳方式,是以水平噴灑的設備為之維持一定的微蝕速率,以及控制後面水洗,熱風吹乾間隔的時間,防止再氧化的情形出現;並和噴錫速度密切搭配,使生產速率一致。
屬於前製程嚴重的問題,例如S/M殘留,或者顯影不淨問題,則再強的微蝕都無法解決這個問題。
前清潔處理的好壞,有以下幾個因素的影響:-化學劑的種類-活性劑的濃度(如氧化劑,酸)-微蝕劑的銅濃度-溫度-作用時間槽液壽命,視銅濃度而定,所以為維持etch rate的穩定,可以分析銅濃度來控制添加新鮮的藥液。
E. 預熱預熱段一般使用於水平噴錫,其功能有三,一為減少進入錫爐時熱衝擊,二是避免孔塞或孔小。
三、接觸錫爐時較快形成IMC以利上錫。
若能加進此程序,當然最好,否則浸錫時間須增加,尤其是厚度大於1.6.mm的厚板,預熱方式有使用烤箱者,水平方式則大半用IR做預熱,in-line輸送以控制速度及溫度。
以1.6mm厚度而言,其預熱條件應維持表面溫度在144~174℃間。
若板子是高層次,高縱橫比(Aspect Ratio),以及內層為散熱層,則熱傳效果是非常重要的。
有些公司的預熱放在Coating flux 之後,但根據實驗顯示如此會將flux中的活性成份破壞,而不利於吃錫。
前述提到很多垂直噴灑式。
不管用何種方式,均勻與完全的塗覆是最為主要的。
助焊劑的選擇,要考慮的因素非常的多。
助焊劑要考量的是它的黏度與酸度(活性),其適用範圍和產品的種類,製程以及設備有很大的關連。
譬如,水平噴錫的助焊劑黏度的選擇,就必須較垂直噴錫低很多。
因水平噴錫之浸錫時間短,所以助焊劑須以較快速度接觸板面與孔內。
除了這些以外,尚有以下的考慮:-與錫爐的抗氧化油是否相容-是何不易清潔,而有殘留物所以,為了易於清潔,大部份flux主成份為glycol,可溶於水.活化劑則使用如HCl或HBr等酸。
最後,因設備的差異,flux的一些特質可能因使用的過程而有變化,如黏度以及揮發性成份。
因此須考慮自動添加系統,除補充液之外,亦補充揮發性成份。
F上錫鉛此段程序,是將板子完全浸入熔融態的錫爐中,液態Sn/Pb表面則覆蓋乙二醇類(glycol)的抗氧化油,此油須與助焊劑相容,此步驟最重要的是停留時間,以及因在高溫錫爐中,如何克服板彎問題的產生。
板子和錫接觸的瞬間,銅表面即產生一薄層IMC Cu6Sn5,有助後續零件焊接。
此IMC層在一般儲存環境下,厚度的成長有限,但若高溫下,則厚度增長快速,反而會造成吃錫不良。
垂直噴錫和水平噴錫極大的不同點,在於垂直噴錫從進入錫爐瞬間至離開錫爐瞬間的時間約是水平噴錫的二倍左右。
整個PANEL受熱的時間亦不均勻,而且水平噴錫板子有細小的滾輪壓住,讓板子維持同一平面。
所以垂直噴錫一直有熱衝擊板子彎翹的問題存在。
雖有些公司特別設計夾具,減少其彎翹的情形,但產能卻也因此減少。
G. 整平當板子完全覆蓋錫鉛後,接著經高壓熱風段將表面孔內多餘的錫鉛吹除,並且整平附著於PAD及孔壁的錫鉛。
此熱氣的產生由空壓機產生的高壓空氣,經加溫後,再通過風刀吹出. 其溫度一般維持在210~260℃。
溫度太低,會讓仍是液狀的錫鉛表面白霧化及粗糙,溫度太高則浪費電力。
空氣壓力的範圍,一般在12~30psi 之間,視下列幾個條件來找出最佳壓力:1. 設備種類2. 板厚3. 孔縱橫比4風刀角度及距離(以板子做基準)下列幾個變數,會影響整個錫鉛層厚度,平整度,甚至後續焊錫性的良窳。
1.風刀的結構2.風刀口至板子的距離3.風刀角度4.空氣壓力大小5.板子通過風刀的速度6.外層線路密度及結構其中,前五項都是可調整到最佳狀況,但是第六項則和製程設備的選擇或者後處理設備有極大的關係,例如垂直噴錫,在PAD下緣,或孔下半部會有錫垂造成厚度不均及孔徑問題。
H. 後清潔處理後清潔水洗目的,在將殘留的助焊劑或其由錫爐帶出之殘油類物質洗除,本步驟是噴錫最後一個程序,看似沒什麼,但若不用心建置,反而會功敗垂成,以下是幾個要考慮的因素:1.冷卻段及Holder的設計2.化學洗3.水洗水的水質、水溫及循環設計4.各段的長度(接觸時間)5.輕刷段成功的後清潔製程的設計必須是板子清洗後:1.板彎翹維持最小比率2.離子污染必須小於最高標準(一般為6.5μg/cm2)3.表面絕緣阻抗(SIR)必須達最低要求。
(一般標準:3×10 9Ω-噴錫水洗後35℃,85%RH,24小時後)13.3 錫爐中各種金屬雜質的影響噴錫品質的好壞,因素複雜,除上述之錫爐溫度高壓噴氣溫度以及浸錫時間外,另一個頗為重要的因素是污染的程度。
溫度與時間的控制以各種方式做監控。
但是雜質的in-line監控卻是不可能的是,它是須要特殊的分析設備來做精確分析,如AA等,規模夠大,有自已的化驗室者,通常由化驗人員做定期分析;或者由提供錫鉛的供應商定期取回分析。
決定錫爐壽命的主要兩個因素,一是銅污染,二是錫的濃度,當然其他的金屬污染若有異常現象,亦不可等閒視之。
A. 銅銅污染是最主要的,且產生來源亦是清楚不過。
銅表面在Soldering時,會產生一層IMC,那是因銅migrates至Solder中,形成種化學μ(Cu3Sn和Cu5Sn6),隨著處理的面積增加,銅溶入Solder的濃度會增加,但它的飽和點,是0.36%(在243 ℃),當超過飽和點時,錫面就會呈現顆粒狀粗糙表面,這是因為IMC的密度低於熔溶態錫鉛,它會nigrate到錫鉛表面,呈樹狀結晶,因此看起來粗糙,這種現像會有兩個問題,一是外觀,二是焊錫性。
因PAD表面錫鉛內含銅濃度高,因此在組配零件,會額外增加如Wave Solder或IR Reflow時的設定溫度,甚至根本無法吃錫。
B. 錫錫和鉛合金的最低熔點183℃,其比例是63:37,因此其比例若因製作過程而有變化,極可能因差異太大,而造成裝配時的條件設定不良。