PCB过程处理

PCB技术详解手册•中国PCB技术网整理上传•PCB论坛网—交流旺区•PCB人才网—找工作，找人才好地方://www.pcbbbs.com，以組成一個具特定功能的模組或成品。所以PCB在整個電子產品中，扮演了整合連結總其成所有功能的角色，也因此時常電子產品功能故障時，最先被質疑往往就是PCB。圖1.1是電子構裝層級區分示意。圖1.1晶圓第0層次第1層次(Module)第2層次(Card)第3層次(Board)第4層次(Gate)1.2PCB的演變1.早於1903年Mr.AlbertHanson首創利用“線路”(Circuit)觀念應用於電話交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今PCB的機構雛型。見圖1.22.至1936年，DrPaulEisner真正發明了PCB的製作技術，也發表多項專利。而今日之print-etch(photoimagetransfer)的技術，就是沿襲其發明而來的。圖1.21.3PCB種類及製法在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子產品及其特殊需求。以下就歸納一些通用的區別辦法,來簡單介紹PCB的分類以及它的製造方法。1.3.1PCB種類A.以材質分a.有機材質酚醛樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。b.無機材質鋁、Copper-invar-copper、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能B.以成品軟硬區分a.硬板RigidPCBb.軟板FlexiblePCB見圖1.3c.軟硬板Rigid-FlexPCB見圖1.4C.以結構分a.單面板見圖1.5b.雙面板見圖1.6c.多層板見圖1.7圖1.3圖1.4圖1.5圖1.6圖1.7圖1.8D.依用途分：通信/耗用性電子/軍用/電腦/半導體/電測板…,見圖1.8BGA.另有一種射出成型的立體PCB，因使用少，不在此介紹。1.3.2製造方法介紹A.減除法，其流程見圖1.9B.加成法，又可分半加成與全加成法，見圖1.101.11C.尚有其它因應IC封裝的變革延伸而出的一些先進製程，本光碟僅提及但不詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度尚不夠。本光碟以傳統負片多層板的製程為主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來探討未來的PCB走勢。圖1.9減除法銅箔基板鑽孔化銅+鍍銅影像轉移蝕刻防焊圖1.11銅箔基板鑽孔化銅+鍍銅影像轉移蝕刻鍍銅,錫鉛防焊圖1.10全加成法樹脂積層板(不含銅箔)鑽孔樹脂表面活化印阻劑(抗鍍也抗焊)化學銅析鍍防焊半加成法二.製前準備2.1.前言台灣PCB產業屬性，幾乎是以ＯＥＭ，也就是受客戶委托製作空板（BareBoard）而已，不像美國，很多PCBShop是包括了線路設計，空板製作以及裝配(Assembly)的Turn-Key業務。以前，只要客戶提供的原始資料如Drawing,Artwork,Specification，再以手動翻片、排版、打帶等作業，即可進行製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，PCB的製造面臨了幾個挑戰:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速(5)產品週期縮短（6）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做為製前工具，現在己被電腦、工作軟體及鐳射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要Micro-Modifier來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在CAM(ComputerAidedManufacturing)工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可以依設計規則或DFM(DesignForManufacturing)自動排版並變化不同的生產條件。同時可以output如鑽孔、成型、測試治具等資料。2.2.相關名詞的定義與解說AGerberfile這是一個從PCBCAD軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。1960年代一家名叫GerberScientific（現在叫GerberSystem）專業做繪圖機的美國公司所發展出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有CAD系統的發展，也都依此格式作其OutputData，直接輸入繪圖機就可繪出Drawing或Film，因此GerberFormat成了電子業界的公認標準。B.RS-274D是GerberFormat的正式名稱，正確稱呼是EIASTANDARDRS-274D(ElectronicIndustriesAssociation)主要兩大組成：1.FunctionCode：如Gcodes,Dcodes,Mcodes等。2.Coordinatedata：定義圖像(Imaging）C.RS-274X是RS-274D的延伸版本，除RS-274D之Code以外，包括RS-274XParameters，或稱整個extendedGerberformat它以兩個字母為組合，定義了繪圖過程的一些特性。D.IPC-350IPC-350是IPC發展出來的一套neutralformat,可以很容易由PCBCAD/CAM產生,然後依此系統,PCBSHOP再產生NCDrillProgram,Netlist,並可直接輸入LaserPlotter繪製底片.E.LaserPlotter見圖2.1,輸入Gerberformat或IPC-350format以繪製ArtworkF.ApertureListandD-Codes見表2.1及圖2.2,舉一簡單實例來說明兩者關係,Aperture的定義亦見圖2.1圖2.2圖2.1表2.1Gerber資料代表意義X002Y002D02*移至(0.2,0.2),快門開關D11*選擇Aperture2D03*閃現所選擇ApertureD10*選擇Aperture1X002Y0084D01*移至(0.2,0.84),快門開關D11*選擇Aperture2D03*閃現所選擇ApertureD10*選擇Aperture1X0104Y0084D01*移至(1.04,0.84),快門開關D11*選擇Aperture2D03*閃現所選擇ApertureD12*選擇Aperture3X0104Y0048D02*移至(1.04,0.48),快門開關D03*閃現所選擇ApertureX0064Y0048D02*移至(0.64,0.48),快門開關D03*閃現所選擇Aperture2.3.製前設計流程：2.3.1客戶必須提供的資料：電子廠或裝配工廠，委託PCBSHOP生產空板（BareBoard）時，必須提供下列資料以供製作。見表料號資料表-供製前設計使用.上表資料是必備項目，有時客戶會提供一片樣品,一份零件圖，一份保證書（保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。2.3.2.資料審查面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工作程序與重點，如下所述。A.審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製程能力檢查表.料號資料表項目內容格式1.料號資料(PartNumber)包含此料號的版別,更改歷史,日期以及發行資訊.和Drawing一起或另有一Text檔.2.工程圖(Drawing)A.料號工程圖:包括一些特殊需求,如原物料需求,特性阻抗控制,防焊,文字種類,顏色,尺寸容差,層次等.HPGL及PostScript.B.鑽孔圖:此圖通常標示孔位及孔號.HPGL及PostScript.HPGL及PostScript.HPGL及PostScript.C.連片工程圖:包含每一小片的位置,尺寸,折斷邊,工具孔相關規格,特殊符號以及特定製作流程和容差.D.疊合結構圖:包含各導體層,絕緣層厚度,阻抗要求,總厚度等.3.底片資料(ArtworkData)A:線路層B:防焊層C:文字層Gerber(RS-274)4.ApertureList定義:各種pad的形狀,一些特別的如thermalpad並須特別定義construction方法.Textfile文字檔5.鑽孔資料ExcellonFormat定義:A:孔位置,B:孔號,C:PTH&NPTHD:盲孔或埋孔層6.鑽孔工具檔定義:A:孔徑,B:電鍍狀態,C:盲埋孔D:檔名Textfile文字檔7.Netlist資料定義線路的連通IPC-356or其它從CAD輸出之各種格式8.製作規範1.指明依據之國際規格,如IPC,MIL2.客戶自己PCB進料規範3.特殊產品必須meet的規格如PCMCIATextfile文字檔B.原物料需求（BOM-BillofMaterial）根據上述資料審查分析後，由BOM的展開，來決定原物料的廠牌、種類及規格。主要的原物料包括了：基板（Laminate）、膠片（Prepreg）、銅箔（Copperfoil）、防焊油墨（SolderMask）、文字油墨（Legend）等。另外客戶對於Finish的規定,將影響流程的選擇,當然會有不同的物料需求與規格，例如：軟、硬金、噴鍚、OSP等。表歸納客戶規範中，可能影響原物料選擇的因素。C.上述乃屬新資料的審查,審查完畢進行樣品的製作.若是舊資料,則須Check有無戶ECO(EngineeringChangeOrder),然後再進行審查.D.排版排版的尺寸選擇將影響該料號的獲利率。因為基板是主要原料成本（排版最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不良率。有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本增加很多.下列是一些考慮的方向：一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本30~60%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛），化學耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰當與否有關係。大部份電子廠做線路Layout時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，PCB工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片Layout的尺寸能在排版成工作PANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。a.基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去。b.銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免浪費。c.連片時,piece間最小尺寸,以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。d.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.e.不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一樣。較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多,而且設備製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要的。2.3.3著手設計所有資料檢核齊全後，開始分工設計：A.流程的決定(FlowChart)由資料審查的分析確認後，設計工程師就要決定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分:內層製作和外層製作.以下圖示幾種代表性流程供參考.見圖2.3與圖2.4圖2.3圖2.4多層盲/埋孔製程B.CAD/CAM作業a.將GerberData輸入所使用的CAM系統，此時須將apertures和shapes定義好。目前，己有很多PCBCAM系統可接受IPC-350的格式。部份CAM系統可產生外型NCRouting檔，不過一般PCBLayout設計軟體並不會產生此檔。有部份專業軟體或獨立或配合NCRouter,可設定參數直接輸出程