制程目的

　　三層板以上產(chǎn)品即稱多層板，傳統(tǒng)之雙面板為配合零件之密集裝配，在有限的板面上無(wú)法安置這么多的零組件以及其所衍生出來(lái)的大量線路，因而有多層板之發(fā)展。加上美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）宣布自1984年10月以后，所有上市的電器產(chǎn)品若有涉及電傳通訊者，或有參與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)者，皆必須要做“接地”以消除干擾的影響。但因板面面積不夠，因此pcb lay-out就將“接地”與“電壓”二功能之大銅面移入內(nèi)層，造成四層板的瞬間大量興起，也延伸了阻抗控制的要求。而原有四層板則多升級(jí)為六層板，當(dāng)然高層次多層板也因高密度裝配而日見(jiàn)增多。本章將探討多層板之內(nèi)層制作及注意事宜。

　　制作流程

　　依產(chǎn)品的不同現(xiàn)有三種流程

　　A. Print and Etch

　　發(fā)料→對(duì)位孔→銅面處理→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜

　　B. Post-etch Punch

　　發(fā)料→銅面處理→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜→工具孔

　　C. Drill and Panel-plate

　　發(fā)料→鉆孔→通孔→電鍍→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜

　　發(fā)料

　　發(fā)料就是依制前設(shè)計(jì)所規(guī)劃的工作尺寸，依BOM來(lái)裁切基材，是一很單純的步驟，但以下幾點(diǎn)須注意：

　　A. 裁切方式-會(huì)影響下料尺寸

　　B. 磨邊與圓角的考量-影響影像轉(zhuǎn)移良率制程

　　C. 方向要一致-即經(jīng)向?qū)?jīng)向，緯向?qū)曄?/p>

　　D. 下制程前的烘烤-尺寸安定性考量

　　銅面處理

　　在印刷電路板制程中，不管那一個(gè)step，銅面的清潔與粗化的效果，關(guān)系著下 一制程的成敗，所以看似簡(jiǎn)單，其實(shí)里面的學(xué)問(wèn)頗大。

　　A. 須要銅面處理的制程有以下幾個(gè)

　　a. 干膜壓膜

　　b. 內(nèi)層氧化處理前

　　c. 鉆孔后

　　d. 化學(xué)銅前

　　e. 鍍銅前

　　f. 綠漆前

　　g. 噴錫（或其它焊墊處理流程）前

　　h. 金手指鍍鎳前

　　本節(jié)針對(duì)a. c. f. g. 等制程來(lái)探討的處理方式（其余皆屬制程自動(dòng)化中的一部份，不必獨(dú)立出來(lái)）

　　B. 處理方法 現(xiàn)行銅面處理方式可分三種：

　　a. 刷磨法（Brush）

　　b. 噴砂法（Pumice）

　　c. 化學(xué)法（Microetch）

　　以下即做此三法的介紹

　　C. 刷磨法

　　a. 刷輪有效長(zhǎng)度都需均勻使用到， 否則易造成刷輪表面高低不均

　　b. 須做刷痕實(shí)驗(yàn)，以確定刷深及均勻性優(yōu)點(diǎn)

　　a. 成本低

　　b. 制程簡(jiǎn)單，彈性缺點(diǎn)

　　a. 薄板細(xì)線路板不易進(jìn)行

　　b. 基材拉長(zhǎng)，不適內(nèi)層薄板

　　c. 刷痕深時(shí)易造成D/F附著不易而滲鍍

　　d. 有殘膠之潛在可能

　　D.噴砂法

　　以不同材質(zhì)的細(xì)石（俗稱pumice）為研磨材料優(yōu)點(diǎn)：

　　a. 表面粗糙均勻程度較刷磨方式好

　　b. 尺寸安定性較好

　　c. 可用于薄板及細(xì)線缺點(diǎn)：

　　a. Pumice容易沾留板面

　　b. 機(jī)器維護(hù)不易

　　E. 化學(xué)法（微蝕法）

　　影像轉(zhuǎn)移

　　印刷法

　　電路板自其起源到目前之高密度設(shè)計(jì)，一直都與絲網(wǎng)印刷（Silk Screen Printing）－或網(wǎng)版印刷有直接密切之關(guān)系，故稱之為“印刷電路板”。目前除了量的應(yīng)用在電路板之外，其它電子工業(yè)尚有厚膜（Thick Film）的混成電路（Hybrid Circuit）、芯片電阻（Chip Resist ）、及表面黏裝（Surface Mounting）之錫膏印刷等也都優(yōu)有應(yīng)用。

　　由于近年電路板高密度，高的要求，印刷方法已無(wú)法達(dá)到規(guī)格需求，因此其應(yīng)用范圍漸縮，而干膜法已取代了大部分影像轉(zhuǎn)移制作方式。下列是目前尚可以印刷法cover的制程：

　　a. 單面板之線路，防焊 （ 大量產(chǎn)多使用自動(dòng)印刷，以下同）

　　b.單面板之碳墨或銀膠 c.雙面板之線路，防焊

　　d.濕膜印刷

　　e.內(nèi)層大銅面

　　f.文字

　　g.可剝膠（Peelable ink）

　　除此之外，印刷技術(shù)員培養(yǎng)困難，工資高。而干膜法成本逐漸降低因此也使兩者消長(zhǎng)明顯。

　　A. 絲網(wǎng)印刷法（Screen Printing）簡(jiǎn)介

　　絲網(wǎng)印刷中幾個(gè)重要基本原素：網(wǎng)材，網(wǎng)版，乳劑，曝光機(jī)，印刷機(jī)，刮刀，油墨，烤箱等，以下逐一簡(jiǎn)單介紹。

　　a. 網(wǎng)布材料

　　（1） 依材質(zhì)不同可分絲絹（silk），尼龍（nylon），聚酯（Polyester，或稱特多龍），不銹鋼，等。電路板常用者為后三者。

　　（2） 編織法：常用也用的是單絲平織法 Plain Weave.

　　（3） 網(wǎng)目數(shù)（mesh），網(wǎng)布厚度（thickness），線徑（diameter），開口（opening）的關(guān)系

　　見(jiàn)表常用的不銹鋼網(wǎng)布諸元素

　　開口：見(jiàn)圖4.2所示

　　網(wǎng)目數(shù)：每inch或cm中的開口數(shù)

　　線徑： 網(wǎng)布織絲的直徑 網(wǎng)布

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

　　圖4.2顯示印刷過(guò)程網(wǎng)布各元素扮演角色。

　　b.網(wǎng)版（Stencil）的種類

　　（1）。直接網(wǎng)版（Direct Stencil）

　　將感光乳膠調(diào)配均勻直接涂布在網(wǎng)布上，烘干后連框共同放置在曝光設(shè)備臺(tái) 面上并覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，經(jīng)顯像后即成為可印刷的網(wǎng) 版。通常乳膠涂布多少次，視印刷厚度而定。此法網(wǎng)版耐用，安定性高，用于大 量生產(chǎn)。但制作慢，且太厚時(shí)可能因厚薄不均而產(chǎn)生解像不良。

　　（2）。間接網(wǎng)版（Indirect Stencil）

　　把感光版膜以曝光及顯像方式自原始底片上把圖形轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)，然后把已有圖 形的版膜貼在網(wǎng)面上，待冷風(fēng)干燥后撕去透明之載體護(hù)膜，即成間接性網(wǎng)版。 其厚度均勻，分辨率好，制作快，多用于樣品及小量產(chǎn)。

　　c. 油墨

　　油墨的分類有幾種方式

　　（1）。以組成份可分單液及雙液型。

　　（2）。以烘烤方式可分蒸發(fā)干燥型、化學(xué)反應(yīng)型及紫外線硬化型（UV）

　　（3）。以用途可分抗蝕，抗鍍，防焊，文字，導(dǎo)電，及塞孔油墨。 不同制程選用何種油墨，須視各廠相關(guān)制程種類來(lái)評(píng)估，如堿性蝕刻和酸性蝕刻 選擇之抗蝕油墨考慮方向就不一樣。

　　d. 印刷作業(yè)

　　網(wǎng)版印刷目前有三種方式：手印、半自動(dòng)印及全自動(dòng)印刷。 手印機(jī)須要印刷熟 手操作，是彈性與快速的選擇，尤以樣品制作。較小工廠及協(xié)力廠仍有不少采 手印。 半自動(dòng)印則除loading/unloading以人工操作外，印刷動(dòng)作由機(jī)器代勞，但 對(duì)位還是人工操作。也有所謂3/4機(jī)印，意指loading亦采自動(dòng)，印好后人工放入 Rack中。 全自動(dòng)印刷則是loading/unloading及對(duì)位，印刷作業(yè)都是自動(dòng)。其對(duì)位 方式有靠邊， pinning及ccd三種。 以下針對(duì)幾個(gè)要素加以解說(shuō)：

　　（1） 張力：

　　張力直接影響對(duì)位，因?yàn)橛∷⑦^(guò)程中對(duì)網(wǎng)布不斷拉扯， 因此新網(wǎng)張力的要求非 常重要一。般張力測(cè)試量五點(diǎn)，即四角和中間。

　　（2） 刮刀Squeege

　　刮刀的選擇考量有三，

　　是材料，常用者有聚氨酯類（Polyure-thane，簡(jiǎn)稱PU）。

　　第二是刮刀的硬度，電路板多使用Shore A之硬度值60度－80度者。平坦基 板銅面上線路阻劑之印刷可用70－80度; 對(duì)已有線路起伏之板面上的印 綠漆及文字，則需用較軟之60－70度。

　　第三點(diǎn)是刮刀的長(zhǎng)度，須比圖案的寬度每側(cè)長(zhǎng)出3/4－1吋左右。 刮刀在使用一段時(shí)間后其銳利的直角會(huì)變圓，與網(wǎng)布接觸的面積增大， 就 無(wú)法印出邊緣畢直的細(xì)條，需要將刮刀重新磨利才行，需且刮刀刃在線 不 可出現(xiàn)缺口，否則會(huì)造成印刷的缺陷。

　　（3）。 對(duì)位及試印

　　-此步驟主要是要將三個(gè)定位pin固定在印刷機(jī)臺(tái)面上，調(diào)整網(wǎng)版及離板間隙（Off Contact Distance）（ 指版膜到基板銅面的距離，應(yīng)保持在2m/m－5m/m做為網(wǎng)布彈回的應(yīng)有距離 ），然后覆墨試印。若有不準(zhǔn)再做微調(diào)。

　　－若是自動(dòng)印刷作業(yè)則是靠邊， pinning及ccd等方式對(duì)位。因其產(chǎn)量大，適合 極大量的單一機(jī)種生產(chǎn)。

　　（4）。 烘烤

　　不同制程會(huì)選擇不同油墨， 烘烤條件也完全不一樣，須follow廠商提供的 data sheet，再依廠內(nèi)制程條件的差異而加以modify.一般因油墨組成不一， 烘烤方式有風(fēng)干，UV，IR等．烤箱須注意換氣循環(huán)，溫控，時(shí)控等。

　　（5）。 注意事項(xiàng)

　　不管是機(jī)印或手印皆要注意下列幾個(gè)重點(diǎn)

　　－括刀行進(jìn)的角度，包括與版面及ｘｙ平面的角度，

　　－須不須要回墨。

　　－固定片數(shù)要洗紙，避免陰影。

　　－待印板面要保持清潔

　　－每印刷固定片數(shù)要抽檢一片依 check list 檢驗(yàn)品質(zhì)。

　　4.2.2.2干膜法

　　更詳細(xì)制程解說(shuō)請(qǐng)參讀外層制作。本節(jié)就幾個(gè)內(nèi)層制作上應(yīng)注意事項(xiàng)加以分析。

　　A. 一般壓膜機(jī)（Laminator）對(duì)于0.1mm厚以上的薄板還不成問(wèn)題，只是膜皺要多 注意

　　B. 曝光時(shí)注意真空度

　　C. 曝光機(jī)臺(tái)的平坦度

　　D. 顯影時(shí)Break point 維持50~70% ，溫度30+_2，須 auto dosing.

　　4.2.3 蝕刻

　　現(xiàn)業(yè)界用于蝕刻的化學(xué)藥液種類，常見(jiàn)者有兩種，一是酸性氯化銅（CaCl2）、 蝕刻液，一種是堿性氨水蝕刻液。

　　Ａ．兩種化學(xué)藥液的比較，見(jiàn)表氨水蝕刻液& 氯化銅蝕刻液比較

　　兩種藥液的選擇，視影像轉(zhuǎn)移制程中，Resist是抗電鍍之用或抗蝕刻之用。在內(nèi)層制程中D/F或油墨是作為抗蝕刻之用，因此大部份選擇酸性蝕刻。外層制程中，若為傳統(tǒng)負(fù)片流程，D/F僅是抗電鍍，在蝕刻前會(huì)被剝除。其抗蝕刻層是钖鉛合金或純钖，故一定要用堿性蝕刻液，以免傷及抗蝕刻金屬層。

　　B．操作條件 見(jiàn)表為兩種蝕刻液的操作條件

　　C. 設(shè)備及藥液控制

　　兩種 Etchant 對(duì)大部份的金屬都是具腐蝕性，所以蝕刻槽通常都用塑料，如 PVC （Poly Vinyl chloride）或PP （Poly Propylene）。可使用之金屬是 鈦 （Ti）。為了得到很好的蝕刻品質(zhì)－筆直的線路側(cè)壁，（衡量標(biāo)準(zhǔn)為蝕刻因子 etching factor其定義見(jiàn)圖4.3），不同的理論有不同的觀點(diǎn)，且可能相沖突。 但有一點(diǎn)卻是不變的基本觀念，那就是以快速度的讓欲蝕刻銅表面接觸愈多 新鮮的蝕刻液。因?yàn)樽饔弥g刻液Cu+濃度增高降低了蝕刻速度，須迅速補(bǔ)充 新液以維持速度。在做良好的設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)劃之前，就必須先了解及分析蝕銅過(guò) 程的化學(xué)反應(yīng)。本章為內(nèi)層制作所以探討酸性蝕刻，堿性蝕刻則于第十章再介 紹。

　　a. CuCl2酸性蝕刻反應(yīng)過(guò)程之分析

　　銅可以三種氧化狀態(tài)存在，原子形成Cu°， 藍(lán)色離子的Cu++以及較不常見(jiàn) 的亞銅離子Cu+。金屬銅可在銅溶液中被氧化而溶解，見(jiàn)下面反應(yīng)式（1）

　　Cu°+Cu++→2 Cu+ ------------- （1）

　　在酸性蝕刻的再生系統(tǒng)，就是將Cu+氧化成Cu++，因此使蝕刻液能將更多的 金屬銅咬蝕掉。

　　以下是更詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)構(gòu)的說(shuō)明。

　　b. 反應(yīng)機(jī)構(gòu)

　　直覺(jué)的聯(lián)想，在氯化銅酸性蝕刻液中，Cu++ 及Cu+應(yīng)是以CuCl2 及CuCl存 在才對(duì)，但事實(shí)非完全正確，兩者事實(shí)上是以和HCl形成的一龐大錯(cuò)化物存 在的：

　　Cu° + 　H2CuCl4 +　2HCl →　2H2CuCl3 ------------- （2）

　　金屬銅　　 銅離子　　　　　　 亞銅離子

　　其中H2CuCl4　實(shí)際是　CuCl2　+ 2HCl

　　2H2CuCl3　　實(shí)際是　CuCl　+ 2HCl

　　在反應(yīng)式（2）中可知HCl是消耗品。即使（2）式已有些復(fù)雜，但它仍是以下兩 個(gè)反應(yīng)式的簡(jiǎn)式而已。

　　Cu°+ H2CuCl4 →　2H2CuCl3 + CuCl （不溶） ---------- （3）

　　CuCl　+ 2HCl →　2H2CuCl3 （可溶） ---------- （4）

　　式中因產(chǎn)生CuCl沈淀，會(huì)阻止蝕刻反應(yīng)繼續(xù)發(fā)生，但因HCl的存在溶解 CuCl，維持了蝕刻的進(jìn)行。由此可看出HCl是氯化銅蝕刻中的消耗品，而且 是蝕刻速度控制的重要化學(xué)品。

　　雖然增加HCl的濃度往往可加快蝕刻速度，但亦可能發(fā)生下述的缺點(diǎn)。

　　1. 側(cè)蝕 （undercut ） 增大，或者etching factor降低。

　　2. 若補(bǔ)充藥液是使用氯化鈉，則有可能產(chǎn)生氯氣，對(duì)人體有害。

　　3. 有可能因此補(bǔ)充過(guò)多的氧化劑 （H2O2），而攻擊鈦金屬H2O2 。

　　c.自動(dòng)監(jiān)控添加系統(tǒng)。 目前使用CuCl2酸性蝕銅水平設(shè)備者，大半都裝置Auto dosing設(shè)備，以維持 蝕銅速率，控制因子有五：

　　1. 比重

　　2. HCl

　　3. H2O2

　　4. 溫度

　　5. 蝕刻速度

　　剝膜

　　剝膜在pcb制程中，有兩個(gè)step會(huì)使用，一是內(nèi)層線路蝕刻后之D/F剝除，二 是外層線路蝕刻前D/F剝除（若外層制作為負(fù)片制程）D/F的剝除是一單純簡(jiǎn)易 的制程，一般皆使用聯(lián)機(jī)水平設(shè)備，其使用之化學(xué)藥液多為NaOH或KOH濃 度在1~3%重量比。注意事項(xiàng)如下：

　　A. 硬化后之干膜在此溶液下部份溶解，部份剝成片狀，為維持藥液的效果及后水洗能徹底，過(guò)濾系統(tǒng)的效能非常重要。

　　B. 有些設(shè)備設(shè)計(jì)了輕刷或超音波攪拌來(lái)確保剝膜的徹底，尤其是在外層蝕刻后 的剝膜， 線路邊被二次銅微微卡住的干膜必須被徹底剝下，以免影響線路 品質(zhì)。所以也有在溶液中加入BCS幫助溶解，但有違環(huán)保，且對(duì)人體有 害。

　　C. 有文獻(xiàn)指K（鉀）會(huì)攻擊錫，因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹(jǐn)慎評(píng) 估。剝膜液為堿性，因此水洗的徹底與否，非常重要，內(nèi)層之剝膜后有加 酸洗中和，也有防銅面氧化而做氧化處理者。

　　對(duì)位系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)方式

　　A. 四層板內(nèi)層以三明治方式，將2.3層底片事先對(duì)準(zhǔn)，黏貼于一壓條上（和內(nèi)層同厚）， 緊貼于曝光臺(tái)面上，己壓膜內(nèi)層則放進(jìn)二底片間， 靠邊即可進(jìn)行曝光。見(jiàn)圖4.4

　　B. 內(nèi)層先鉆（6層以上）粗對(duì)位工具孔（含對(duì)位孔及方向孔，板內(nèi)監(jiān)測(cè)孔等）， 再以雙面曝光方式進(jìn)行內(nèi)層線路之制作。兩者的對(duì)位度好壞，影響成品良率極大，也是M/L對(duì)關(guān)鍵。

　　蝕后沖孔（post Etch Punch）方式

　　A. Pin Lam理論

　　此方法的原理極為簡(jiǎn)單，內(nèi)層預(yù)先沖出4個(gè)Slot孔，見(jiàn)圖4.5 ，包括底片， prepreq都沿用此沖孔系統(tǒng)，此4個(gè)SLOT孔，相對(duì)兩組，有一組不對(duì)稱， 可防止套反。每個(gè)SLOT孔當(dāng)置放圓PIN后，因受溫壓會(huì)有變形時(shí)，仍能 自由的左右、上下伸展，但中心不變，故不會(huì)有應(yīng)力產(chǎn)生。待冷卻，壓力釋 放后，又回復(fù)原尺寸，是一頗佳的對(duì)位系統(tǒng)。

　　B. Mass Lam System

　　沿用上一觀念Multiline發(fā)展出“蝕后沖孔”式的PPS系統(tǒng)，其作業(yè)重點(diǎn)如下：

　　1.透過(guò)CAM在工作底片長(zhǎng)方向邊緣處做兩“光學(xué)靶點(diǎn)”（Optical Target）以及四 角落之pads見(jiàn)圖4.6

　　2.將上、下底片仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)固定后，如三明治做法，做曝光、顯影蝕刻， 剝膜等步驟。

　　3.蝕刻后已有兩光學(xué)靶點(diǎn)的內(nèi)層板，放進(jìn)Optiline PE機(jī)器上，讓CCD瞄準(zhǔn) 該光學(xué)靶點(diǎn)，依各廠自行設(shè)定，沖出板邊4個(gè)Slot孔或其它圖形工具孔。 如圖4.7

　　4.若是圓形工具孔、即當(dāng)做鉚釘孔，內(nèi)層黑化后，即可以鉚釘將內(nèi)層及膠片 鉚合成冊(cè)，再去進(jìn)行無(wú)梢壓板。

　　各層間的對(duì)準(zhǔn)度

　　A. 同心圓的觀念

　　a. 利用輔助同心圓，可check內(nèi)層上、下的對(duì)位度

　　b. 不同內(nèi)層同心圓的偏位表示壓合時(shí)候的Shift滑動(dòng)

　　B. 設(shè)計(jì)原則

　　a.見(jiàn)圖4.8 所示

　　b.同心圓之設(shè)計(jì)，其間距為4mil，亦是各層間可容許的對(duì)位偏差，若超出同心圓以外，則此片可能不良。

　　c.因壓合有Resin Cure過(guò)程故pattern必須有預(yù)先放大的設(shè)計(jì)才能符合終產(chǎn)品尺寸需求。

　　內(nèi)層檢測(cè)

　　AOI（簡(jiǎn)單線路采目視） →電測(cè)→（修補(bǔ)）→確認(rèn) 內(nèi)層板線路成完后，必須保證通路及絕緣的完整性（integrity），即如同單面板一樣先要仔細(xì)檢查。因一旦完成壓合后，不幸仍有缺陷時(shí)，則已為時(shí)太晚，對(duì)于高層次板子而言更是必須先逐一保證其各層品質(zhì)之良好，始能進(jìn)行壓合， 由于高層板漸多，內(nèi)層板的負(fù)擔(dān)加重，且線路愈來(lái)愈細(xì)，萬(wàn)一有漏失將會(huì)造成壓合后的昂貴損失。傳統(tǒng)目視外，自動(dòng)光學(xué)檢查（AOI）之使用在大廠中已非常普遍， 利用計(jì)算機(jī)將原圖案牢記，再配合特殊波長(zhǎng)光線的掃瞄，而快速完美對(duì)各層板詳作檢查。但AOI有其極限，例如細(xì)斷路及漏電（Leakage）很難找出，故各廠漸增加短、斷路電性測(cè)試。