PCB全流程下

PCB制造流程及說明

PCB制造流程及說明（下集）

十一、外層檢查

11.1前言

一般pcb製作會在兩個步驟完成後做全檢的作業:一是線路完成(內層與外層)後二是成品,本章針對線路完成後的檢查來介紹. 11.2檢查方式

11.2.1電測－請參讀第16章 11.2.2目檢

以放大鏡附圓形燈管來檢視線路品質以及對位準確度,若是外層尚須檢視孔及鍍層 品質,通常會在備有10倍目鏡做進一步確認,這是很傳統的作業模式,所以人力的須 求相當大.但目前高密度設計的板子幾乎無法在用肉眼檢查,所以下面所介紹的AOI 會被大量的使用. 11.2.3 AOI－Automated optical Inspection 自動光學檢驗

因線路密度逐漸的提高，要求規格也愈趨嚴苛，因此目視加上放大燈鏡已不足以 過濾所有的缺點,因而有AOI的應用。 11.2.3.1應用範圍 A. 板子型態

－信號層，電源層，鑽孔後(即內外層皆可)．

－底片，乾膜，銅層．(工作片, 乾膜顯像後,線路完成後)

B. 目前AOI的應用大部分還集中在內層線路完成後的檢測,但更大的一個取代人力

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的製程是綠漆後已作焊墊表面加工 (surface finish) 的板子.尤其如BGA,板尺寸小,線又細,數量大,單人力的須求就非常驚人.可是應用於這領域者仍有待技術上的突破. 11.2.3.2 原理

一般業界所使用的\自動光學檢驗CCD及Laser兩種；前者主要是利用鹵素燈通光線，針對板面未黑化的銅面，利用其反光效果，進行斷、短路或碟陷的判讀。應用於黑化前的內層或線漆前的外層。後者Laser AOI主要是針對板面的基材部份，利用對基材(成銅面)反射後產螢光(Fluorescences)在強弱上的不同，而加以判讀。早期的Laser AOI對\雙功能\所產生的螢光不很強，常需加入少許\螢光劑\以增強其效果，減少錯誤警訊當基板薄於6mil時，雷射光常會穿透板材到達板子對另一面的銅線帶來誤判。\四功能\基材，則本身帶有淡黃色\已具增強螢光的效果。Laser自動光學檢驗技術的發展較成熟,是近年來AOI燈源的主力.

現在更先進的鐳射技術之AOI，利用鐳射螢光，光面金屬反射光，以及穿入孔中鐳射光之信號偵測，使得線路偵測的能力提高許多,其原理可由圖11.1 , 圖11.2簡單闡釋。 11.2.3.3偵測項目

各廠牌的capability，由其data sheet可得.一般偵測項目如下List A. 信號層線路缺點,見圖11.3 B. 電源與接地層,見圖11.4 C. 孔, 見圖11.5 D. SMT, 見圖11.6

AOI是一種非常先進的替代人工的檢驗設備,它應用了鐳射,光學,智慧判斷軟體等技術,理論來完成其動作.在這裡我們應注意的是其未來的發展能否完全取代PCB各階段所有的

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目視檢查.

十二 防焊

12.1 製程目的

A. 防焊：留出板上待焊的通孔及其pad，將所有線路及銅面都覆蓋住，防 止波焊時造成的短路,並節省焊錫之用量 。

B. 護板：防止濕氣及各種電解質的侵害使線路氧化而危害電氣性質，並防 止外來的機械傷害以維持板面良好的絕緣，

C. 絕緣：由於板子愈來愈薄,線寬距愈來愈細,故導體間的絕緣問題日形突 顯,也增加防焊漆絕緣性質的重要性. 12.2製作流程

防焊漆,俗稱\綠漆\，為便於肉眼檢查，故於主漆中多加入對眼睛有幫助的綠色顏料，其實防焊漆了綠色之外尚有黃色、白色、黑色等顏色. 防焊的種類有傳統環氧樹脂IR烘烤型,UV硬化型, 液態感光型(LPISM-Liquid Photo Imagable Solder Mask)等型油墨, 以及乾膜防焊型(Dry Film, Solder Mask),其中液態感光型為目前製程大宗.所以本單元只介紹液態感光作業 . 其步驟如下所敘:

銅面處理→印墨→預烤→曝光→顯影→後烤

上述為網印式作業,其它coating方式如Curtain coating ,Spray coating等有其不錯的發展潛力,後面也有介紹. 12.2.0液態感光油墨簡介：

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A. 緣起： 液態感光油墨有三種名稱:

－液態感光油墨(Liquid Photoimagable Resist Ink) －液態光阻油墨(Liquid Photo Resist Ink)

－濕膜(Wet Film以別於Dry Film) 其別於傳統油墨的地方，在於電子產品的輕薄短小所帶來的尺寸精度需求，傳統網版技術無法突破。網版能力一般水準線寬可達7-8mil間距可達10－l5mil，而現今追求的目標則 Five & Five，乾膜製程則因密接不良而可能有焊接問題，此為液態綠漆發展之原因。 B. 液態油墨分類 a.依電路板製程分類:

－液態感光線路油墨(Liquid Photoimagable Etching & Plating Resist Ink) －液態感光防焊油墨(Liquid Photoimagable Solder Resist Ink) b.依塗佈方式分類: －浸塗型(Dip Coating) －滾塗型(Roller Coating) －簾塗型(Curtain Coating)

－靜電噴塗型(Electrostatic Spraying) －電著型(Electrodeposition) －印刷型(Screen Printing) C.液態感光油墨基本原理 a. 要求

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－感光度解像度高-Photosensitivity & Resolution-感光性樹脂 －密著性平坦性好-Adhesion & Leveling －耐酸鹼蝕刻 -Acid & Alkalin Resistance －安定性-Stability

－操作條件寬-Wide Operating Condition －去墨性-Ink Removing b. 主成分及功能 －感光樹脂 －感光 －反應性單體 －稀釋及反應 －感光劑 －啟動感光 －填料

－提供印刷及操作性 －溶劑 －調整流動性

c. 液態感光綠漆化學組成及功能 －合成樹脂(壓克力脂) －UV及熱硬化

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－光啟始劑(感光劑) －啟動UV硬化

－填充料(填充粉及搖變粉) －印刷性及尺寸安定性 －色料(綠粉) －顏色

－消泡平坦劑(界面活性劑) －消泡平坦 －溶濟(脂類) －流動性

利用感光性樹脂加硬化性樹脂，產生互穿式聚合物網狀結構(lnter-penetrating Net-Work)，以達到綠漆的強度。

顯影則是利用樹脂中含有酸根鍵，可以Na2CO3溶液顯像，在後烘烤後由於此鍵已被融入樹脂中，因此無法再被洗掉. 12.2.1. 銅面處理 請參讀四內層製作 12.2.2. 印墨

A 印刷型(Screen Printing) a. 檔墨點印刷

網板上僅做孔及孔環的檔點阻墨,防止油墨流入孔內此法須注意檔點積墨,問題 b. 空網印

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不做檔墨點直接空網印但板子或印刷機臺面可小幅移動使不因積墨流入孔內 c. 有些要求孔塞墨者一般在曝光顯像後針對那些孔在印一次的方式居多 d. 使用網目在80~120刮刀硬度60~70 B. 簾塗型(Curtain Coating)

1978 Ciba-Geigy首先介紹此製程商品名為Probimer52, Mass of Germany則首 度展示Curtain Coating設備,作業圖示見圖12.1 a. 製程特點

1 Viscosity 較網印油墨低 2.Solid Content較少

3.Coating厚度由Conveyor的速度來決定

4.可混合不同尺寸及不同厚度要求的板子一起生產但一次僅能單面coating b. 效益

1. 作業員不必熟練印刷技術 2. 高產能 3. 較平滑 4. VOC較少

5. Coating厚度控制範圍大且均勻 6. 維護容易 C. Spray coating 可分三種 a. 靜電spray

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b. 無air spray c. 有air spray

其設備有水平與垂直方式,此法的好處是對板面不平整十時其cover性非常好. 另外還有roller coating方式可進行很薄的coating. 12.2.3. 預烤

A. 主要目的趕走油墨內的溶劑,使油墨部分硬化,不致在進行曝光時黏底片. B. 溫度與時間的設定,須參照供應商的data shee.t雙面印與單面印的預烤條件是不一樣.(所謂雙面印,是指雙面印好同時預烤)

C. 烤箱的選擇須注意通風及過濾系統以防異物四沾.

D. 溫時的設定,必須有警報器,時間一到必須馬上拿出,否則overcuring會造成顯像不盡. E. Conveyor式的烤箱,其產能及品質都較佳,唯空間及成本須考量. 12.2.4. 曝光

A. 曝光機的選擇: IR光源,7~10KW之能量,須有冷卻系統維持檯面溫度25~30°C. B. 能量管理:以Step tablet結果設定能量. C. 抽真空至牛頓環不會移動

D. 手動曝光機一般以pin對位,自動曝光機則以CCD對位,以現在高密度的板子設計,若沒有自動對位勢必無法達品質要求. 12.2.5. 顯像

A. 顯像條件 藥液 1~2% Na2CO3 溫度 30±2°C 噴壓 2.5~3Kg/cm2

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B. 顯像時間因和厚度有關,通常在50~60sec,Break-point約在50~70%. 12.2.6. 後烤

A. 通常在顯像後墨硬度不足,會先進行UV硬化,增加其硬度以免做檢修時刮傷. B. 後烤的目的主要讓油墨之環氧樹脂徹底硬化,文字印刷條件一般為150°C,30min. 12.3文字印刷

目前業界有的將文字印刷放在噴錫後,也有放在噴錫前,不管何種程序要注意以下幾點: A. 文字不可沾Pad

B. 文字油墨的選擇要和S/M油墨Compatible. C. 文字要清析可辨識. 12.4. 品質要求

根據IPC 840C對S/M要求分了三個等級:

Class 1：用在消費性電子產品上如電視、玩具，單面板之直接蝕刻而無需電鍍之板類，只要有漆覆蓋即可。

Class 2：為一般工業電子線路板用，如電腦、通訊設備、商用機器及儀 器類，厚度要0.5mil以上。

Class 3：為高信賴度長時間連續操作之設備，或軍用及太空電子設備之用途，其厚度至少要１mil 以上。

實務上,表一般綠漆油墨測試性質項目可供參考

綠漆製程至此介紹完畢,接下來的製程是表面焊墊的各種處理方式.

十三 金手指,噴錫( Gold Finger & HAL )

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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.

B. 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

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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。

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C.金手指之品質重點 a.厚度 b.硬度 c.疏孔度 (porosity) d.附著力 Adhesion e.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\，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

C. 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,

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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(30~40μ in)，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

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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

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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

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B. 膜厚太高不利於低固含量,低活性免洗錫膏作業，有利於焊接之Cu6Sn5 IMC也不易形成

C. 多次組裝都必須在含氮環境下操作

D. 若有局部鍍金再作OSP，則可能在其操作槽液中所含的銅會沉積於金上，對某些產品會形成問題

E. OSP Rework必須特別小心 14.3 化學鎳金 14.3.1基本步驟

脫脂→水洗→中和→水洗→微蝕→水洗→預浸→鈀活化→吹氣攪拌水洗→無電鎳→熱水洗→ 無電金→回收水洗→後處理水洗→乾燥. 14.3.2無電鎳

A. 一般無電鎳分為\置換式\與\自我催化\式其配方極多，但不論何者仍以高溫鍍層品質較佳

B.一般常用的鎳鹽為氯化鎳(Nickel Chloride)

C.一般常用的還原劑有次磷酸鹽類(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/聯氨 (Hydrazine)/硼氬化合物(Borohydride)/硼氫化合物(Amine Borane)

D.螯合劑以檸檬酸鹽(Citrate)最常見 E.槽液酸鹼度需調整控制，傳統使用氨水(Amonia)，也有配方使用三乙醇氨(Triethanol Amine)，除可調整PH及比氨水在高溫下穩定，同時具有與檸檬酸鈉結合共為鎳金屬螯合劑，使鎳可順利有效地沉積於鍍件上 F.選用次磷二氫鈉除了可降低污染問題，其所含的磷對鍍層品質也有極大影率

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G.此為化學鎳槽的其中一種配方 配方特性分析:

a.PH值的影響：PH低於8會有混濁現像發生，PH高於10會有分解發生，對磷含量及沉 積速率及磷含量並無明顯影響

b.溫度的影響：溫度影響析出速率很大，低於70°C反應緩慢，高於95°C速率快而無 法控制.90°C最佳

c.組成濃度中檸檬酸鈉含量高，螯合劑濃度提高，沉積速率隨之下降，磷含量則隨螯合 劑濃度增加而升高，三乙醇氨系統磷含量甚至可高到15.5%上下

d.還原劑次磷酸二氫鈉濃度增加沉積速率隨之增加，但超過0.37M後槽液有分解現像， 因此其濃度不可過高，過高反而有害。磷含量則和還原劑間沒有明確關係，因此一般 濃度控制在O.1M左右較洽當

e.三乙醇氨濃度會影響鍍層的磷含量及沉積速率，其濃度增高磷含量降低沉積也變慢， 因此濃度保持約0.15M較佳。他除了可以調整酸鹼度也可作金屬螯合劑之用 f.由探討得知檸檬酸鈉濃度作通當調整可有效改變鍍層磷含量 H.一般還原劑大分為兩類:

次磷酸二氫鈉(NaH2PO2H2O, Sodium Hypophosphate)系列及硼氫化鈉(NaBH4，Sodium Borohydride)系列，硼氫化鈉價貴因此市面上多以次磷酸二氫鈉為主 一般公認反應為: [H2PO2]- + H2Oa H+ +[HPO3]2- + 2H(Cat) -----------(1) Ni2+ + 2H(Cat)a Ni + 2H+---------------------------(2) [H2PO2]- + H(Cat)a H2O + OH- + P------------------(3) [H2PO2]- + H2Oa H+ + [HPO3]2- + H2-----------------(4)｝

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銅面多呈非活化性表面為使其產生負電性以達到\啟鍍\之目的銅面採先長無電鈀的方式 反應中有磷共析故，4-12%含磷量為常見。故鎳量多時鍍層失去彈性磁性，脆性光澤增 加，有利防鏽不利打線及焊接 14.3.3無電金

A.無電金分為\置換式鍍金\與\無電金\前者就是所謂的\浸鍍金\plating) 鍍層薄且底面鍍滿即停止。後者接受還原劑供應電子故可使鍍層繼續增厚無電鎳。 B.還原反應示性式為: 還原半反應: Au+ + e- + Au0 氧化半反應式: Reda Ox + e- 全反應式: Au+ + Red aAu0 + Ox.

C.化學鍍金配方除提供黃金來源的錯合物及促成還原的還原劑，還必須併用螯合劑、安定劑、 緩衝劑及膨潤劑等才能發揮效用 D.化學金配方組成及功用：

E.部份研究報告顯示化學金效率及品質的改善，還原劑的選用是關鍵，早期的甲醛到近期的 硼氫化合物，其中以硼氫化鉀最普遍效果也佳，若與他種還原劑並用效果更理想。代表反應式如后：

還原半反應: Au(CN)-2 + e-a Au0 + 2CN-:

氧化半反應式: BH4- + H2O a BH3OH- + H2

BH3OH- + 30H- a BO2- + 3/2H2 + 2H20 +3e-

全反應式: BH3OH\吐 + /2Hz+2H,0 +3Auo 6CN- F.鍍層之沉積速率隨氫氧化鉀及還原劑濃度和槽溫提高而提升，但隨氰化鉀濃度增加而降低

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G.已商業化的製程操作溫度多為9O℃左右，對材料安定性是一大考驗

H.細線路底材上若發生橫向成長可能產生短路的危險 I.薄金易有疏孔易形成Galvanic Cell Corrosion K.薄金層疏孔問題可經由含磷後處理鈍化方式解決 14.3.4製程重點：

A.鹼性脫脂： 為防止鈀沉積時向橫向擴散，初期使用檸檬酸系清潔劑。後因綠漆有疏水性，且鹼性清潔 劑效果又較佳，同時為防止酸性清潔劑可能造成的銅面鈍化，故採磷酸鹽系直鍊非離子性 清潔劑，以容易清洗為訴求。

B.微蝕: 其目的在去除氧化獲得新鮮銅面，同時達到絕對粗度約0.5-1.0μm之銅面，使得鍍鎳金後 仍能獲得相當粗度，此結果有助打線時之拉力。配槽以SPS 150g/l加少量鹽酸，以保持氯 離子約2OOppm 為原則，以提高蝕刻效率。

C.銅面活化處理 鈀約3ppm,操作約40℃, 一分鐘，由於氯化鈀對銅面鈍化比硫化鈀為快，為得較好的鎳結 合力自然是硫化鈀較適當。由於鈀作用同時會有少量Cu+會產生，它可能還原成Cu也可能 氧化成Cu++，若成為銅原子則沉積會影響鈀還原。為使鈀還原順利須有吹氣攪拌，風量約 為0./~O.15M3/M2*min以上，促使亞銅離子氧化並釋出電子以還原鈀，完成無電鎳沉積的動作。

D.活化後水洗: 為防止鎳層擴散,清除線路間之殘鈀至為重要，除強烈水洗也有人用稀鹽酸浸漬以轉化死角 的硫化鈀防止鎳擴散。為促進鎳還原，熱水預浸將有助於成長及均勻性，其想法在提高活 性使大小面積及高低電壓差皆因提高活性而使差異變小以達到均一的目的。

E.無電鎳: 操作溫度85±5℃ ,PH4.5~4.8，鎳濃度約為4.9~5.1 g/l間，槽中應保持鎳濃

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度低於5.5 ，否則有氫氧化沉澱的可能，若低於4.5g/l則鍍速會減慢，正常析出應以15μm/Hr,Bath loading則應保持約0.5~1.5)dM2/l，鍍液以5 g/l為標準鎳量經過5個Turn即必須更槽 否則析出鎳品質會變差。鎳槽可以316不銹鋼製作，槽體事先以50%硝酸鈍化，並以槽壁 外加電解陽極以防止鎳沉積，陰極可接於攪拌葉通以0.2~0.4 A/M2(0.018~0.037 ASF)低 電流，但須注意不能在槳葉區產生氣泡否則代表電流太強或鎳鍍層太厚必須燒槽。建浴操 作應維持在PH=5~4.7間，可用NaOH或H2S04調整，PH低於4.8會出現混濁，槽液老化PH 操作範圍也會逐漸提高才能維持正常析出速度。因線路底部為死角，易留置反應後所留的 殘鹼 ，因此對綠漆可能產生不利影響， 必須以加強攪拌及震動使殘鹼及氣泡去除。

F.無電鎳磷含量: 一般無電鎳多以\次磷酸二氫鈉\為還原劑，故鍍層會含有一定量的磷約4~6%，且部份呈結 晶狀。苦含量在6~8% 中含量則多數呈非結晶狀，當高達12%的以上則幾乎全呈非結晶組織。 就打線而言，中磷含量及硬度在500~600HV最佳，焊錫性也以9%最好。一般在添加四回後 析出磷含量就會達到10%應考慮換槽，打線用厚度應在130μ以上。 G.無電金:

以檸檬酸為錯合劑的化學金槽，含金 5g/l，槽體以PP為材質。PH=5.1~5.3時可與銅作用，PH=4.5~4.8時可與鎳作用實行鍍金，PH可以檸檬酸調整之。一般操作溫度在85℃，厚度幾乎會停止在2.5μ\左右，大約五分鐘就可達到此厚度，高的溫度固然可加快成長但因結晶粗反而防蝕能力較差。由於大半採置換反應，因此會有不少的鎳溶入液中，良好的管理最好不要讓鎳濃度超過2OOppm ，到40Oppm時金屬外觀及附著力都變差，藥水甚至

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變綠變黑，此時必須更槽。金槽對銅離子極敏感，2Oppm以上析出就會減緩，同時會導致應力增大。鍍鎳後也不宜久置，以免因鈍化而無法析鍍，故鎳後水洗完應儘速進入金槽，有時為了特定狀況則作10%檸檬酸浸泡再進入金槽也能改善一些結合力。經鍍金後的鍍面仍難免有部份疏孔，此鍍件經水洗後仍應經一道封孔處理，如此可使底層鎳經有機磷的處理增加其耐蝕性。 14.4 結語

A. OSP製程成本最低,操作簡便,通常終檢電測完,包裝前作業之.但此製程因須裝配廠修改設備 及製程條件且重工性較差因此普及度仍不佳有待雙方努力.

B. 化鎳金製程則因成本極高,會鎖定某些領域的板子如COB,IC Substrate等,不會普及化.

C. 目前也有其它較低成本而仍有化鎳金功能之產品如Pd/Ni,Sn, Organic Silver等,以後陸續會再做探討.

十五 成型(Outline Contour)

15.1製程目的

為了讓板子符合客戶所要求的規格尺寸，必須將外圍沒有用的邊框去除之。若此板子是Panel出貨（連片），往往須再進行一道程序，也就是所謂的V-cut，讓客戶在Assembly前或後，可輕易的將Panel 折斷成Pieces。又若PCB是有金手指之規定，為使容易插入，connector的槽溝，因此須有切斜邊（Beveling）的步驟。 15.2 製造流程

外型成型(Punching or Routing)→V-cutaBeveling ( 倒角 )→清洗

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15.2.1外型成型

外型成型的方式從PCB演變大致有以下幾個方式： 15.2.1.1 Template模板

最早期以手焊零件，板子的尺寸只要在客戶組裝之產品可容納得下的範圍即可，對尺寸的容差要求較不嚴苛，甚至板內孔至成型邊尺寸亦不在意，因此很多用裁剪的方式，單片出貨。

再往後演變，尺寸要求較嚴苛，則打樣時，將板子套在事先按客戶要求尺寸做好的模板(Template)上，再以手動銑床，沿Template外型旋切而得。若是大量，則須委外製作模具(Die)以沖床沖型之。這些都是早期單面或簡單雙面板通常使用的成型方式。 15.2.1.2 沖型

沖型的方式對於大量生產，較不CARE板邊粗糙度以及板屑造成的影響時，可考慮使 用沖型，生產成本 較routing為低，流桯如下:

模具設計→模具發包製作→試沖→First Article量測尺寸→量產。 a. 模具製作前的設計非常重要，它要考慮的因素很多，例舉如下： (1) PCB的板材為何，(例如FR4，CEM，FRI)等 (2) 是否有沖孔

(3) Guide hole (Aligned hole)的選擇 (4) Aligned Pin的直徑選擇 (5) 沖床噸數的選擇 (6) 沖床種類的選擇

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(7) 尺寸容差的要求 b. 模具材質以及耐用程度

目前國內製作模具的廠商水準不錯，但是材料的選用及熱處理加工，以及可沖次數，尺寸容差等，和日本比較，尚遜一籌，當然價格上的差異，亦是相當的大。 15.2.1.3 切外型

因為板子層次技術的提昇，以及裝配方法的改變，再加上模具沖型的一些限制, 例如模具的高價以及修改的彈性不佳，且精密度較差，因此CNC Routing的應用愈來愈普遍。 A. 除了切外型外，它也有幾個應用： a. 板內的挖空(Blank) b. 開槽slots c. 板邊須部份電鍍。 B. 作業流程：

CNC Routing程式製作→試切→尺寸檢查(First Article)→生產→清潔水洗→吹乾→烘乾

a. 程式製作

目前很多CAD/CAM軟體並沒Support直接產生CNC Routing程式的功能，所以大部份仍須按DRAWING上的尺寸圖直接寫程式。注意事項如下：

(1) 銑刀直徑大小的選擇，須研究清楚尺寸圖的規格，包括SLOT的寬度，圓弧直徑的要求(尤其在轉角)，另外須考慮板厚及STACK的厚度。一般標準是使用1/8 in直徑的Routing Bits。

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(2) 程式路徑是以銑刀中心點為準，因此須將銑刀半徑offset考慮進去.

(3). 考慮多片排版出貨，客戶折斷容易，在程式設計時，有如下不同的處理方式，見圖15.1

(4). 若有板邊部份須電鍍的規格，則在PTH前就先行做出Slot，見圖15.2 (5) Routing Bit在作業時，會有偏斜(deflect)產生，因此這個補償值也應算入 b. 銑刀的動作原理

一般銑刀的轉速設定在6,000~36,000轉/分鐘。由上向下看其動作，應該是順時鐘轉的動作，除在板子側面產生切削的作用外，還出現一種將板子向下壓迫的力量。若設計成反時針的轉向，則會發生向上拉起的力量，將不利於切外形的整個製程。 1 銑刀的構造

圖15.3 是銑刀的橫切面以及各重點構造的介紹. Relief Angle浮離角：減少與基材的摩擦而減少發熱. Rake Angle(摳角):讓chip(廢屑)切斷摳起，其角度愈大時，使用的力量較小，反之則較大。Tooth Angle(Wedge Angle)楔尖角：這是routing bit齒的楔形形狀，其設計上要考慮銳利及堅固耐用。 2. 偏斜 ( deflect )

在切外型的過程中，會有偏斜的情形，若是偏斜過多將影響精準程度，因此必須減少偏斜值。在程式完成初次試切時，必須量出偏斜的大小，再做補償, 待合乎尺寸規格後，再大量生產.

影響偏斜的因素大致有如下幾個： －板子厚度

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－板材質 －切的方向

－轉速 根據這些因素，下面探討如何減少偏斜，以降低其造成的偏差。 －銑刀必須標準化，如直徑、齒型等 －針對不同板材選擇適用的銑刀

－根據不同的材質，找出不同的轉速及切速，如FR4材質可以24,000轉/分鐘；至於切速一般而言速度愈 快，偏斜值愈大；反之愈小。

－若有必要，可設定兩次同樣的路徑，將因偏斜而較大尺寸的部份銑除。

－銑刀進行的路徑遵守一個原則：切板外緣時，順時針方向，切板內孔或小片間之槽溝時，以逆時針方 向進行，見圖15.4 的解說。 C. 輔助工具

NC ROUTING設備評估好壞，輔助工具部份的重要所佔比例非常高。輔助工具的定義是如何讓板子正確的定位，有效率的上、下板子，以及其排屑渣的功能，圖15.5(a.b)是一輔助工具說明。

1機械檯面(Machine Plate)必須讓工作面板對位PIN固定於其上，尺寸通常為1/4 in左右

2.工作面板(Tooling Plate)通常比機械檯面稍小，其用途為bushings並且在每支SPINDLE的中心線下有槽構(Slot)

3.Sub-plates：材質為Benelax或亞麻布及酚醛樹脂做成的，其表面須將待切板子的形狀事先切出，如此可以在正式切板時，板屑(chips)可以由此排掉同時其上也必須做出板子

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固定的PIN孔。其孔徑一般為1/8 in。每次生產一個料號時，先將holding-pins緊密的固定於pin 孔(ping孔最好選擇於成型內)，然後再每片板套上(每個piece 2到3個pin孔)，每STACK1~3片，視要求的尺寸容差，PIN孔的位置，應該在做成型程式時，一起計算進去，以減少誤差。 D.作業小技巧

因為外型尺寸要求精度，依不同P/N或客戶而有所不同，就如不同P/N，會設定不同定位孔一樣，因此有幾種切型及固定方法可以應用。不管何種方法，最小單一piece(分離的)最小尺寸必須0.15 in以上。(用一般1/8in Router)

1.無內Pin孔的方法：若無法找出成型內Pin孔時，可依圖15.6 方式作業a.先切單piece 三邊。b.再以不殘膠 膠布如圖貼住已切之所有piece所剩另一邊就可切除，TAPE拉起 時，也道將單Piece取出。此法之特徵 ： 準確度：±0.005in

速度：慢（最好用在極小piece且需切開的板子) 每個STACK：每STACK僅置１panel

2.單一Pin方法：見圖15.7所指示，且須依序切之，此法的特徵 準確度：±0.005in 速度：快

每個STACK：每STACK可多片置放

3.雙pins方法：見圖15.8 ，此法準確度最高，且須銑兩次，第一次依一般標準速度， 因有偏斜產生， 因此須切第二次，但第二次速度加快至200in/min。其特徵：

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準確度：±0.002in

速度：快（上、下板因pin較緊，速度稍慢於單pin） 每個STACK：多片

15.2 V-cut（Scoring ,V-Grooving）

V-cut一種須要直、長、快速的切型方法，且須是已做出方型外型（以routing或punching）才可進此作業。見圖15.9。時常在單piece有複雜外型時用之。 15.2.1相關規格

A. V-Groove角度，見圖15.10 ，一般限定在30°~90°間，以避免切到板內線路或太接近之。

B. V-cut設備本身的機械公差，尺寸不準度約在±0.003in,深度不準度約在±0.006in。因此，公司的業務,品 管人員與客戶討論或製訂相關的製程能力或規格，應該視廠內的設備能力。勿訂出做不到的規格。

C.不同材質與板厚，有不同的規格，以FR4來說，0.060in厚則web厚約為0.014in。當然深度是上、下要均等 否則容易有彎翹發生。CEM-3板材0.060in厚，約留web 0.024in；CEM-1則留web 0.040in，這是因含紙質 ，較易折斷。

D.至於多厚或多薄的板子可以過此製程，除了和設備能力有關外，太薄的板子，走此流程並無意義（通常 0.030in以下厚度就不做V-cut設計）。有些客戶對成型板邊粗糙度不要求，PCB廠也有於切或沖PANEL後 ，設計V-cut製程，切深一些，再直接折斷成piece出貨。

E. V-cut深度控制非常重要, 所以板子的平坦度及機台的平行度非常重要.有專用IPQC量

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測深度之量規可供使 用. 15.2.2設備種類

A. 手動：一般以板邊做基準，由皮帶輸送，切刀可以做X軸尺寸調整與上、下深度的調整。

B. 自動CNC：此種設備可以板邊或定位孔固定，經CNC程式控制所要V-cut板子的座標，並可做跳刀(Jump scoring)處理，深度亦可自動調整，同一片板子可處理不同深度。其產出速度非常快。 15.3金手指斜邊(Beveling)

PCB須要金手指( Edge connectors )設計，表示為Card類板子，它在裝配時，必須插入插槽，為使插入順利，因此須做斜邊，其設備有手動、半自動、自動三種。幾個重點規格須注意，見圖15.11 ，一般客戶DRAWING會標清楚。 A. θ°角一般為30°、45°、60°

B. Web寬度一般視板厚而定，若以板厚0.060in，則web約在0.020in C. H、D可由公式推算，或客戶會在Drawing中寫清楚。 15.4清洗

經過機械成型加工後板面,孔內及V-cut,slot槽內會許多板屑,一定要將之清除乾淨.一般清洗設備的流程如下:

loading→高壓沖洗→輕刷→水洗→吹乾→烘乾→冷卻→unloading 15.4.1注意事項

A. 此道水洗步驟若是出貨前最後一次清洗則須將離子殘留考慮進去.

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B. 因已V-cut須注意輕刷條件及輸送. C. 小板輸送結構設計須特別注意. 15.5 品質要求

由於尺寸公差要求越趨嚴苛因此First Article 要確實量測,設備的維護更要做到隨時保持容許公差之內.

接下來之製程為電測與外觀檢驗.

十六 電測

16.1 前言

在PCB的製造過程中，有三個階段，必須做測試 1.內層蝕刻後 2.外層線路蝕刻後 3.成品

隨著線路密度及層次的演進，從簡單的測試治具，到今日的泛用治具測試 及導電材料輔助測試，為的就是及早發現線路功能缺陷的板子，除了可 rework，並可分析探討，做為製程管理改善，而最終就是提高良率降低成本。 16.2 為何要測試

並非所有製程中的板子都是好的，若未將不良板區分出來，任其流入下 製程，則勢必增加許多不必要的成本. 縱觀PCB製造史，可以發現良率一 直在提高。製程控制的改善, 報廢的降低，以及改善品質的ISSURE持續 進行著，因此才會逐次的提高良率。 A. 在電子產品的生產過程中，對於因失敗而造成成本的損失估計，各階段都不同。愈早

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發現挽救的成本愈低。圖16.1是一普遍被接受的預估因PCB在 不同階段被發現不良時的補救成本，稱之為\舉一簡單的例子，空板製作完成，因斷路在測試時因故未測出，則板 子出貨至客戶組裝，所有零件都已裝上，也過爐鍚及IR重熔，卻在測試時 發現。一般客戶會讓空板製造公司賠償零件損壞費用、重工費、檢驗費。 但若於空板測試就發現，則做個補線即可，或頂多報廢板子。設若更不幸 裝配後的測試未發現，而讓整部電腦，話機、汽車都組裝成品再做測試才 發現，損失更慘重，有可能連客戶都會失去。 B. 客戶要求 百分之百的電性測試，幾乎己是所有客戶都會要求的進貨規格。但是PCB 製造商與客戶必須就測試條件與測試方法達成一致的規格. 下列是幾個兩 方面須清楚寫下的

1.測試資料來源與格式

2.測試條件如電壓、電流、絕緣及連通性 3.治具製作方式與選點 4.測試章 5.修補規格

C. 製程監控 在PCB的製造過程中，通常會有2~3次的100%測試, 再將不良板做重工， 因此，測試站是一個最佳的分析製程問題點的資料搜集的地方。經由統計 斷，短路及其他絕緣問題的百分比，重工後再分析發生的原因, 整理這些 數據，再利用品管手法來找出問題的根源而據以解決。通常由這些數據的 分析，可以歸納下面幾個種類，而有不同的解決方式。

1. 可歸納成某特定製程的問題，譬如連底材料都凹陷的斷路，可能是壓板 環境不潔(含

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鋼板上殘膠)造成；局部小面積範圍的細線或斷路比例高， 則有可能是乾膜曝光抬面吸真空局部不良的問題。諸如此類，由品管或 製程工程師做經驗上的判斷，就可解決某些製程操作上的問題。

2. 可歸成某些特別料號的問題，這些問題往往是因客戶的規格和廠內製程 能力上的某些衝突，或者是資料上的某些不合理的地方，因而會特別 突出這個料號製造上的不良。通常這些問題的呈現，須經歷一段的時 間及一些數量以上，經由測試顯現出它的問題，再針對此獨立料號加 以改進，甚至更改不同的製程。

3. 不特定屬於作業疏忽或製程能力造成的不良，這些問題就比較困難去做 歸納分析。而必須從成本和獲利間差異來考量因為有可能須添購設備 或另做工治具來改善。 D. 品質管制 測試資料的分析，可做品管系統設計的參數或改變的依據, 以不斷的提昇 品質, 提高製程能力, 降低成本. 16.3測試不良種類 A. 短路

定義：原設計上，兩條不通的導體，發生不應該的通電情形。 見圖16.2 B. 斷路

定義：原設計，同一迴路的任何二點應該通電的，卻發生了斷電的情形。 見圖16.3 (a,b)

C. 漏電(Leakage) 不同迴路的導體，在一高抗的通路測試下，發生某種程度的連通情形，屬於短路的一種。其發生原因，可能為離子污染及濕氣。

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16.4電測種類與設備及其選擇

電測方式常見有三種：1.專用型(dedicated) 2.汎用型(universal) 3.飛針型 (moving probe), 下面會逐一介紹。決定何種型式，要考慮下列因素：1.待 測數量2.不同料號數量3.版別變更類頻繁度4.技術難易度 5.成本考量。 圖16.4是數量的多寡，測試種類及成本的關係 圖16.5則是製程技術須求與測試方式種類的關係。 另外有一些特殊測試方式, 也會簡述一二. A. 專用型(dedicated)測試 專用型的測試方式之所以取為專用型，是因其所使用的治具 (Fixture) 僅適 用一種料號，不同料號的板子就不能測試，而且也不能回收使用. (測試針 除外)

a. 適用

1.測試點數，單面10,240點，雙面各8,192點以內都可以測

2測試密度，0.020\以上都可測,雖然探針的製作愈來愈細, 0.020\以下也可測,但一成本極高,且測試穩定度較差,這些都會影響使用何種測試方式的決定.

b. 設備 其價位是最便宜的一種，隨測試點數的多寡價格有所不同，從台幣40到200 萬不到。若再須求自動上、下板及分類良品，不良品的功能， 則價格更高。

c. 治具製作 治具製作使用的資料，是由CAD或Gerber的netlist所產生，所以選點、 編號、壓克力測試針盤用的鑽孔帶(含SMT各焊墊自動打帶)以及測試程式 等都由電腦來加以處理。

1 製作程序: 選點→壓克力(電木板)鑽孔→壓針套→繞線→插針→套FR4板。 2 針的種類及選擇 現有針號2,1,0,00,….一直到6個0都有,pitch愈小須愈多0的針. 圖16.6是各類型探針及適用方式.

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d. 測試

找出標準板→記憶資料→開始測試 e. 找點、修補 找點方式有兩種

1是手製點位圖，用透明Mylar做出和板大小一樣的測試各點位置及編 號，並按順序以線連接。

2利用標點機及工作站，在螢幕上，顯示問題之線，即可立即對照板而 找正確的位置 標示出正確位置後即進行確認修補，而後再進行重測，確認的過程中， 通常會以三用電錶做工具來判斷。 f. 優,缺點 優點:

1Running cost低 2.產速快 缺點: 1治具貴 2.set up慢 3.技術受限 B. 汎用型(Universal on Grid)測試

a. Universal Grid觀念早於1970年代就被介紹,其基本理論是PCB線路Lay-out以Grid(格子)來設計, Grid之間距為0.100\見圖16.7或者以密度觀點來看,是100points/in2,爾後沿用此一觀念,線路密度,就以Grid的距離稱之. 板子電測方式就是取一G10的基材做

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Mask,鑽滿on grid的孔,只有在板子須測試的點才插針,其餘不插.因此其治具的製作簡易快速,其針且可重複使用

b. On-grid test 若板子之lay-out,其孔或pad皆on-grid,不管是0.100\或0.050\其測試就叫on-grid測試,問題不大.見圖16.8

c. Off-grid test 現有高密度板其間距太密,已不是on-grid設計,屬Off-grid測試,見圖16.9 其fixture就要特殊設計.

d. 先進的測試確認與修補都由技術人員在CAM Workstation上執行.由key- board或mouse來移動x,y座標,多層板各層次之線路以不同顏色重疊顯示 在螢幕上,因此找點確認非常簡易.

e. 優,缺點 優點:

1.治具成本較低

2.set-up時間短,樣品,小量產適合. 3.可測較高密度板 缺點:

1設備成本高 2.較不適合大量產 C. 飛針測試(Moving probe)

a. 不須製作昂貴的治具,其理論很簡單僅須兩根探針做x,y,z的移動來逐一測試各線路的兩端點

b.有ccd配置,可矯正板彎翹的接觸不良.

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c.測速約10~40點/秒不等. d.優,缺點

優點:1極高密度板如MCM的測試皆無問題 2.不須治具,所以最適合樣品及小量產. 缺點:1設備昂貴 2.產速極慢 D. 其他測試方式 a. 非接觸式E-Bean b.導電布,膠 c.電容式測試

d.最近發表的刷測(ATG-SCAN MAN)

十七、終檢

17.1 前言

PCB製作至此，將進行最後的品質檢驗，檢驗內容可分以下幾個項目： A. 電性測試 B. 尺寸 C. 外觀 D. 信賴性

A項之電測，己在十六章介紹，本章將針對後三項LIST一般檢驗的項目，另外也列出國際間慣用的相關PCB製造的規範，供大家參考。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2zc3.html