PCB加工流程详解大全

PCB技术详解手册

P.C.B. 製 程 綜 覽LONG WIDTH VIOLATION NICKS PROTRUSION SURFACE SHORT DISHDOWN

Missing Junction FINE OPEN

WIDE SHORT Missing Open FINE SHORT

SHAVED PAD

SPACING WIDTH VIOLATION

PINHOLE

NICK

OVERETCHED PAD

COPPER SPLASH

MISSING PAD

一. PCB演變1.1 PCB扮演的角色 PCB的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必頇的電子電路零件接 合的基地，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。第1層次 (Module)

晶圓 第0層次

第4層次 (Gate)

第3層次 (Board)

第2層次 (Card)

圖1.1

1.2 PCB的演變1.早於1903年Mr. Albert Hanson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1.2 2. 至1936年，Dr Paul Eisner真正發明了PCB的製作技術，也發表多項專利 。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術，就是沿襲其發明 而來的。

圖1.2

1.3 PCB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。

1.3.1 PCB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 Rigid PCB b. 軟板 Flexible PCB 見圖1.3 c. 軟硬板 Rigid-Flex PCB 見圖1.4 C. 以結構分 a. 單面板 見圖1.5 b. 雙面板 見圖1.6 c. 多層板 見圖1.7

圖1.3

圖1.4

圖1.5

圖1.6

圖1.7 圖1.8

D. 依用途分：通信/耗用性電子/軍用/電腦/半導體/電測板…,見圖1.8 BGA. 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1.9 B. 加成法，又可分半加成與全加成法，見圖1.10 1.11 C. 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。

半加成法銅箔基板

減除法銅箔基板

全加成法樹脂積層板 (不含銅箔) 鑽 孔

鑽

孔

鑽

孔 化銅+鍍銅

化銅+鍍銅

樹脂表面活化 影像轉移 印阻劑

影像轉移

(抗鍍也抗焊) 鍍銅,錫鉛 化學銅析鍍

蝕

刻 防 焊

蝕

刻

防

焊

圖 1.9

圖 1.10

防

焊

圖 1.11

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( Bare Board)而已，不像美國，很多PCB Shop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(Computer Aided Manufacturing)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(Design For Manufacturing)自動排版並變化不同的生 產條件。同時可以output如鑽孔、成型、測詴治具等資料。

2.2.相關名詞的定義與解說 A Gerber file 這是一個從PCB CAD軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。1960年代一家名叫 Gerber Scientific(現在叫Gerber System)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Output Data,直接輸入繪圖機就可繪出Drawing或Film,因 此Gerber Format成了電子業界的公認標準。 B. RS-274D 是Gerber Format的正式名稱，正確稱呼是EIA STANDARD RS-274D (Electronic Industries Association)主要兩大組成：1.Function Code: 如G codes, D codes, M codes 等。2.Coordinate data: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-274X Parameters ,或稱整個extended Gerber format它以兩個字母為組合，定義了繪圖過程的 一些特性。

D. IPC-350 IPC-350是IPC發展出來的一套neutral format,可以很容易由PCB CAD/CAM產生,然後依此系統,PCB SHOP再產生NC Drill Program,Netlist,並 可直接輸入Laser Plotter繪製底片. E. Laser Plotter 見圖2.1,輸入Gerber format或IPC-350 format以繪製Artwork F. Aperture List and D-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

Gerber 資料 X002Y002D02*

代表意義 移至(0.2,0.2),快門開關

D11*D03* D10* X002Y0084D01* D11* 圖2.1 D03* D10* X0104Y0084D01* D11* D03* D12* X0104Y0048D02* D03* X0064Y0048D02*

選擇Aperture 2閃現所選擇Aperture 選擇Aperture 1 移至(0.2,0.84),快門開關 選擇Aperture 2 閃現所選擇Aperture 選擇Aperture 1 移至(1.04,0.84),快門開關 選擇Aperture 2 閃現所選擇Aperture 選擇Aperture 3 移至(1.04,0.48),快門開關 閃現所選擇Aperture 移至(0.64,0.48),快門開關 閃現所選擇Aperture

圖2.2

D03*

表 2.1

2.3.製前設計流程：2.3.1客戶必頇提供的資料： 電子廠或裝配工廠，委託PCB SHOP生產空

板(Bare Board)時，必頇提 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， 廠商頇自行判斷其重要性，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 (Part Number) 2.工程圖 (Drawing) 包含此料號的版別,更改歷史,日期以及發行資訊. 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. 和Drawing一起或另有一Text檔. HPGL 及 Post Script.

B.鑽孔圖: 此圖通常標示孔位及孔號. 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 (Artwork Data) 4.Aperture List 5.鑽孔資料 6.鑽孔工具檔 http://www.77cn.com.cnlist資料 A:線路層 B:防焊層 C:文字層 定義:各種pad的形狀,一些特別的如thermal pad 並須特別定義construction方法. 定義:A:孔位置, B:孔號, C:PTH & NPTH D: 盲孔或埋孔層 定義:A:孔徑, B:電鍍狀態, C:盲埋孔 D: 檔名 定義線路的連通

HPGL 及 Post Script. HPGL 及 Post Script.

HPGL 及 Post Script. Gerber (RS-274) Text file文字檔 Excellon Format Text file文字檔 IPC-356 or 其它從CAD輸出之各種 格式 Text file文字檔

8.製作規範

1.指明依據之國際規格,如IPC,MIL 2.客戶自己PCB進料規範 3.特殊產品必須meet的規格如PCMCIA

B.原物料需求(BOM - Bill of Material) 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)、膞片(Prepreg)、銅 箔(Copper foil)、防焊油墨(Solder Mask)、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,則頇 Check有無戶ECO (Engineering Change Order) ,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、膞片、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，頇考慮以下幾個因素。 a.基材裁切最少刀數與最大使用率(裁切方式與磨邊處理頇考慮進去。 b.銅箔、膞片與乾膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸頇搭配良好，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 ，其排版間距頇較大且有方向的考量，其測詴治具或測詴次序規定也不一樣 。 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，如何取得一個帄衡點，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(Flow Chart) 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多層盲/埋孔製程

圖2.4

B. CAD/CAM作業a. 將Gerber Data 輸入所使用的CAM系統，此時頇將apertures和shapes 定義好。目前，己有很多PCB CAM系統可接受IPC-350的格式。部份CAM系統可 產生外型NC Routing 檔，不過一般PCB Layout設計軟體並不會產生此檔。有 部份專業軟體或獨立或配合NC Router,可設定參數直接輸出程式. Shapes 種類有圓、正方、長方,亦有較複雜形狀，如內層之thermal pad 等。著手設計時，Aperture code和shapes的關連要先定義清楚，否則無法進 行後面一系列的設計。 b. 設計時的Check list 依據check list審查後，當可知道該製作料號可能的良率以及成本的 預估。 c. Working Panel排版注意事項： - PCB Layout工程師在設計時，為協助提醒或注意某些事項，會做一些 輔助的記號做參考，所以必頇在進入排版前，將之去除。下表列舉數 個項目，及其影響。

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