内层

内层

1.1 制程目的

三层板以上产品即称多层板,传统双面板为配合零件密集装配，在有限的板面上无法安置这么多的零组件以及其所衍生出来的大量线路，因而有多层板的发展。加上美国联邦通讯委员会(FCC)宣布自1984年10月以后，所有上市的电器产品若有涉及电传通讯的，或有参与网络联机的，必须要做\接地\以消除干扰的影响。但因板面面积不够,因此pcb lay-out就将\接地\与\电压\二功能大铜面移入内层，造成四层板的瞬间大量兴起,也延伸了阻抗控制的要求。而原有四层板则多升级为六层板，当然高层次多层板也因高密度装配而日见增多。 1.2 制作流程

依产品的不同现有三种流程

A.发料→对位孔→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜 B.发料→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜→工具孔 C.发料→钻孔→通孔→电镀→影像转移→蚀刻→剥膜

上述三种制程中,第三种是有埋孔设计时的流程。我们主要探讨第二种制程——高层次板子较普遍使用的流程。 1.2.0发料

发料就是依制前设计所规划的工作尺寸，来裁切基材，是很单纯的步骤，但以下几点须注意：

A. 裁切方式：会影响下料尺寸

B. 磨边与圆角的考虑：影响影像转移良率制程 C. 方向要一致：即经向对经向，纬向对纬向 D. 下制程前的烘烤：尺寸安定性考虑 1.2.1 铜面处理

在印刷电路板制程中，不管那一个站，铜面的清洁与粗化的效果，关系着下一制程的成败，所以看似简单，其实里面的学问颇大。 A. 须要铜面处理的制程有以下几个 a. 干膜压膜

b. 内层氧化处理前 c. 钻孔后

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d. 化学铜前 e. 镀铜前 f. 绿漆前

g. 喷锡(或其它焊垫处理流程)前 h. 金手指镀镍前

B. 现行铜面处理方式可分三种： a. 刷磨法 b. 喷砂法 c. 化学法

C. 刷磨法注意事项：

a. 刷轮有效长度都需均匀使用到, 否则易造成刷轮表面高低不均 b. 须做刷痕实验，以确定刷深及均匀性 优点：1. 成本低；2. 制程简单，弹性

缺点：1. 薄板细线路板不易进行；2. 基材拉长，不适内层薄板；3. 刷痕深时易造成D/F附着不易而渗镀；4. 有残胶之潜在可能

D.喷砂法以不同材质的细石为研磨材料

优点：1.表面粗糙均匀程度较刷磨方式好；2.尺寸安定性较好；3.可用于薄板及细线

缺点：1.细石容易沾留板面；2.机器维护不易 E. 化学法(微蚀法) 1.2.2 影像转移 1.2.2.1印刷法 A. 前言

电路板自其起源到目前高密度设计,一直都与丝网印刷或网版印刷有直接密切关系，故称为\印刷电路板\。目前除了最大量的应用在电路板之外，其它电子工业尚有厚膜的混成电路、芯片电阻、及表面黏装锡膏印刷等。

由于近年电路板高密度,高精度的要求,印刷方法已无法达到规格需求,因此其应用范围渐缩,而干膜法已取代了大部分影像转移制作方式。下列是目前尚可以印刷法涉及的制程:

a.单面板线路,防焊；b.单面板碳墨或银胶；c.双面板之线路,防焊；d.湿膜印刷；e.内层大铜面；f.文字；g.可剥胶 B. 丝网印刷法简介

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丝网印刷中几个重要基本原素:网材,网版,乳剂,曝光机,印刷机,刮刀,油墨,烤箱等,以下逐一简单介绍。 a. 网布材料

(1) 依材质不同可分丝绢,尼龙,聚酯(或称特多龙),不锈钢等。 (2) 编织法:最常用也最好用的是单丝平织法。 (3) 网目数,网布厚度,线径,开口的关系 b.网版的种类 (1).直接网版：将感光乳胶调配均匀直接涂布在网布上，烘干后连框共同放置在曝光设备台面上并覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，经显像后即成为可印刷的网版。通常乳胶涂布多少次,视印刷厚度而定。此法网版耐用,安定性高,用于大量生产。但制作慢,且太厚时可能因厚薄不均而产生解像不良。 (2).间接网版：把感光版膜以曝光及显像方式自原始底片上把图形转移过来，然后把已有图形的版膜贴在网面上，待冷风干燥后撕去透明之载体护膜，即成间接性网版。其厚度均匀,分辨率好,制作快,多用于样品及小量产。

c. 油墨的分类

(1).以组成份可分单液及双液型。

(2).以烘烤方式可分蒸发干燥型、化学反应型及紫外线硬化型(UV) (3).以用途可分抗蚀,抗镀,防焊,文字,导电,及塞孔油墨。

d. 印刷作业

网版印刷目前有三种方式:手印、半自动印及全自动印刷。 手印机须要印刷熟手操作,是最弹性与快速的选择,尤以样品制作。较小工厂及协力厂仍有不少手印。半自动印则除人工操作外,印刷动作由机器代劳,但对位还是人工操作。全自动印刷则是对位,印刷作业都是自动。以下针对几个要素加以解说:

(1) 张力:张力直接影响对位,因为印刷过程中对网布不断拉扯, 因此新网张力的要求非常重要。张力测试量五点,即四角和中间。 (2) 刮刀的选择考虑有三：

第一是材料，常用者有聚氨酯类。

第二是刮刀的硬度，电路板多使用硬度值60度－80度。平坦基板铜面上线路阻剂印刷可用70－80度；对已有线路起伏板面上的印绿漆及文字,则需用较软60－70度。

第三点是刮刀的长度，须比图案的宽度每侧长出1吋左右。 刮刀在使用一段时间后其锐利的直角会变圆，与网布接触的面积增大，就无法印出边缘笔直的细条，需要将刮刀重新磨利才行，且刮刀刃不可出现缺口，否则会造成印刷缺陷。 (3). 对位及试印

a.此步骤主要是将三个定位pin固定在印刷机台面上,调整网版及离

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板间隙(指版膜到基板铜面的距离，应保持在2mm－5mm做为网布弹回的应有距离),然后覆墨试印。若有不准再做微调。

b.自动印刷作业则是靠边。因其产量大,适合极大量的单一机种生产。 (4). 烘烤

不同制程会选择不同油墨, 烘烤条件也完全不一样,须厂商提供,再依厂内制程条件的差异。

(5). 注意事项:刮刀行进角度，包括与版面及ｘｙ平面的角度；须不须要回墨；固定片数要洗纸,避免阴影；待印板面要保持清洁；每印刷固定片数要抽检一片。 1.2.2.2干膜法

A. 一般压膜机对于0.1mm厚以上的薄板还不成问题,只是膜皱要多注意 B. 曝光时注意真空度 C. 曝光机台的平坦度 1.2.3 蚀刻

现业界用于蚀刻的化学药液种类，常见有两种，一是酸性氯化铜蚀刻液，一种是碱性氨水蚀刻液。

Ａ．两种药液的选择，视影像转移制程。在内层制程中D/F或油墨是作为抗蚀刻之用，因此大部份选择酸性蚀刻。外层制程中，若为传统负片流程，D/F仅是抗电镀，在蚀刻前会被剥除。其抗蚀刻层是钖铅合金或纯钖，故一定要用碱性蚀刻液，以免伤及抗蚀刻金属层。 B. 设备及药液控制

不同的理论有不同的观点，且可能相冲突。 但有一点却是不变的基本观念，那就是以最快速度的让欲蚀刻铜表面接触愈多新鲜的蚀刻液。在做良好的设备设计规划之前，就必须先了解及分析蚀铜过程的化学反应。 a. CuCl2酸性蚀刻反应过程分析

铜可以三种氧化状态存在，原子形式Cu°,蓝色离子的Cu++以及较不常见 的亚铜离子Cu+。金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解： Cu°+Cu++→2Cu+ 在酸性蚀刻的再生系统，就是将Cu+氧化成Cu++,因此使蚀刻液能将更多的 金属铜咬蚀掉。 b. 反应机构

直觉的联想，在氯化铜酸性蚀刻液中，Cu++ 及Cu+应是以CuCl2 及CuCl存在才对，但事实非完全正确，两者事实上是以和HCl形成的庞大错化物存在的： Cu° + H2CuCl4 + 2HCl → 2H2CuCl3

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金属铜 铜离子 亚铜离子 其中H2CuCl4 实际是 CuCl2 + 2HCl 2H2CuCl3 实际是 CuCl + 2HCl

在反应式中可知HCl是消耗品。即使反应式已有些复杂，但它仍是以下两 个反应式的简式而已。

Cu°+ H2CuCl4 → 2H2CuCl3 + CuCl (不溶) CuCl + 2HCl → 2H2CuCl3 (可溶) 因产生CuCl沉淀，会阻止蚀刻反应继续发生，但因HCl的存在溶解 CuCl，维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品，而且是蚀刻速度控制的重要化学品。

虽然增加HCl的浓度往往可加快蚀刻速度，但亦可能发生下述的缺点： 1. 侧蚀增大；2. 若补充药液是使用氯化钠，则有可能产生氯气，对人体有害；3. 有可能因此补充过多的氧化剂，而攻击钛金属。

c.自动监控添加系统。目前使用CuCl2酸性蚀铜水平设备者,大半都装置自动监控设备,以维持蚀铜速率,控制因子有五:

1. 比重；2. HCl；3. H2O2；4. 温度；5. 蚀刻速度 1.2.4 剥膜

剥膜在pcb制程中，有两个站会使用，一是内层线路蚀刻后之D/F剥除，二是外层线路蚀刻前D/F剥除(若外层制作为负片制程)D/F的剥除是一单纯简易的制程，一般皆使用联机水平设备，使用化学药液多为NaOH或KOH浓度在1~3%重量比。注意事项如下：

A. 硬化后之干膜在此溶液下部份溶解，部份剥成片状，为维持药液的效果及后水洗能彻底，过滤系统的效能非常重要。

B. 有些设备设计了轻刷或超音波搅拌来确保剥膜的彻底，尤其是在外层蚀刻后的剥膜,线路边被二次铜微微卡住的干膜必须被彻底剥下，以免影响线路质量。所以也有在溶液中加入BCS帮助溶解，但有违环保，且对人体有害。

C. 有文献指钾会攻击锡，因此外层线路蚀刻前剥膜液选择须谨慎评估。剥膜液为碱性，因此水洗的彻底与否非常重要，内层剥膜后有加酸洗中和，也有防铜面氧化而做氧化处理者。 1.2.5对位系统 1.2.5.1传统方式

A. 四层板内层以三明治方式，将2.3层底片事先对准,黏贴于一压条上(和内层同厚), 紧贴于曝光台面上，己压膜内层则放进二底片间, 靠边即可进行曝光。

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B. 内层先钻(6层以上)粗对位工具孔(含对位孔及方向孔，板内监测孔等), 再以双面曝光方式进行内层线路制作。两者的对位度好坏，影响成品良率极大。 1.2.5.2蚀后冲孔方式

A. 原理

此方法的原理极为简单，内层预先冲出4个Slot孔，包括底片，此4个孔，相对两组，有一组不对称，可防止套反。每个孔当置放圆PIN后，因受温压会有变形时，仍能自由的左右、上下伸展，但中心不变，故不会有应力产生。待冷却，压力释放后，又回复原尺寸，是一颇佳的对位系统。 B. 对位

沿用上一观念发展出\蚀后冲孔\式的PPS系统，其作业重点如下： 1.透过CAM在工作底片长方向边缘处做两\光学靶点\以及四角落pads

2.将上、下底片对准固定后，如三明治做法，做曝光、显影蚀刻，剥膜等。 3.蚀刻后已有两光学靶点的内层板，放进机器上，让CCD瞄准该光学靶点，依各厂自行设定，冲出板边4个Slot孔或其它图形工具孔。

4.若是圆形工具孔、即当做铆钉孔，内层黑化后，即可以铆钉将内层及胶片 铆合成册，再去进行无梢压板。 1.2.5.2各层间的对准度

A. 同心圆的观念

a. 利用辅助同心圆，可检查内层上、下的对位度 b. 不同内层同心圆的偏位表示压合时候的滑动 B. 设计原则:同心圆之设计，其间距为4mil，亦是各层间可容许的对位偏差,若超出同心圆以外，则此片可能不良。 1.3 内层检测

AOI(简单线路采目视) →电测→修补→确认

内层板线路成完后,必须保证通路及绝缘的完整性,即如同单面板一样先要仔细检查。因一旦完成压合后,不幸仍有缺陷时,则已为时太晚,对于高层次板子而言更是必须先逐一保证其各层质量良好,才能进行压合,由于高层板渐多,内层板的负担加重,且线路愈来愈细,万一有漏失将会造成压合后的昂贵损失。传统目视外,自动光学检查(AOI)的使用在大厂中已非常普遍,利用计算机将原图案牢记,再配合特殊波长光线的扫瞄,而快速完美的对各层板详作检查。但AOI有其极限,例如细断路及漏电很难找出,故各厂增加短、断路电性测试。

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1.4压合

1.4.1. 制程目的:

将铜箔,胶片与氧化处理后的内层线路板,压合成多层基板。 1.4.2. 压合流程：

内层氧化处理——叠板——压合——后处理

1.4.3. 各制程说明 1.4.3.1 内层氧化处理 1.4.3.1.1 氧化反应

A. 增加与树脂接触的表面积,加强二者之间的附着力。

B. 增加铜面对流动树脂润湿性,使树脂能流入各死角在硬化后有更强的抓力。 C. 在裸铜面产生一层致密的钝化层以阻绝高温下液态树脂中胺类对铜面影响。 1.4.3.1.2. 还原反应

目的在增加氧化层抗酸性，并剪短绒毛高度至恰当水平以使树脂易于填充并能减少粉红圈发生。

1.4.3.1.3. 黑化及棕化标准配方:

Cu —— Cu+&Cu2 氧化 2Cu+2ClO 2 - —— Cu2O+ClO 3 -+Cl- Cu2O+2ClO 2 - ——2CuO+ClO 3 -+Cl-

此三式是金属铜与亚氯酸钠所释放出的初生态氧，先生成中间体氧化亚

铜,2Cu+[O] →Cu2O,再继续反应成为氧化铜CuO,若反应能彻底到达二价铜的境界,则呈现黑巧克力色之\棕氧化\层,若层膜中尚含有部份一价亚铜时则呈现无光泽的墨黑色的\黑氧化\层。

黑氧化或棕化工序的作用就是粗化铜表面，增大结合面积，增加表面结合力。 为什么会是黑色的？铜的氧化形式有两种：CuO（黑色），Cu2O（紫红色），而黑氧化的产物是两种形式以一定比例共存。棕化工艺原理：在铜表面通过反应产生一种均匀，有良好粘合特性及粗化的有机金属层结构（通常形成铜的络合物）。 1.4.3.1.4. 制程操作条件

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1.4.3.1.5 棕化与黑化的比较

A. 黑化层因液中存有高碱度而杂有Cu2O,此物容易形成长针状或羽毛状结晶。此种亚铜之长针在高温下容易折断而大大影响铜与树脂间的附着力,并随流胶而使黑点流散在板中形成电性问题,而且也容易出现水份而形成高热后局部的分层爆板。棕化层则呈碎石状瘤状结晶贴铜面,其结构紧密无疏孔,与胶片间附着力远超过黑化层,不受高温高压的影响,成为聚亚酰胺多层板必须的制程。

B. 黑化层较厚,经PTH后常会发生粉红圈,这是因PTH中的微蚀或活化或速化液攻入黑化层而将之还原露出原铜色之故。棕化层则因厚度很薄。较不会生成粉红圈。内层基板铜箔毛面经锌化处理与底材抓的很牢,但光面的黑化层却容易受酸液之侧攻而现出铜之原色。

C. 黑化因结晶较长厚度较厚故其覆盖性比棕化要好,一般铜面的瑕疪较容易盖过去而能得到色泽均匀的外表。棕化则常因铜面前处理不够完美而出现斑驳不齐的外观,常不为品管人员所认同。不过处理时间长或温度高一些会比较均匀。事实上此

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种外观之不均匀并不会影响其优良之剥离强度。一般商品常加有厚度仰制剂及防止红圈之封护剂使能耐酸等,则棕化之性能会更形突出。

1.4.3.1.6制程说明

内层板完成蚀刻后需用碱液除去干膜或油墨阻剂,经烘干后要做检修,测试之后才进入氧化制程。此制程主要有碱洗、酸浸,微蚀、预浸、氧化,还原,抗氧化及后清洗吹干等步骤:

A. 碱性清洗：也有使用酸洗。能清除手指纹、油脂,scum或有机物。 B. 酸浸：调整板面PH值,若之前为酸洗,则可跳过此步骤。

C. 微蚀：微蚀主要目的是蚀出铜箔之柱状结晶组织来增加表面积,增加氧化后对胶片的抓力。通常此微蚀深度以50-70微英吋为宜。

D. 预浸中和：板子经彻底水洗后,在进入高温强碱氧化处理前宜先做板面调整 ,使新鲜的铜面生成暗红色的预处理,并能检查到是否仍有残膜未除尽的亮点存在。 E. 氧化处理：多分为两液,其一为氧化剂常含亚氯酸钠为主,另一为氢氧化钠及添 加物,使用时按比例调配加水加温即可。通常氢氧化钠在高温及搅动下容易与空气中的二氧化碳形成碳酸钠而显现出消耗很多的情况,因碱度的降低常使棕化的颜色变浅或不均匀,宜分析及补充其不足。温度的均匀性也是影响颜色原因之一,加热器不能用石英,因高温强碱会使硅化物溶解。操作时最好让槽液能合理的流动及交换。 F. 还原：此步骤的应用影响后面压合成败。

G. 抗氧化：此步骤能让板子的信赖度更好,但视产品层次,不一定都有此步骤。 H. 后清洗及干燥：要将完成处理的板子立即浸入热水清洗,以防止残留药液在空气中干涸在板面上而不易洗掉,经热水彻底洗净后,才真正完工。

1.4.3.1.7 设备

氧化处理并非制程中最大的瓶颈,大部分仍用传统的浸槽式独臂或龙门吊车的输送。所建立的槽液无需太大量,以便于更换或补充。 水平连续自动输送的处理方式,对于薄板很适合。水平方式可分为喷液法及溢流法,前者的设备昂贵,温度控制不易,又因大量与空气混合造成更容易沉淀的现象,为缩短板子在喷室停留的时间,氧化液中多加有加速剂使得槽液不够稳定。溢流法使用者较多。

1.4.3.1.8氧化线检测方法及管制范围

A.氧化量（O/W）测定〔管制范围：0.3±0.07（mg/cm2）〕

(1) 取一试片9cm×10cm 1oz规格厚度之铜片，随流程做氧化处理。 (2) 将氧化处理后试片置于130℃烤箱中烘烤10min。去除水分，置于密闭容器冷却至室温，称重得重量w1(g)。

(3) 试片置于20%H2SO4中约10min去除氧化表层，重复上一步骤，称重得重量w2(g)

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(4) 计算公式： O/W = （W1-W2／9×10×2）×1000 B.剥离强度测定（管制范围：4~8 lb/in）

(1) 取一试片1oz厚度铜箔基板，做氧化处理后，做迭板后，做压合处理。 (2) 取一1cm宽试片，做剥离拉力测试，得出剥离强度。

C.蚀刻铜量测定（管制范围：70±30u in）

(1) 取一试片9cm×10cm 1oz规格厚度铜片，置于130℃烤箱中烘烤10min去除水份，置于密闭容器中冷却至室温，称重量得w1(g)

(2) 将试片置于微蚀槽中约2'18\依各厂实际作业时间)，做水洗处理后，重复上一个步骤，称得重量w2(g)。 (3) 计算公式：

E/A = W1 - W2 × 244.1

D.氧化后抽检板子以无亮点为判断标准 1.4.3.2 迭板

进压合机之前,需将各多层板使用原料准备好,以便迭板作业。除已氧化处理之内层外,尚需胶片,铜箔: 1.4.3.2.1 P/P规格

P/P的选用要考虑下列事项:绝缘层厚度；内层铜厚；树脂含量；内层各层残留铜面积；对称。P/P主要的三种性质为胶流量、胶化时间及胶含量: A. 胶流量

1,流量试验法：与经纬斜切截取4吋见方的胶片四张精称后再按原经向对经向或纬对纬的上下迭在一起,在已预热到170°±2.8°压床用200±25PSI去压10分钟,待熔合及冷却后,在其中央部份冲出直径3.192吋的圆片来,精称此圆片重量,然后计算胶流之百分 流量为:

Flow = [(原重量 – 2 × 园片重量)/原样重量] × 100

式中分子相减之差即表示流出去的胶量,因原面积为16m2,而压后所冲之圆片面积为(3.196÷ 2)2×3.14×2=16.045m2, 故可以解释为压后圆片以外的东西是\流\出去的 。

2,比例流量：指面积大时用大的压力强度,面积小时用小的压力强度，作法是正切胶片成7in×5.5in样片，并使长向与原卷之经向平行,薄胶片(104,106,108)要18-20张,中度(12.113.116)切10张,比116更厚就不太准了。热板先预热到150°±20 ℃并加上脱膜纸,将胶放上以31PSI或840磅±5%在8吋见方的压床上压10±1分钟,冷却后对角切开,并以测微卡尺量对角线的厚度,其计算如下:

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