钻孔地球物理勘探_百度百科
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钻孔地球物理勘探
钻井地球物理勘探——在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称 。又称为：地球物理测井、矿场地球物理、油矿地球物理。简称为“测井”。
钻孔地球物理勘探基本信息
释文：钻孔地球物理勘探简称测井。是在钻孔中进行的一种地球物理勘探方法。[1]
钻孔地球物理勘探正文
运用的原理和方法,使用专门的仪器设备,沿（钻井）剖面测量穿透的或其周围地质体的各种地质和地球物理特征的方法。按工作方式和探测范围的不同，钻孔地球物理勘探可分为地球物理测井（简称测井）和井中地球物理勘探（简称井中物探）。
测井的探测半径是以井轴为中心、几厘米至几十厘米的范围。它是勘探与开发中一种重要的方法，也是固体矿产普查勘探和水文、工程与环境地质调查勘察中不可缺少的手段。测井的应用范围十分广泛，主要方面有:①确定井剖面的岩石性质,评价油(气)水层，查明、金属与非金属、核金属等矿床(见)，并确定其埋藏深度和有效厚度；②测量计算储量所需的各种地质参数，如岩性成分、孔隙度、渗透率、饱和度，煤的灰分、含碳量，金属与非金属矿的品位，含水层的水质、水量等；③确定地层倾角，岩层走向和方位以及钻孔倾角和方位角；④检查井下技术状况，如检查固井质量和套管破裂情况等。
井中物探的探测半径为几十至几百米。它用来解决井周空间地质问题，主要有:①发现井旁或井底盲矿,确定其空间位置（埋藏深度、距钻孔距离、相对于钻孔方位等）；②评价井周的形态、产状、延伸等，用以指导钻井，合理布置钻孔。它在寻找深部隐状矿体，解决水文、工程与环境地质问题中广泛应用，是一种重要的手段。
钻孔地球物理勘探发展简史
地球物理测井方法于1927年由法国人C.施兰贝尔热和M.施兰贝尔热兄弟始创。1939年翁文波在中国开始地球物理测井工作，测井仪器由刘永年等设计制造，使用的测井方法有自然电位测井，视电阻率测井。主要用来鉴别岩性，划分油（气）水层、煤层、金属矿层以及地层对比等。
50年代至60年代中期，出现了声波测井、感应测井、侧向测井、自然γ测井等，并开始采用单一岩性的测井解释模型及简单的数理统计方法，对岩层作物理参数计算以进行半定量或定量解释，但对，泥质砂岩（见）以及其他复杂岩性的油气层评价仍十分困难。在和金属矿则开始应用 γ-γ测井、激发极化测井、电极电位测井、滑动接触测井、磁化率测井等。这些测井方法能有效地查明煤层、与非金属矿床，确定其埋深和有效厚度。60年代后期至70年代中期，相继出现了岩性－孔隙度测井系列（中子测井、密度测井、声波测井等）和深、浅侧向测井，深、中感应测井，微侧向测井等测井系列及地层倾角测井，对单一岩性和复杂岩性地层进行岩性、物性、含油（气）性、煤质等作定量解释，同时开展了以地层倾角为核心的地质分析。在金属矿床及水文、工程与环境地质调查勘察中，出现了中子活化测井、X荧光测井、超声波成像测井等,同时逐渐发展了一套井中物探方法，如井中自然电位法、井中电阻率与激发极化法、井中磁测法、井中重力法、井中低频电磁法（时域与频域的）、井中电磁波法，井中声波法、井中地震法等。70年代末期,出现了数控测井仪,应用电子计算机处理和解释测井信息，实现了测井系列化、组合化和数字化。80年代，中国研制成功数字测井系统。在井中物探方法中微机的开发应用迅速发展，使钻孔地球物理勘探的方法逐步进入数字化时代。
钻孔地球物理勘探方法
测井与井中物探的方法很多，它们以电学、磁学、电磁学、声学、热学、核物理学以及电化学等理论为基础，研究、的物理性质。
钻孔地球物理勘探测井方法
测井方法 　主要有电法测井、声波测井、核测井、地层倾角测井、地层测试测井、气测井、随钻测井、生产测井等。
①　电法测井。据油（气）层、煤层或其他探测目标与周围介质在电性上的差异，采用井下装置沿钻孔剖面记录岩层、矿层的电阻率、电导率、介电常数、激发极化特性及自然电位变化。如电阻率测井、微电极测井、侧向测井、感应测井、介电测井、激发极化测井、自然电位测井等。
②　磁测井。利用磁测井仪沿钻孔剖面测量地磁场强度或岩石、矿石磁化率变化，如垂直磁场强度测井、磁化率测井等（见图）。 　③　声波测井。利用岩石的声波传播特性，研究钻孔剖面岩层地质特征和井下工程情况。声波测井按其探测目的不同，可分为声速测井和声幅测井两类。常用的声波测井方法有：声速测井（纵波速度和横波速度）、幅测井、声波变密度测井（或称微地震测井）、声波电视测井等。
④　核测井。测量井剖面岩石的天然放射性射线强度，或测量经过放射性源照射后，岩石所产生的次生放射性射线强度,用以发现核金属矿藏，确定岩石成分,计算岩石地质或物性参数，判断气层等。
⑤　地层倾角测井。测量地层的倾角与方位角，能够确定真实的地层倾角和方位的变化。可用于研究变化，确定、、交错层、砂坝、岩礁，以及研究地质沉积环境等。此外，地层倾角测井还可以探测井壁附近地层裂缝带，确定裂缝走向和方位，通常又称为裂缝识别测井。
⑥　地层测试测井。使用电缆式地层测试器，在裸眼井进行地层流体（油、气、水）取样，测定地层流体恢复压力，通过计算获得原始地层压力及有效渗透率。它可用于探井中途测试，是一种直接找油、找气的探测方法。
⑦　气测井。测定钻开岩层后进入泥浆中的烃类气体（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）和非烃类气体的含量及其化学组分，用以发现探井中油（气）层，提供测试层位。它是石油勘探中一种直接找油、找气的测井方法。
⑧　随钻测井。将电阻率、自然γ、井斜等传感器装在钻挺内，边钻进边测量，脉冲信号通过泥浆传输到地面记录系统，可以消除泥浆对油（气）层侵入的影响，能反映油（气）层的负电阻率，提高地层评价精度。井斜信息能及时确定井眼斜角和方位角，控制钻井质量。这种方法目前已在世界海洋钻井工作中使用。
⑨　生产测井。测量套管井内流体的流量、含水率、压力、温度等参数。它是在射孔作业以后进行的油井生产动态测井。此外，在水文地质勘探中也有广泛用途。生产测井可以分为流量测井、含水率测井、压力测井及温度测井等。
钻孔地球物理勘探井中物探方法
井中物探方法 　按理论体系分，有 3类十几种方法。
①　基于求解拉普拉斯方程(或泊松方程)，研究电位、重磁位场畸变响应的方法。如井中自然电位法、井中电阻率和激发极化法、井中磁测法、井中重力法等。
②　基于求解矢量扩散方程，以频率域或时间域研究电磁感应现象的方法。如井中低频电磁法、井中脉冲瞬变电磁法等。
③　基于求解波动方程，研究弹性波或传播(速度、衰减吸收等)的方法。如单孔或跨孔地震法、单孔或跨孔电磁波法、井中声波法等。
钻孔地球物理勘探数据处理和解释
各种测井仪所记录的测井信息，分为数字磁带记录和连续的模拟曲线记录两类。后者属于老的记录方式，当需要使用计算机处理时，必须通过数字化仪对连续的模拟曲线进行采样，并将数据记录在数字磁带上。
钻孔地球物理勘探数据处理
测井数据处理的对象是记录在磁带上的由测井仪器所获得经过采样的各种物理信息。在磁带上记录的有地层电阻率、电导率、岩石体积密度、声波时差、自然电位以及人工放射性和自然放射性射线强度等。
测井数据的处理，首先要进行野外磁带的检查与预处理。野外磁带的检查，是用程序将磁带上记录的数据打印出来，以检查各种数据文件的鉴别号、深度值、采样间距、采样数据是否合理、准确。预处理的目的是将野外磁带处理成便于计算机使用的室内磁带。其内容是改变记录格式，对野外磁带数据进行转换、刻度、校正及归类排列，从而得到采样间距一致、深度对齐、数据正确的室内磁带。其次，应用各种测井分析程序对室内磁带上的测井数据进行自动处理解释，获得钻孔中目的层的有效孔隙度、含水饱和度、原始油气体积、可动油气体积、渗透率、次生孔隙度指数、岩石矿物成分等十几个地质参数，并以数据或连续曲线图的方式显示出来。在处理中还可以采用交会图技术，检查原始测井数据质量，选择解释模型及解释参数等。
钻孔地球物理勘探解释
解释 　根据处理后所得到的数据或地质参数曲线，对钻孔的目的层作出定性、定量评价。对石油勘探与开发，则包括判断岩性、判断油气层和水层、计算油气储量等；对煤田勘探，则主要是划分煤层，并对煤层的品质作出评价。
钻孔地球物理勘探参考书目
李舟波著：《钻井地球物理勘探》，地质出版社，北京，1986。 　蔡柏林著：《钻孔地球物理勘探》，地质出版社，北京，1986。当前位置： >>
PCB制造流程及说明
PCB 制造流程及说明一. PCB 演变1.1 PCB 扮演的角色 PCB 的功能为提供完成第一层级构装的组件与其它必须的电子电路零件接 合的基地， 以组成一个具特定功能的模块或成品。所以 PCB 在整个电子产 品中，扮演了整合连结总其 成所有功能的角色，也因此时常电子产品功能故 障时，最先被质疑往往就是 PCB。图 1.1 是电子构装层级区分示意。 1.2 PCB 的演变 1.早于 1903 年 Mr. Albert Hanson 首创利用&线路&(Circuit)观念应用于电话交换机系统。 它是用金属箔予以切割成线路导体，将之黏着于石蜡纸上，上面同样贴上一层石蜡纸，成了 现今 PCB 的机构雏型。见图 1.2 2. 至 1936 年，Dr Paul Eisner 真正发明了 PCB 的制作技术，也发表多项专利。而今日 之 print-etch (photo image transfer)的技术，就是沿袭其发明而来的。 1.3 PCB 种类及制法 在材料、层次、制程上的多样化以适 合 不同的电子产品及其特殊需求。 以下就归纳 一些通用的区别办法，来简单介绍 PCB 的分类以及它的制造方 法。 1.3.1 PCB 种类 A. 以材质分 a. 有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyamide、BT/Epoxy 等皆属之。 b. 无机材质 铝、Copper Inver-copper、ceramic 等皆属之。主要取其散热功能 B. 以成品软硬区分 a. 硬板 Rigid PCB b.软板 Flexible PCB 见图 1.3 c.软硬板 Rigid-Flex PCB 见图 1.4 C. 以结构分 a.单面板 见图 1.5 b.双面板 见图 1.6 c.多层板 见图 1.7 D. 依用途分：通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板…,见图 1.8 BGA. 另有一种射出成型的立体 PCB，因使用少，不在此介绍。 1.3.2 制造方法介绍 A. 减除法，其流程见图 1.9 B. 加成法，又可分半加成与全加成法，见图 1.10 1.11 C. 尚有其它因应 IC 封装的变革延伸而出的一些先进制程，本光盘仅提及但不详加介 绍，因有许多尚属机密也不易取得，或者成熟度尚不够。 本光盘以传统负片多层板的制程 为主轴，深入浅出的介绍各个制程，再辅以先进技术的观念来探讨未来的 PCB 走势。二.制前准备 制前准备2.1.前言 台湾 PCB 产业属性， 几乎是以ＯＥＭ， 也就是受客户委托制作空板 （Bare Board） 而已， 不像美国，很多 PCB Shop 是包括了线路设计，空板制作以及装配(Assembly)的 Turn-Key 业 务。以前，只要客户提供的原始数据如 Drawing, Artwork, Specification，再以手动翻片、排 版、打带等作业，即可进行制作，但近年由于电子产品日趋轻薄短小，PCB 的制造面临了 几个挑战:（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速 ( 5 ) 产品周期缩短（6）降低成本 等。以往以灯桌、笔刀、贴图及照相机做为制前工具，现在己被计算机、工作软件及激光绘 图机所取代。 过去， 以手工排版， 或者还需要 Micro-Modifier 来修正尺寸等费时耗工的作业， 今天只要在 CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人员取得客户的设计资料， 可能几小时 内，就可以依设计规则或 DFM(Design For Manufacturing)自动排版并变化不同的生产条件。 同时可以 output 如钻孔、成型、测试治具等资料。2.2.相关名词的定义与解说A Gerber file 这是一个从 PCB CAD 软件输出的数据文件做为光绘图语言。 1960 年代一家名叫 Gerber Scientific（现在叫 Gerber System）专业做绘图机的美国公司所发展出的格式，尔后二十年， 行销于世界四十多个国家。几乎所有 CAD 系统的发展，也都依此格式作其 Output Data，直 接输入绘图机就可绘出 Drawing 或 Film，因此 Gerber Format 成了电子业界的公认标准。 B. RS-274D 是 Gerber Format 的正式名称，正确称呼是 EIA STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association)主要两大组成：1.Function Code：如 G codes, D codes, M codes 等。 2.Coordinate data：定义图像（imaging） C. RS-274X 是 RS-274D 的延伸版本，除 RS-274D 之 Code 以外，包括 RS-274X Parameters，或称 整个 extended Gerber format 它以两个字母为组合，定义了绘图过程的一些特性。 D. IPC-350 IPC-350 是 IPC 发展出来的一套 neutral format,可以很容易由 PCB CAD/CAM 产生,然后 依此系统,PCB SHOP 再产生 NC Drill Program,Netlist,并可直接输入 Laser Plotter 绘制底片. E. Laser Plotter见图 2.1,输入 Gerber format 或 IPC 350 format 以绘制 Artwork F. Aperture List and D-Codes 见表 2.1 及图 2.2,举一简单实例来说明两者关系, Aperture 的定义亦见图 2.12.3.制前设计流程： 2.3.1 客户必须提供的数据： 电子厂或装配工厂，委托 PCB SHOP 生产空板（Bare Board）时，必须提供下列数据以 供制作。见表料号数据表-供制前设计使用. 上表数据是必备项目，有时客户会提供一片样品, 一份零件图，一份保证书（保证制程中使 用之原物料、耗料等不含某些有毒物质）等。这些额外数据，厂商须自行判断其重要性，以 免误了商机。 2.3.2 .资料审查 面对这么多的数据，制前设计工程师接下来所要进行的工作程序与重点，如下所述。 A. 审查客户的产品规格，是否厂内制程能力可及，审查项目见承接料号制程能力检查表. B.原物料需求（BOM-Bill of Material） 根据上述资料审查分析后，由 BOM 的展开，来决定原物料的厂牌、种类及规格。主要 的原物料包括了：基板（Laminate） 、胶片（Prepreg） 、铜箔（Copper foil） 、防焊油墨（Solder Mask） 、文字油墨（Legend）等。另外客户对于 Finish 的规定,将影响流程的选择,当然会有 不同的物料需求与规格，例如：软、硬金、喷、OSP 等。 表归纳客户规范中，可能影响原物料选择的因素。 C. 上述乃属新数据的审查, 审查完毕进行样品的制作.若是旧资料,则须 Check 有无户 ECO (Engineering Change Order) .再进行审查. D.排版 排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。因为基板是主要原料成本（排版最佳化，可减 少板材浪费） ；而适当排版可提高生产力并降低不良率。 有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力，但原物料成本增加很多.下列是 一些考虑的方向：一般制作成本，直、间接原物料约占总成本 30~60%，包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干 膜、钻头、重金属（铜、、铅） ，化学耗品等。而这些原物料的耗用，直接和排版尺寸恰 当与否有关系。大部份电子厂做线路 Layout 时，会做连片设计，以使装配时能有最高的生 产力。因此，PCB 工厂之制前设计人员，应和客户密切沟通，以使连片 Layout 的尺寸能在 排版成工作 PANEL 时可有最佳的利用率。要计算最恰当的排版，须考虑以下几个因素。 a.基材裁切最少刀数与最大使用率（裁切方式与磨边处理须考虑进去） 。 b.铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作 PANEL 的尺寸须搭配良好，以免浪费。 c.连片时，piece 间最小尺寸，以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸。 d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸. e.不同产品结构有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版间距须 较大且有方向的考量，其测试治具或测试次序规定也不一样。 较大工作尺寸，可以符合较 大生产力，但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需提升，如何取得一个平衡点，设 计的准则与工程师的经验是相当重要的。 2.3.3 着手设计 所有数据检核齐全后，开始分工设计： A. 流程的决定(Flow Chart) 由数据审查的分析确认后，设计工程师就要决定最适切的流 程步骤。 传统多层板的制作流程可分作两个部分:内层制作和外层制作.以下图标几种代 表 性流程供参考.见图 2.3 与 图 2.4 B. CAD/CAM 作业 a. 将 Gerber Data 输入所使用的 CAM 系统， 此时须将 apertures 和 shapes 定义好。 目前， 己有很多 PCB CAM 系统可接受 IPC-350 的格式。 部份 CAM 系统可产生外型 NC Routing 档， 不过一般 PCB Layout 设计软件并不会产生此文件。 有部份专业软件或独立或配合 NC Router,可设定参数直接输出程序. Shapes 种类有圆、正方、长方,亦有较复杂形状，如内层之 thermal pad 等。着手设计 时，Aperture code 和 shapes 的关连要先定义清楚，否则无法进行后面一系列的设计。 b. 设计时的 Check list 依据 check list 审查后，当可知道该制作料号可能的良率以及成本的预估。 c. Working Panel 排版注意事项： －PCB Layout 工程师在设计时，为协助提醒或注意某些事项，会做一些辅助的记号做 参考，所以必须在进入排版前，将之去除。下表列举数个项目，及其影响。－排版的尺寸选择将影响该料号的获利率。因为基板是主要原料成本（排版最佳化，可 减少板材浪费） ；而适当排版可提高生产力并降低不良率。 有些工厂认为固定某些工作尺寸可以符合最大生产力，但原物料成本增加很多.下列是 一些考虑的方向： 一般制作成本，直、间接原物料约占总成本 30~60%，包含了基板、胶片、铜箔、防焊、干 膜、钻头、重金属（铜、、铅、金） ，化学耗品等。而这些原物料的耗用，直接和排版尺 寸恰当与否有关系。大部份电子厂做线路 Layout 时，会做连片设计，以使装配时能有最高 的生产力。因此，PCB 工厂之制前设计人员，应和客户密切沟通，以使连片 Layout 的尺寸 能在排版成工作 PANEL 时可有最佳的利用率。 要计算最恰当的排版， 须考虑以下几个因素。 1.基材裁切最少刀数与最大使用率（裁切方式与磨边处理须考虑进去） 。 2.铜箔、胶片与干膜的使用尺寸与工作 PANEL 的尺寸须搭配良好，以免浪费。 3.连片时，piece 间最小尺寸，以及板边留做工具或对位系统的最小尺寸。 4.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作区尺寸. 5 不同产品结构有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版间距须 较大且有方向的考量，其测试治具或测试次序规定也不一样。 较大工作尺寸，可以符合较大生产力，但原物料成本增加很多,而且设备制程能力亦需 提升，如何取得一个平衡点，设计的准则与工程师的经验是相当重要的。 －进行 working Panel 的排版过程中，尚须考虑下列事项，以使制程顺畅，表排版注意 事项 。 d. 底片与程序： －底片 Artwork 在 CAM 系统编辑排版完成后，配合 D-Code 档案，而由雷射绘图机 （Laser Plotter）绘出底片。所须绘制的底片有内外层之线路，外层之防焊，以及文字底片。 由于线路密度愈来愈高，容差要求越来越严谨，因此底片尺寸控制，是目前很多 PCB 厂的一大课题。表是传统底片与玻璃底片的比较表。玻璃底片使用比例已有提高趋势。而底 片制造商亦积极研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如干式做法的铋金属底片. 一般在保存以及使用传统底片应注意事项如下： 1.环境的温度与相对温度的控制 2.全新底片取出使用的前置适应时间3.取用、传递以及保存方式 4.置放或操作区域的清洁度 －程序 含一,二次孔钻孔程序，以及外形 Routing 程序其中 NC Routing 程序一般须另行处理 e. DFM－Design for manufacturing .PCB layout 工程师大半不太了解，PCB 制作流程以 及各制程需要注意的事项，所以在 Lay-out 线路时，仅考虑电性、逻辑、尺寸等，而甚少顾 及其它。PCB 制前设计工程师因此必须从生产力，良率等考量而修正一些线路特性，如圆 形接线 PAD 修正成泪滴状，见图 2.5,为的是制程中 PAD 一孔对位不准时，尚能维持最小的 垫环宽度。 但是制前工程师的修正，有时却会影响客户产品的特性甚或性能，所以不得不谨慎。 PCB 厂必须有一套针对厂内制程上的特性而编辑的规范除了改善产品良率以及提升生产力 外，也可做为和 PCB 线路 Lay-out 人员的沟通语言，见图 2.6 . C. Tooling 指 AOI 与电测 Netlist n..AOI 由 CAD reference 文件产生 AOI 系统可接受的数据、且 含容差，而电测 Net list 档则用来制作电测治具 Fixture。2.4 结语 颇多公司对于制前设计的工作重视的程度不若制程,这个观念一定要改,因为随着电子产 品的演变,PCB 制作的技术层次愈困难,也愈须要和上游客户做最密切的沟通,现在已不是任 何一方把工作做好就表示组装好的产品没有问题,产品的使用环境, 材料的物,化性, 线路 Lay-out 的电性, PCB 的信赖性等,都会影响产品的功能发挥.所以不管软件,硬件,功能设计上 都有很好的进展,人的观念也要有所突破才行.三. 基板印刷电路板是以铜箔基板（ Copper-clad Laminate 简称 CCL ）做为原料而制造的电器 或电子的重要机构组件,故从事电路板之上下游业者必须对基板有所了解:有那些种类的基板, 它们是如何制造出来的,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的基板.表 3.1 简单列出不同基板的适用场合. 基板工业是一种材料的基础工业， 是由介电层 （树脂 Resin ， 玻璃纤维 Glass fiber ） ， 及高纯度的导体 (铜箔 Copper foil )二者所构成的复合材料（ Composite material） ，其所牵 涉的理论及实务不输于电路板本身的制作。 以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨.3.1 介电层 3.1.1 树脂 Resin 3.1.1.1 前言 目前已使用于线路板之树脂类别很多,如酚醛树脂 Phonetic ） 环氧树脂 Epoxy ） （ 、 （ 、 聚亚醯胺树脂 Polyamide ）聚四氟乙烯 （ 、 （Polytetrafluorethylene， 简称 PTFE 或称 TEFLON） ， B 一三氮 树脂 （Bismaleimide Triazine 简称 BT ） 等皆为热固型的树脂 （Thermosetted Plastic Resin） 。 3.1.1.2 酚醛树脂 Phenolic Resin 是人类最早开发成功而又商业化的聚合物。是由液态的酚（phenol）及液态的甲醛 （ Formaldehyde 俗称 Formalin ）两种便宜的化学品， 在酸性或碱性的催化条件下发生立 体架桥（ Crosslinkage ）的连续反应而硬化成为固态的合成材料。其反应化学式见图 3.1 1910 年有一家叫 Bakelite 公司加入帆布纤维而做成一种坚硬强固，绝缘性又好的材 料称为 Bakelite，俗名为电木板或尿素板。 美国电子制造业协会(NEMA-Nationl Electrical Manufacturers Association) 将不同的组 合冠以不同的编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字列表，如表 NEMA 对 于酚醛树脂板的分类及代码 表中纸质基板代字的第一个 &X& 是表示机械性用途，第二个 &X& 是表示可用电性用 途。 第三个 &X& 是表示可用有无线电波及高湿度的场所。 &P& 表示需要加热才能冲板子 （ Punchable ） ，否则材料会破裂， &C& 表示可以冷冲加工（ cold punchable ） ，&FR& 表 示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃 (Flame Retardent) 或抗燃(Flame resistance) 性。 纸质板中最畅销的是 XXXPC 及 FR-2． 前者在温度 25 ℃ 以上,厚度在.062in 以下就可 以冲制成型很方便， 后者的组合与前完全相同， 只是在树脂中加有三氧化二锑增加其难燃性。 以下介绍几个较常使用纸质基板及其特殊用途: A 常使用纸质基板 a. XPC Grade：通常应用在低电压、低电流不会引起火源的消费性电子产品， 如玩具、 手提收音机、电话机、计算器、遥控器及钟表等等。UL94 对 XPC Grade 要求只须达到 HB 难燃等级即可。 b. FR-1 Grade：电气性、难燃性优于 XPC Grade，广泛使用于电流及电压比 XPC Grade 稍高的电器用品，如彩色电视机、监视器、VTR、家庭音响、洗衣机及吸尘器等等。UL94 要求 FR-1 难燃性有 V-0、V-1 与 V-2 不同等级，不过由于三种等级板材价位差异不大，而且 考虑安全起见，目前电器界几乎全采用 V-0 级板材。 c. FR-2 Grade：在与 FR-1 比较下，除电气性能要求稍高外，其它物性并没有特别之处， 近年来在纸质基板业者努力研究改进 FR-1 技术，FR-1 与 FR-2 的性质界线已渐模糊,FR-2 等级板材在不久将来可能会在偏高价格因素下被 FR-1 所取代。 B. 其它特殊用途： a. 铜镀通孔用纸质基板 主要目的是计划取代部份物性要求并不高的 FR-4 板材，以便降低 PCB 的成 本. b. 银贯孔用纸质基板 时下最流行取代部份物性要求并不很高的 FR-4 作通孔板材，就是银贯孔用 纸质基板印刷电路板两面线路的导通，可直接借由印刷方式将银胶(Silver Paste) 涂布于孔壁上，经由 高温硬化，即成为导通体，不像一般 FR-4 板材的铜镀通 孔，需经由活化、化学铜、电镀 铜、锡铅等繁杂手续。 b-1 基板材质 1) 尺寸安定性： 除要留意 X、Y 轴(纤维方向与横方向)外，更要注意 Z 轴(板材厚度方向)，因热胀冷 缩及加热减量因素容易造成银胶导体的断裂。 2) 电气与吸水性： 许多绝缘体在吸湿状态下，降低了绝缘性，以致提供金属在电位 差趋动力下 发生移行的现象， FR-4 在尺寸安性、 电气性与吸水性方面都比 FR-1 及 XPC 佳， 所以生产银贯孔印刷电路板时，要选用特制 FR-1 及 XPC 的纸质基板 .板材。 b.-2 导体材质 1) 导体材质 银及碳墨贯孔印刷电路的导电方式是利用银及石墨微粒镶嵌在聚合体 内， 藉由微粒的接触来导电，而铜镀通孔印刷电路板，则是借由铜本身是连贯的 结晶体而 产生非常顺畅的导电性。 2) 延展性： 铜镀通孔上的铜是一种连续性的结晶体，有非常良好的延展性，不会像银、 碳墨胶 在热胀冷缩时，容易发生界面的分离而降低导电度。 3) 移行性： 银、铜都是金属材质，容易发性氧化、还原作用造成锈化及移行现象，因 电位差的 不同，银比铜在电位差趋动力下容易发生银迁移(Silver Migration)。 c. 碳墨贯孔(Carbon Through Hole)用纸质基板. 碳墨胶油墨中的石墨不具有像银的移行特性， 石墨所担当的角色仅仅是作简 单的讯号 传递者， 所以 PCB 业界对积层板除了碳墨胶与基材的密着性、翘 曲度外， 并没有特别要求. 石墨因有良好的耐磨性，所以 Carbon Paste 最早期 是被应用来取代 Key Pad 及金手指上的 镀金，而后延伸到扮演跳线功能。 碳墨贯孔印刷电路板的负载电流通常设计的很低，所以 业界大都采用 XPC 等级，至于厚度方面，在考虑轻、薄、短、小与印刷贯孔性因素下，常 通选 用 0.8、1.0 或 1.2mm 厚板材。 d. 室温冲孔用纸质基板 其特征是纸质基板表面温度约 40℃以下，即可作 Pitch 为 1.78mm 的 IC 密 集孔的冲模，孔间不会发生裂痕，并且以减低冲模时纸质基板冷却所造成 线 路精准度的偏差，该类纸质基板非常适用于细线路及大面积的印刷电路板。 e. 抗漏电压(Anti-Track)用纸质基板 人类的生活越趋精致，对物品的要求且也就越讲就 短小轻薄，当印刷电路板 的线路设计越密集，线距也就越小，且在高功能性的要求下，电 流负载变大 了， 那么线路间就容易因发生电弧破坏基材的绝缘性而造成漏电， 纸质基板 业 界为解决该类问题，有供应采用特殊背胶的铜箔所制成的抗漏电压 用纸质基板 2.1.2 环氧树脂 Epoxy Resin 是目前印刷线路板业用途最广的底材。在液态时称为清漆或称凡立水（Varnish) 或称为 A-stage， 玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现黏着性而用于双面基板制作 或多层板之压合用称 B-stage prepreg ,经此压合再硬化而无法回复之最终状态称为 C-stage。 2.1.2.1 传统环氧树脂的组成及其性质 用于基板之环氧树脂之单体一向都是 Bisphenol A 及 Epichlorohydrin 用 dicy 做为架桥剂所形成的聚合物。为了通过燃性试验(Flammability test), 将上述仍在液态的树脂再与 Tetrabromo-Bisphenol A 反应而成为最熟知 FR-4 传统环氧树脂。现将产品之主要成份列于 后: 单体 --Bisphenol A, Epichlorohydrin 架桥剂(即硬化剂) -双氰 Dicyandiamide 简称 Dicy 速化剂 (Accelerator)--Benzyl-Dimethylamine ( BDMA ) 及 2- Methylimidazole ( 2-MI ) 溶剂 --Ethylene glycol monomethy ether( EGMME ) Dimethy formamide (DMF) 及稀释剂 Acetone ,MEK。 填充剂(Additive) --碳酸钙、硅化物、 及氢氧化铝 或 化物等增加难燃效果。 填充剂可调 整其 Tg. A. 单体及低分子量之树脂 典型的传统树脂一般称为双功能的环气树脂 ( Difunctional Epoxy Resin),见图 3.2. 为 了达到使用安全的目的， 特于树脂的分子结构中加入溴原子， 使产生部份碳溴之结合而呈现 难燃的效果。也就是说当出现燃烧的条件或环境时，它要不容易被点燃，万一已点燃在燃烧 环境消失后，能自己熄灭而不再继续延烧。见图 3.3.此种难燃材以 NEMA 规范中称为 FR-4。(不含溴的树脂在 NEMA 规范中称为 G-10) 此种含溴环氧树脂的优点很多如介电常 数很低，与铜箔的附着力很强，与玻璃纤维结合后之挠性强度很不错等。 B. 架桥剂(硬化剂) 环氧树脂的架桥剂一向都是 Dicey,它是一种隐性的 (latent) 催化剂 , 在高温 160℃之 下才发挥其架桥作用， 常温中很安定， 故多层板 B-stage 的胶片才不致无法储存。 但 Dicey 的缺点却也不少， 第一是吸水性 (Hygroscopicity)，第二个缺点是难溶性。溶不掉自然难以 在液态树脂中发挥作用。 早期的基板商并不了解下游电路板装配工业问题， 那时的 dicey 磨 的不是很细，其溶不掉的部份混在底材中，经长时间聚集的吸水后会发生针状的再结晶, 造 成许多爆板的问题。当然现在的基板制造商都很清处它的严重性,因此已改善此点. C. 速化剂 用以加速 epoxy 与 dicey 之间的架桥反应， 最常用的有两种即 BDMA 及 2-MI。 D. Tg 玻璃态转化温度 高分子聚合物因温度之逐渐上升导致其物理性质渐起变化，由常温时之无定形或部份 结晶之坚硬及脆性如玻璃一般的物质而转成为一种黏滞度非常高,柔软如橡皮一般的另一种 状态。传统 FR4 之 Tg 约在 115-120℃之间，已被使用多年，但近年来由于电子产品各种 性能要求愈来愈高,所以对材料的特性也要求日益严苛，如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗 热性 ,尺寸安定性等都要求改进,以适应更广泛的用途, 而这些性质都与树脂的 Tg 有关, Tg 提高之后上述各种性质也都自然变好。例如 Tg 提高后, a.其耐热性增强， 使基板在 X 及 Y 方向的膨胀减少，使得板子在受热后铜线路与基材之间附着力不致减弱太多，使线路有 较好的附着力。 b.在 Z 方向的膨胀减小后，使得通孔之孔壁受热后不易被底材所拉断。c. Tg 增高后，其树脂中架桥之密度必定提高很多使其有更好的抗水性及防溶剂性，使板子受 热后不易发生白点或织纹显露，而有更好的强度及介电性.至于尺寸的安定性,由于自动插装 或表面装配之严格要求就更为重要了。因而近年来如何提高环氧树脂之 Tg 是基板材所追 求的要务。E. FR4 难燃性环氧树脂 传统的环氧树脂遇到高温着火后若无外在因素予以扑灭时， 会不停的一直燃烧下去直 到分子中的碳氢氧或氮燃烧完毕为止。若在其分子中以溴取代了氢的位置， 使可燃的碳氢 键化合物一部份改换成不可燃的碳溴键化合物则可大大的降低其可燃性。 此种加溴之树脂难 燃性自然增强很多， 但却降低了树脂与铜皮以及玻璃间的黏着力， 而且万一着火后更会放出 剧毒的溴气，会带来的不良后果。 3.1.2.2 高性能环氧树脂(Multifunctional Epoxy) 传统的 FR4 对今日高性能的线路板而言已经力不从心了， 故有各种不同的树脂与原 有的环氧树脂混合以提升其基板之各种性质， A. Novolac 最早被引进的是酚醛树脂中的一种叫 Novolac 者 ,由 Novolac 与环氧氯丙烷所形成 的酯类称为 Epoxy Novolacs，见图 3.4 之反应式. 将此种聚合物混入 FR4 之树脂， 可大大 改善其抗水性、抗化性及尺寸安定性, Tg 也随之提高，缺点是酚醛树脂本身的硬度及脆性 都很高而易钻头，加之抗化性能力增强,对于因钻孔而造成的胶渣 (Smear) 不易除去而造成 多层板 PTH 制程之困扰。 B. Tetrafunctional Epoxy 另一种常被添加于 FR4 中的是所谓 & 四功能的环氧树脂 & (Tetrafunctional Epoxy Resin ).其与传统 & 双功能 & 环氧树脂不同之处是具立体空间架桥 ,见图 3.5， 较高能抗 Tg 较差的热环境，且抗溶剂性、抗化性、抗湿性及尺寸安定性也好很多，而且不会发生像 Novolac 那样的缺点。 最早是美国一家叫 Polyclad 的基板厂所引进的。 四功能比起 Novolac 来还有一种优点就是有更好的均匀混合。 为保持多层板除胶渣的方便起见， 此种四功能的基 板在钻孔后最好在烤箱中以 160 ℃烤 2-4 小时, 使孔壁露出的树脂产生氧化作用，氧化后 的树脂较容易被蚀除，而且也增加树脂进一步的架桥聚合,对后来的制程也有帮助。因为脆 性的关系, 钻孔要特别注意. 上述两种添加树脂都无法溴化,故加入一般 FR4 中会降低其难燃性. 3.1.2.3 聚亚醯胺树脂 Polyimide(PI) A. 成份 主要由 Bismaleimide 及 Methylene Dianiline 反应而成的聚合物,见图 3.6. B. 优点 电路板对温度的适应会愈来愈重要，某些特殊高温用途的板子，已非环氧树脂所能胜 任，传统式 FR4 的 Tg 约 120℃ 左右，即使高功能的 FR4 也只到达 180-190 ℃，比起 聚亚醯胺的 260 ℃ 还有一大段距离.PI 在高温下所表现的良好性质,如良好的挠性、铜箔抗 撕强度、抗化性、介电性、尺寸安定性皆远优于 FR4。钻孔时不容易产生胶渣，对内层与 孔壁之接通性自然比 FR4 好。 而且由于耐热性良好，其尺寸之变化甚少，以 X 及 Y 方 向之变化而言， 对细线路更为有利， 不致因膨胀太大而降低了与铜皮之间的附着力。 Z 方 就 向而言可大大的减少孔壁铜层断裂的机会。C. 缺点: a.不易进行溴化反应，不易达到 UL94 V-0 的难燃要求。 b.此种树脂本身层与层之间，或与铜箔之间的黏着力较差，不如环氧树脂那么强，而 且挠性也较差。 c.常温时却表现不佳，有吸湿性 (Hygroscopic), 而黏着性、延性又都很差。 d.其凡立水(Varnish,又称生胶水,液态树脂称之)中所使用的溶剂之沸点较高， 不易赶完， 容易产生高温下分层的现象。而且流动性不好,压合不易填 满死角 。 e.目前价格仍然非常昂贵约为 FR4 的 2-3 倍，故只有军用板或 Rigid- Flex 板才用的 起。 在美军规范 MIL-P-13949H 中, 聚亚醯胺树脂基板代号为 GI. 3.1.2.4 聚四氟乙烯 (PTFE) 全名为 Polyterafluoroethylene ,分子式见图 3.7. 以之抽丝作 PTFE 纤维的商品名为 Teflon 铁弗龙 ,其最大的特点是阻抗很高 (Impedance) 对高频微波 (microwave) 通信用途 上是无法取代的，美军规范赋与 &GT&、&GX&、及 &GY& 三种材料代字,皆为玻纤补强 type， 其商用基板是由 3M 公司所制，目前这种材料尚无法大量投入生产，其原因有: A. PTFE 树脂与玻璃纤维间的附着力问题； 此树脂很难渗入玻璃束中，因其抗化性特强， 许多湿式制程中都无法使其反应及活化， 在做镀通孔时所得之铜孔壁无法固着在底材上， 很 难通过 MILP-55110E 中 4.8.4.4 之固着强度试验。 由于玻璃束未能被树脂填满， 很容易在 做镀通孔时造成玻璃中渗铜 (Wicking) 的出现，影响板子的可信赖度。 B. 此四氟乙烯材料分子结构，非常强劲无法用一般机械或化学法加以攻击， 做蚀回时只有 用电浆法. C. Tg 很低只有 19 度 c, 故在常温时呈可挠性， 也使线路的附着力及尺寸安定性不好。 表为四种不同树脂制造的基板性质的比较. 3.1.2.5 BT/EPOXY 树脂 BT 树脂也是一种热固型树脂，是日本三菱瓦斯化成公司(Mitsubishi Gas Chemical Co.) 在 1980 年研制成功。 是由 Bismaleimide 及 Trigzine Resin monomer 二者反应聚合而成。 其反 应式见图 3.8。BT 树脂通常和环氧树脂混合而制成基板。 A. 优点 a. Tg 点高达 180℃，耐热性非常好，BT 作成之板材，铜箔的抗撕强度(peel Strength)， 挠性强度亦非常理想钻孔后的胶渣(Smear)甚少 b. 可进行难燃处理，以达到 UL94V-0 的要求 c. 介质常数及散逸因子小，因此对于高频及高速传输的电路板非常有利。 d. 耐化性，抗溶剂性良好 e. 绝缘性佳 B. 应用a. COB 设计的电路板 由于 wire bonding 过程的高温，会使板子表面变软而致打线失 败。 BT/EPOXY 高性能板材可克服此点。 b. BGA ,PGA, MCM-Ls 等半导体封装载板 半导体封装测试中，有两个很重要的常见 问题，一是漏电现象，或称 CAF(Conductive Anodic Filament),一是爆米花现象(受湿气及高 温冲 击)。这两点也是 BT/EPOXY 板材可以避免的。 3.1.2.6 Cyanate Ester Resin 1970 年开始应用于 PCB 基材，目前 Chiba Geigy 有制作此类树脂。其反应式如图 3.9。 A. 优点 a. Tg 可达 250℃，使用于非常厚之多层板 b. 极低的介电常数(2.5~3.1)可应用于高速产品。 B. 问题 a. 硬化后脆度高. b. 对湿度敏感，甚至可能和水起反应. 3.1.2 玻璃纤维 3.1.2.1 前言 玻璃纤维(Fiberglass)在 PCB 基板中的功用，是作为补强材料。基板的补强材料尚有其 它种，如纸质基板的纸材， Kelvar(Polyamide 聚醯胺)纤维，以及石英(Quartz)纤维。本节仅 讨论最大宗的玻璃纤维。 玻璃(Glass)本身是一种混合物，其组成见表它是一些无机物经高温融熔合而成，再经 抽丝冷却而成一种非结晶结构的坚硬物体。此物质的使用，已有数千年的历史。做成纤维状 使用则可追溯至 17 世纪。 真正大量做商用产品， 则是由 Owen-Illinois 及 Corning Glass Works 两家公司其共同的研究努力后，组合成 Owens-Corning Fiberglas Corporation 于 1939 年正式 生产制造。 3.1.2.2 玻璃纤维布 玻璃纤维的制成可分两种，一种是连续式(Continuous)的纤维另一种则是不连续式 (discontinuous)的纤维前者即用于织成玻璃布(Fabric)，后者则做成片状之玻璃席(Mat)。FR4 等基材，即是使用前者，CEM3 基材，则采用后者玻璃席。 A. 玻璃纤维的特性 原始融熔态玻璃的组成成份不同，会影响玻璃纤维的特性，不同组成所呈现的差异， 表中有详细的区别，而且各有独特及不同应用之处。按组成的不同(见表)，玻璃的等级可分 四种商品：A 级为高碱性，C 级为抗化性，E 级为电子用途，S 级为高强度。电路板中所用 的就是 E 级玻璃，主要是其介电性质优于其它三种。 －玻璃纤维一些共同的特性如下所述： a.高强度：和其它纺织用纤维比较，玻璃有极高强度。在某些应用上，其强度/重量比甚至超过铁丝。 b.抗热与火：玻璃纤维为无机物，因此不会燃烧 c.抗化性：可耐大部份的化学品，也不为霉菌，细菌的渗入及昆虫的功击。 d.防潮：玻璃并不吸水，即使在很潮湿的环境，依然保持它的机械强度。 e.热性质：玻纤有很低的熬线性膨胀系数，及高的热导系数，因此在高温环境下有 极佳的表现。 f.电性：由于玻璃纤维的不导电性，是一个很好的绝缘物质的选择。 PCB 基材所选择使用的 E 级玻璃，最主要的是其非常优秀的抗水性。因此在非常潮湿， 恶劣的环境下，仍然保有非常好的电性及物性一如尺寸稳定度。 －玻纤布的制作： 玻璃纤维布的制作，是一系列专业且投资全额庞大的制程本章略而不谈． 3.2 铜箔(copper foil) 早期线路的设计粗粗宽宽的,厚度要求亦不挑剔,但演变至今日线宽 3,4mil,甚至更细(现 国内已有工厂开发 1 mil 线宽),电阻要求严苛.抗撕强度,表面 Profile 等也都详加规定.所以对 铜箔发展的现况及驱势就必须进一步了解. 3.2.1 传统铜箔 3.2.1.1 辗轧法 (Rolled-or Wrought Method) 是将铜块经多次辗轧制作而成， 其所辗出之宽度受到技术限制很难达到标准尺寸基板的 要求 (3 *4 ) ,而且很容易在辗制过程中造成报废，因表面粗糙度不够,所以与树脂之结 合能力比较不好，而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化(Heat treatment or Annealing),故其成本较高。 A. 优点. a. 延展性 Ductility 高,对 FPC 使用于动态环境下,信赖度极佳. b. 低的表面棱线 Low-profile Surface,对于一些 Microwave 电子应用是一利基. B. 缺点. a. 和基材的附着力不好. b. 成本较高. c. 因技术问题,宽度受限. 3.2.1.2 电镀法 (Electrodeposited Method) 最常使用于基板上的铜箔就是 ED 铜.利用各种废弃之电线电缆熔解成硫酸铜镀液，在 殊特深入地下的大型镀槽中，阴阳极距非常短,以非常高的速度冲动镀液，以 600 ASF 之高 电流密度，将柱状 (Columnar) 结晶的铜层镀在表面非常光滑又经钝化的 (passivated) 不锈 钢大桶状之转胴轮上(Drum)， 因钝化处理过的不锈钢胴轮上对铜层之附着力并不好， 故镀面可自转轮上撕下，如此所镀得的连续铜层,可由转轮速度，电流密度而得不同厚度之铜箔， 贴在转胴之光滑铜箔表面称为光面(Drum side ), 另一面对镀液之粗糙结晶表面称为毛面 (Matte side) .此种铜箔: A. 优点 a. 价格便宜. b. 可有各种尺寸与厚度. B. 缺点. a. 延展性差, b. 应力极高无法挠曲又很容易折断. 3.2.1.3 厚度单位 一般生产铜箔业者为计算成本, 方便订价，多以每平方罩亓孔鑫穸戎扑愕ノ唬 如 1.0 Ounce (oz)的定义是一平方彰婊ッ娓哺峭亓 1 oz (28.35g)的铜层厚度.经单位 换算 35 微米 (micron)或 1.35 mil. 一般厚度 1 oz 及 1/2 oz 而超薄铜箔可达 1/4 oz,或更低. 3.2.2 新式铜箔介绍及研发方向 3.2.2.1 超薄铜箔 一般所说的薄铜箔是指 0.5 oz (17.5 micron ) 以下，表三种厚度则称超薄铜箔 3/8 oz 以下因本身太薄很不容易操作故需要另加载体 (Carrier) 才能做各种操作(称复 合式 copper foil),否则很容易造成损伤。所用之载体有两类，一类是以传统 ED 铜箔为载体, 厚约 2.1 mil.另一类载体是铝箔,厚度约 3 mil.两者使用之前须将载体撕离. 超薄铜箔最不易克服的问题就是 & 针孔 & 或 & 疏孔 &(Porosity)， 因厚度太薄,电镀时 无法将疏孔完全填满.补救之道是降低电流密度,让结晶变细. 细线路,尤其是 5 mil 以下更需 要超薄铜箔,以减少蚀刻时的过蚀与侧蚀. 3.2.2.2 辗轧铜箔 对薄铜箔超细线路而言， 导体与绝缘基材之间的接触面非常狭小， 如何能耐得住二者之 间热膨胀系数的巨大差异而仍维持足够的附着力，完全依赖铜箔毛面上的粗化处理是不够 的，而且高速镀铜箔的结晶结构粗糙在高温焊接时容易造成 XY 的断裂也是一项难以解决 的问题。辗轧铜箔除了细晶之外还有另一项长处那就是应力很低 (Stress)。ED 铜箔应力高， 但后来线路板业者所镀上的一次铜或二次铜的应力就没有那么高。 于是造成二者在温度变化 时使细线容易断制.因此辗轧铜箔是一解决之途。若是成本的考量,Grade 2,E-Type 的 high-ductility 或是 Grade 2,E-Type HTE 铜箔也是一种选择. 国际制造铜箔大厂多致力于开发 ED 细晶产品以解决此问题. 3.2.2.3 铜箔的表面处理 A 传统处理法 ED 铜箔从 Drum 撕下后，会继续下面的处理步骤： a. Bonding Stage－在粗面(Matte Side)上再以高电流极短时间内快速镀上铜， 其长相如瘤，称&瘤化处理&&Nodulization&目的在增加表面积，其厚度约 A b. Thermal barrier treatments-瘤化完成后再于其上镀一层黄铜(Brass，是 Gould 公司专 利，称为 JTC 处理)，或锌(Zinc 是 Yates 公司专利，称为 TW 处理)。 也是镀镍处理其作用 是做为耐热层。树脂中的 Dicy 于高温时会攻击铜面而 生成胺类与水份，一旦生水份时，会 导致附着力降底。此层的作用即是防止 上述反应发生，其厚度约 500~1000A c. Stabilization－耐热处理后，再进行最后的&铬化处理&(Chromation)，光面与 粗面同 时进行做为防污防锈的作用，也称&钝化处理&(passivation)或&抗氧化 处理&(antioxidant) B 新式处理法 a. 两面处理(Double treatment)指光面及粗面皆做粗化处理，严格来说，此法 的应用己 有 20 年的历史，但今日为降低多层板的 COST 而使用者渐多． 在光面也进行上述的传统 处理方式，如此应用于内层基板上，可以省掉压 膜前的铜面理处理以及黑/棕化步骤。 美 国一家 Polyclad 铜箔基板公司，发展出来的一种处理方式，称为 DST 铜箔，其处理方式有 异曲同工之妙。该法是在光面做粗化处理，该面就压 在胶片上，所做成基板的铜面为粗面， 因此对后制亦有帮助。 b. 硅化处理(Low profile) 传统铜箔粗面处理其 Tooth Profile (棱线) 粗糙度 (波峰波 谷)，不利于细 线路的制造( 影响 just etch 时间,造成 over-etch)，因此必须设法降低棱线 的 高度。上述 Polyclad 的 DST 铜箔，以光面做做处理，改善了这个问题， 另外，一种叫&有 机硅处理&（Organic Silane Treatment） ，加入传统处理 方式之后，亦可有此效果。它同时产 生一种化学键，对于附着力有帮助。 3.3.3 铜箔的分类 按 IPC-CF-150 将铜箔分为两个类型，TYPE E 表电镀铜箔，TYPE W 表辗轧铜箔,再 将之分成八个等级， class 1 到 class 4 是电镀铜箔，class 5 到 class 8 是辗轧铜箔.现将其 型级及代号分列于表 3.4 PP(胶片 Prepreg)的制作 &Prepreg&是&preimpregnated&的缩写， 意指玻璃纤维或其它纤维浸含树脂， 并经部份聚合 而称之。其树脂此时是 B-stage。Prepreg 又有人称之为&Bonding sheet& 3.4.1 胶片制作流程 3.4.2 制程品管 制造过程中，须定距离做 Gel time, Resin flow, Resin Content 的测试，也须做 Volatile 成 份及 Dicy 成份之分析，以确保品质之稳定。 3.4.3 储放条件与寿命 大部份 EPOXY 系统之储放温度要求在 5℃以下，其寿命约在 3~6 个月，储放超出此时 间后须取出再做 3.3.2 的各种分析以判定是否可再使用。而各厂牌 prepreg 可参照其提供之 Data sheet 做为作业时的依据。3.4.4 常见胶片种类，其胶含量及 Cruing 后厚度关系，见表 3.4 基板的现在与未来 趋使基板不断演进的两大趋动力(Driving Force)，一是极小化(Miniaturization)，一是高 速化(或高频化)。 3.4.1 极小化 如分行动电话， PDA， 卡， PC 汽车定位及卫星通信等系统。 美国是尖端科技领先国家， 从其半导体工业协会所预估在 Chip 及 Package 方面的未来演变-见表(a)与(b)，可知基板面 临的挑战颇为艰辛。 3.4.2 高频化 从个人计算机的演进，可看出 CPU 世代交替的速度愈来愈快，消费者应接不应 暇，当 然对大众而言是好事。但对 PCB 的制作却又是进一步的挑戢。因为高频化, 须要基材有更 低的 Dk 与 Df 值。 最后，表归纳出 PCB 一些特性的现在与未来演变的指标。四.内层制作与检验 内层制作与检验4.1 制程目的 三层板以上产品即称多层板,传统之双面板为配合零件之密集装配，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， 因而有多层板之发展。 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者，或 有参与网络联机者，皆必须要做&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&二功能之大铜面移入内层， 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.本章将探讨多层板之内层制作及注意事宜. 4.2 制作流程 依产品的不同现有三种流程 A. Print and Etch 发料→对位孔→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜 B. Post-etch Punch 发料→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜→工具孔 C. Drill and Panel-plate 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(buried hole)设计时的流程,将在 20 章介绍.本章则探讨 第二种( Post-etch Punch)制程－高层次板子较普遍使用的流程.4.2.0 发料 发料就是依制前设计所规划的工作尺寸，依 BOM 来裁切基材，是一很单纯的步骤，但 以下几点须注意： A. 裁切方式-会影响下料尺寸 B. 磨边与圆角的考量-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-尺寸安定性考量 4.2.1 铜面处理 在印刷电路板制程中，不管那一个 step，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 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 本节针对 a. c. f. g. 等制程来探讨最好的处理方式(其余皆属制程自动化中的一部 份， 不必独立出来) B. 处理方法 现行铜面处理方式可分三种： a. 刷磨法(Brush) b. 喷砂法(Pumice) c. 化学法(Microetch) 以下即做此三法的介绍 C. 刷磨法 刷磨动作之机构,见图 4.1 所示. 表 4.1 是铜面刷磨法的比较表 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 a. 成本低 b. 制程简单，弹性 缺点 a. 薄板细线路板不易进行b. 基材拉长，不适内层薄板 c. 刷痕深时易造成 D/F 附着不易而渗镀 d. 有残胶之潜在可能 D.喷砂法 以不同材质的细石(俗称 pumice)为研磨材料 优点： a. 表面粗糙均匀程度较刷磨方式好 b. 尺寸安定性较好 c. 可用于薄板及细线 缺点： a. Pumice 容易沾留板面 b. 机器维护不易 E. 化学法(微蚀法) 化学法有几种选择，见表 . F.结纶 使用何种铜面处理方式，各厂应以产品的层次及制程能力来评估之，并无定论，但可 预知的是化学处理法会更普遍，因细线薄板的比例愈来愈高。 4.2.2 影像转移 4.2.2.1 印刷法 A. 前言 电路板自其起源到目前之高密度设计,一直都与丝网印刷(Silk Screen Printing)－或网版 印刷有直接密切之关系，故称之为&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(Thick Film)的混成电路(Hybrid Circuit)、芯片电阻(Chip Resist )、及表 面黏装(Surface Mounting)之锡膏印刷等也都优有应用。 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 cover 的制程: a. 单面板之线路,防焊 ( 大量产多使用自动印刷,以下同) b.单面板之碳墨或银胶 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(Peelable ink) 除此之外,印刷技术员培养困难,工资高.而干膜法成本逐渐降低因此也使两者消长明显. B. 丝网印刷法(Screen Printing)简介 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(silk),尼龙(nylon),聚酯(Polyester,或称特多龙),不锈钢,等. 电路板常用者为后三者. (2) 编织法:最常用也最好用的是单丝平织法 Plain Weave. (3) 网目数(mesh),网布厚度(thickness),线径(diameter),开口(opening)的关系 见表常用的不锈钢网布诸元素 开口:见图 4.2 所示 网目数:每 inch 或 cm 中的开口数 线径: 网布织丝的直径 网布 厚 度 : 厚 度 规 格 有 六 ,Slight(S),Medium(M),Thick(T),Half heavy duty(H),Heavy duty(HD),Super heavy duty(SHD) 图 4.2 显示印刷过程网布各元素扮演角色. b.网版(Stencil)的种类 (1).直接网版(Direct Stencil) 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(Indirect Stencil) 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 油墨的分类有几种方式 (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. 不同制程选用何种油墨,须 视各厂相关制程种类来评估,如碱性蚀刻和酸性蚀刻 选择之抗蚀油墨考虑方向就不一样. 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采 手印. 半自动印则 除 loading/unloading 以人工操作外,印刷动作由机器代劳,但 对位还是人工操作.也有所谓 3/4 机印,意指 loading 亦采自动,印好后人工放入 Rack 中. 全自动印刷则是 loading/unloading 及 对位,印刷作业都是自动.其对位 方式有靠边, pinning 及 ccd 三种. 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 常重要一.般张力测试量五点,即四角和中间. (2) 刮刀 Squeege 刮刀的选择考量有三，第一是材料，常用者有聚氨酯类(Polyure-thane，简称 PU)。 第二是刮刀的硬度， 电路板多使用 Shore A 之硬度值 60 度－80 度者.平坦基 板 铜面上线路阻剂之印刷可用 70－80 度; 对已有线路起伏之板面上的印 绿漆及文字,则需用 较软之 60－70 度。 第三点是刮刀的长度，须比图案的宽度每侧长出 3/4－1 甲笥摇 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 无法印出边缘毕直的细条， 需要将刮刀重新磨利才行，需且刮刀刃在线 不 可出现缺口，否则会造成印刷的缺陷。 (3). 对位及试印 －此步骤主要是要将三个定位 pin 固定在印刷机台面上,调整网版及离板间隙 (Off Contact Distance)( 指版膜到基板铜面的距离，应保持在 2m/m－5m/m 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. －若是自动印刷作业则是靠边, pinning 及 ccd 等方式对位.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 follow 厂商提供的 data sheet,再依厂内制程条件的差异而加以 modify.一般因油墨组成不一， 烘烤方式有风干,UV,IR 等．烤箱须注意换气循环，温控，时控等. (5). 注意事项 不管是机印或手印皆要注意下列几个重点 －括刀行进的角度，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依 check list 检验品质. 4.2.2.2 干膜法 更详细制程解说请参读外层制作.本节就几个内层制作上应注意事项加以分析. A. 一般压膜机(Laminator)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 D. 显影时 Break point 维持 50~70% ,温度 30+_2,须 auto dosing. 4.2.3 蚀刻 现业界用于蚀刻的化学药液种类，常见者有两种，一是酸性氯化铜(CaCl2)、 蚀刻液， 一种是碱性氨水蚀刻液。 Ａ．两种化学药液的比较，见表氨水蚀刻液& 氯化铜蚀刻液比较 两种药液的选择，视影像转移制程中，Resist 是抗电镀之用或抗蚀刻之用。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。其抗蚀刻层是铅合金或纯，故一定要 用碱性蚀刻液，以免伤及抗蚀刻金属层。 B．操作条件 见表为两种蚀刻液的操作条件C. 设备及药液控制 两种 Etchant 对大部份的金属都是具腐蚀性，所以蚀刻槽通常都用塑料，如 PVC (Poly Vinyl chloride)或 PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金属是 钛 (Ti)。为了得到很好的 蚀刻品质－最笔直的线路侧壁,(衡量标准为蚀刻因子 etching factor 其定义见图 4.3)，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。 因为作用之蚀刻液 Cu+浓度增高降低了蚀刻速度， 须迅速补充 新液以维持速度。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。本章为内层制作所以探讨酸性蚀刻,碱性蚀刻则于第十章再介 绍. a. CuCl2 酸性蚀刻反应过程之分析 铜可以三种氧化状态存在，原子形成 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，见下面反应式（1） Cu°+Cu++→2 Cu+ ------------- (1) 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。 以下是更详细的反应机构的说明。 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 形成的一庞大错化物存 在的： Cu° + H2CuCl4 + 2HCl → 2H2CuCl3 ------------- (2) 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(2)中可知 HCl 是消耗品。 即使(2)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) ---------- (3) CuCl + 2HCl → 2H2CuCl3 (可溶) ---------- (4) 式中因产生 CuCl 沈淀，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 (undercut ) 增大，或者 etching factor 降低。 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 (H2O2)，而攻击钛金属 H2O2 。 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 Auto dosing 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 4.2.4 剥膜剥膜在 pcb 制程中，有两个 step 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， 其使用之化学药液多为 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 品质。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 K(钾)会攻击锡，因此外层线路蚀刻前之剥膜液之选择须谨慎评 估。剥 膜液为碱性，因此水洗的彻底与否，非常重要，内层之剥膜后有加 酸洗中和，也有防铜面 氧化而做氧化处理者。 4.2.5 对位系统 4.2.5.1 传统方式 A. 四层板内层以三明治方式， 2.3 层底片事先对准,黏贴于一压条上(和内层同厚), 紧 将 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。见图 4.4 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之制作。两者的对位度好坏，影响成品良率极大，也是 M/L 对关键。 4.2.5.2 蚀后冲孔(post Etch Punch)方式 A. Pin Lam 理论 此方法的原理极为简单，内层预先冲出 4 个 Slot 孔，见图 4.5 ，包括底片， prepreq 都沿用此冲孔系统，此 4 个 SLOT 孔，相对两组，有一组不对称， 可防止套反。每个 SLOT 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. Mass Lam System 沿用上一观念 Multiline 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&(Optical Target)以及四 角落之 pads 见图 4.6 2.将上、下底片仔细对准固定后，如三明治做法，做曝光、显影蚀刻， 剥膜等步骤。 3.蚀刻后已有两光学靶点的内层板，放进 Optiline PE 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。 如图 4.7 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。 4.2.5.2 各层间的对准度 A. 同心圆的观念 a. 利用辅助同心圆，可 check 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 Shift 滑动 B. 设计原则 a.见图 4.8 所示b.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。 c.因压合有 Resin Cure 过程故 pattern 必须有预先放大的设计才能符合最终产品尺 寸需求。 4.3 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(integrity),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品质之良好,始能进行压合, 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)之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,而快速完美对各层板详作检查。 AOI 有其极限,例如细断路及 但 漏电(Leakage)很难找出,故各厂渐增加短、断路电性测试。AOI 及测试后面有专题,在此不详 述. 内层制作至此完成, 下一流程为压合.五.压合 压合5.1. 制程目的: 将铜箔(Copper Foil),胶片(Prepreg)与氧化处理(Oxidation)后的内层线路板,压合成多层基 板.本章仍介绍氧化处理,但未来因成本及缩短流程考量,取代制程会逐渐普遍. 5.2. 压合流程,如下图 5.1:5.3. 各制程说明 5.3.1 内层氧化处理(Black/Brown Oxide Treatment) 5.3.1.1 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(Adhesion). B. 增加铜面对流动树脂之润湿性,使树脂能流入各死角而在硬化后有更强的抓地力。 C. 在裸铜表面产生一层致密的钝化层(Passivation)以阻绝高温下液态树脂中胺类 (Amine)对铜面的影响。 5.3.1.2. 还原反应 目的在增加气化层之抗酸性， 并剪短绒毛高度至恰当水准以使树脂易于填充并能减少粉 红圈( pink ring ) 的发生。5.3.1.3. 黑化及棕化标准配方: 表一般配方及其操作条件 上表中之亚氯酸钠为主要氧化剂,其余二者为安定剂,其氧化反应式。 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。 5.3.1.4. 制程操作条件( 一般代表 ),典型氧化流程及条件。 5.3.1.5 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,成为聚亚醯 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(Pink ring),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,见图 5.2. 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R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。 事实上此种外观之不均匀并不会影 响其优良之剥离强度(Peel Strength). 一般商品常加有厚度仰制剂(Self-Limiting)及防止红圈 之封护剂 (Sealer)使能耐酸等,则棕化之性能会更形突出。 表 5.4 显示同样时间及温度下,不同浓度氧化槽液,其氧化层颜色,颗粒大小及厚度变化 5.3.1.6 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, 现分述于后: A. 碱性清洗- 也有使用酸洗.市售有多种专业的化药,能清除手指纹、 油脂,scum 或有机物。 B. 酸浸-调整板面 PH,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(grain structure)来增加表面积,增加氧 化 后对胶片的抓地力。通常此一微蚀深度以 50-70 微英嘉恕Ｎ⑹炊宰鼗愕难丈 上非 常重要,D. 预浸中和- 板子经彻底水洗后,在进入高温强碱之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-市售的商品多分为两液,其一为氧化剂常含以亚氯酸钠为主,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甚巨. 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。 5.3.1.7 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,建槽材料以 CPVC 或 PP 都可以。 水平连续自动输送的处理方式,对于薄板很适合,可解决 RACK 及板弯翘的情形.水平方 式可分为喷液法(Spray)及溢流法(Flood),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(Accelerator) 使得槽液不够稳定.溢流法使用者较多 . 5.3.1.8 氧化线生产品质控制重点 A.检测方法及管制范围 a.氧化量(o/w)之测定〔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) 将氧化处理后之试片置于 130℃之烤箱中烘烤 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) (4) 计算公式： O/W = （W1-W2／9×10×2）×1000 又称 weight gain,一般在 In-processQC 会用此法 b.剥离强度( Peel Strength )之测定 （管制范围：4~8 lb/in） (1) 取一试片 1oz 规格厚度之铜箔基板，做氧化处理后图-做迭板( lay up )后做压合 处理。 (2) 取一 1cm 宽之试片，做剥离拉力测试，得出剥离强度( 依使用设备计算 ). c.蚀刻铜量(Etch Amount) 之测定（管制范围：70±30u in） (1) 取一试片 9cm×10cm 1oz 规格厚度之铜片，置于 130℃之烤箱中烘烤 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：d.氧化后抽检板子以无亮点为判断标准5.3.2 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(Lay-up)作业.除已氧化处理之内 层外,尚需胶片(Prepreg),铜箔(Copper foil),以下就叙述其规格种类及作业: 5.3.2.1 P/P(Prepreg)之规格 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 最重要还是要替客户节省成本P/P 主要的三种性质为胶流量(Resin Flow)、胶化时间(Gel time)及胶含量(Resin Content) 其进料测试方式及其它特性介绍如下所述: A. 胶流量(Resin Flow) 1,流量试验法 Flow test-与经纬斜切截取 4 技降慕浩恼啪坪笤侔丛蚨跃 或 纬 对纬的上下迭在一起,在已预热到 170°±2.8°之压床用 200±25PSI 去压 10 分钟,待其熔 合 及冷却后,在其中央部份冲出直径 3.192 嫉脑财,精称此圆片重量,然后计算胶流之百 分 流量为: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 Scaled flow test-是指面积大时用大的压力强度,面积小时用小的压力强度其 作法 是正切胶片成 7in×5.5in 之样 片并 使 7in 长向 与原卷之经向平行 ,薄胶 片(104,106,108)者要 18-20 张,中度者(12.113.116)切 10 张,比 116 更厚者就不太准了。 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 技降难勾采涎 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: ho=[Wo/n(5.54×10-2)-Wg]×21.2×10-2 ho-每 张 胶 片 原 应 有 的 厚 度 ,Wo-原 样 片 的 总 重 ,Wg-单 位 面 积 上 之 玻 璃 布 重 (g/in2),n-张数。 B. 胶化时间 (Gel time or Tack Time) 胶片中的树脂为半硬化的 B-Stage 材料,在受到高温后即会软化及流动,经过一段软化 而流动 的时间后,又逐渐吸收能量而发生聚合反应使得黏度增大再真正的硬化成为 C-Stage 材料。 上述在压力下可以流动的时间,或称为可以做赶气及填隙之工作时间,称为胶化时间或 可流胶 时间。当此时段太长时会造成板中应有的胶流出太多, 不但厚度变薄浪费成本而且 造成铜箔 直接压到玻璃上使结构强度及抗化性不良。但此时间太短时则又无法在赶完板藏 气之前因黏 度太大无法流动而形成气泡 (air bubble) 现象。 C. 胶含量 (Resin Content) 是指胶片中除了玻璃布以外之胶所占之重量比。可以用以下两种方法测量之 c-1 烧完法 (Burn Out) c-2 处理重量法 (Treated Weight) 其它尚有注意事项如下 D. 用偏光镜 (Polarizing Filter) 检查胶片中的硬化剂 dicy 是否大量的集中, 以防其发生 再结晶现象, 因再结晶后会吸水则会有爆板的危险。将胶片在光源经两片互相垂直的偏光镜 而可以看到胶片中的 dicy 的集中再结晶现象。 E. 检查胶片中的玻璃纱束数目是否正确, 可将胶片放在焚炉中在 540℃下烧 15 分钟除去树 脂露 出玻璃布,在 20X 显微镜下计数每贾械木成词欠窈虾豕娣丁 F. 挥发成份 (Volatile), 在胶片卷上斜切下 4 肌4 嫉难 4 片, 在天平上精称到 1mg, 然 后置入 163 °±2.8℃通风良好的烤箱中烤 15 ±1 分钟, 再取出放入密闭的干燥皿中冷到 室 温,再迅速重称烤后重量。其失重与原重之比值以百分法表示之即为挥发成份含量。 5.3.2.2. P/P 的切割 ,见图 5.3 机械方向就是经向,可要求厂商于不同 Prepreg 胶卷侧边上不同颜色做为辨识 5.3.2.3 铜箔规格 详细铜箔资料请见'基板'章节 ，常见铜箔厚度及其重要规格表。 5.3.2.4 迭板作业 压 板 方 式 一 般 区 分 两 种 : 一 是 Cap-lamination, 一 是 Foil-lamination ， 本 节 仅 讨 论 Foil-lamination.A. 组合的原则 组合的方法依客户之规格要求有多种选择,考量对称,铜厚,树脂含量,流量等以最低成本达 品质 要求: (a) 其基本原则是两铜箔或导体层间的绝缘介质层至少要两张胶片所组成,而且其压合后之 厚度不 得低于 3.5 mil(已有更尖端板的要求更薄于此),以防铜箔直接压在玻璃布上形成介电 常数太 大之绝缘不良情形,而且附着力也不好。 (b) 为使流胶能够填满板内的空隙 ,又不要因胶量太多造成偏滑或以后 Z 方向的过度膨胀, 与铜面 接触的胶片,其原始厚度至少要铜厚的两倍以上才行。 最外层与次外层至少要有 5 mil 以保证 绝缘的良好。 (c) 薄基板及胶片的经纬方向不可混错,必须经对经,纬对纬,以免造成后来的板翘板扭无法补 救的 结果。胶片的张数一定要上下对称,以平衡所产生的应力。少用已经硬化 C-Stage 的材 料来垫 补厚度,此点尤其对厚多层板最为要紧,以防界面处受热后分离。 在不得及使用时要注 意其水 份的烘烤及表面的粗化以增附着力。 (d) 要求阻抗 (Impedance)控制的特殊板,应改用低棱线(Low Profile)的铜箔,使其毛面(Matte side)之峰谷间垂直相差在 6 微米以下,传统铜皮之差距则达 12 微米。使用薄铜箔时与其接壤 的胶片流量不可太大,以防无梢大面积压板后可能发常生的皱折(Wrinkle)。铜箔迭上后要用 除尘布在光面上轻轻均匀的擦动,一则赶走空间气减少皱折,二则消除铜面的杂质外物减少后 来板面上的凹陷。但务必注意不可触及毛面以免附着力不良。 (e) 选择好组合方式,6 层板以上内层及胶片先以铆钉固定以防压合时 shift.此处要考虑的是 卯钉 的选择(长度,深度材质),以及铆钉机的操作(固定的紧密程度)等.C. 迭板环境及人员 迭板现场温度要控制在 20°±2℃,相对湿度应在 50% ±5%, ,人员要穿着连身装之抗静电服装、 戴罩帽、手套、口罩(目的在防止皮肤接触及湿气),布鞋, 进入室内前要先经空气吹浴 30 秒, 私人物品不宜带入,入口处更要在地面上设一胶垫以黏鞋 底污物。 胶片自冷藏库取出及剪裁 完成后要在室内稳定至少 24 小时才能用做迭置。 完成迭 置的组合要在 1 小时以内完成上机 压合。若有抽真空装置 ,应在压合前先抽一段时间,以赶走水气。胶片中湿气太大时会造成 Tg 降低及不易硬化现象。 D.迭板法 (a) 无梢压板法-此法每一个开口中每个隔板间的多层板散册要上下左右对准,而且各隔板间 也绝对要上下对准,自然整个压床之各开口间也要对准在中心位置。对准的方式有两种方式:－一种是投影灯式,在迭板台正上方装一投影机,先将铝载板放在定位并加上牛皮纸,将光 影按板册之尺寸投影在铝板上,再将各板册之内容及隔板逐一迭齐,最后再压上牛皮纸及铝盖 板即完成一个开口间的组合。 －另一种是无投影灯时,将板册之各材料每边找出中点来,铝皮钢板也找出中点,也可进行 上下对准。 六层板则先将 2 个内层双面板分别钻出铆钉孔,每片双面板的四个铆钉孔要与板内各孔 及线 路有绝对准确的关系再取已有铆钉梢的样板套在所用夹心的胶片,此等胶片已有稍大 一点的 铆孔,于是小心将四边中心的铆钉孔对准并套上铆钉,再小心用冲钉器把四个铆钉逐 一冲开压 扁而将两内层及其间的胶片夹死,其上下两面再迭上胶片及铜箔如四层板一样去 压合。此时可 用 X 光检查两薄内层板间的对准情形再进行压合或折掉重铆。一般六层板只 在第二层上做出箭靶即可。层间对位方式另参考内层制作检验. (b) 有梢套孔迭置-将已精准钻出的工具孔的内层一一套在下载铝板定位梢上,并套上冲孔较 大的胶片、牛皮纸、脱模纸、隔皮等。 (c)压力舱式迭置法-将板册内容按上无梢法迭铝载板上,此载板与液压法不同,其反面有导气 的井字形沟槽,正 面平坦用以承载板册,连同隔板以多孔性的毯子包住放在导气板上,外面 再包以两层防漏绝气特殊隔膜,最后以有弹性可耐压的特殊胶带将隔膜四周贴合气板上,推入 压力舱内,关上门后先把包裹内抽至极低之气压使板册死处的藏气都被抽出,再于舱内压入高 温的二氧化碳或氮气至 150-200PSI,进行真空压合。 5.3.3 压合制程操作 5.3.3.1 压合机种类 压合机依其作动原理不同可分为三大类: A.舱压式压合机(Autoclave): 压合机构造为密闭舱体，外舱加压、内袋抽真空受热压合成型，各层板材所承受之热力与 压力， 来自四面八方加压加温之惰性气体，其基本构造如下图 5.4 优点: －因压力热力来自于四面八方，故其成品板厚均匀、流胶小。 －可使用于高楼层 缺点: 设备构造复杂，成本高，且产量小。 B.液压式压合机（Hydraulic） 液压式压合机构造有真空式与常压式， 其各层开口之板材夹于上下两热压盘问， 压力由 下往上 压，热力藉由上下热压盘加热传至板材。其基本构造如下图 5.5 优点:a.设备构造简 单，成本低，且产量大。 b.可加装真空设备，有利排气及流胶 缺点: 板边流胶量较大，板 厚较不均匀。C. ADARA SYSTEM Cedal 压合机 Cedal 为一革命性压合机，其作动原理为在一密闭真空舱体中，利用连续卷状 铜箔迭板，在两 端通电流,因其电阻使铜箔产生高温,加热 Prepreg，用热传系数低之材质做 压盘，藉由上方加 压，达到压合效果，因其利用夹层中之铜箔加热，所以受热均匀、内外 层温差小，受压均匀， 比传统式压合机省能源，故其操作成本低廉，其构造如下图 5.6 优点: a. 利用上下夹层之铜板箔通电加热，省能源，操作成本低。 b. 内外层温差小、受热均匀，产品品质佳。 c. 可加装真空设备，有利排气及流胶。 d. Cycle time 短约 4Omin. e. 作业空间减小很多. f. 可使用于高楼层 缺点: 设备构造复杂，成本高，且单机产量小迭板耗时。 C-1. Cedal Adara 压合机其加热方式，为利用上下夹层之铜箔通电加热，其 Stack 结构简图见 图 5.7 5.3.3.2. 压合机热源方式: A.电热式: 于压合机各开口中之压盘内，安置电加热器，直接加热。 优点: 设备构造简单，成本低，保养简易。 缺点: a.电力消耗大。 b.加热器易产生局部高温，使温度分布不均。 B.加热软水使其产生高温高压之蒸汽，直接通入热压盘。 优点: 因水蒸汽之热传系数大，热媒为水较便宜。 缺点: a.蒸气锅炉必需专人操作，设备构造复杂且易锈蚀,保养麻烦。 b.高温高压操作，危险性高。 C.藉由耐热性油类当热媒，以强制对流方式输送，将热量以间接方式传至热压盘。 优点: 升温速率及温度分布皆不错，操作危险性较蒸汽式操作低。 缺点: 设备构造复杂，价格不便宜，保养也不易。 D.通电流式: 利用连续卷状铜箔迭板，在两端通电流因其电阻使铜箔产生高温加热 Prepreg，用热传系数低之材质做压盘，减少热流失。 优点: a.升温速率快(35℃/min.)、内外层温差小，及温度分布均匀。 b.省能源，操作成本低廉。 缺点: a.构造复杂，设备成本高。 b.产量少。 5.3.3.3. 开口(Opening)迭板之方式: A.一般压合机迭板结构: 若压合机有十二个开口，每一开口有上下热压盘，共十三个热压盘，迭板方式以钢质载盘 为底 盘，放入十二张牛皮纸及一张铜箔基板，中间以一层镜面钢板一层板材的方式，迭入 十二层板 材，上面再加一层镜面钢板及一张铜箔基板和十二张牛皮纸，再盖上钢质盖板， 其结构如图 5.8. A-1 迭板结构各夹层之目的 a. 钢质载盘,盖板(Press plate): 早期为节省成本多用铝板,近年来因板子精密度的提升已渐 改成硬化之钢板,供均匀传热用. b. 镜面钢板(Separator plate): 因钢材钢性高, 可防止表层铜箔皱折凹陷.与拆板容易。钢板 使用后，如因刮伤表面，或流胶残留无法去除就应加以研磨。 c.牛皮纸: 因纸质柔软透气的特性，可达到缓冲受压均匀施压的效果,且可防止滑动，因热 传 系数低可延迟热传、均匀传热之目的。在高温下操作，牛皮纸逐渐失去透气的特性,使用 三 次后就应更换。 d.铜箔基板:其位于夹层中牛皮纸与镜面钢板之间， 可防止牛皮纸碳化后污染镜面钢板或黏 在 上面，及缓冲受压均匀施压。 e.其它有脱模纸 (Release sheet)及压垫 (Press pad) Conformal press 的运用,大半都用在 软 板 coverlayer 压合上. B. CEDAL ADARA 迭板结构与方式 :见图 5.9 CEDAL 迭板作业依图 5.9 分四个主要步骤,一个 Stack 最多可迭 65 个 Panel,并可利用固定 架固定,其构造图见图 5.10 5.3.3.4. 压合时升温速率与升压速率对板子之影响 典型 Profile 见图 5.11 A.温度:a.升温段:以最适当的升温速率，控制流胶。b.恒温段:提供硬化所需之能量及时间。 c.降温段:逐步冷却以降低内应力(Internal stress)减少板弯、板翘(Warp、Twist)。 B.压力: a.初压(吻压 Kiss pressure):每册(Book)紧密接合传热,驱赶挥发物及残余气体。 b.第二段压:使胶液顺利填充并驱赶胶内气泡，同时防止一次压力过高导致的皱折及应 力。 c.第三段压:产生聚合反应，使材料硬化而达到 C-stage。 d.第四段压:降温段仍保持适当的压力，减少因冷却伴随而来之内应力。 B-1 压力的计算传统式的初压及全压,大量法的低压及高压都是对板面面积而言的,机台上的设定压力强 度则 与顶起的活塞轴有直接的关系,故应先有板面压力强度的规范数值后再去换算成为机 台设定 压力,即: 低压设定压力 = 40PSI×A(板子面积)÷活塞轴截面积(所得数值仍为压力强度) 高压设定压力 = 560PSI×A ÷活塞轴截面积 压力换算法:1 K/M 2 =14.22PSI(pound/in2) 1PSI = 0.07 K/M 2 ,1 K/M 2 = 1ATM。 5.3.3.5. 压合流程质量管理重点: a. b. c. d. e. f. 板厚、板薄、板翘 铜箔皱折、 异物,pits & dents 内层气泡 织纹显露 内层偏移5.3.4 后处理作业 5.3.4.1. 目的 A. 设立加工之基准靶位，及基板外框成型。 B. IPQC (In Process Quality Control) 作业，提升质量管理。 5.3.4.2.后处理之流程: A.后烤(post cure, post lamination)-通常后烤条件是 150℃,4 小时以上.如果先前压合步 骤 curing 很完整,可不做后烤,否则反而有害( 降低 Tg ).可以测量 Tg,判断 curing 是否完 整.后烤的目的有如下三个: a.让聚合更完全. b.若外表有弯翘,则可平整之. c.消除内部应力并可改善对位. B. 铣靶,打靶-完成压合后板上的三个箭靶会明显的出现浮雕(Relief), a.手动作业:将之置于普通的单轴钻床下用既定深度的平头铣刀铣出箭靶及去掉原贴的耐 热胶 带,再置于有投影灯的单轴钻床或由下向上冲的冲床上冲出靶心的定位孔,再用此定位 孔定 在钻床上即行钻孔作业。注意要定时校正及重磨各使用工具, b.X-Ray 透视打靶: 有单轴及双轴,双轴可自动补偿取均值,减少公差. C. 剪边(CNC 裁板)-完成压合的板子其边缘都会有溢胶,必须用剪床裁掉以便在后续制程 中作业 方便及避免造成人员的伤害,剪边最好沿着边缘直线内 1 公分处切下,切太多会造成 电镀夹点 的困扰,最好再用磨边机将四个角落磨圆及边缘毛头磨掉,以减少板子互相间的刮 伤及对槽液 的污染。或者现在很普遍直接以 CNC 成型机做裁边的作业．压合制程至此结束,接下来的步骤是钻孔.六、钻孔6.1 制程目的 单面或双面板的制作都是在下料之后直接进行非导通孔或导通孔的钻孔, 多层板则是 在完成压板之后才去钻孔。传统孔的种类除以导通与否简单的区分外,以功能的不同尚可分: 零件孔,工具孔,通孔(Via),盲孔(Blind hole),埋孔(Buried hole)(后二者亦为 via hole 的一种).近 年电子产品'轻.薄.短.小.快.'的发展趋势,使得钻孔技术一日千里,机钻,雷射烧孔,感光成孔等, 不同设备技术应用于不同层次板子.本章仅就机钻部分加以介绍,其它新技术会在 20 章中有 所讨论. 6.2 流程 上 PIN→钻孔→检查 6.3 上 PIN 作业 钻孔作业时除了钻盲孔,或者非常高层次板孔位精准度要求很严,用单片钻之外,通常都 以多片钻,意即每个 stack 两片或以上.至于几片一钻则视 1.板子要求精度 2.最小孔径 3.总厚 度 4.总铜层数.来加以考量. 因为多片一钻,所以钻之前先以 pin 将每片板子固定住,此动作由 上 pin 机(pinning maching)执行之. 双面板很简单,大半用靠边方式,打孔上 pin 连续动作一次 完成.多层板比较复杂,另须多层板专用上 PIN 机作业.6.4. 钻孔 6.4.1 钻孔机 钻孔机的型式及配备功能种类非常多，以下 List 评估重点 A. 轴数：和产量有直接关系 B. 有效钻板尺寸 C. 钻孔机台面：选择振动小，强度平整好的材质。 D. 轴承(Spindle) E. 钻盘：自动更换钻头及钻头数 F. 压力脚 }