PCB制造流程及說明(doc)
PCB制造流程及說明 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(gòu)裝的組件與其它必須的電子電路零件接 合的基地，以組成一個具特定功能的模塊或成品。所以PCB在整個電子產(chǎn) 品中，扮演了整合連結(jié)總其成所有功能的角色，也因此時常電子產(chǎn)品功能故 障時，最先被質(zhì)疑往往就是PCB。圖1.1是電子構(gòu)裝層級區(qū)分示意。 1.2 PCB的演變 　　1.早于1903年Mr. Albert Hanson首創(chuàng)利用"線路"(Circuit)觀念應用于電話交換機系統(tǒng)。它是用金屬箔予以切割成 線路導體，將之黏著于石蠟紙上，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現(xiàn)今PCB的機構(gòu)雛型。 見圖1.2 　　 2. 至1936年，Dr Paul Eisner真正發(fā)明了PCB的制作技術(shù)，也發(fā)表多項專利。而今日之print-etch (photo image transfer)的技術(shù)，就是沿襲其發(fā)明而來的。 1.3 PCB種類及制法 　　在材料、層次、制程上的多樣化以適 合 不同的電子產(chǎn)品及其特殊需求。 以下就歸納一些通用的區(qū)別辦法，來簡單介紹PCB的分類以及它的制造方 法。 1.3.1 PCB種類 　　A. 以材質(zhì)分 　　　 a. 有機材質(zhì) 　　　 酚醛樹脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹脂、Polyamide、BT/Epoxy等皆屬之。 　　　 b. 無機材質(zhì) 　　　 鋁、Copper Inver-copper、ceramic等皆屬之。主要取其散熱功能 　　B. 以成品軟硬區(qū)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(jié)構(gòu)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 　　D. 依用途分：通信/耗用性電子/軍用/計算機/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制造方法介紹 　　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制程，本光盤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。 本光盤以傳統(tǒng)負片多層板的制程為主軸，深入淺出的介紹各個制程，再輔以先進技術(shù)的 觀念來探討未來的PCB走勢。 二.制前準備 2.1.前言 　　臺灣PCB產(chǎn)業(yè)屬性，幾乎是以ＯＥＭ，也就是受客戶委托制作空板（Bare Board）而已，不像美國，很多PCB Shop是包括了線路設(shè)計，空板制作以及裝配(Assembly)的Turn- Key業(yè)務。以前，只要客戶提供的原始數(shù)據(jù)如Drawing, Artwork, Specification，再以手動翻片、排版、打帶等作業(yè)，即可進行制作，但近年由于電子產(chǎn) 品日趨輕薄短小，PCB的制造面臨了幾個挑戰(zhàn):（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4） 高速 ( 5 ) 產(chǎn)品周期縮短（6）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做為制前工具，現(xiàn)在 己被計算機、工作軟件及激光繪圖機所取代。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(yè)，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人員取得客戶的設(shè)計資料，可能幾小時內(nèi)，就可以依設(shè)計規(guī)則或DF M(Design For Manufacturing)自動排版并變化不同的生產(chǎn)條件。同時可以output 如鉆孔、成型、測試治具等資料。 2.2.相關(guān)名詞的定義與解說 A Gerber file 　　這是一個從PCB CAD軟件輸出的數(shù)據(jù)文件做為光繪圖語言。1960年代一家名叫Gerber Scientific（現(xiàn)在叫Gerber System）專業(yè)做繪圖機的美國公司所發(fā)展出的格式，爾后二十年，行銷于世界四十多個 國家。幾乎所有CAD系統(tǒng)的發(fā)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(yè)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(fā)展出來的一套neutral format,可以很容易由PCB CAD/CAM產(chǎn)生,然后依此系統(tǒng),PCB SHOP 再產(chǎn)生NC Drill Program,Netlist,并可直接輸入Laser Plotter繪制底片. E. Laser Plotter 　　見圖2.1,輸入Gerber format或IPC 350 format以繪制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(guān)系, Aperture的定義亦見圖2.1 2.3.制前設(shè)計流程： 2.3.1客戶必須提供的數(shù)據(jù)： 　　電子廠或裝配工廠，委托PCB SHOP生產(chǎn)空板（Bare Board）時，必須提供下列數(shù)據(jù)以供制作。見表料號數(shù)據(jù)表-供制前設(shè)計使用. 　　 上表數(shù)據(jù)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（保證制程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質(zhì)）等。 這些額外數(shù)據(jù)，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。 2.3.2 .資料審查 　　面對這么多的數(shù)據(jù)，制前設(shè)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(chǎn)品規(guī)格，是否廠內(nèi)制程能力可及，審查項目見承接料號制程能力檢查表. 　B.原物料需求（BOM-Bill of Material） 　　根據(jù)上述資料審查分析后，由BOM的展開，來決定原物料的廠牌、種類及規(guī)格。主要 的原物料包括了：基板（Laminate）、膠片（Prepreg）、銅箔（Copper foil）、防焊油墨（Solder Mask）、文字油墨（Legend）等。另外客戶對于Finish的規(guī)定,將影響流程的選擇,當然 會有不同的物料需求與規(guī)格，例如：軟、硬金、噴?、OSP等。 　　表歸納客戶規(guī)范中，可能影響原物料選擇的因素。 　C. 上述乃屬新數(shù)據(jù)的審查, 審查完畢進行樣品的制作.若是舊資料,則須Check有無戶ECO (Engineering Change Order) .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(chǎn)力并降低不良率。 　　有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多.下列 是一些考慮的方向： 一般制作成本，直、間接原物料約占總成本30~60%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、 干膜、鉆頭、重金屬（銅、?、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(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時，會做連片設(shè)計，以使裝配時能有 最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)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?shù)呐虐?，須考慮以下幾個 因素。 　　a.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。 　　b.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免浪費。 　　c.連片時，piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。 　　d.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸. 　　e.不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間 距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣。 較大工作尺寸，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦需提 升，如何取得一個平衡點，設(shè)計的準則與工程師的經(jīng)驗是相當重要的。 2.3.3 著手設(shè)計 所有數(shù)據(jù)檢核齊全后，開始分工設(shè)計： 　A. 流程的決定(Flow Chart) 由數(shù)據(jù)審查的分析確認后，設(shè)計工程師就要決定最適切的流程步驟。 傳統(tǒng)多層板的制作流程可分作兩個部分:內(nèi)層制作和外層制作.以下圖標幾種代 表性流程供參考.見圖2.3 與 圖2.4 　B. CAD/CAM作業(yè) 　　a. 將Gerber Data 輸入所使用的CAM系統(tǒng)，此時須將apertures和shapes定義好。目前，己有很多PCB CAM系統(tǒng)可接受IPC-350的格式。部份CAM系統(tǒng)可產(chǎn)生外型NC Routing 檔，不過一般PCB Layout設(shè)計軟件并不會產(chǎn)生此文件。 有部份專業(yè)軟件或獨立或配合NC Router,可設(shè)定參數(shù)直接輸出程序. 　 　Shapes 種類有圓、正方、長方,亦有較復雜形狀，如內(nèi)層之thermal pad等。著手設(shè)計時，Aperture code和shapes的關(guān)連要先定義清楚，否則無法進行后面一系列的設(shè)計。 　　b. 設(shè)計時的Check list 　　　依據(jù)check list審查后，當可知道該制作料號可能的良率以及成本的預估。 　　c. Working Panel排版注意事項： 　?。璓CB Layout工程師在設(shè)計時，為協(xié)助提醒或注意某些事項，會做一些輔助的記號做參考，所 以必須在進入排版前，將之去除。下表列舉數(shù)個項目，及其影響。 　?。虐娴某叽邕x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(chǎn)力并降低不良率。 　　有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多.下列 是一些考慮的方向： 一般制作成本，直、間接原物料約占總成本30~60%，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、 干膜、鉆頭、重金屬（銅、?、鉛、金），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(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時，會做連片設(shè)計，以使裝配時 能有最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)計人員，應和客戶密切溝通，以使連片Lay out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?shù)呐虐?，須考慮以 下幾個因素。 　　1.基材裁切最少刀數(shù)與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。 　　2.銅箔、膠片與干膜的使用尺寸與工作PANEL的尺寸須搭配良好，以免浪費。 　　3.連片時，piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或?qū)ξ幌到y(tǒng)的最小尺寸。 　　4.各制程可能的最大尺寸限制或有效工作區(qū)尺寸. 　　5不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有不同制作流程，及不同的排版限制，例如，金手指板，其排版間距 須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規(guī)定也不一樣。 　　較大工作尺寸，可以符合較大生產(chǎn)力，但原物料成本增加很多,而且設(shè)備制程能力亦 需提升，如何取得一個平衡點，設(shè)計的準則與工程師的經(jīng)驗是相當重要的。 　　－進行working Panel的排版過程中，尚須考慮下列事項，以使制程順暢，表排版注意事項 。 　　d. 底片與程序： 　?。灼珹rtwork 在CAM系統(tǒng)編輯排版完成后，配合D- Code檔案，而由雷射繪圖機（Laser Plotter）繪出底片。所須繪制的底片有內(nèi)外層之線路，外層之防焊，以及文字底片。 　　由于線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺寸控制，是目前很多PC B廠的一大課題。表是傳統(tǒng)底片與玻璃底片的比較表。玻璃底片使用比例已有提高趨勢。 而底片制造商亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如干式做法的鉍金屬底 片. 　　一般在保存以及使用傳統(tǒng)底片應注意事項如下： 　　1.環(huán)境的溫度與相對溫度的控制 　　2.全新底片取出使用的前置適應時間 　　3.取用、傳遞以及保存方式 　　4.置放或操作區(qū)域的清潔度 　?。绦?　　含一,二次孔鉆孔程序，以及外形Routing程序其中NC Routing程序一般須另行處理 　　e. DFM－Design for manufacturing .PCB layout 工程師大半不太了解，PCB制作流程以及各制程需要注意的事項，所以在Lay- out線路時，僅考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。PCB制前設(shè)計工程師因此必 須從生產(chǎn)力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線PAD修正成淚滴狀，見圖2.5 ,為的是制程中PAD一孔對位不準時，尚能維持最小的墊環(huán)寬度。 　　但是制前工程師的修正，有時卻會影響客戶產(chǎn)品的特性甚或性能，所以不得不謹慎 。PCB廠必須有一套針對廠內(nèi)制程上的特性而編輯的規(guī)范除了改善產(chǎn)品良率以及提升生產(chǎn) 力外，也可做為和PCB線路Lay-out人員的溝通語言，見圖2.6 . C. Tooling 　　 指AOI與電測NetlistTn..AOI由CAD reference文件產(chǎn)生AOI系統(tǒng)可接受的數(shù)據(jù)、且含容差，而電測Net list檔則用來制作電測治具Fixture。 2.4 結(jié)語 　　頗多公司對于制前設(shè)計的工作重視的程...
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