PCB制造流程及說(shuō)明(doc)
PCB制造流程及說(shuō)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(jí)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(gè)具特定功能的模塊或成品。所以PCB在整個(gè)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(shí)常電子產(chǎn)品功能故 障時(shí)，最先被質(zhì)疑往往就是PCB。圖1.1是電子構(gòu)裝層級(jí)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(yīng)用于電話交換機(jī)系統(tǒng)。它是用金屬箔予以切割成 線路導(dǎo)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(jī)構(gòu)雛型。 見(jiàn)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(xiàng)專(zhuān)利。而今日之print-etch (photo image transfer)的技術(shù)，就是沿襲其發(fā)明而來(lái)的。 1.3 PCB種類(lèi)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(lái)簡(jiǎn)單介紹PCB的分類(lèi)以及它的制造方 法。 1.3.1 PCB種類(lèi) 　　A. 以材質(zhì)分 　　　 a. 有機(jī)材質(zhì) 　　　 酚醛樹(shù)脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂、Polyamide、BT/Epoxy等皆屬之。 　　　 b. 無(wú)機(jī)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(jiàn)圖1.3 　　　 c.軟硬板 Rigid-Flex PCB 見(jiàn)圖1.4 　　C. 以結(jié)構(gòu)分 　　　 a.單面板 見(jiàn)圖1.5 　　　 b.雙面板 見(jiàn)圖1.6 　　　 c.多層板 見(jiàn)圖1.7 　　D. 依用途分：通信/耗用性電子/軍用/計(jì)算機(jī)/半導(dǎo)體/電測(cè)板…,見(jiàn)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(jiàn)圖1.9 　　B. 加成法，又可分半加成與全加成法，見(jiàn)圖1.10 1.11 　　C. 尚有其它因應(yīng)IC封裝的變革延伸而出的一些先進(jìn)制程，本光盤(pán)僅提及但不詳加介紹，因 有許多尚屬機(jī)密也不易取得，或者成熟度尚不夠。 本光盤(pán)以傳統(tǒng)負(fù)片多層板的制程為主軸，深入淺出的介紹各個(gè)制程，再輔以先進(jìn)技術(shù)的 觀念來(lái)探討未來(lái)的PCB走勢(shì)。 二.制前準(zhǔn)備 2.1.前言 　　臺(tái)灣PCB產(chǎn)業(yè)屬性，幾乎是以ＯＥＭ，也就是受客戶(hù)委托制作空板（Bare Board）而已，不像美國(guó)，很多PCB Shop是包括了線路設(shè)計(jì)，空板制作以及裝配(Assembly)的Turn- Key業(yè)務(wù)。以前，只要客戶(hù)提供的原始數(shù)據(jù)如Drawing, Artwork, Specification，再以手動(dòng)翻片、排版、打帶等作業(yè)，即可進(jìn)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(gè)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(jī)做為制前工具，現(xiàn)在 己被計(jì)算機(jī)、工作軟件及激光繪圖機(jī)所取代。過(guò)去，以手工排版，或者還需要Micro- Modifier來(lái)修正尺寸等費(fèi)時(shí)耗工的作業(yè)，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人員取得客戶(hù)的設(shè)計(jì)資料，可能幾小時(shí)內(nèi)，就可以依設(shè)計(jì)規(guī)則或DF M(Design For Manufacturing)自動(dòng)排版并變化不同的生產(chǎn)條件。同時(shí)可以output 如鉆孔、成型、測(cè)試治具等資料。 2.2.相關(guān)名詞的定義與解說(shuō) A Gerber file 　　這是一個(gè)從PCB CAD軟件輸出的數(shù)據(jù)文件做為光繪圖語(yǔ)言。1960年代一家名叫Gerber Scientific（現(xiàn)在叫Gerber System）專(zhuān)業(yè)做繪圖機(jī)的美國(guó)公司所發(fā)展出的格式，爾后二十年，行銷(xiāo)于世界四十多個(gè) 國(guó)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(jī)就可繪出Drawing或Film，因此Gerber Format成了電子業(yè)界的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。 B. RS-274D 　　是Gerber Format的正式名稱(chēng)，正確稱(chēng)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(chēng)整個(gè)extended Gerber format它以?xún)蓚€(gè)字母為組合，定義了繪圖過(guò)程的一些特性。 D. IPC-350 　　IPC-350是IPC發(fā)展出來(lái)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(jiàn)圖2.1,輸入Gerber format或IPC 350 format以繪制Artwork F. Aperture List and D-Codes 　　見(jiàn)表 2.1 及圖2.2,舉一簡(jiǎn)單實(shí)例來(lái)說(shuō)明兩者關(guān)系, Aperture的定義亦見(jiàn)圖2.1 2.3.制前設(shè)計(jì)流程： 2.3.1客戶(hù)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(shí)，必須提供下列數(shù)據(jù)以供制作。見(jiàn)表料號(hào)數(shù)據(jù)表-供制前設(shè)計(jì)使用. 　　 上表數(shù)據(jù)是必備項(xiàng)目，有時(shí)客戶(hù)會(huì)提供一片樣品, 一份零件圖，一份保證書(shū)（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(jī)。 2.3.2 .資料審查 　　面對(duì)這么多的數(shù)據(jù)，制前設(shè)計(jì)工程師接下來(lái)所要進(jìn)行的工作程序與重點(diǎn)，如下所述 。 　A. 審查客戶(hù)的產(chǎn)品規(guī)格，是否廠內(nèi)制程能力可及，審查項(xiàng)目見(jiàn)承接料號(hào)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(kāi)，來(lái)決定原物料的廠牌、種類(lèi)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(hù)對(duì)于Finish的規(guī)定,將影響流程的選擇,當(dāng)然 會(huì)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(hù)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(jìn)行樣品的制作.若是舊資料,則須Check有無(wú)戶(hù)ECO (Engineering Change Order) .再進(jìn)行審查. 　D.排版 　　排版的尺寸選擇將影響該料號(hào)的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕铣杀荆ㄅ虐孀罴鸦?可減少板材浪費(fèi)）；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。 　　有些工廠認(rèn)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(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和排版 尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時(shí)，會(huì)做連片設(shè)計(jì)，以使裝配時(shí)能有 最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)計(jì)人員，應(yīng)和客戶(hù)密切溝通，以使連片Layout的 尺寸能在排版成工作PANEL時(shí)可有最佳的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以下幾個(gè) 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(jìn)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(fèi)。 　　c.連片時(shí)，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(cè)試治具或測(cè)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(gè)平衡點(diǎn)，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)是相當(dāng)重要的。 2.3.3 著手設(shè)計(jì) 所有數(shù)據(jù)檢核齊全后，開(kāi)始分工設(shè)計(jì)： 　A. 流程的決定(Flow Chart) 由數(shù)據(jù)審查的分析確認(rèn)后，設(shè)計(jì)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(gè)部分:內(nèi)層制作和外層制作.以下圖標(biāo)幾種代 表性流程供參考.見(jiàn)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(shí)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(guò)一般PCB Layout設(shè)計(jì)軟件并不會(huì)產(chǎn)生此文件。 有部份專(zhuān)業(yè)軟件或獨(dú)立或配合NC Router,可設(shè)定參數(shù)直接輸出程序. 　 　Shapes 種類(lèi)有圓、正方、長(zhǎng)方,亦有較復(fù)雜形狀，如內(nèi)層之thermal pad等。著手設(shè)計(jì)時(shí)，Aperture code和shapes的關(guān)連要先定義清楚，否則無(wú)法進(jìn)行后面一系列的設(shè)計(jì)。 　　b. 設(shè)計(jì)時(shí)的Check list 　　　依據(jù)check list審查后，當(dāng)可知道該制作料號(hào)可能的良率以及成本的預(yù)估。 　　c. Working Panel排版注意事項(xiàng)： 　?。璓CB Layout工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，為協(xié)助提醒或注意某些事項(xiàng)，會(huì)做一些輔助的記號(hào)做參考，所 以必須在進(jìn)入排版前，將之去除。下表列舉數(shù)個(gè)項(xiàng)目，及其影響。 　?。虐娴某叽邕x擇將影響該料號(hào)的獲利率。因?yàn)榛迨侵饕铣杀荆ㄅ虐孀罴鸦?，可減少板材浪費(fèi)）；而適當(dāng)排版可提高生產(chǎn)力并降低不良率。 　　有些工廠認(rèn)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(xué)耗品等。而這些原物料的耗用，直接和 排版尺寸恰當(dāng)與否有關(guān)系。大部份電子廠做線路Layout時(shí)，會(huì)做連片設(shè)計(jì)，以使裝配時(shí) 能有最高的生產(chǎn)力。因此，PCB工廠之制前設(shè)計(jì)人員，應(yīng)和客戶(hù)密切溝通，以使連片Lay out的尺寸能在排版成工作PANEL時(shí)可有最佳的利用率。要計(jì)算最恰當(dāng)?shù)呐虐?，須考慮以 下幾個(gè)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(jìn)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(fèi)。 　　3.連片時(shí)，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(cè)試治具或測(cè)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(gè)平衡點(diǎn)，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則與工程師的經(jīng)驗(yàn)是相當(dāng)重要的。 　?。M(jìn)行working Panel的排版過(guò)程中，尚須考慮下列事項(xiàng)，以使制程順暢，表排版注意事項(xiàng) 。 　　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(jī)（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(lái)愈高，容差要求越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn)，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(shì)。 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(yīng)注意事項(xiàng)如下： 　　1.環(huán)境的溫度與相對(duì)溫度的控制 　　2.全新底片取出使用的前置適應(yīng)時(shí)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(xiàng)，所以在Lay- out線路時(shí)，僅考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。PCB制前設(shè)計(jì)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(jiàn)圖2.5 ,為的是制程中PAD一孔對(duì)位不準(zhǔn)時(shí)，尚能維持最小的墊環(huán)寬度。 　　但是制前工程師的修正，有時(shí)卻會(huì)影響客戶(hù)產(chǎn)品的特性甚或性能，所以不得不謹(jǐn)慎 。PCB廠必須有一套針對(duì)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(yǔ)言，見(jiàn)圖2.6 . C. Tooling 　　 指AOI與電測(cè)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(cè)Net list檔則用來(lái)制作電測(cè)治具Fixture。 2.4 結(jié)語(yǔ) 　　頗多公司對(duì)于制前設(shè)計(jì)的工作重視的程...
PCB制造流程及說(shuō)明(doc)