印刷電路板PCB簡介

何謂“PCB” PCB即為 “Printed Circuit Board” 的簡寫，中文名稱“印刷電路板”。 有時也被稱為 “PWB”，即：Printed Wiring Board。

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。

PCB的演變 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。

PCB的演變

PCB的種類 A. 以材質區分 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 c.軟硬板Rigid-Flex PCB

PCB的種類 硬板 Rigid PCB　

PCB的種類 軟板 Flexible PCB

PCB的種類 軟硬板Rigid-Flex PCB

PCB的種類 C. 以結構區分 　 a. 單面板 　 b. 雙面板 c. 多層板 D. 以用途區分 　 通信/耗用性電子/軍用/電腦/半導體/電測板…

PCB的種類與應用

PCB國際規範之淵源與現狀 電路板供需雙方均各有品質檢驗之成文規範，通常硬板最為全球業者所廣用的國際規範約有四種： MIL-P-55110(美國軍規) IEC-326-5/-6 IPC-RB-276 IPC-6011/IPC-6012/IPC-600F

MIL-P-55110 MIL-P-55110己發佈30餘年，係電路板最早出現也最具公信力與影響力的正式規範。其1993年最新E版內容甚為精采，為業界所必讀的重要文件，惜近年因跟不上時代腳步而漸失色。

IEC-326-5/-6 IEC-326為 “國際電工委員會” (IEC) 所推出共11份有關PCB之系列規範。大致上是由毆洲人所主導，為全球各會員國協商投票下的產物，內容並不嚴謹條文亦欠週詳，除了少數歐商外一般較乏人引用。

IPC IPC原為美國 “印刷電路板協會”(Institute of Printed Circuit)之簡稱，創會時僅六個團體會員。經多年努力成長與吸收外國成員，現已發展到六千餘團體會員之大型國際學術組織，並改名為 “The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits”。其所發表有關電路板之各種品質、技術、研究、及市調等文件極多，為全球上下游電子業界所倚重。然其眾多精采成套的規範與文件，泰半是出自一些美國大型電子公司，經過改頭換面成一套看似 “公開公正” 的資料，事實上是便於推行美式文化於全球，此即IPC規範新穎實用的原因之一。

IPC-RB-276 IPC有關硬質電路板的品質規範，原有單雙面的IPC-D-250，及多層板的IPC-ML-950等兩份，二十餘年來歷經數次版本的修訂，直到1992年3月才再整合成為單一體系的IPC-RB-276 。1994年11月IPC-RB-276原版在推出局部修訂之Amendment 1後，時至1996年7月已分裂為IPC-6011及IPC-6012兩份全新規範做為繼承。

IPC-6011/IPC-6012 前者6011之標題為 “概述性電路板性能規範” 、只敘述一些分級、公差、SPC 、品保行政、抽樣計劃等原則性條文，並未涉及PCB之實務檢驗。後者6012標題為 “硬質電路板之資格認可與性能檢驗規範”，係針對硬質板之各種實務品質，訂定允收規格與檢測方法。 供需雙方對一些待檢項目均在協商下訂有允收標準，然亦常因立埸不同或看法分歧而時有紛爭。最新推出的IPC-6011與IPC-6012，可做為中立性的有力參考與佐證，是業者必讀的重要文件。

PCB常用規範 1.IPC-6011 電路板概述式性能規範 2.IPC-6012A 硬質電路板之資格認可與性能檢驗規範 3.IPC-6013 軟性電路板之資格認可與性能檢驗規範 4. IPC-6016 高密度互連層次或板類之資格認可與性能檢驗規範

PCB 常用規範 5.IPC-4101 A 硬質多層板之基材規範 6.IPC-4104 高密度互連及微盲孔之板材規範 7.ANSI/J-STD-003 電路板焊錫性規範 8. IPC-A-600F 電路板品質允收規範 9.IPC-TM-650 電路板測試方法

PCB性能等級 第一級:一般性電子產品 General Electronic Products. 第二級:專業用途電子產品 Dedicated Service Electronic Products. 第三級:高可靠度電子產品. High Reliability Electronic Products. from：IPC-6011

一般性電子產品 包含消費性產品，電腦及電腦周邊適用產品。只要適用即可，其他外觀瑕疵并不重要。此級完工電路板的主要品質要求是只要有功能動作即可。

專業用途電子產品 包括通訊設備及復雜的商務機器與儀器。此級對高性能與耐用性已有所要求，對不間斷使用狀態雖已有所要求但尚非關鍵所在。某些外觀性瑕疵尚允其出現。

高可靠度電子產品 包括某些設備與產品，其等之持續性能與有求必應之性能己成為關鍵。此等設備不能容忍“當機”(Downtime)的發生，想動就必須能動。例如支持生命的項目(如心臟調節器)或飛行控制系統等。本級電路板適用於要求高水準保證之產品，與必須使用之場合(即其用途為無可取代之場合) 。

PCB板型種類 Type 1----單面板 Type 2----雙面板 Type 3----無盲孔埋孔的多層板 from：IPC-6012

預設立場之代選性能要求 from：IPC-6012

預設立場之代選性能要求 from：IPC-6012

最終皮膜與表面鍍層之各種要求 from：IPC-6012

最終皮膜與表面鍍層之各種要求 from：IPC-6012

PCB多層板

多層板結構

常用單位及術語 mil (英絲) Dielectric Constant (Dk, 介質常數) 1 mil = 0.001 inch = 0.0254 mm = 25.4 m L/S (線寬/線距): Line Width / Line Space Aspect Ratio (縱橫比) Dielectric Constant (Dk, 介質常數) Peeling Strength (抗撕強度) Tg, Glass Transition Temperature (玻璃轉換溫度) PCB 協會 IPC, JPCA, TPCA, EIPC, CPCA, HKPCA

多層板材料 - 銅箔/膠片 銅箔(Copper Foil): Purity 99.8 - 99.9 % 重量 厚度 重量 厚度 0.5 oz/ft2 (153 g/m2) 0.0007 in (0.7 mil, 18m) 1.0 oz/ft2 (305 g/m2) 0.0014 in (1.5 mil, 35 m) 2.0 oz/ft2 (610 g/m2) 0.0028 in (2.8 mil, 70 m) 膠片(PP, Prepreg, B stage) 代號 厚度 Resin Content Resin Flow 106 1.6 mil 1080 2.0 mil 62 +/- 3% 38 +/- 5% 2116 4.0 mil 52 +/- 3% 31 +/- 5% 7628 7.0 mil 42 +/- 3% 21 +/- 4%

銅箔基板 銅箔基板 CCL 基板尺寸 (inch) 例：內層板 銅箔 (oz/oz) 基板厚度 (mm) Copper Clad Laminate 基板尺寸 (inch) 36x42, 36x48 40x48, 42x48 銅箔 (oz/oz) H/H, 1/1, 2/2 基板厚度 (mm) 不含銅: 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.38, 0.53 mm 含銅: 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.6 mm 例：內層板 4L: 1.0 mm, 1/1 12L: 0.1 mm, H/H

多層板材料 - 銅箔基板 FR: Flame Resistant 耐燃 CEM: Composite Epoxy Material 複合樹脂材料

多層板製程

典型多層板製程 Multi-Layer Process 基板處理 內層製程 壓合鑽孔鍍銅 外層製程 防焊製程 文字加工 檢驗成型 裁板 銅箔基板 磨邊導角 內層剝膜 內層蝕刻 內層顯像 內層曝光 乾膜貼合 前處理 內層AOI 疊板壓合 黑/棕氧化 鍍一次銅 化學鍍銅 除膠渣 去毛邊 鑽孔 鍍二次銅 外層曝光 外層顯像 鍍錫鉛 外層剝膜 外層蝕刻 噴錫 鍍鎳金 文字印刷 文字烘烤 塞孔印刷 防焊後烤 綠漆顯像 防焊預烤 防焊塗佈 防焊曝光 成品檢查 斜邊 成型 真空包裝 成品清洗 V-Cut 電測 剝錫鉛 外層AOI

基板裁切 發料，裁板 磨邊 導圓角 基板烘烤 Ex. 18"x24", 21"x24" CMO-8W(S), 加台車, 水平送風 加溫至 Tg 點以上 Ex. 180 ~ 210C, 120 min

內層板與壓合

內層板與壓合製程 Inner Layer Image Transfer & Lamination 剝膜 蝕刻 顯像 曝光 除塵 靜置 撕膜 內層AOI 內層檢測 烘烤 內層黑化 PP 銅箔 壓合 疊板 X-Ray鑽靶 拆板 成型 沖孔 乾膜貼合 前處理 冷卻 微蝕 預熱 + 內層板

板面前處理 Pre-Treatment 刷磨 Scrubbing 噴砂 化學噴蝕 較粗線路及厚板 尼龍刷輪, 不織布刷輪 機械應力大造成變形 刷輪狗骨頭 噴砂 較細線路及薄板 Pumice浮石, 氧化鋁 化學噴蝕 細線路, 軟板, 薄板 H2SO4+H2O2 微蝕 Micro Etch

內層影像移轉 - 壓膜 預熱 Pre Heat 壓膜 Dry Film Lamination 後壓 Post Roller 板面 40 ~ 50 C 壓膜 Dry Film Lamination Tacking溫度 45~50 C 熱壓輪溫度 100 ~ 120 C 熱壓輪壓力 3 ~ 5 Kg/cm2 速度 2 ~ 3.5 m/min CSL-A25, CSL-M25 後壓 Post Roller 冷卻 Cooling

曝光底片 底片Artwork (Photomask) CAD/CAM 母片工作片 使用期限 底片漲縮 經緯向補償 保護膜 鹵化銀(黑白片) 偶氮(棕片) CAD/CAM PCB Layout (Gerber File) Tooling Holes Date Code 母片工作片 使用期限 黑白片<1500 底片漲縮 Kodak在20C, 50%RH時 0.0018% / C 0.0011% / %RH 經緯向補償 Ex. X: 1.000225 Ex. Y: 1.000625 Ex. L/S: 4.5/3.5 (內層) 保護膜 Film Liquid - 3M, 導靜電 Artwork Punch

製程用各式對位靶 底片 Artwork 內層 鑽孔 外層 防焊 成型 組裝 自動曝光機用 Pin 孔 曝光用對位孔 內層曝光用對位靶 外層曝光用對位靶 內層 沖孔機用靶孔 壓合用卯合孔 鑽孔 鑽孔機用對位孔 x 3 外層 曝光用對位孔 防焊 曝光用對位孔/Pad 成型 成型機用對位孔 組裝 SMT組裝用對位孔

內層影像移轉 - Print and Etch 乾膜： Dry Film Photo Resist 壓膜→曝光→顯像→蝕刻→剝膜 濕膜： Liquid Photo Resist Roller Coating 塗佈→預烘→曝光→顯像→蝕刻→剝膜 因無Mylar層可做較細線路

內層影像移轉 -內層曝光 光阻壓膜/塗佈 內層曝光 Exposure 靜置 Holding 撕 Mylar 膜 抗蝕刻、抗酸 乾膜: 膜厚 1.0,1.3 mil 濕膜: 膜厚 8 ~ 15m 內層曝光 Exposure 乾膜: 45 ~ 60 mj/cm2 濕膜: 80 ~ 120 mj/cm2 UVE-5K, 5KC, UVIA 靜置 Holding 15 min 撕 Mylar 膜

內層影像移轉 - 顯像蝕刻剝膜 顯像 Developing 內層蝕刻 Etching 剝膜 Stripping 1 ~ 2% Na2CO3 碳酸鈉/鉀 28 ~ 32 C 顯像點 (Break Point) 50 ~ 75% 殘膜 (Scum) 內層蝕刻 Etching CuCl2 氯化銅蝕刻 (酸性) FeCl2 氯化鐵蝕刻 剝膜 Stripping 3 ~ 5% NaOH 氫氧化鈉 45 ~ 55 C

內層蝕刻與剝膜要求 蝕刻因子: X / Y (Europe) Y / X (U.S.)

內層板 - 內層檢測 檢測 鑽 Pin 孔 Post Etch Punch 外觀檢測 Open/Short 電測 AOI自動光學檢測Automatic Optical Inspection Inline Off-Line 鑽 Pin 孔 Post Etch Punch Multiline

內層氧化處理 Oxidation 增加銅面與PP結合力 黑化 Black Oxide 棕化 Brown Oxide 紅化 Red Oxide 要求1/2 Oz: 6 lb; 1 Oz: 8 lb; 2 Oz: 10 lb 黑化 Black Oxide 6 lb, 長絨毛 後烘烤去水氣, BCO, 插Rack 130 ~ 140C, 60 min, 20%RH 棕化 Brown Oxide 8 ~ 9 lb, 短絨毛 紅化 Red Oxide 10 lb Micro Etch 美格 CZ

壓合 Lamination 疊板 Lay-up 壓合 Lamination 拆板 成型 銑靶 / X-Ray鑽靶 銅箔, PP, 內層板 Prepreg對稱 鋼板, 牛皮紙 壓合 Lamination 熱壓180 C, 120min 冷壓降溫 2.5C/min 公差1.6 mm  0.127 mm 拆板 成型 銑靶 / X-Ray鑽靶

疊板結構 例：4L 疊板 例：6L 疊板 Total = 60.8 mil = 1.5?? mm L1 - 1 oz: 1.4 mil 1080: 2.0 mil 7628: 7.0 mil L2/L3- 1.0mm, 1/1: 40 mil L4 - 1 oz, 1.4 mil Total = 60.8 mil = 1.5?? mm 例：6L 疊板 L1 - 1/2 oz: 0.7 mil 1080: 2.0 mil 7628: 7.0 mil L2/L3 - 0.38mm, 1/1: 17.8 mil 2116: 4.0 mil L4/L5 - 0.38mm, 1/1: 17.8 mil L6 - 1/2 oz, 0.7 mil Total = 63 mil = 1.6 mm

鑽孔外層線路 與電鍍

外層板製程 Outer Layer Image Transfer 負片流程 正片流程 鍍二次銅 0.7 mil 鍍錫鉛 外層剝膜 外層蝕刻 剝錫鉛 外層AOI 剝膜 蝕刻 負片流程 正片流程 乾膜貼合 前處理 冷卻 除塵 預熱 顯像 曝光 靜置 撕膜 鍍一次銅 0.3 mil 鍍化學銅 10~12 m 鑽孔 1 mil Tenting 鍍化學銅: 通孔電鍍 (PTH: Plate Through Hole) 鍍一次銅: 全板電鍍 (Panel Plating) 鍍二次銅: 線路電鍍 (Pattern Plating)

鑽孔 Drilling 原物料 流程 上墊板 - 鋁板, 鑽針定位,防毛邊 PCB 3/4片 下墊板 - 尿素板, 紙漿板 鑽針: 碳化鎢, ~研三 流程 鑽Pin對位孔壓Pin 貼膠鑽孔下Pin 檢查 三孔定位 約2 孔/秒 孔愈小Spindle轉速愈快

使孔導通 Make Holes Conductive 去毛頭 Debur 除膠渣 Desmear KMnO4 高錳酸鉀 NaMnO4 高錳酸鈉 Plasma 電漿處理 鍍化學銅 PTH, Plate Through Hole Pd 鈀 Electroless Copper 化學銅沉積 鍍一次銅 Copper Plating Panel Plating 全板電鍍 0.3 ~ 0.5 mil

電鍍銅要求 水平 PTH 小孔 高縱橫比深孔 盲孔 水平電鍍 DC  PPR, Periodic Pulse Reverse

外層影像移轉 乾膜：Dry Film Photo Resist 壓膜→曝光→顯像→電鍍→剝膜

外層影像移轉 - 外層曝光 壓膜 Dry Film Lamination 外層曝光 Exposure 外層顯像 Developing 抗電鍍，抗鹼 膜厚 1.3, 1.5 mil 外層曝光 Exposure 45 ~ 70 mj/cm2 CCD自動對位 對位精度 20 m UVOA-5KD 外層顯像 Developing 1 ~ 2% Na2CO3 碳酸鈉/鉀

外層影像移轉 - 線路電鍍 鍍二次銅 Copper Plating 鍍錫鉛 Tin/Lead Plating 厚度公差 Pattern Plating 線路電鍍 0.5 ~ 0.7 mil 鍍錫鉛 Tin/Lead Plating 抗蝕刻 厚度公差 I Cu + II Cu: 1.0 + 0.2 mil 至少 1 mil 厚

外層影像移轉 - 剝膜蝕刻剝錫鉛 剝膜 Stripping 蝕刻 Etching 剝錫鉛 Tin/Lead Stripping 3 ~ 5% NaOH 氫氧化鈉 45 ~ 50 C 蝕刻 Etching 氯化氨蝕刻 (鹼性) 剝錫鉛 Tin/Lead Stripping 硝酸系統, 氯化鐵

外層線路蝕刻要求

防焊文字與成型

防焊文字與成型製程 壓鍍金膜 鍍金手指 割膠 剝鍍金膜 文字烘烤 文字印刷 文字UV 熱壓膠 噴錫前處理 貼3M膠帶 噴錫 噴錫後處理 撕膠帶 防焊2nd面 V型翻板 2nd面預烤 曝光 防焊後烤 雙面UV 顯像 前處理 微蝕 防焊1st面 1st面預烤 塞孔印刷 除塵 最後清洗 成型 電測 烘烤 成檢 真空包裝 板彎整平

塞孔 Hole Plugging / Filling 塞孔油墨 熱硬化型 UV 硬化型 塞孔印刷 網印熱烘/UV 塞孔烘烤 階段昇溫 80C, 15~20 min  130C, 10~15 min  150C, 60 min

表面處理製程 - 防焊 SM 防焊塗佈 Coating 防焊預烤 Pre Cure 網印 Screen Printing 簾塗 Curtain Coating 噴塗 Spray Coating 滾塗 Roller Coating 約1 mil厚 防焊預烤 Pre Cure 第一面 75C, 25 min 第二面 75C, 35 min 雙面預烤 75C, 45 min

表面處理製程 - 防焊SM 液態感光防焊綠漆LPSM 防焊曝光 Exposure 顯像 Developing 防焊後烘烤 Post Cure Liquid Photoimageable Solder Mask 防焊曝光 Exposure 能量 400~600 mj/cm2 曝光時需抽真空使底片密貼板材並隔絕氧氣使聚合反應加速完成 UVE-7K 顯像 Developing Na2CO3 防焊後烘烤 Post Cure 150C, 60 min

文字 Legend 文字油墨 網印烘烤 網印 UV硬化 熱硬化型 UV 硬化型 250/300 網目 150C, 60 min BCO 1000 ~ 1500 mj/cm2 UVC-904M

表面處理製程 - 鍍金手指 貼Plating膠帶 鍍鎳 鍍金(硬金)

表面處理製程 - 銅面保護 Electroless 無電解 Solder Immersion 浸鍍 Nickel / Immersion Gold Nickel / Electroless Gold Pd, Ni/Pd/Au, Pd/Au Immersion 浸鍍 Silver 化學銀 Tin 化學錫 Solder Mask Over Bare Copper 防焊綠漆 Solder Hot Air Solder Leveling 噴錫 Sn/Pb Plate/Reflow OSP (Oraganic Solderability Preservatives) 有機保焊劑 Preflux Entek Electrolytic 電鍍 Nickel/Gold Palladium 鈀 Tin 錫

成型作業 成型 Routing 沖壓 V-Cut 斜邊

成品檢驗 成品電測 Electrical Test 外觀檢驗 Visual Inspection

成品作業 最後清洗 Cleaning 烘烤 真空包裝 板彎整平烘烤 熱高壓噴洗 Chloride - 電子產品電化學性 Failure 元兇 去水氣 QHMO-2 真空包裝 板彎整平烘烤 消除應力 140~150C, 60 min  cooling 90~120 min HAF-5

The End