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文檔簡介
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,也發(fā)表多項專利。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術,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、Polyimide、BT/Epoxy等皆屬之。 b. 無機材質(zhì) 鋁、Copper-invar-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 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,再輔以先進技術的觀念來探討未來的PCB走勢。 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、噴钖、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.若是舊數(shù)據(jù),則須Check有無戶ECO (Engineering Change Order) ,然后再進行審查. 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3060%,包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬(銅、钖、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系。大部份電子廠做線路Layout時,會做連片設計,以使裝配時能有最高的生產(chǎn)力。因此,PCB工廠之制前設計人員,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)呐虐妫毧紤]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慮,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,而且設備制程能力亦需提升,如何取得一個平衡點,設計的準則與工程師的經(jīng)驗是相當重要的。 2.3.3 著手設計 所有數(shù)據(jù)檢核齊全后,開始分工設計: A. 流程的決定(Flow Chart) 由數(shù)據(jù)審查的分析確認后,設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。著手設計時,Aperture code和shapes的關連要先定義清楚,否則無法進行后面一系列的設計。 b. 設計時的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: PCB Layout工程師在設計時,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。 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3060%,包含了基板、膠片、銅箔、防焊、干膜、鉆頭、重金屬(銅、钖、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系。大部份電子廠做線路Layout時,會做連片設計,以使裝配時能有最高的生產(chǎn)力。因此,PCB工廠之制前設計人員,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。 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慮,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,而且設備制程能力亦需提升,如何取得一個平衡點,設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: 底片Artwork 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PCB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 程序 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. DFMDesign for manufacturing .Pcb lay-out 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制前設計工程師因此必須從生產(chǎn)力,良率等考慮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
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