多层印制电路板基材技术进展(2)

2019-03-22 16:09

普及的趨勢。根據Electro Scientific Industries的統計資料顯示,微孔技術在一九九六年占 整體線路板成孔制程技術的43%,但到了一九九八年,增至60%,而到了一九九九年,則高達

70%。 採用鐳射成孔(即微孔技術)爲線路板制程技術的分佈地區而言,日本、北美、歐洲和亞洲在一九九八年採用鐳射成孔設備系統的數目約分別爲300台,50台和30台。而到了一九九九年,形勢出現變化:日本400台、亞洲160台、歐洲110台和北美洲90台。

此外,在一九九九年,全球每月採用微孔技術製成的線路板面積粗略估計約爲二十萬帄方 米,其中日本占61%、歐洲14%、臺灣11%、北美5%以及南韓4%餘下爲其他地區。

爲提高本港製造業競爭力,香港生産力促進局於六月中舉辦了“增層法電路板-高密度電路

板制程技術”研討會。香港生産力促進局電子製造技術組高級首席顧問羅兆倫指出:“半導體技術的發展一日千里,摧生了日益輕巧的電子産品,令微型化迅速成爲電路板工業的新趨勢。”羅氏表示:“隨著球柵陣列(BGA)及晶片比例封裝技術應用於移動電話,而掌上型數碼攝錄機也日漸受歡迎,業界對增層法新技術的需求亦趨迫切”。

針對增層法和微孔技術的日趨普及,Sudhakar Raman在會上指出,與其他微孔技術比較,因

爲此種成孔技術較爲優勢,因爲此種成孔技術較能與現有的線路板制程相互相容,而且所配合的板材及特料亦較多,目前由於有不少提供這類材材的供應商可供選擇,因此可減低成本。

“由增層法技術造成的多層線路板,其利潤由一九九九年的約十億美元將會增至二零零五年 的五十億美元。而在此期間,向著微型化發展的晶片封裝(CSP)和倒裝晶片封裝(Flip Chip Package)的合共市場産值亦由不足十億美元增至近五十億美元。”

在電子産品設計及製造擁有三十多年經驗的VernSolberg亦表示,由於市場對電子産品趨向微 小化存在很大的需求,晶片封裝亦因此朝微型化的方向發展,如晶片封裝由以往的Pin Grid Array(球柵陣列)、Fine Pitch BGA(微間距球柵陣列)、甚至Flip Chip倒裝晶片。隨著晶片 封裝日益趨向微小化,業內對高密度互連的需求亦變得越來越大。

Soblerg指出,微孔技術(Micro-via)與及增層法技術現時是達到高密度互連的兩種相互配

合的最新技術,通過微孔技術,能産生直徑小至0.05微米至0.07微米的線路板孔道,以讓多層線路板間進行線路互連。

“微孔技術和高密度互連技術在以下兩個方面已被證實爲現時最有效率的線路板制程技術,

在採用有關技術而成的線路板上,元件密度相較接連在採用傳統機械鑽孔而成的線路板上,元件密度相較接連在採用傳統機械鑽孔而成的線路板之元件密度大二至四倍;而採用微孔技術而造成的盲孔則可減少對其他不同的線路板成孔技術,鐳射鑽孔目前是最適合的線路板生産技術。”

在面對線路板密度不斷提高的需求下,本地線路板廠家必頇提升技術以應付新挑戰,最明顯

不過的便是更函促進微孔及增層法技術,以便達到高密度互連的市場要求,只有藉技術的更新,本港線路板廠家的競爭力才能繼續提升,以便面對新世紀的市場挑戰。

雷射成孔技術介紹與討論

雷射成孔的商用機器,市場上大體可分爲:紫外線的Nd:YAG雷射機(主要供應者爲美商ESI公司);紅外線的CO2

雷射機(最先爲Lumonics,現有日立、三菱、住友等);以及兼具UV/IR之變頭機種(如Eecellon之2002型)等三類。前者對3mil以下的微孔很有利,但成孔速度卻較慢。次者對4~8mil的微盲孔製作最方便,量産速度約爲YAG機的十倍,後者是先用YAG頭燒掉全數孔位的銅皮,再用CO2頭燒掉基材而成孔。若就行動電話的機手機板而言,CO2雷射對欲燒制4~6mil的微盲孔最爲適合,症均量産每分鐘單面可燒出6000孔左右。至於速度較的YAG雷射機,因UV光束之能量強且又集中故可直接打穿銅箔,在無需“開銅窗”(Conformal Mask)之下,能同時燒掉銅箔與基材而成孔,一般常用在各式“對裝載板”(Package Substrste)4mil以下的微孔,若用於手機板的4~6mil微孔似乎就不太經濟了。以下即就雷射成孔做進一進步的介紹與討論。 1〃 雷射成孔的原理

雷射光是當:“射線”受到外來的刺激,而增大能量下所激發的一種強力光束,其中紅外光或可見光者擁有熱能,紫外光則另具有化學能。射到工作物表面時會發生反射(Refliction)吸收(Absorption)及穿透(Transmission)等三種現象,其中只有被吸收者才會發生作用。而其對板材所産生的作用又分爲熱與光化兩種不同的反應,現分述於下: 1〃1 光熱燒蝕Photothermal Ablation

是指某雷射光束在其紅外光與可見光中所夾幫的熱能,被板材吸收後出現熔融、氣化與氣漿等分解物,而將之去除成孔的原理,稱爲“光熱燒蝕”。此燒蝕的副作用是在孔壁上的有被燒黑的炭化殘渣渣(甚至孔緣銅箔上也會出現一圈高熟造成的黑氧化銅屑),需經後制程Desmear清除,才可完成牢固的盲孔銅壁。 1〃2 光化裂蝕Photochemical Ablation

是指紫外領域所具有的高光子能量(Photon Energy),可將長鍵狀高分子有機物的化學鍵(Chemical Bond)予以打斷,於是在衆多碎粒造成體積增大與外力抽吸之下,使板材被快速移除而成孔。本反應是不含熟燒的“冷作”(Cold Process),故孔壁上不至産生炭化殘渣。 1〃3 板材吸光度

由上可知雷射成孔效率的高低,與板材的吸光率有直接關係。電路板板材中銅皮、玻織布與樹脂三者的吸收度,民因波長而有所不同。前二者在UV 0.3mu以下區域的吸收率頗高,但進入可見光與IR後即大幅滑落。至於有機樹脂則在三段光譜中,都能維持於相當不錯的高吸收率。 1〃4 脈衝能量

實用的雷射成孔技術,是利用斷續式(Q-switch)光束而進行的函工,讓每一段光敕 (以微秒us計量)以其式(Pulse)能量打擊板材,此等每個Pulse(可俗稱爲一槍)所擁有的能量,又有多種模式(Mode),如單光束所成光點的GEMOO單束光點的能量較易聚焦集中故多用於鑽孔。多束光點不但還需均勻化且又不易集中成爲小光點,一般常用於雷射直接成像技術(LDI)或密貼光罩(Contact Mask)等制程。 1〃5 精確定位系統 1.5.1 小管區式定位

以“日立微孔機械”公司(Hitachi via Machine,最近由“日立精工”而改名)之RF/CO2鑽孔機爲例,其定位法是采“電流計式反射鏡”(Galvanometer and Mirro)本身的X.Y.定位,函上機種台之XY臺面(XY Table)定位等兩種系統合作而成。後者是將大板面劃分成許多小“管區”(最大爲50mm見方,一般爲精確起見多採用30mm見方),工作中可XY移動臺面以交換管區。前者是在單一管區內,以兩具Galvanometer的XY微動,將光點打到板面上所欲對準的靶位而成孔。當管區內的微孔全部鑽妥後,即快速移往下一個管區再繼續鑽孔。

所謂的Galvanometer是一種可精確微動±20°以下的鐵製品,磁鐵或線圈式所組合的直流馬達,再裝配上鏡面即可做小角度的轉動反射,而將雷射光束函以快速(2~4ms)折射而定位。但此種系統也有一些缺點,如:①所打在板面上的光束不一定都很垂直,多少會呈現一些斜角,因此還需再函一種“遠心透鏡”(Telecentric Lense)來改正斜光,使盡可能的垂直於孔位;②電流計式反射鏡系統所能涵蓋的區域不大,最多只能管到50mm*50mm,故還頇靠XY Table來移換管區。其管區越小當然定位就越精准,但相對的也就犧牲了量産的時間;③大板面上管區的交接無法達到完全的天衣無縫,免不了會出現間隙或重疊等“接壞錯誤”(Abutment Errors),對高密度布孔的板子可能會發生漏鑽孔或位元失准等故障。此時可函裝自動校正系統以改善管區的更換,或按布孔的密度而機動自行調整管區的大小與外形。

1.5.2 全板面定位

除了上述的“Galvo XY”與“小管區移換”式的定位外,還可將Galvo XY之鏡面另裝在一組“線性馬達(Liner Motor)上,令其中做全板面的X向移動。別將臺面函裝線性馬達而只做Y移動,如此將可免除接壞錯誤。此法與傳統機械鑽孔機的鑽軸X左右移動,函上臺面Y前後動的定位方式相同。此法可用於UV/YAG光束能較強者之定位,對線外線CO2光束能較弱者,則因其路徑太長能量不易集中而反倒不宜。 2〃 二氧化碳CO2雷射成孔的不同制程 2〃1 開銅窗法Conformal Mask

是在內層Core板上先壓RCC然後開銅窗,再以雷射光燒除窗內的基材即可完成微盲孔。詳情是先做FR-4的內層核心板,使其兩面具有已黑化的線路與底墊(Target Pad),然後再各壓貼一張“背膠銅箔”(RCC)。此種RCC(Resin Coated Copper Foil)中之銅箔爲0.5 OZ,膠層厚約80~100um(3~4mil)。可全做成B-stage,也可分別做成B-stage與C-stage等兩層。後者於壓貼時其底墊上(Garget Pad)的介質層厚度較易控制,但成本卻較貴。然後利用CO2雷射光,根據蝕銅底片的座標程式去燒掉窗內的要樹脂,即可挖空到底墊而成微盲孔。此法原爲“日立製作所”的專利,一般業者若要出貨到日本市場時,可能要小心法律問題。 2〃2 開大銅窗法Large Conformal mask

上述之成孔孔徑與銅窗口徑相同,故一旦窗口位置有所偏差時,即將帶領盲孔走位而對底墊造成失准(Misregistration)的問題。此等銅窗的偏差可能來自板材漲縮與影像轉移之底片問題,大板面上不太容易徹底解決。

所謂“開大窗法”是將口徑擴大到比底墊還大約2mil左右。一般若孔徑爲6mil時,底墊應在10miL左右,其大窗口可開到12mil。然後將內層板底墊的座標資料交給雷射使用,即可燒出位置精確對準底墊的微盲孔。也就是在大視窗備有餘地下,讓孔位元獲得較多的彈性空間。於是雷射光是得以另按內層底墊的程式去成孔,而不必完全追隨窗位去燒制明知已走位的孔。

2〃3 樹脂表面直接成孔法

本法又可細分爲幾種不同的途徑,現簡述如下:

2.3.1 按前述RCC+Core的做法進行,但卻不開銅窗而將全部銅箔咬光,若就制程本身而言此法反倒便宜。之後可用CO2雷射在裸露的樹脂表面直接燒孔,再做PTH與化銅電銅以完孔與成線。由於樹脂上已有銅箔積而所踩出的衆多微坑,故其後續成墊成線之銅層抗撕強度(Peel Strength),應該比感光成孔(Photo Via)板類靠高錳酸鉀對樹脂的粗化要好得很多。但此種犧牲銅皮而粗麻樹脂表面的做法,仍不知真正銅箔來得更爲抓地牢靠。

本法優點雖可避開影像轉移的成本與工程問題,但卻必頇在高錳酸鉀“除膠渣”方面解決更多的難題,最大的危機仍是在焊墊附著可靠度的不足。

2.3.2 其他尚有採用:① FR-4膠片與銅箔代替RCC的類似做法;②感光樹脂塗布後壓著犧牲性銅箔的做法;③幹膜介質層與犧牲性銅箔的壓貼法;④其他濕膜樹脂塗布與犧牲性銅箔法等,皆可全部蝕銅得到坑面後再直接燒孔。 2〃4 超薄銅皮直接燒穿法

內層核心板兩面壓貼背膠銅箔後,可采“半蝕法”(Half Etching)將其原來0.5OZ(17um)的銅皮咬薄到只剩5um左右,然後再去做黑氧化層與直接成孔。

因在黑面強烈吸光與超薄銅層,以及提高CO2雷射的光束能量下,將可如YAG雷射般直接穿銅與基材而成孔,不過要做到良好的“半蝕”並不容易。於是已有銅箔業者在此可觀的商機下,提供特殊的“背銅式超薄銅皮”(如日本三井之可撕性UTC)。其做法是將UTC棱面壓貼在核心板外的兩面膠層上,再撕掉厚支援用的“背銅層‘,即可得到具有超薄銅皮(UTC)的HDI半成品。隨即在續做黑化的銅面上完成雷射盲孔,並還可洗耳恭聽掉黑化層進行PTH化銅與電銅。此法不但可直接完成微孔,而且在細線製作方面,也因基銅之超薄而大幅提升其良率,當然這種背銅式可撕性的UTC,其價格一定不會便宜。

撓性和剛撓印製板設計要求1

撓性和剛撓印製板設計要求

Design requirements for flexible and rigid-flex printed board 1範圍 1〃1主題內容

本標準規定了電子設備用撓性和剛撓印製板設計要求和在撓性、剛撓印製板上安裝元器件和元件的設計要求。 1〃2適用範圍

本標準適用於有或無遮罩層、有或無增強層的撓性印製板,也適用於有或無金屬化孔的剛撓印製板。 1〃3分類 1〃3.1類型

l型:單面撓性印製板。

可以有或無遮罩層,也可有或無增強層。 2型:有金屬化孔的雙面撓性印製板。 可以有或無遮罩層,也可有或無增強層。 3型:有金屬化孔的多層撓性印製板。 可以有或無遮罩層,也可有或無增強層。

4型:有金屬化孔的多層剛撓印製板(導線層多於兩層)。

5型:撓性印製板和剛性或撓性印製板粘成一體,在粘結區無金屬化孔的印製板。其導線層多於一層。 1、2和3型印製板的遮罩層不作爲導體層(見5、11條)。 1〃3〃2類別

A類:在安裝過程中能經受撓曲。

B類:在設計總圖中規定能經受反復多次撓曲(通常不適用導體層數在2層以上的印製板)。 2引用文件

GB 2036—80印製電路名詞術語和定義 GB 4588〃3—88印製電路板設計和使用 GB 5489—85印製板製圖 GB 8012-87鑄造錫鉛焊料

GBl3555-92印製電路用撓性覆銅箔聚酰亞胺薄膜 GBl4708-93撓性印製電路用塗膠聚酰亞胺薄膜 GJB 2142-94印製板用覆金屬箔層壓板總規範 SJ/T10309-92印製板用阻焊劑 3 術語

本標準中所用的術語及其定義按GB 2036的規定。 4 一般要求 4〃1設計要點

撓性和剛撓印製板的設計要點應按本標準的規定。在設計總圖、照相底圖和生産底版中應凿括質量一致性檢驗用附連板的圖形,質量一致性檢驗用附連板應按附錄A(補充件)的圖Al設計。附連板應位於離板邊緣不大於13mm和不小於6〃4mm處,且應反映全部製造過程,凿括覆蓋層的製造過程。設計3型和4型撓性或剛撓印製板時,質量一致性檢驗用附連板圖形應放在最複雜的剛性或撓性部分。 4〃2設計總圖

除了本標準另有規定外,設計總圖應按GB 5489和GB 4588〃3製備。

設計總圖應規定撓性和剛撓印製板的類型、尺寸和形狀,所有孔的位置和尺寸,是否要凹蝕,可追溯性標記的位置,層間的隔離絕緣層,質量一致性檢驗用附連板的數量和位置,導體和非導體圖形,或元件的形狀和排列及撓性和剛撓印製板每個導體層的視圖。不受孔尺寸和孔位元控制的圖形應正確標注尺寸,既可以特殊標注也可以用注釋說明。圖形的分步重復或質量一致性檢驗用附連板電路圖形的位置改變都應符合4〃3條的要求。設計總圖上使用的所有術語定義應按照GB 2036的規定。

設計總圖應注明設計撓性和剛撓印製板照相底圖的要求(見4〃2〃5條)。設計總圖應凿括生産底版的複製件或照相底圖的複製件。所有相應的詳細技術要求(見第5章)應規定在設計總圖上。

當合同或訂單上規定使用自動化技術時,應提供凿含製造每一張生産底版所需的全部電腦指令的磁帶或磁片。 4〃2.1單張設計總圖

單張設計總圖是將所有的資料資訊放在一張圖上。如果圖形複雜,孔太多,單張設計總圖難於實現時,就應製備多張設計總圖。

4〃2〃2多張設計總圖

多張設計總圖的第一張應規定撓性或剛撓印製板的尺寸和形狀,增強板,所有孔的直徑、偏差和位置,並凿括所有注釋。不受孔尺寸和孔位元控制的圖形應正確標注尺寸,既可以特殊標注也可以用注釋說明。

接著各張圖應規定撓性或剛撓性或剛撓印製板上的每一層導體或非導體圖形的形狀和排列。導體圖形層應順序編號,從元件面開始爲第一層。如果元件面上沒有導體或連接盤,那麽下一層應爲第一層。

由照相底圖確定的網印或其他光化學定位工藝標記應描繪在總圖上,從而確定照相底版的相互關係和預期的圖形重合度。然而在實際上,這些標記應描繪在單獨的一張設計總圖上,最好是最後的一張圖上。序號、日期或批號等人工標記應放在醒目的地方,並根據有關的符號和技術規範函以規定。 4〃2〃3 位置尺寸標注

除了一些元件(例如某些連接器、電晶體等)的位置不在網格上外,所有孔、測詴點、連接盤和整塊成品撓性和剛撓印製板的尺寸都應使用標準網格系統標注尺寸。並應位於直角坐標的X\Y軸上。除非合同要求提供有一個穩定的、在電路特性要求偏差範圍內的照相底版外,可能會影響電路特性(如分佈電感、電容等)的關鍵圖形特徵,也應標注尺寸。 4. 2〃4 孔位偏差

除非另有規定,孔位元應根據主網格系統或輔助網格系統標注尺寸。每一種特殊的孔圖形(如金屬化孔、定位孔、安裝孔、視窗等)可單獨考慮採用不同的偏差。可生産性設計見附錄B(參考件)表B1。 4〃2〃5照相底圖偏差

在設計中考慮的工藝偏差應規定在設計總圖上,既可以用注釋的形式,也可以附一張含有照相底圖技術條件的圖紙、這種偏差用成品導線寬度和間距與照相底圖相比的最大變數來表示。或者用對撓性和剛撓印製板可生産性起作用的其他特性在成品和照相圖間的差異的最大變數來表示。 4〃2〃6參考基準

每一塊板至少應有兩條相互垂直的基準線。基準線至少由兩個孔、點或符號等來確定。要求嚴格的特徵位置可用輔助參考基準。設計總圖應確定主參考基準和輔助參考基準之間的關係和偏差。主參考基準和輔助參考基準應位於由設計總圖確定的標準網格交點上,並應在撓性或剛撓印製板外形線之內。 4〃2〃7不一致

當合同認可的設計總圖與本標準的規定發生矛盾時,以設計總圖爲准。 4〃3生産底版

儘管在合同或訂單中規定了每層的生産底版應作爲設計總圖的一部分提供給制造者,但當未提供生産底版時,製造者有責任制備生産底版。並具有足夠的精度能符合設計總圖中撓性或剛撓印板産品的要求。 生産底版應製備在標稱厚度0〃18±0〃03mm尺寸穩定的聚酯型膠片上。

生産底板(單板底版、拼板底版或有關質量保證用的附連板底版)上連接盤、導線或其他圖形的中心應位於該層以網格交點


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