PCB沉铜板电培训教材课件.ppt
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1、2022年10月1日星期六PCB沉铜板电培训教材沉铜板电培训教材 请将手机、请将手机、BP机等通讯工具调到震动状态。机等通讯工具调到震动状态。请勿在上课期间,随意进出,以免影响其他请勿在上课期间,随意进出,以免影响其他同事同事 请勿交头接耳、大声喧哗。请勿交头接耳、大声喧哗。如有特殊事情,在征得培训导师的同意的情如有特殊事情,在征得培训导师的同意的情况下,方可离场。况下,方可离场。PCB沉铜板电培训教材PTH-镀通孔镀通孔7.1制程目的制程目的 双面板以上完成钻孔后即进行镀通孔(Plated Through Hole,PTH)步骤,其目的使孔壁上之非导体部份之树脂及玻纤束进行金属化(metal
2、ization),以进行后来之电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。1986年,美国有一家化学公司Hunt 宣布PTH不再需要传统的贵金属及无电铜的金属化制程,可用碳粉的涂布成为通电的媒介,商名为Black hole。之后陆续有其它不同base产品上市,国内使用者非常多.除传统PTH外,直接电镀(direct plating)本章节也会述及.PCB沉铜板电培训教材7.2制造流程制造流程 去毛头除胶渣PTH 一次铜 7.2.1.去披锋去披锋(deburr)钻完孔后,若是钻孔条件不适当,孔边缘有1.未切断铜丝2.未切断玻纤的残留,称为burr.因其要断不断,而且粗糙,若不将之去除,可能造成通孔
3、不良及孔小,因此钻孔后会有de-burr制程.也有de-burr是放在Desmear之后才作业.一般de-burr是用机器刷磨,且会加入超音波及高压冲洗的应用.可参考表4.1 PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材PTH-镀通孔镀通孔刷轮材质刷轮材质Mesh数数控制方式控制方式其他特殊设计其他特殊设计Deburr去巴里去巴里Bristle鬃毛刷鬃毛刷#180 or#240(1)电压、电流电压、电流(2)板厚板厚高压后喷水洗前高压后喷水洗前超音波水洗超音波水洗内层压内层压膜前处膜前处理理Bristle Nylon#600 Grids(1)电压、电流电压、电流(2)板厚板厚后面可加去脂或后面可
4、加去脂或微蚀处理微蚀处理外层压外层压膜前处膜前处理理BristleNylon#320 Grits(1)电压、电流电压、电流(2)板厚板厚后面可加去脂或后面可加去脂或微蚀处理微蚀处理S/M前表前表面处理面处理Nylon#600 Grits#1200 Grits(1)电压、电流电压、电流(2)板厚板厚有刷磨而以氧化有刷磨而以氧化处理的处理的PCB沉铜板电培训教材7.2.2.除胶渣除胶渣(Desmear)A.目的目的:a.Desmear b.Create Micro-rough增加adhesion B.Smear产生的原因产生的原因:由于钻孔时造成的高温Resin超过Tg值,而形成融熔状,终致产生胶
5、渣 此胶渣产生于内层铜边缘及孔壁区,会造成P.I.(Poor lnterconnection)C.Desmear的四种方法的四种方法:硫酸法(Sulferic Acid)、电浆法(Plasma)、铬酸法(Cromic Acid)、高 锰酸钾法(Permanganate).PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材C.Desmear的四种方法的四种方法:硫酸法(Sulferic Acid)、电浆法(Plasma)、铬酸法(Cromic Acid)、高锰酸钾法(Permanganate).a.硫酸法必须保持高浓度,但硫酸本身为脱水剂很难保持高浓度,且咬蚀出的孔面光滑无微孔,并不适用。b.电浆法效率
6、慢且多为批次生产,而处理后大多仍必须配合其它湿制程处理,因此除非生产特殊板大多不予采用。c.铬酸法咬蚀速度快,但微孔的产生并不理想,且废水不易处理又有致癌的潜在风险,故渐被淘汰。d.高锰酸钾法因配合溶剂制程,可以产生微孔。同时由于还原电极的推出,使槽液安定性获得较佳控制,因此目前较被普遍使用。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材7.2.2.1 高锰酸钾法高锰酸钾法(KMnO4 Process):A.膨松剂(Sweller):a.功能:软化膨松Epoxy,降低 Polymer 间的键结能,使KMnO4 更 易咬蚀形成 Micro-rough。b.影响因素:见图7.1PTH-镀通孔镀通孔PC
7、B沉铜板电培训教材7.2.2.1 高锰酸钾法高锰酸钾法c.安全:不可和KMnO4 直接混合,以免产生强烈氧化还原,发 生火灾。d.原理解释:(1)见图7.2 PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材 7.2.2.1 高锰酸钾法高锰酸钾法初期溶出可降低较弱的键结,使其键结间有了明显的差异。若浸泡过长,强的链接也渐次降低,终致整块成为低链接能的表面。如果达到如此状态,将无法形成不同强度结面。若浸泡过短,则无法形成低键结及键结差异,如此将使KMnO4咬蚀难以形成蜂窝面,终致影响到PTH的效果。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材(2)Surface Tension的问题的问题:无论大小孔皆有
8、可能有气泡残留,而表面张力对孔内Wetting也影响颇大。故采用较高温操作有助于降低Surface Tension及去除气泡。至于浓度的问题,为使Drag out降低减少消耗而使用略低浓度,事实上较高浓度也可操作且速度较快。在制程中必须先Wetting孔内壁,以后才能使药液进入作用,否则有空气残 留后续制程更不易进入孔内,其Smear将不可能去除。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材 B.除胶剂除胶剂(KMnO4):a.使用KMnO4的原因:选KMnO4而未选NaMnO4是因为KMnO4溶解度较佳,单价也较低。b.反应原理:4MnO4-+C+4OH-MnO4=+CO2+2H2O(此为主反
9、应式此为主反应式)2MnO4-+2OH-2MnO4=+1/2 O2+H2O(此为高此为高PH值时自发性分解反应值时自发性分解反应)MnO4-+H2O MnO2+2OH-+1/2 O2(此为自然反应会造成此为自然反应会造成Mn+4沉淀沉淀)PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材B.除胶剂除胶剂(KMnO4):c.作业方式:早期采用氧化添加剂的方式,目前多用电极还原的方式操作,不稳定的问题已获解决。d.过程中其化学成份状况皆以分析得知,但Mn+7为紫色,Mn+6为绿色,Mn+4 为黑色,可由直观的色度来直接判断大略状态。若有不正常发生,则可能是电极效率出了问题须注意。PTH-镀通孔镀通孔PCB
10、沉铜板电培训教材B.除胶剂除胶剂(KMnO4):e.咬蚀速率的影响因素:见图7.3PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材B.除胶剂除胶剂(KMnO4):f.电极的好处:(1).使槽液寿命增长 (2).品质稳定且无By-product,其两者比较如图7.4 PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材B.除胶剂除胶剂(KMnO4):g .KMnO4形成Micro-rough的原因:由于Sweller造成膨松,且有结合力之强弱,如此使咬蚀时产生选择性,而形成所谓的Micro-rough。但如因过度咬蚀,将再度平滑。h.咬蚀能力也会随基材之不同而有所改变。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材
11、B.除胶剂除胶剂(KMnO4):i.电极必须留心保养,电极效率较难定出绝对标准,且也很难确认是否足够应付实际需要。故平时所得经验及厂商所提供资料,可加一系数做计算,以为电极需求参考。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材C.中和剂中和剂(Neutralizer):a.NaHSO3是可用的Neutralizer之一,其原理皆类似 Mn+7 or Mm+6 or Mn+4(Neutralizer)-Mn+2(Soluable)b.为免于Pink Ring,在选择Acid base必须考虑。HCl及 H2SO4系列都 有,但Cl易攻击 Oxide Layer,所以用 H2SO4为Base 的酸较
12、佳。c.药液使用消耗分别以H2SO4及Neutralizer,用Auto-dosing 来补充,维护。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材7.2.2.2.整条生产线的考虑整条生产线的考虑:A.Cycle time:每Rack(Basket)进出某类槽的频率(时间)。B.产能计算:(Working hours/Cycle time)*(FIight Bar/Hoist)*(Racks/Flight Bar)*(SF/Rack)=SF/Mon PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材7.2.2.2.整条生产线的考虑整条生产线的考虑:C.除胶渣前Pre-baking对板子的影响:见下图 a.
13、由于2.在压合后己经过两次Cure,结构会比1,3 Cure 更完全,故Baking 会使结构均一,压板不足处得以 补偿。b.多量的氧,氧化了Resin间的Bonding,使咬蚀速率 加剧23倍。且使1,2,3 区较均一。c.释放Stress,减少产生Void的机会.PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材PCB沉铜板电培训教材7.2.2.3.制程内主要反应及化学名称制程内主要反应及化学名称:A化学反应:a.主要反应 4MnO4-+4OH-+Epoxy 4MnO4=+CO2+2H2O b.副反应:2MnO4-+2OH-2MnO4=+1/2O2+H2O(Side reaction)MnO4=+
14、H2O(CI-/SO4=/Catalyze Rx.)MnO2+2OH-+1/2 O2 PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材7.2.2.3.制程内主要反应及化学名称制程内主要反应及化学名称:(Precipitation formation)2MnO4=+NaOCl+H2O 2MnO4-+2OH-+NaCl 4MnO4=+NaS2O8+H2SO4 4MnO4-+2OH-+2Na2SO4 4MnO4=+K2S2O8+H2SO4 4MnO4-+2OH-+2K2SO4(For Chemical regeneration type process reaction)2MnO4=+1/2 O2+H2O
15、 2MnO4-+2 OH-(Electrolytic reaction:Need replenish air for Oxyen consumption)PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材B.化学品名称:化学品名称:MnO4-Permanganate NaS2O8Sodium Persulfate MnO4=Manganate S2O4-Sulfate OH-Hydroxide(Caustic)CO2 Carbon Dioxide NaOCl Sodium Hydrochloride MnO2 Manganese Dioxide PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材7.2.2.4
16、.典型的典型的Desmear Process:见表见表 Sequence SolutionMake UpControl rangeOperation Temp.AnalysisDump1SwellerSweller 55%D.I.Water 45%Solvent 40-70%7623 T/W2Rinse*3CT water45 1st StepRT 2nd StepRT 3rd Step1 T/2D1 T/2D1 T/2D3KMnO4101:85 g/l102:6%D.I.Water101:70-100g/lN:1-1.37623 T/W4Rinse*3CT water45 1st StepR
17、T 2nd StepRT 3rd Step2T/D2T/D2T/D5Reducer*2Reducer 10%H2SO4 5%D.I.WaterReducer 8-12%H2SO4 4-7%RT 1st Step35 3 2nd Step2T/W1T/3D1T/W6Rinse*2CT WaterRT7Hot Air100 15 PCB沉铜板电培训教材7.2.2.5.Pocket Void的解释的解释:A.说法一:Sweller残留在Glass fiber中,在Thermal cycle 时爆开。B.说法二:见下图。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材7.2.2.5.Pocket Void的
18、解释的解释:a压板过程不良,Stress积存,上锡过程中力量释出所致。b 在膨涨中如果铜结合力强,而Resin释出Stress方向呈 Z轴方向,当Curing 不良而Stress过大时则易形成a之 断裂,如果孔铜结合力弱则易形成b 之Resin recession 结合力好而内部树脂不够强轫则出现c之Pocket void。C 如果爆开而形成铜凸出者称为Pull away。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材7.2.3 化学铜化学铜(PTH)PTH系统概念分为酸性及碱性系统,特性依基本观念而有不同。7.2.3.1 酸性系统:酸性系统:A.基本制程:Conditioner Microetc
19、h Catalpretreatment Cataldeposit Accelerator Electroless Deposit PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材 B.单一步骤功能说明单一步骤功能说明:a.整孔整孔 Conditioner:1.Desmear后孔内呈现Bipolar现象,其中Cu呈现高电位正电 Glass fiber、Epoxy呈负电。2.为使孔内呈现适当状态,Conditioner具有两种基本功能。(1)Cleaner:清洁表面 (2)Conditioner:使孔壁呈正电性,以利Pd/Sn Colloid负电离子 团吸附。PTH-镀通孔镀通孔PCB沉铜板电培训教材B
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