[材料科学]PCB设计及基材部分课件.ppt

1、2023-2-11PCB专业教育训练专业教育训练品保一部：黄俊品保一部：黄俊2023-2-11 第一章第一章.PCBPCB演變演變 1.1 1.1 PCBPCB扮演的角色扮演的角色PCBPCB的功能為提供完成第一層級構裝的元件與其它必須的電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。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。所以所以PCBPCB在整個電子產品中，扮演了整合連結其所有功能的角色，在整個電子產品中，扮演了整合連結其所有功能的角色，也因此時也因此時当当電子產品功能故障時，最先被質疑往往就是電子產品功能故障時，最

2、先被質疑往往就是PCBPCB。1.2 PCB1.2 PCB的演變的演變1.1.早於早於19031903年年Mr.Albert HansonMr.Albert Hanson首創利用首創利用 線路線路(Circuit)Circuit)觀念應用於電話交換機系統。它是用金屬箔予以切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，成了現今紙，成了現今PCBPCB的機構雛型。的機構雛型。2.2.至至19361936年，年，Dr Paul EisnerDr Paul Eisner真正發明了真正發明了P

3、CBPCB的製作技術，的製作技術，也發表多項來的。也發表多項來的。2023-2-111.3 1.3 PCBPCB種類及製法種類及製法 在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子產品及在材料、層次、製程上的多樣化以適合不同的電子產品及其特殊需求。其特殊需求。以下就歸納一些通用的區別辦法，來簡單介紹以下就歸納一些通用的區別辦法，來簡單介紹PCBPCB的分類以及它的製造方法。的分類以及它的製造方法。1.3.1 1.3.1 PCBPCB種類種類A.A.以材質分以材質分 a.a.有機材質有機材質 酚醛樹脂、玻璃纖維酚醛樹脂、玻璃纖維/環氧樹脂、環氧樹脂、Polyimide(Polyimide(聚酰亚胺

4、聚酰亚胺)、BT/EpoxyBT/Epoxy等皆屬之。等皆屬之。b.b.無機材質無機材質 鋁、鋁、Copper-invar(Copper-invar(不脹鋼不脹鋼)-coppercopper、ceramic(ceramic(陶瓷制陶瓷制品品)等皆屬之。主要取其散熱功能等皆屬之。主要取其散熱功能 B.B.以成品軟硬區分以成品軟硬區分 a.a.硬板硬板 Rigid PCB Rigid PCB b.b.軟板軟板 Flexible PCB Flexible PCB c.c.軟硬板軟硬板 Rigid-Flex PCB Rigid-Flex PCB 2023-2-11 C.C.以結構分以結構分 a.a.單

5、面板單面板 b.b.雙面板雙面板 c.c.多層板多層板 D.D.依用途分：通信依用途分：通信/耗用性電子耗用性電子/軍用軍用/電腦電腦/半導體半導體/電測電測板板,BGA.BGA.另有一種射出成型的立體另有一種射出成型的立體PCBPCB，因使用少，不在此介紹。因使用少，不在此介紹。1.3.21.3.2製造方法介紹製造方法介紹A.A.減除法減除法B.B.加成法，又可分半加成與全加成法加成法，又可分半加成與全加成法C.C.尚有其它因應尚有其它因應ICIC封裝的變革延伸而出的一些先進製程，封裝的變革延伸而出的一些先進製程，僅提及但不詳加介紹，因有許多尚屬機密也不易取得，或者成僅提及但不詳加介紹，因有

6、許多尚屬機密也不易取得，或者成熟度尚不夠。以傳統負片多層板的製程為主軸，深入淺出的介熟度尚不夠。以傳統負片多層板的製程為主軸，深入淺出的介紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來探討未來的紹各個製程，再輔以先進技術的觀念來探討未來的PCBPCB走勢。走勢。2023-2-11 第二二章章.製前準備製前準備 2.1.2.1.前言前言台灣台灣PCBPCB產業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空產業屬性，幾乎是以，也就是受客戶委托製作空板（板（Bare BoardBare Board）而已，不像美國，很多而已，不像美國，很多PCB ShopPCB Shop是包括了線是包括了線路設計，空板製作以及裝配路設計

7、，空板製作以及裝配(Assembly)Assembly)的的Turn-KeyTurn-Key業務。以前，業務。以前，只要客戶提供的原始資料如只要客戶提供的原始資料如Drawing,Artwork,Drawing,Artwork,SpecificationSpecification，再以手動翻片、排版、打帶等作業，即可進行再以手動翻片、排版、打帶等作業，即可進行製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，製作，但近年由於電子產品日趨輕薄短小，PCBPCB的製造面臨了幾的製造面臨了幾個挑戰個挑戰:（1 1）薄板（）薄板（2 2）高密度（）高密度（3 3）高性能（）高性能（4 4）高速）高速(5)(5)產

8、品週期縮短（產品週期縮短（6 6）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機做為製前工具，現在己被電腦、工作軟體及鐳射繪圖機所相機做為製前工具，現在己被電腦、工作軟體及鐳射繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要取代。過去，以手工排版，或者還需要Micro-ModifierMicro-Modifier來修正來修正尺寸等費時耗工的作業，今天只要在尺寸等費時耗工的作業，今天只要在CAM(Computer Aided CAM(Computer Aided Manufacturing)Manufacturing)工作人員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，工作人

9、員取得客戶的設計資料，可能幾小時內，就可以依設計規則或就可以依設計規則或DFM(Design For Manufacturing)DFM(Design For Manufacturing)自動排自動排版並變化不同的生產條件。同時可以版並變化不同的生產條件。同時可以output output 如鑽孔、成型、測如鑽孔、成型、測試治具等資料。試治具等資料。2023-2-112.2.2.2.相關名詞的定義與解說相關名詞的定義與解說 A Gerber fileA Gerber file 這是一個從這是一個從PCB CADPCB CAD軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。軟體輸出的資料檔做為光繪圖語言。196

10、01960年代一家名叫年代一家名叫Gerber ScientificGerber Scientific(科學科學)（現在叫（現在叫Gerber Gerber SystemSystem）專業做繪圖機的美國公司所發展出的格式，爾後二十專業做繪圖機的美國公司所發展出的格式，爾後二十年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有年，行銷於世界四十多個國家。幾乎所有CADCAD系統的發展，也都系統的發展，也都依此格式作其依此格式作其Output DataOutput Data，直接輸入繪圖機就可繪出直接輸入繪圖機就可繪出DrawingDrawing或或FilmFilm，因此因此Gerber FormatGerbe

11、r Format成了電子業界的公認標準。成了電子業界的公認標準。B.RS-274DB.RS-274D是是Gerber FormatGerber Format的正式名稱，正確稱呼是的正式名稱，正確稱呼是EIA(EIA(电子工业联合电子工业联合会会)STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association)STANDARD RS-274D(Electronic Industries Association)主主要兩大組成：要兩大組成：1.1.Function CodeFunction Code：如如G codes,D codes,M G codes,D

12、codes,M codes codes 等。等。2.2.Coordinate dataCoordinate data：定義圖像（定義圖像（imagingimaging）2023-2-11C.RS-274X C.RS-274X 是是RS-274DRS-274D的延伸版本，除的延伸版本，除RS-274DRS-274D之之Code Code 以外，包括以外，包括RS-RS-274X Parameters(274X Parameters(參數參數)，或稱整個，或稱整個extended(extended(擴大擴大)Gerber Gerber formatformat它以兩個字母為組合，定義了繪圖過程的一

13、些特性。它以兩個字母為組合，定義了繪圖過程的一些特性。D.IPC-350 D.IPC-350 IPC-350IPC-350是是IPCIPC發展出來的一套發展出來的一套neutral(neutral(中立中立)format,format,可以可以很容易由很容易由PCB CAD/CAMPCB CAD/CAM產生產生,然後依此系統然後依此系統,PCB SHOP PCB SHOP 再產生再產生NC NC Drill Program,Drill Program,NetlistNetlist,並可直接輸入並可直接輸入Laser PlotterLaser Plotter繪製底片繪製底片.E.Laser Pl

14、otter(E.Laser Plotter(雷射指令雷射指令)輸入輸入Gerber formatGerber format或或IPC 350 formatIPC 350 format以繪製以繪製Artwork Artwork F.Aperture(F.Aperture(孔徑孔徑)List and D-CodesList and D-Codes 2023-2-112.3.2.3.製前設計流程：製前設計流程：2.3.12.3.1客戶必須提供的資料：客戶必須提供的資料：子廠或裝配工廠，委託子廠或裝配工廠，委託PCB SHOPPCB SHOP生產空板（生產空板（Bare BoardBare Board

15、）時，必須提供下列資料以供製作。料號資料表時，必須提供下列資料以供製作。料號資料表-供製前設計使用供製前設計使用.有時客戶會提供一片樣品有時客戶會提供一片樣品,一份零件圖，一份保證書（保證製一份零件圖，一份保證書（保證製程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外程中使用之原物料、耗料等不含某些有毒物質）等。這些額外資料，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。資料，廠商須自行判斷其重要性，以免誤了商機。2.3.2.2.3.2.資料審查資料審查面對這麼多的資料，製前設計工程師接下來所要進行的工面對這麼多的資料，製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。作程序與重點，如下所

16、述。A.A.審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項審查客戶的產品規格，是否廠內製程能力可及，審查項目見承接料號製程能力檢查表目見承接料號製程能力檢查表.2023-2-11B.B.原物料需求（原物料需求（BOM-Bill of MaterialBOM-Bill of Material）根據上述資料審查分析後，由根據上述資料審查分析後，由BOMBOM的展開，來決定原物料的展開，來決定原物料的廠牌、種類及規格。主要的原物料包括了：基板的廠牌、種類及規格。主要的原物料包括了：基板（LaminateLaminate）、）、膠片（膠片（PrepregPrepreg）、）、銅箔（銅箔（Copper

17、 foilCopper foil）、）、防防焊油墨（焊油墨（Solder MaskSolder Mask）、）、文字油墨（文字油墨（LegendLegend）等。另外客戶等。另外客戶對於對於FinishFinish的規定的規定,將影響流程的選擇將影響流程的選擇,當然會有不同的物料需當然會有不同的物料需求與規格，例如：軟、硬金、噴鍚、求與規格，例如：軟、硬金、噴鍚、OSPOSP等。歸納客戶規範中，等。歸納客戶規範中，可能影響原物料選擇的因素。可能影響原物料選擇的因素。C.C.上述乃屬新資料的審查上述乃屬新資料的審查,審查完畢進行樣品的製作審查完畢進行樣品的製作.若是舊若是舊資料資料,則須則須Ch

18、eckCheck有無有無ECO(Engineering Change Order),ECO(Engineering Change Order),然後然後再進行審查再進行審查.2023-2-11D.D.排版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力並降低不良率。有些工廠認為固定某些工作尺寸可以高生產力並降低不良率。有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本增加很多符合最大生產力，但原物料成本增加很多.下

19、列是一些考慮的方下列是一些考慮的方向：向：一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本3060%3060%，包含了基，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛），板、膠片、銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、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係。大部份電子廠做線路有關係。大部份電子廠做線路LayoutLayout時，會做連片設計，以使時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，裝配時能有最高的生產力。因此，PCBPCB工廠之製前設計人員，應工廠之製

20、前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片和客戶密切溝通，以使連片LayoutLayout的尺寸能在排版成工作的尺寸能在排版成工作PANELPANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。因素。2023-2-11 a.a.基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。須考慮進去）。b.b.銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作PANELPANEL的尺寸須搭配的尺寸須搭配良好，以免浪費。良好，以免浪費。c.c.連片時，連片時，piece

21、piece間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位系間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。統的最小尺寸。d.d.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.e.e.不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，例不同產品結構有不同製作流程，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，其測試治如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一樣。具或測試次序規定也不一樣。較大工作尺寸，可以符合較大生較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多產力，但原物料成本增加很多,而且設備製程能力亦需提升，

22、如而且設備製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要的。何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要的。2023-2-112.3.3 2.3.3 著手設計著手設計 所有資料檢核齊全後，開始分工設計：所有資料檢核齊全後，開始分工設計：A.A.流程的決定流程的決定(Flow Chart)Flow Chart)由資料審查的分析確認後，設由資料審查的分析確認後，設計工程師就要決定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程計工程師就要決定最適切的流程步驟。傳統多層板的製作流程可分作兩個部分可分作兩個部分:內層製作和外層製作內層製作和外層製作.B.CAD/CAMB.CAD

23、/CAM作業作業 a.a.將將Gerber Data Gerber Data 輸入所使用的輸入所使用的CAMCAM系統，此時須將系統，此時須將aperturesapertures和和shapesshapes定義好。目前，己有很多定義好。目前，己有很多PCB CAMPCB CAM系統可接系統可接受受IPC-350IPC-350的格式。部份的格式。部份CAMCAM系統可產生外型系統可產生外型NC Routing NC Routing 檔，檔，不過一般不過一般PCB LayoutPCB Layout設計軟體並不會產生此檔。設計軟體並不會產生此檔。有部份專業有部份專業軟體或獨立或配合軟體或獨立或配合N

24、C Router,NC Router,可設定參數直接輸出程式可設定參數直接輸出程式.Shapes Shapes 種類有圓、正方、長方種類有圓、正方、長方,亦有較複雜形狀，如內亦有較複雜形狀，如內層之層之thermal padthermal pad等。著手設計時，等。著手設計時，Aperture codeAperture code和和shapesshapes的的關連要先定義清楚，否則無法進行後面一系列的設計。關連要先定義清楚，否則無法進行後面一系列的設計。2023-2-11 b.b.設計時的設計時的Check list Check list 依據依據check listcheck list審查後

25、，當可知道該製作料號可能的良率審查後，當可知道該製作料號可能的良率以及成本的預估。以及成本的預估。c.Working Panelc.Working Panel排版注意事項：排版注意事項：PCB LayoutPCB Layout工程師在設計時，為協助提醒或注意某些事工程師在設計時，為協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。下表列舉數個項目，及其影響。之去除。下表列舉數個項目，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

26、，可減少板材浪費）；而適當排版可要原料成本（排版最佳化，可減少板材浪費）；而適當排版可提高生產力並降低不良率。有些工廠認為固定某些工作尺寸可提高生產力並降低不良率。有些工廠認為固定某些工作尺寸可以符合最大生產力，但原物料成本增加很多以符合最大生產力，但原物料成本增加很多.下列是一些考慮的下列是一些考慮的方向：方向：2023-2-11一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本一般製作成本，直、間接原物料約佔總成本3060%3060%，包含了基，包含了基板、膠片、銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛、板、膠片、銅箔、防焊、乾膜、鑽頭、重金屬（銅、鍚、鉛、金），化學耗品等。而這些原物料的耗用，直接

27、和排版尺寸恰金），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係。大部份電子廠做線路當與否有關係。大部份電子廠做線路LayoutLayout時，會做連片設計，時，會做連片設計，以使裝配時能有最高的生產力。因此，以使裝配時能有最高的生產力。因此，PCBPCB工廠之製前設計人工廠之製前設計人員，應和客戶密切溝通，以使連片員，應和客戶密切溝通，以使連片LayoutLayout的尺寸能在排版成工的尺寸能在排版成工作作PANELPANEL時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮時可有最佳的利用率。要計算最恰當的排版，須考慮以下幾個因素。以下幾個因素。1.1.基材裁切最少刀數與最大使用

28、率（裁切方式與磨邊處理基材裁切最少刀數與最大使用率（裁切方式與磨邊處理須考慮進去）。須考慮進去）。2.2.銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作銅箔、膠片與乾膜的使用尺寸與工作PANELPANEL的尺寸須搭的尺寸須搭配良好，以免浪費。配良好，以免浪費。3.3.連片時，連片時，piecepiece間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位間最小尺寸，以及板邊留做工具或對位系統的最小尺寸。系統的最小尺寸。4.4.各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸各製程可能的最大尺寸限制或有效工作區尺寸.2023-2-11 5 5.不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，不同產品結構有不同製作流程，及不同的排版限制，

29、例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試例如，金手指板，其排版間距須較大且有方向的考量，其測試治具或測試次序規定也不一樣。較大工作尺寸，可以符合較大治具或測試次序規定也不一樣。較大工作尺寸，可以符合較大生產力，但原物料成本增加很多生產力，但原物料成本增加很多,而且設備製程能力亦需提升，而且設備製程能力亦需提升，如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要如何取得一個平衡點，設計的準則與工程師的經驗是相當重要的。的。進行進行working Panelworking Panel的排版過程中，尚須考慮下列事項，的排版過程中，尚須考慮下列事項，以使製程順暢，表排版注意事項以使製

30、程順暢，表排版注意事項 。d.d.底片與程式：底片與程式：底片底片Artwork Artwork 在在CAMCAM系統編輯排版完成後，配合系統編輯排版完成後，配合D-CodeD-Code檔案，而由雷射繪圖機（檔案，而由雷射繪圖機（Laser PlotterLaser Plotter）繪出底片。所須繪繪出底片。所須繪製的底片有內外層之線路，外層之防焊，以及文字底片。製的底片有內外層之線路，外層之防焊，以及文字底片。2023-2-11 由於線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺由於線路密度愈來愈高，容差要求越來越嚴謹，因此底片尺寸控制，是目前很多寸控制，是目前很多PCBPCB廠的一大課題

31、。表是傳統底片與玻璃底廠的一大課題。表是傳統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。而底片製造商片的比較表。玻璃底片使用比例已有提高趨勢。而底片製造商亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如乾式做法亦積極研究替代材料，以使尺寸之安定性更好。例如乾式做法的鉍金屬底片的鉍金屬底片.一般在保存以及使用傳統底片應注意事項如下：一般在保存以及使用傳統底片應注意事項如下：1.1.環境的溫度與相對溫度的控制環境的溫度與相對溫度的控制 2.2.全新底片取出使用的前置適應時間全新底片取出使用的前置適應時間 3.3.取用、傳遞以及保存方式取用、傳遞以及保存方式 4.4.置放或操作區域的清潔度置

32、放或操作區域的清潔度 程式程式 含一含一,二次孔鑽孔程式，以及外形二次孔鑽孔程式，以及外形RoutingRouting程式程式,其中其中NC RoutingNC Routing程式一般須另行處理程式一般須另行處理 2023-2-11 e.DFMDesign for manufacturing.Pcb lay-out 工程師大半不太了解工程師大半不太了解PCB製作流程以及各製程需要注製作流程以及各製程需要注意的事項，所以在意的事項，所以在Lay-out線路時，僅考慮電性、邏線路時，僅考慮電性、邏輯、尺寸等，而甚少顧及其它。輯、尺寸等，而甚少顧及其它。PCB製前設計工程師製前設計工程師因此必須從生

33、產力，良率等考量而修正一些線路特性，因此必須從生產力，良率等考量而修正一些線路特性，如圓形接線如圓形接線PAD修正成淚滴狀，為的是製程中修正成淚滴狀，為的是製程中PAD一一孔對位不準時，尚能維持最小的墊環寬度。但是製前孔對位不準時，尚能維持最小的墊環寬度。但是製前工程師的修正，有時卻會影響客戶產品的特性甚或性工程師的修正，有時卻會影響客戶產品的特性甚或性能，所以不得不謹慎。能，所以不得不謹慎。PCB廠必須有一套針對廠內製廠必須有一套針對廠內製程上的特性而編輯的規範除了改善產品良率以及提昇程上的特性而編輯的規範除了改善產品良率以及提昇生產力外，也可做為和生產力外，也可做為和PCB線路線路Lay-

34、out人員的溝通語人員的溝通語言言.2023-2-11C.ToolingC.Tooling 指指AOIAOI與電測與電測Net listNet list檔檔.AOIAOI由由CAD referenceCAD reference檔產生檔產生AOIAOI系統可接受的資料、且含容差，而電測系統可接受的資料、且含容差，而電測Net listNet list檔則用來製作檔則用來製作電測治具電測治具FixtureFixture。2.4 2.4 結語結語 頗多公司對於製前設計的工作重視的程度不若製程頗多公司對於製前設計的工作重視的程度不若製程,這個這個觀念一定要改觀念一定要改,因為隨著電子產品的演變因為隨著

35、電子產品的演變,PCBPCB製作的技術層次製作的技術層次愈困難愈困難,也愈須要和上游客戶做最密切的溝通也愈須要和上游客戶做最密切的溝通,現在已不是任何現在已不是任何一方把工作做好就表示組裝好的產品沒有問題一方把工作做好就表示組裝好的產品沒有問題,產品的使用環產品的使用環境境,材料的物材料的物,化性化性,線路線路Lay-outLay-out的電性的電性,PCBPCB的信賴性等的信賴性等,都都會影響產品的功能發揮會影響產品的功能發揮.所以不管軟體所以不管軟體,硬體硬體,功能設計上都有功能設計上都有很好的進展很好的進展,人的觀念也要有所突破才行人的觀念也要有所突破才行.2023-2-11 第三章第三

36、章.基板基板 印刷電路板是以銅箔基板（印刷電路板是以銅箔基板（Copper-clad Laminate Copper-clad Laminate 簡稱簡稱CCL CCL）做為原料而製造的電器或電子的重要機構元件做為原料而製造的電器或電子的重要機構元件,故從事電故從事電路板之上下游業者必須對基板有所瞭解路板之上下游業者必須對基板有所瞭解:有那些種類的基板有那些種類的基板,它它們是如何製造出來的們是如何製造出來的,使用於何種產品使用於何種產品,它們各有那些優劣點它們各有那些優劣點,如此才能選擇適當的基板如此才能選擇適當的基板.表表3.13.1簡單列出不同基板的適用場合簡單列出不同基板的適用場合.基

37、板工業是一種材料的基礎工業，基板工業是一種材料的基礎工業，是由介電層（樹脂是由介電層（樹脂 Resin Resin，玻璃纖維玻璃纖維 Glass fiber Glass fiber），），及高純度的導體及高純度的導體(銅箔銅箔 Copper foil)Copper foil)二者所構成的複合材料（二者所構成的複合材料（Composite Composite materialmaterial），），其所牽涉的理論及實務不輸於電路板本身的製作。其所牽涉的理論及實務不輸於電路板本身的製作。以下即針對這二個主要組成做深入淺出的探討以下即針對這二個主要組成做深入淺出的探討.2023-2-113.13.1

38、介電層介電層 3.1.1 3.1.1樹脂樹脂 ResinResin 3.1.1.13.1.1.1前言前言 目前已使用於線路板之樹脂類別很多目前已使用於線路板之樹脂類別很多,如酚醛樹脂如酚醛樹脂（PhenolicPhenolic ）、）、環氧樹脂（環氧樹脂（Epoxy Epoxy）、）、聚亞醯胺樹脂聚亞醯胺樹脂（Polyimide Polyimide）、）、聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PolytetrafluorethylenePolytetrafluorethylene，簡稱簡稱PTFEPTFE或稱或稱TEFLONTEFLON），），B B一三氮一三氮 樹脂（樹脂（Bismaleimide Bis

39、maleimide Triazine Triazine 簡稱簡稱 BT BT）等皆為熱固型的樹脂（等皆為熱固型的樹脂（ThermosettedThermosetted Plastic ResinPlastic Resin）。）。3.1.1.2 3.1.1.2 酚醛樹脂酚醛樹脂 PhenolicPhenolic Resin Resin 是人類最早開發成功而又商業化的聚合物。是由液態的酚是人類最早開發成功而又商業化的聚合物。是由液態的酚（phenolphenol）及液態的甲醛（及液態的甲醛（Formaldehyde Formaldehyde 俗稱俗稱Formalin Formalin）兩種便宜的化

40、學品，兩種便宜的化學品，在酸性或鹼性的催化條件下發生立在酸性或鹼性的催化條件下發生立 體架橋（體架橋（CrosslinkageCrosslinkage ）的連續反應而硬化成為固態的合成的連續反應而硬化成為固態的合成材料。其反應化學式見圖材料。其反應化學式見圖3.1 3.1 2023-2-11 1910 1910 年有一家叫年有一家叫 Bakelite Bakelite 公司加入帆布纖維而做成一公司加入帆布纖維而做成一種堅硬強固，絕緣性又好的材料稱為種堅硬強固，絕緣性又好的材料稱為 BakeliteBakelite，俗名為電木板俗名為電木板或尿素板。或尿素板。美國電子製造業協會美國電子製造業協會

41、(NEMA-NEMA-NationlNationl Electrical Electrical Manufacturers Association)Manufacturers Association)將不同的組合冠以不同的編號將不同的組合冠以不同的編號代字而為業者所廣用代字而為業者所廣用,現將酚醛樹脂之各產品代字列表，如表現將酚醛樹脂之各產品代字列表，如表 NEMA NEMA 對於酚醛樹脂板的分類及代碼對於酚醛樹脂板的分類及代碼 表中紙質基板代字的第一個表中紙質基板代字的第一個 X X 是表示機械性用途，第二是表示機械性用途，第二個個 X X 是表示可用電性用途。是表示可用電性用途。第三個第三

42、個 X X 是表示可用有無線是表示可用有無線電波及高濕度的場所。電波及高濕度的場所。P P 表示需要加熱才能沖板子表示需要加熱才能沖板子（PunchablePunchable ），），否則材料會破裂，否則材料會破裂，C C 表示可以冷沖加工表示可以冷沖加工（cold cold punchablepunchable ），），FR FR 表示樹脂中加有不易著火的物表示樹脂中加有不易著火的物質使基板有難燃質使基板有難燃(Flame Flame RetardentRetardent)或抗燃或抗燃(Flame Flame resistance)resistance)性。性。2023-2-11 紙質板中最

43、暢銷的是紙質板中最暢銷的是XXXPCXXXPC及及FR-2FR-2前者在溫度前者在溫度25 25 以以上上,厚度在厚度在.062.062inin以下就可以沖製成型很方便，後者的組合與以下就可以沖製成型很方便，後者的組合與前完全相同，只是在樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。以前完全相同，只是在樹脂中加有三氧化二銻增加其難燃性。以下介紹幾個較常使用紙質基板及其特殊用途下介紹幾個較常使用紙質基板及其特殊用途:A A 常使用紙質基板常使用紙質基板 a.XPC Gradea.XPC Grade：通常應用在低電壓、低電流不會引起火源通常應用在低電壓、低電流不會引起火源的消費性電子產品，的消費性電子產品，如

44、玩具、手提收音機、電話機、計算機、如玩具、手提收音機、電話機、計算機、遙控器及鐘錶等等。遙控器及鐘錶等等。UL94UL94對對XPC Grade XPC Grade 要求只須達到要求只須達到HBHB難燃等難燃等級即可。級即可。b.FR-1 Gradeb.FR-1 Grade：電氣性、難燃性優於電氣性、難燃性優於XPC GradeXPC Grade，廣泛使廣泛使用於電流及電壓比用於電流及電壓比XPC GradeXPC Grade稍高的電器用品，如彩色電視機、稍高的電器用品，如彩色電視機、監視器、監視器、VTRVTR、家庭音響、洗衣機及吸塵器等等。家庭音響、洗衣機及吸塵器等等。UL94UL94要求

45、要求FR-FR-1 1難燃性有難燃性有V-0V-0、V-1V-1與與V-2V-2不同等級，不過由於三種等級板材價不同等級，不過由於三種等級板材價位差異不大，而且考慮安全起見，目前電器界幾乎全採用位差異不大，而且考慮安全起見，目前電器界幾乎全採用V-0V-0級板材。級板材。2023-2-11 c.c.FR-2 GradeFR-2 Grade：在與在與FR-1FR-1比較下，除電氣性能要求稍高外，比較下，除電氣性能要求稍高外，其他物性並沒有特別之處，近年來在紙質基板業者努力研究改其他物性並沒有特別之處，近年來在紙質基板業者努力研究改進進FR-1FR-1技術，技術，FR-1FR-1與與FR-2FR-

46、2的性質界線已漸模糊的性質界線已漸模糊,FR-2FR-2等級板材等級板材在不久將來可能會在偏高價格因素下被在不久將來可能會在偏高價格因素下被FR-1 FR-1 所取代。所取代。B.B.其他特殊用途：其他特殊用途：a.a.銅鍍通孔用紙質基板銅鍍通孔用紙質基板 主要目的是計劃取代部份物性要求並不高的主要目的是計劃取代部份物性要求並不高的FR-4FR-4板材，板材，以便降低以便降低PCBPCB的成的成 本本.b.b.銀貫孔用紙質基板銀貫孔用紙質基板 時下最流行取代部份物性要求並不很高的時下最流行取代部份物性要求並不很高的FR-4FR-4作通孔板作通孔板材，就是銀貫孔用材，就是銀貫孔用 紙質基板印刷電

47、路板兩面線路的導通，可紙質基板印刷電路板兩面線路的導通，可直接借由印刷方式將銀膠直接借由印刷方式將銀膠(Silver Paste)Silver Paste)塗佈於孔壁上，經塗佈於孔壁上，經由高溫硬化，即成為導通體，不像一般由高溫硬化，即成為導通體，不像一般FR-4FR-4板材的銅鍍通板材的銅鍍通 孔，孔，需經由活化、化學銅、電鍍銅、錫鉛等繁雜手續。需經由活化、化學銅、電鍍銅、錫鉛等繁雜手續。2023-2-11 b-1 b-1 基板材質基板材質 1)1)尺寸安定性：尺寸安定性：除要留意除要留意X X、Y Y軸軸(纖維方向與橫方向纖維方向與橫方向)外，更要注意外，更要注意Z Z軸軸(板板材厚度方向

48、材厚度方向)，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導體，因熱脹冷縮及加熱減量因素容易造成銀膠導體的斷裂。的斷裂。2)2)電氣與吸水性：電氣與吸水性：許多絕緣體在吸濕狀態下，降低了絕許多絕緣體在吸濕狀態下，降低了絕緣性，以致提供金屬在電位差趨動力下緣性，以致提供金屬在電位差趨動力下 發生移行的現象，發生移行的現象，FR-FR-4 4在尺寸安性、電氣性與吸水性方面都比在尺寸安性、電氣性與吸水性方面都比FR-1FR-1及及XPC XPC 佳，所以佳，所以生產銀貫孔印刷電路板時，要選用特製生產銀貫孔印刷電路板時，要選用特製FR-1FR-1及及XPCXPC的紙質基板的紙質基板.板材。板材。b.-2 b.

49、-2 導體材質導體材質 1)1)導體材質導體材質 銀及碳墨貫孔印刷電路的導電方式是利用銀銀及碳墨貫孔印刷電路的導電方式是利用銀及石墨微粒鑲嵌在聚合體內，及石墨微粒鑲嵌在聚合體內，藉由微粒的接觸來導電，而銅藉由微粒的接觸來導電，而銅鍍通孔印刷電路板，則是借由銅本身是連貫的鍍通孔印刷電路板，則是借由銅本身是連貫的 結晶體而產生結晶體而產生非常順暢的導電性。非常順暢的導電性。2023-2-11 2)2)延展性：延展性：銅鍍通孔上的銅是一種連續性的結晶體，有非常良好的延銅鍍通孔上的銅是一種連續性的結晶體，有非常良好的延展性，不會像銀、展性，不會像銀、碳墨膠在熱脹冷縮時，容易發生界面的分碳墨膠在熱脹冷縮

50、時，容易發生界面的分離而降低導電度。離而降低導電度。3)3)移行性：移行性：銀、銅都是金屬材質，容易發性氧化、還原作用造成銹化銀、銅都是金屬材質，容易發性氧化、還原作用造成銹化及移行現象，因及移行現象，因 電位差的不同，銀比銅在電位差趨動力下容電位差的不同，銀比銅在電位差趨動力下容易發生銀遷移易發生銀遷移(Silver Migration)Silver Migration)。2023-2-11 c.c.碳墨貫孔碳墨貫孔(Carbon Through Hole)Carbon Through Hole)用紙質基板用紙質基板.碳墨膠油墨中的石墨不具有像銀的移行特性，石墨所擔當碳墨膠油墨中的石墨不具有