PCB几乎存在于我们所有能见的电器中，它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。同时为自动锡焊提供阻焊图形；为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。PCB又分单层板和多层板，板数层级越多，对于PCB制造的要求越高。本文将探讨多层板之内层制作及注意事宜。

　　2、制作流程

　　依产品的不同现有三种流程

　　A. Print and Etch ：发料→对位孔→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜

　　B. Post-etch Punch ：发料→铜面处理→影像转移→蚀刻→剥膜→工具孔

　　C. Drill and Panel-plate ：发料→钻孔→通孔→电镀→影像转移→蚀刻→剥膜

　　2.1发料

　　发料就是依制前设计所规划的工作尺寸，依BOM来裁切基材，是一很单纯的步骤，但以下几点须注意：

　　A. 裁切方式-会影响下料尺寸 

　　B. 磨边与圆角的考量-影响影像转移良率制程

　　C. 方向要一致-即经向对经向，纬向对纬向

　　D. 下制程前的烘烤-尺寸安定性考量

　　2.2铜面处理 

　　在印刷电路板制程中，不管那一个step，铜面的清洁与粗化的效果，关系着下 一制程的成败，所以看似简单，其实里面的学问颇大。　　　　　　　　　　A.须要铜面处理的制程有以下几个

　　a. 干膜压膜 、b. 内层氧化处理前 、c. 钻孔后 、d. 化学铜前 、e. 镀铜前 、f. 绿漆前、g. 喷锡(或其它焊垫处理流程)前 、h. 金手指镀镍前

　　本节针对a. c. f. g. 等制程来探讨最好的处理方式(其余皆属制程自动化中的一部份，不必独立出来) 

　　B. 处理方法 现行铜面处理方式可分三种：

　　a. 刷磨法(Brush)、b. 喷砂法(Pumice)、c. 化学法(Microetch)

　　以下即做此三法的介绍

　　C. 刷磨法

　　a. 刷轮有效长度都需均匀使用到， 否则易造成刷轮表面高低不均 、b. 须做刷痕实验，以确定刷深及均匀性优点 

　　a. 成本低 、b. 制程简单，弹性缺点

　　a. 薄板细线路板不易进行 、b. 基材拉长，不适内层薄板、c. 刷痕深时易造成D/F附着不易而渗镀、d. 有残胶之潜在可能

　　以不同材质的细石(俗称pumice)为研磨材料优点：

　　a. 表面粗糙均匀程度较刷磨方式好、b. 尺寸安定性较好、c. 可用于薄板及细线缺点：

　　a. Pumice容易沾留板面、b. 机器维护不易

　　E. 化学法(微蚀法)

　　2.3影像转移

　　2.3.1印刷法

　　电路板自其起源到目前之高密度设计，一直都与丝网印刷(Silk Screen Printing)－或网版印刷有直接密切之关系，故称之为"印刷电路板"。目前除了最大量的应用在电路板之外，其它电子工业尚有厚膜(Thick Film)的混成电路(Hybrid Circuit)、芯片电阻(Chip Resist )、及表面黏装(Surface Mounting)之锡膏印刷等也都优有应用。由于近年电路板高密度，高精度的要求，印刷方法已无法达到规格需求，因此其应用范围渐缩，而干膜法已取代了大部分影像转移制作方式.下列是目前尚可以印刷法cover的制程： a. 单面板之线路，防焊 ( 大量产多使用自动印刷，以下同)、b.单面板之碳墨或银胶 c.双面板之线路，防焊 、d.湿膜印刷、e.内层大铜面、f.文字、g.可剥胶(Peelable ink) 。除此之外，印刷技术员培养困难，工资高.而干膜法成本逐渐降低因此也使两者消长明显.

　　A. 丝网印刷法(Screen Printing)简介

　　丝网印刷中几个重要基本原素：网材，网版，乳剂，曝光机，印刷机，刮刀，油墨，烤箱等，以下逐一简单介绍.

　　a. 网布材料

　　(1) 依材质不同可分丝绢(silk)，尼龙(nylon)，聚酯(Polyester，或称特多龙)，不锈钢，等.电路板常用者为后三者.

　　(2) 编织法：最常用也最好用的是单丝平织法 Plain Weave.

　　(3) 网目数(mesh)，网布厚度(thickness)，线径(diameter)，开口(opening)的关系

　　见表常用的不锈钢网布诸元素 开口：见图4.2所示

　　网目数：每inch或cm中的开口数

　　线径： 网布织丝的直径 网布

　　厚度：厚度规格有六，Slight(S)，Medium(M)，Thick(T)，Half heavy duty(H)，Heavy duty(HD)，Super heavy duty(SHD) %1

　　b.网版(Stencil)的种类

　　(1).直接网版(Direct Stencil)

　　将感光乳胶调配均匀直接涂布在网布上，烘干后连框共同放置在曝光设备台 面上并覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，经显像后即成为可印刷的网 版。通常乳胶涂布多少次，视印刷厚度而定.此法网版耐用，安定性高，用于大 量生产.但制作慢，且太厚时可能因厚薄不均而产生解像不良.

　　(2).间接网版(Indirect Stencil)

　　把感光版膜以曝光及显像方式自原始底片上把图形转移过来，然后把已有图 形的版膜贴在网面上，待冷风干燥后撕去透明之载体护膜，即成间接性网版。 其厚度均匀，分辨率好，制作快，多用于样品及小量产.

　　c. 油墨

　　油墨的分类有几种方式

　　(1).以组成份可分单液及双液型. 

　　(2).以烘烤方式可分蒸发干燥型、化学反应型及紫外线硬化型

　　(3).以用途可分抗蚀，抗镀，防焊，文字，导电，及塞孔油墨. 不同制程选用何种油墨，须视各厂相关制程种类来评估，如碱性蚀刻和酸性蚀刻选择之抗蚀油墨考虑方向就不一样.

　　d. 印刷作业

　　网版印刷目前有三种方式：手印、半自动印及全自动印刷. 手印机须要印刷熟 手操作，是最弹性与快速的选择，尤以样品制作.较小工厂及协力厂仍有不少采 手印. 半自动印则除loading/unloading以人工操作外，印刷动作由机器代劳，但 对位还是人工操作.也有所谓3/4机印，意指loading亦采自动，印好后人工放入 Rack中. 全自动印刷则是loading/unloading及对位，印刷作业都是自动.其对位 方式有靠边， pinning及ccd三种. 以下针对几个要素加以解说： 张力直接影响对位，因为印刷过程中对网布不断拉扯， 因此新网张力的要求非 常重要一.般张力测试量五点，即四角和中间。

　　(2) 刮刀Squeege

　　刮刀的选择考量有三，

　　第一是材料，常用者有聚氨酯类(Polyure-thane，简称PU)。

　　第二是刮刀的硬度，电路板多使用Shore A之硬度值60度－80度者.平坦基 板铜面上线路阻剂之印刷可用70－80度; 对已有线路起伏之板面上的印 绿漆及文字，则需用较软之60－70度。

　　第三点是刮刀的长度，须比图案的宽度每侧长出3/4－1吋左右。 刮刀在使用一段时间后其锐利的直角会变圆，与网布接触的面积增大， 就 无法印出边缘毕直的细条，需要将刮刀重新磨利才行，需且刮刀刃在线 不 可出现缺口，否则会造成印刷的缺陷。 ，

　　(3). 对位及试印

　　－此步骤主要是要将三个定位pin固定在印刷机台面上，调整网版及离板间隙(Off Contact Distance)( 指版膜到基板铜面的距离，应保持在2m/m－5m/m做为网布弹回的应有距离 )，然后覆墨试印.若有不准再做微调.

　　－若是自动印刷作业则是靠边， pinning及ccd等方式对位.因其产量大，适合 极大量的单一机种生产.

　　(4). 烘烤

　　不同制程会选择不同油墨， 烘烤条件也完全不一样，须follow厂商提供的 data sheet，再依厂内制程条件的差异而加以modify.一般因油墨组成不一， 烘烤方式有风干，UV，IR等．烤箱须注意换气循环，温控，时控等.

　　(5). 注意事项

　　不管是机印或手印皆要注意下列几个重点

　　－括刀行进的角度，包括与版面及ｘｙ平面的角度，

　　－须不须要回墨.

　　－固定片数要洗纸，避免阴影.

　　－待印板面要保持清洁

　　－每印刷固定片数要抽检一片依 check list 检验品质.

　　2.3.2干膜法

　　更详细制程解说请参读外层制作.本节就几个内层制作上应注意事项加以分析.

　　A. 一般压膜机(Laminator)对于0.1mm厚以上的薄板还不成问题，只是膜皱要多 注意 醞"

　　B. 曝光时注意真空度

　　C. 曝光机台的平坦度

　　D. 显影时Break point 维持50~70% ，温度30+_2，须 auto dosing.

　　2.4蚀刻

　　现业界用于蚀刻的化学药液种类，常见者有两种，一是酸性氯化铜(CaCl2)、 蚀刻液，一种是碱性氨水蚀刻液。

　　A．两种化学药液的比较，见表氨水蚀刻液& 氯化铜蚀刻液比较两种药液的选择，视影像转移制程中，Resist是抗电镀之用或抗蚀刻之用。在内层制程中D/F或油墨是作为抗蚀刻之用，因此大部份选择酸性蚀刻。外层制程中，若为传统负片流程，D/F仅是抗电镀，在蚀刻前会被剥除。其抗蚀刻层是钖铅合金或纯钖，故一定要用碱性蚀刻液，以免伤及抗蚀刻金属层。B．操作条件 见表为两种蚀刻液的操作条件 C. 设备及药液控制两种 Etchant 对大部份的金属都是具腐蚀性，所以蚀刻槽通常都用塑料，如 PVC (Poly Vinyl chloride)或PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金属是 钛 (Ti)。为了得到很好的蚀刻品质－最笔直的线路侧壁，(衡量标准为蚀刻因子 etching factor其定义见图4.3)，不同的理论有不同的观点，且可能相冲突。 但有一点却是不变的基本观念，那就是以最快速度的让欲蚀刻铜表面接触愈多 新鲜的蚀刻液。因为作用之蚀刻液Cu+浓度增高降低了蚀刻速度，须迅速补充 新液以维持速度。在做良好的设备设计规划之前，就必须先了解及分析蚀铜过 程的化学反应。本章为内层制作所以探讨酸性蚀刻，碱性蚀刻则于第十章再介 绍. a. CuCl2酸性蚀刻反应过程之分析铜可以三种氧化状态存在，原子形成Cu°， 蓝色离子的Cu++以及较不常见 的亚铜离子Cu+。金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解，见下面反应式（1）

　　Cu°+Cu++→2 Cu+ ------------- (1)

　　在酸性蚀刻的再生系统，就是将Cu+氧化成Cu++，因此使蚀刻液能将更多的 金属铜咬蚀掉。

　　以下是更详细的反应机构的说明。

　　b. 反应机构

　　直觉的联想，在氯化铜酸性蚀刻液中，Cu++ 及Cu+应是以CuCl2 及CuCl存 在才对，但事实非完全正确，两者事实上是以和HCl形成的一庞大错化物存 在的：

　　Cu + H2CuCl4 +2HCl →　2H2CuCl3 ------------- (2)

　　金属铜　　 铜离子　　　　　　 亚铜离子

　　其中H2CuCl4　实际是　CuCl2　+ 2HCl

　　2H2CuCl3　　实际是　CuCl　+ 2HCl

　　在反应式(2)中可知HCl是消耗品。即使(2)式已有些复杂，但它仍是以下两 个反应式的简式而已。

　　Cu+ H2CuCl4 →　2H2CuCl3 + CuCl (不溶) ---------- (3)

　　CuCl　+ 2HCl →　2H2CuCl3 (可溶) ---------- (4)

　　式中因产生CuCl沈淀，会阻止蚀刻反应继续发生，但因HCl的存在溶解 CuCl，维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品，而且 是蚀刻速度控制的重要化学品。虽然增加HCl的浓度往往可加快蚀刻速度，但亦可能发生下述的缺点。

　　1. 侧蚀 (undercut ) 增大，或者etching factor降低。

　　2. 若补充药液是使用氯化钠，则有可能产生氯气，对人体有害。

　　3. 有可能因此补充过多的氧化剂 (H2O2)，而攻击钛金属H2O2 。

　　c.自动监控添加系统. 目前使用CuCl2酸性蚀铜水平设备者，大半都装置Auto dosing设备，以维持 蚀铜速率，控制因子有五：1. 比重、2. HCl、3. H2O2 、4. 温度、5. 蚀刻速度

　　2.5剥膜

　　剥膜在pcb制程中，有两个step会使用，一是内层线路蚀刻后之D/F剥除，二 是外层线路蚀刻前D/F剥除(若外层制作为负片制程)D/F的剥除是一单纯简易 的制程，一般皆使用联机水平设备，其使用之化学药液多为NaOH或KOH浓 度在1~3%重量比。注意事项如下：

　　A. 硬化后之干膜在此溶液下部份溶解，部份剥成片状，为维持药液的效果及后水洗能彻底，过滤系统的效能非常重要.

　　B. 有些设备设计了轻刷或超音波搅拌来确保剥膜的彻底，尤其是在外层蚀刻后 的剥膜， 线路边被二次铜微微卡住的干膜必须被彻底剥下，以免影响线路 品质。所以也有在溶液中加入BCS帮助溶解，但有违环保，且对人体有 害。

　　C. 有文献指K(钾)会攻击锡，因此外层线路蚀刻前之剥膜液之选择须谨慎评估。剥膜液为碱性，因此水洗的彻底与否，非常重要，内层之剥膜后有加酸洗中和，也有防铜面氧化而做氧化处理者。

　　2.6对位系统

　　2.6.1传统方式

　　A. 四层板内层以三明治方式，将2.3层底片事先对准，黏贴于一压条上(和内层同厚)， 紧贴于曝光台面上，己压膜内层则放进二底片间，靠边即可进行曝光。

　　B. 内层先钻(6层以上)粗对位工具孔(含对位孔及方向孔，板内监测孔等)， 再以双面曝光方式进行内层线路之制作。两者的对位度好坏，影响成品良率极大，也是M/L对关键。 

　　2.6.2蚀后冲孔(post Etch Punch)方式 

　　A. Pin Lam理论

　　此方法的原理极为简单，内层预先冲出4个Slot孔，包括底片， prepreq都沿用此冲孔系统，此4个SLOT孔，相对两组，有一组不对称，可防止套反。每个SLOT孔当置放圆PIN后，因受温压会有变形时，仍能 自由的左右、上下伸展，但中心不变，故不会有应力产生。待冷却，压力释 放后，又回复原尺寸，是一颇佳的对位系统。

　　B. Mass Lam System

　　沿用上一观念Multiline发展出"蚀后冲孔"式的PPS系统，其作业重点如下：

　　1.透过CAM在工作底片长方向边缘处做两"光学靶点"(Optical Target)以及四 角落之pads见图4.6

　　2.将上、下底片仔细对准固定后，如三明治做法，做曝光、显影蚀刻， 剥膜等步骤。

　　3.蚀刻后已有两光学靶点的内层板，放进Optiline PE机器上，让CCD瞄准 该光学靶点，依各厂自行设定，冲出板边4个Slot孔或其它图形工具孔。

　　4.若是圆形工具孔、即当做铆钉孔，内层黑化后，即可以铆钉将内层及胶片铆合成册，再去进行无梢压板。

　　2.6.3各层间的对准度

　　A. 同心圆的观念

　　a. 利用辅助同心圆，可check内层上、下的对位度

　　b. 不同内层同心圆的偏位表示压合时候的Shift滑动

　　B. 设计原则

　　b.同心圆之设计，其间距为4mil，亦是各层间可容许的对位偏差，若超出同心圆以外，则此片可能不良。

　　c.因压合有Resin Cure过程故pattern必须有预先放大的设计才能符合最终产品尺寸需求。