Tài Liệu Cơ Bản Về Quy Trình Sản Xuất PCB

Mạch, hay bảng mạch PCB là viết tắt của một cụm từ Printed Circuit Board. PCB là một bảng mạch in gồm nhiều lớp và không dẫn điện được, trong đó tất cả linh kiện điện tử được kết nối với nhau trên bảng mạch và có đế đỡ ở phía dưới. Các thành phần và dây dẫn trong PCB được chứa trong một cấu trúc cơ khí, trong đó các linh kiện điện tử sẽ được kết nối với nhau trên cùng một bảng mạch.Khi chưa có PCB thì các linh kiện được nối với nhau bằng dây dẫn làm tăng độ phức tạp và độ tin cậy không cao, vì thế không thể tạo ra được một mạch lớn như bo mạch chủ. Bên trong mạch PCB thì các linh kiện điện tử sẽ được kết nối không thông qua các dây dẫn ngoài mà các đường dẫn sẽ được tích hợp ngay trên bề mặt của mạch, do đó sẽ giúp mạch được gọn gàng, giảm thiểu độ chồng chéo phức tạp mà gây ra những vấn đề không mong muốn.

Quá trình ăn mòn đồng hình thành đường mạch

Quá trình hình thành đường mạch theo phương pháp chụp sáng, Dry-film có tính cảm quang dính vào bề

Mặt bo bằng áp lực và nhiệt độ,

Sau khi dán màng và chụp sáng đường mạch được hình thành thông qua quá trình hiện ảnh & ăn mòn & bóc màng

Phân loại : I/L (Mạch trong ) , O/L (Mạch ngoài) , Conformal

Thiết bị tiêu biểu của công đoạn

Tiền xử lý (Pre-treatment) Dán màng (Laminating) Chụp sáng (Exposure) Ăn mòn (D.E.S)

Trình tự chi tiết quá trình hình thành đường mạch

Tiền xử lý (Pre-treatment) Dán màng (Dry-film Laminating) Chụp sáng(Exposure)

: Core(FR-4) : Base Copper : Cu plating : Dry-Film : Dry-Film (cứng lại) : Master Film

Để tăng độ sáng và bám dính của bề mặt đồng khi dán màng cần trải qua quá trình nhỏ như mài và ăn mòn nhẹ.

Soft Etching

Ăn mòn nhẹ

Rửa nước

Rửa axit

Rửa nước

Air Knife Giao gió Rửa

nước

Quá trình ép dính Dry-film lên bề mặt sản phẩm bằng con lăn gia nhiệt là quá trình chuẩn bị hình thành họa tiết

Giải thích chi tiết từng bước nhỏ trong công đoạn

∙ Pre-heating : Trước khi dán màng cần tăng nhiệt độ của bo bằng con lăn gia nhiệt

∙ Clean machine : Để loại trừ dị vật và bụi bẩn của bề mặt sản phẩm

∙ Laminating : Dùng nhiệt độ và áp lực để màng cảm quang dính lên bề mặt bo

∙ Làm mát : Làm mát bo sau khi dán màng bằng thanh lật bo để đảm bảo tính ổn định của màng

Cấu tạo của Dry-film

[ Configuration of Dry-film ]

[ Cấu hình của màng ]

Photosensitive materialMylar cover sheet(Polyester)

Separator sheet(Polyethylene)

▶ Roller Ép, Nhiệt độ : 110±10℃

▶ Roller Ép, Áp lực : 3~3.5kgf/cm2

(Trường hợp thấp) Giảm độ bám dính của màng

(Trường hợp cao) Phần viền thừa áp lực dẫn đến phần giữa bị

cong → Phát sinh lỗi bám đính của D/F

(Áp lực không đồng nhất) Phát sinh lỗi bám dính màng

▶ Làm mát : Điều kiên Clean room (Nhiệt độ : 21±2℃ & Độ ẩm:

50±5%)

Để nguôi bo khoảng trên 20 phút cho màng ổn định

L/A時 Separator sheet Được bóc raPhotosensitive material Phần được dính vào bo.(Mylar cover sheet Được bóc ra trước khi hiện ảnh.)

[ Nguyên lý tác động]

Film Dùng bảo vệ Roller Tiếp nhận

D/F Roller

Roller ÉpCutter

Quá trình dính ép màng cảm quang lên bề mặt bo bằng con lăn gia nhiệt là để chuẩn bị cho quá trình hình thànhmẫu ở bề mặt bo

Master film Inspection Kiểm tra film

Clean machine

Máy làm sạch Chụp sáng Exposure Làm mát

Giả thích chi tiết từng bước nhỏ trong công đoạn

∙ Master film inspection : Check xem có bất thường các Pin hole, Short,,Open, di vật ở phim không

∙ Clean machine : Loại bỏ dị vật dính trên bề mặt lớp D/F bảo vệ (Mylar Sheet) do tĩnh điện tạo ra từ L/A

∙ Exposure : Quá trình làm cứng D/F theo phần lựa chọn bằng tia UV

∙ Làm mát : Sau chúp sáng bằng tia UV cần để một thời gian cho D/F cứng lại

[ Configuration of Master-film]

Lớp Base(Polyester : Bị ảnh hưởng bởi điều kiện nhiệt độ, độ ẩm)Lớp bảo vệ (Gelatin, Halogen : Bị ảnh hưởng bởi điều kiện độ ẩm)

Lớp Packing(Gelatin, Phẩm màu : Bị ảnh hưởng bởi điều kiện nhiệt độ)

Bất thường điều kiện môi trường của phim

dùng chụp sáng tại Clean room

Khi di chuyển ra ngoài Clean room gây ra

sự rãn, nở do ảnh hưởng của thay đổi nhiệt

độ, độ ẩm

Từ Clean room chuyển ra ngoài nhấtđịnh cần sử dụng túi bảo vệ

Cấu tạo của Master-film

Tác động khác đến sự thay đổi độ ẩm, nhiệt độ của Film: Nhệt độ tăng↑- Film nở ra, Nhiệt độ giảm↓-Film co lại

Độ ẩm tăng↑- Film nở ra, Độ ẩm giảm↓- Film co lạiDuy trì môi trường bảo quản của Film: Nhiệt độ : 21±2℃, Độ ẩm : 50±5%

Film type : Negative film(Âm hóa) – Phần hình thành đường mạch_White(Imaging)

Film type : Positive film(Dương hóa) – Phần hình thành đường mạch_Black(PSR)

Quá trình hình thành đường mạch theo tiêu chuẩn: phần không cứng lại của D/F(Phần không chụp sáng) bị loại bỏtan chảy bằng hóa chất ăn mòn, Phần cứng lại (phần chụp sáng) là phần D/F còn lại (Phần đường mạch)

Strip Mylar cover sheet Bóc màng

Developing Hiện ảnh

Kiểm tra hiện ảnh

Giải thích chi tiết từng bước nhỏ trong công đoạn

∙ Strip Mylar cover sheet : Là quá trình bóc bỏ lớp màng bảo vệ không được cứng lại của D/F

∙ Developing : Là phương pháp ăn mòn phần D/F không được tia UV chiếu vào bằng chất hóa học (Na2CO3)

∙ Kiểm tra hiện ảnh : Là kiểm tra độ rộng đường mạch và ngắn mạch của đường mạch theo tiêu chuẩn (Kiểm traSample)

Break point : Thông thường điểm Break được mặc định khoảng 2/3 của khoang hiện ảnh, khi đó D/F trên Bo cóthể được làm sạch hết

Phần D/F được bóc màng sau đó qua hiện ảnh và vào khoang ăn mòn phần lá đồng không cần thiết bị ăn mònbằng dung dịch hóa chất ăn mòn, phần D/F còn sót lại sẽ được bóc đi khi vào khoang bóc màng đó là quá trìnhhình thành đường mạch

Etching

Ăn mòn

Strip

Giải thích chi tiết từng bước nhỏ trong công đoạn

∙ Etching : Là sử dùng phương pháp hóa học(FeCL3) để loại bỏ phần lá đồng không cần thiết để tạo nên đườngmạch

∙ Strip : Sau quá trình hình thành đường mạch phần D/F còn sót lại được loại bỏ bằng phương pháp hóa học(NaOH)

∙ Xử lý axit : Dùng axit Sulfuric để loại bỏ phần ôxi hóa và màng còn sót lại

∙ Rửa /Sấy : Loại bỏ các thành phần axit, dị vật của bề mặt bo / phòng ngừa ôxi hóa

Clean room là gì?

Các hạt bụi lơ lửng trong không khí cần được làm sạch

ở mức độ cần thiết theo quy định, ngoài ra việc cung cấp các

vật liệu, hóa chất, nước Cần duy trì và quản lý tốt điều kiện

môi trường không gian sạch sẽ theo yêu cầu của các tiêu

chuẩn về nhiệt độ, độ ẩm, áp lực v.v

Ngoài ra còn những yêu cầu về các hạng mục quản lý : tốc độ

và tình trạng luồng khí trong phòng, khí có hại, rung lắc,

độ sáng trong phòng

3 nguyên tắc Clean room

① Quá trình sản xuất hàng cần ngăn ngừa phát sinh dị vật gây ô nhiễm của trong phòng sạch

② Ngăn chặn dị vật gây ô nhiễm từ bên ngoài vào

③ Nhanh chóng loại bỏ dị vật gây ô nhiễm

Clean room Standard ( Tiêu chuẩn phòng sạch )

Conventional etching line Line ăn mòn thông thường

Vacuum etching line Line ăn mòn chân không

Remarks Ghi chú

+ Ngăn chặn hình thành màngnước

 Khả năng hình thành Fine pattern ( Đường mạch đẹp )

Avg 4.1

Suction Máy hút

B

A

D

T

: Original Gerber pattern : CAM compensation(Artwork film)

Ăn mòn không hết phát sinh lỗi ngắn mạch (Phần khoảng cách hẹp )

Tiến hành điều chỉnh Mil đồng nhất

hàng loạt trên film Arwork

(Áp dụng cho Pattern, Pad và các Mil)

Tiến hành điều chỉnh tự động trên film Artwork

 Bảo đảm Space : Pattern & Pattern

Pattern & Pad

 Có khả năng ngăn chặn lỗi short do ăn mòn

 không hết

[ Áp dụng Dynamic compensation ]

DI (Direct Image) SAP (Semi additive process)

Thực hiện chụp sáng bằng Direct, Không có Maser-film Hình thành Fine pattern, Lựa chọn phương pháp mạ

[ Subtractive process ]

: Desmear  Electroless Cu plating

 Electrolytic Cu plating  Imaging  AOI

[ Semi additive process ]

: Desmear  Electroless Cu plating  D/F laminating

Sau khi hình thành đường mạch tiến hành kiểm tra phát hiện lỗi của đường mạch trên Bo bằng phương phápphản xạ ánh sáng để phát hiện các lỗi ( Open, Short, Thừa đồng, Thiếu đồng, Lỗ châm kim…)

Do đảm bảo chất lượng đường mạch của từng lớp rất khó khăn nên cần phải sử dụng thiết bị AOI để kiểm tra phát hiện, sửa chữa và kịp thời thông báo cho công đoạn sản xuất để ngăn chặn lỗi phát sinh tiếp

Thiết bị tiêu biểu của công đoạn

Là công đoạn sử dụng thiết bị AOI để phán định đường mạch (Pattern) được hình thành tại công đoạn tạo mạch

xem có lỗi bất thườn hay không? Thiết bị AOI: PCI, VRS, thống kê lỗi

Cleaning/

Thống kê lỗi

Giải thích chi tiết từng bước nhỏ trong công đoạn

∙ Cleaning sản phẩm & xác nhận P.G : Là thao tác loại bỏ dị vật trên bề mặt Bo để giảm số lượng lỗi dị vật khi kiểmtra AOI và xác nhận xem có Program của mã hàng kiểm tra

∙ Kiểm tra PCI : Khi đặt Bo lên bàn kiểm tra của máy PCI và bấm nút chạy thì bàn máy và nguồn sáng sẽ chạy tựđộng để tiến hành kiểm tra Khi đó, dựa vào các thuật toán để kiểm tra xem hình ảnh của Bo được kiểm tra có khác gì

so với hình ảnh mẫu hay không? Để tìm ra lỗi

∙ VRS(Verification Station) : Vì máy PCI không có khả năng phán định lỗi đã tìm được thực tế có đúng là lỗi hay không, nên cần máy riêng biệt là VRS để phán định

∙ Thống kê lỗi : Là việc thống kê sau khi đã qua kiểm tra máy VRS để phân ra hàng sửa chữa và hàng tốt

(Nguyên lý kiểm tra) Phương thức phản xạ ánh sáng: Dùng chùm ánh sáng trắng chiếu lên bề mặt PCB, Kiểm tra tiasáng phản xạ để phán định có lỗi hay không.

Thấu kính CCD Camera

Dữ liệu tương ứng đượ c kiểm tra qua CCD

Chuyển đổi sang dữ liệu số digital

↓

Là công đoạn tạo thêm lớp tiếp theo cho cho hàng sau khi tạo được đường mạch ở công đoạn tạo mach và qua kiểm tra AOI, tại 1st2ndLay-up , Hot Press sử dụng nguyên liệu phụ và tấm cách điện P.P ép cùng lớp trong để tạothành Bo có độ dày phù hợp

Thiết bị tiêu biểu của công đoạn

Tuần tự chi tiết công đoạn ép lớp

Core Prepreg

Tại công đoạn Ép lớp để tăng độ bám dính của bề mặt lá đồng và vật liệu cách điện trước khi ép (Hot Press) phải trải qua quá trình tiền sử lý(Oxide) để tạo độ nhám(Roughness) cho bề mặt đồng lớp trong bằng phương pháp hóa học.

Giải thích chi tiết từng bước nhỏ trong công đoạn

∙ Pre-dip Pre-dip có tác dụng không làm thay đổi nồng độ hóa chất khoang Oxide khi đi vào đồng thời tạo lớpmàng sơn trên bề mặt bo và có vai trò tạo quá trình oxi hóa đồng đều

∙ Oxide : Có tác dụng tạo độ nhám và hình thành lớp màng oxi hóa để tăng cường sự bám dính giữa bo lớptrong và vật liệu cách điện P.P Ngược lại nếu không qua quá trình sử lý Oxide để tạo độ nhám và phòng ngừa oxihóa sẽ không có hy vọng về sự gắn kết tốt giữa các vật liệu vậy nên cần sử lý Oxide

Lầ công đoạn xếp lớp Core lớp trong vào giữa Prepreg để chuẩn bị cho quá trình ghép tổ hợp

Thông thường hay sử dụng nhiều nhất là phương thức Bonding

Phương thức Rivet (Eye-let ) Phương thức Bonding Phương thức Mass

: Core Lớp trong

: Prepreg

Heater

Dùng nhiệt ấn vào phần Pepreg cho dính vào nhau

A B

Rivet

Dùng Rivet để cố định Core

và Pepreg

A B

Phân loại các phương thức 1st Lay-up

1st Lay-up Structure

Là công đoạn xếp tổ hợp lặp đi lặp lại giữa vật liệu hỗ trợ (Tấm Sus, giây da bò và Carrier plate) với lá đồng vàhàng đã qua 2ndlay-up để chuẩn bị cho quá trình đưa vào Press

Có vai trò di chuyển hàng từ lúc nghép đến tách tổ hợp

2 nd Lay-up

2nd Lay-up Structure

Là công đoạn chế tạo bo nhiều lớp, bằng cách gia nhiệt gia áp làm nóng chảy tấm P.P và cố hóa để tạo kết dính Core lớp trong với lá đồng

MEIKI Press (Phương thức gia nhiệt : Nhiệt độ dầu/

Phương thức gia áp : Áp lực dầu )

ADARA Press (Phương thức gia nhiệt : Nhiệt điện trở/

Bơm thủy lực

Vacuum PUMP Bơm chân khô ng

Phương thức gia nhiệt Chuyền dẫn bằng nhiệt độ dầu Nhiệt điện trở

Phương thức gia áp Phương thức gia áp bằng Xi-lanh áp lực dầu Phương thức gia áp Air Bag

Phương thức làm mát Sử dụng nước làm mát để kiểm soát nhiệt độ dầu Không có

Sản phẩm áp dụng - Thích hợp sản xuất số lượng nhỏ với nhiều loại hàng - Áp dụng cho các loại sản phẩm Ngoài trường hợp trên không thể sản xuất được - Độ dầy dưới 0.4t, trên 8 lớp, Prepreg 3Ply

- Thích hợp cho sản xuất số lượng lớn với ít loại hàng Vật liệu áp dụng Có khả năng áp dụng cho các loại vật liệu Không thể áp dụng cho vật liệu cứng hóa trên 215℃

Ưu, nhược điểm

- Có thể gia công đa dạng Working PNL Size -.Có khả năng áp dụng đa dạng các kết cấu của sản phẩm -.Có khả năng sản xuất hàng nhiều lớp

-.Thời gian làm mát ngắn (Thay đổi nhiệt độ nhanh có thể gây phát sinh lỗi) -.Năng xuất thấp

-.Dễ dàng điều tiết tốc độ tăng nhiệt độ -.Phương thức gia nhiệt tự nhiên (Hầu như không bị phát sinh lỗi khi thay đổi nhiệt độ đột ngột) -.Năng xuất cao

-.Cấu tạo của thiết bị đơn giản dễ vận hành và quản lý

-.Do không có dự báo tuổi thọ của Heater nên dễ dẫn đến mất an toàn như ( cháy, nổ …) nguy hiểm

Hàng sau khi Press xong được tách tổ hợp và khoan lỗ điểm gốc là lỗ dẫn hướng (Stack hole) sau đó cắt viền sạch

sẽ theo kích thước thông số kỹ thuật quy định

Gia công Stack hole Cắt viền

Đo độ dày/

Giải thích chi tiết từng bước nhỏ trong công đoạn

∙ Gia công Stack hole : Là quá trình gia công Guide hole để tiến hành Trimming và CNC drill Bảng mạch nhiềulớp, do lỗ dẫn hướng nằm ở phía trong sau khi ép lớp nên phải dùng máy X–Ray nhìn xuyên qua để nhận biết và

ra công

∙ Trimming : Là quá trình cắt phần lá đồng thừa ra ở viền và góc bo sau quá trình ép lớp, để phòng chống xước

∙ Đo độ dày : Đo độ dày tự động để đảm bảo chất lượng sản phẩm ( 9 Point/PNL )

∙ Khắc chữ : Tiến hành khắc chữ, số lên Bo để phân loại sản phẩm

∙ Rửa nước : Tiến hành rửa để loại bỏ dị vật ở viền và bề mặt Bo

Điểm trung tâm

Prepreg : Là vật được cố hóa bằng cách cho nhựa (Resin) như là Epoxy, Polyimide… thẩm thấu vào Glass Cloth có

vai trò của chất cách điện và vài trò của chất làm dính (Bonding) ở công đoạn ép lớp

∙ (Warp) : Hướng theo chiều dọc của Glass Wool ( Hướng Machine)

∙ (Fill) : Hướng theo phía mặt bên của Glass Wool ( Hướng Cross)

Đặc tính chủ yếu

∙ Resin Content (Lượng nhựa bao hàm): Bao hàm lượng Resin trong Prepreg được cấu thành bởi Glass Cloth và

Resin

∙ Volatile Content (Bao hàm lượng thành phần bay hơi): Lượng thành phần bay hơi có trong Prepreg

∙ Resin Flow (Tính chảy nhựa): Tính chảy nhựa khi Prepreg đã tan

∙ Gel Time (Thời gian cứng lại ): là thời gian cần để chuyển hóa Prepreg từ thể rắn sang thể lỏng hoặc từ thể

lỏng sang thể rắn

(Fill)

PP

Copper foil : Là lá đồng có vai trò tạo thành đường mạch và chuyền dẫn điện ( Thông thường là đồng nguyên chất trên 99,8% )

Đặc điểm chính

∙ Cấu tạo thông thường của bề mặt lá đồng gồm 2 mặt Shiny ( Mặt sáng ) và Matte ( Mặt tối )

∙ Trong trường hợp mặt Matte được tạo độ nhám (Roughness) thì khi ép lớp khả năng kết dính với Prereg sẽtăng lên

Mặt Shiny (Mặt bóng,sáng) Mặt Matte (Mặt mờ,xỉn)

 Trong sản xuất PCB, lá đồng được sử dụng cho việc chế tạo bản mạch đa lớp

Đó là các phần mạch điện lớp ngoài của bản mạch điện tử

 Có hai loại lá đồng là: RA và ED

Quy trình sản xuất lá đồng RA

Bọt khí ép lớp Ép lệch Độ dầy NG Nhăn ép lớp

Lỗi thường gặp

1) Bọt khí ép lớp

- Bọt khí phát sinh trong trường hợp nhựa(resin) tan chảy không đồng đều

- Khi độ chân không thấp hoặc áp lực ép thấp, thì 1 lượng nhỏ không khí (Micro air) bên trong vật cách

điện sẽ khó thoát hết ra ngoài là điều kiện để phát sinh bọt khí

- Trong trường hợp giấy da bò ( Book) không được đặt đúng vị trí, hơn nữa nếu Bo không được đặt vào chính giữaSUS thìsẽ phát sinh sai lệch áp lực nhận được trên các bề mặt của Bo, phần có áp lực thấp sẽ phát sinh bọt khí

- Do lỗ dẫn hướng sử dụng cho xếp Lay-up của Bo lớp trong bị vỡ làm cho vị trí của Bo lớp trong dịch chuyểndẫn đến phát sinh lỗi

- Trong lúc xếp Lay-up xếp nhầm mặt trước, sau của bo lớp trong và nhầm hướng phải, trái cung gây phat sinhlỗi

Lỗi thường gặp

4) Nhăn ép lớp

- Do lá đồng không được trải phẳng ra (co rúm và nhăn nhúm) dẫn đến phát sinh lỗi nhăn sau ép lớp

- Khi thiết kế đường mạch, những khu vực đường mạch nhỏ khi ép không nhận được đủ áp lực ép cần thiết nênlượng nhựa chảy đến ( Resin Flow) không đủ làm phát sinh lỗi nhăn Bo

- Nguyên vật liệu hút ẩm do điều kiện bảo quản không tốt cũng là nguyên nhân phát sinh

-.Trường hợp vẫn còn sót lại thành phần dầu và dị vật

- Trường hợp bị nhiễm dị vật khi thao tác Layup ( tóc , giấy, dị vật ) hoặc điều kiện ép không đảm bảo ( không đủhình thành ép, đang SX thì lỗi thiết bị, chân không, áp lực, nhiệt độ ) cũng là nguyên nhân gây phát sinh lỗi

Mục đích chinh của công đoạn khoan NC là dùng mũi khoan Drill Bit để tạo sự dẫn điện giữa lớp trong

và lớp ngoài cho bo PCB nhiều lớp.

Hình ảnh máy móc tiêu biểu

Tuần tự gia công chi tiết Drill

Mục đích chính của công đoạn là dùng dụng cụ cắt Drill Bit gia công lỗ, để tạo khả năng dẫn điện giữa lớp trong và lớp ngoài cua Bo PCB nhiều lớp.

Stacking Taping CNC Drill De-pinningTháo tổ hợp

Giải thích các bước nhỏ trong công đoạn

∙ Stacking : Đóng tổ hợp, xếp Bo nhiều lớp và Back-up Board (đệm gỗ ) thành các tổ hợp, theo số lượng trong phạm vi tiêu chuẩn để có thể gia công

∙ Taping : Dùng băng dính Tape để dính chặt miếng Entry Board (đệm nhôm ) lên mặt trên với những Bo đã Stacking Nếu không được dính chặt theo tuần tự Entry Board, Bo, Back-up Board sẽ gây ra lệch lỗ và gãy mủi khoan khi gia công.

∙ Gia công Drill CNC : Là bước đặt các Bo đã được Taping lên Table, và dùng Drill Bit để gia công lỗ.

∙ De-pinning : Là bước tháo tổ hợp các Bo đã được gia công xong.

Phân chia: Bo, Entry Board, Back-up Board và Stacking Pin