一、PCB印制電路中影響蝕刻液特性的因素

　　1 物理及化學方面

　　1）蝕刻液的濃度：應根據金屬腐蝕原理和銅箔的結構類型，通過試驗方法確定蝕刻液的濃度，它應有較大的選擇余地，也就是指工藝范圍較寬。

　　2）蝕刻液的化學成分的組成：蝕刻液的化學組分不同，其蝕刻速率就不相同，蝕刻系數也不同。如普遍使用的酸性氯化銅蝕刻液的蝕刻系數通常是&；堿性氯化銅蝕刻液系數可達3.5-4。而正處在開發階段的以硝酸為主的蝕刻液可以達到幾乎沒有側蝕問題，蝕刻后的導線側壁接近垂直。

　　3）溫度：溫度對蝕刻液特性的影響比較大，通常在化學反應過程中，溫度對加速溶液的流動性和減小蝕刻液的粘度，提高蝕刻速率起著很重要的作用。但溫度過高，也容易引起蝕刻液中一些化學成份揮發，造成蝕刻液中化學組份比例失調，同時溫度過高，可能會造成高聚物抗

　　蝕層的被破壞以及影響蝕刻設備的使用壽命。因此，蝕刻液溫度一般控制在一定的工藝范圍內。

　　4）采用的銅箔厚度：銅箔的厚度對電路圖形的導線密度有著重要影響。銅箔薄，蝕刻時間短，側蝕就很小；反之，側蝕就很大。所以，必須根據設計技術要求和電路圖形的導線密度及導線精度要求，來選擇銅箔厚度。同時銅的延伸率、表面結晶構造等，都會構成對蝕刻液特性的直接影響。

　　5）電路的幾何形狀：電路圖形導線在X方向和Y方向的分布位置如果不均衡，會直接影響蝕刻液在PCB板面上的流動速度。同樣如果在同PCB板面上的間隔窄的導線部位和間隔寬的導線部位狀態下，間隔寬的導線分布的部位，蝕刻就會過度。所以，這就要求設計者在電路設計時，就應首先了解工藝上的可行性，盡量做到整個PCB板面電路圖形均勻分布，導線的粗細程度應盡量相一致。特別是在制作多層印制電路板時，大面積銅箔作為接地層，對蝕刻的質量有著很大的影響，所以建議設計成網狀圖形為宜。

　　2 機械方面

　　1）設備的類型：設備的結構形式也是對蝕刻液特性的影響重要因素之一。初始階段采用浸入式槽內浸泡方法，蝕刻導線寬的印制電路板，精度要求不高，是可采用的設備結構形式。對于細導線、窄間距，精度高、密度高的印制電路板來說，浸入式的蝕刻設備結構已不適應，出現水平機械傳動結構形式的蝕刻設備并采用擺動噴咀裝置，使基板的銅表面印刷電路蝕刻更均勻，但水平式設備結構會造成PCB板面的過腐蝕現象，因而研制和開發了垂直噴淋技術。同時，蝕刻設備還必須具有防止薄的覆銅箔層壓板在蝕刻時容易卷繞在滾輪和傳送輪上而造成廢品的裝置，以及保證導線圖形表面金屬不被擦傷或劃傷。所以，在選擇蝕刻設備時要特別重視結構形式，能否達到蝕刻速率快、蝕刻均勻及蝕刻質量高的要求。下圖是酸性蝕刻機及堿性蝕刻機的外形圖。

　　2）噴淋技術方面：

　　1 噴淋形狀：目前通用的噴淋系統應具備的條件和結構形式，是在噴淋系統中采取連鎖的、圓錐體結構，所有的噴咀噴射出來的蝕刻液呈扇形而且相互交替，使所有傳送的印制電路板被蝕刻液全部覆蓋而且能均勻的流動。從工藝試驗結果表明：

　　·固定式的噴淋：平均蝕刻深度為0.20mm標準偏差為0.01mm。

　　·擺動式的噴淋：平均蝕刻深度為0.21mm標準偏差為0.004。

　　2 擺動方式：通過當前實際生產經驗證明，弧形擺動比較理想，能使蝕刻液達到整PCB板面，提高了蝕刻速率的一致性，對制作高密度細導線提供了可靠的保證。

　　3 距離：所謂距離是指噴咀到PCB板面的距離，也就是蝕刻液噴淋到基板表面的距離，這是非常重要的。當在考慮到噴咀到基板表面的距離的同時，還必須同噴淋的壓力結合在一起進行研究和設計，即要達到蝕刻的高質量還必須符合經濟性、適應性、可制造性、可維修性和可更換性。

　　4 壓力：在設計時要考慮到壓力對蝕刻液噴淋效果，對基板表面能否形成均勻的蝕刻液流動和蝕刻液的流動量的均衡性。所以，噴淋壓力過大或過小都會造成對蝕刻質量的影響。

　　3 流體力學方面

　　1）蝕刻液的表面張力：因為任何物體都有一定的表面積因此液體表面就好像有一層緊縮的薄膜，這層薄膜具有一股分子級的內向吸引力，使其有收縮的趨勢，為了維持這緊張的表面平衡，在表面周界上必須加一適當的和表面相切力才能使表面維持一定的面積，不再收縮，這種和表面相切的力叫表面張力。作用在表面上單位長度上的張力用符號σ表示。單位是達因/厘米。蝕刻液的表面張力大小對蝕刻速率和蝕刻質量的影響，與固體表面（指銅箔表面）潤濕程度有關。所謂潤濕就是液體在固體表面上的貼附現象稱之。也就是液體在固體表面上的形狀與接觸角（θ）大小有關。接觸角越大，固體表面的潤濕越差即親水性越差，要維持接觸角（θ）為最小銳角，就必須改變固體的表面性質。這就是說，液體表面張力越小，對固體表面的潤濕性能也就越好，但是如果固體表面被沾污，即使液體表面張力小，也不會改善固體表面潤濕程度。所以，要獲得最隹的蝕刻質量，就必須加強對基板銅箔表面的清潔處理，改善表面性質使與蝕刻液更好的處在潤濕狀態。要改善液體的表面張力，還需提高作業溫度，溫度越高，液體的表面張力就越小，與固體的貼附就更為理想，處理的效果就好。這是由于溫度升高引起物質的膨脹，增大了分子間的距離而使分子間的引力減小，所以隨著溶液的溫度升高，表面張力是逐漸減小的。為此，做到嚴格的控制工藝條件，就能夠更好的改善溶液與基板銅表面的接觸狀態。

　　2）粘度：蝕刻過程中，隨著銅的不斷溶解，蝕刻液的粘度就會增加，使蝕刻液在基板銅箔表面上流動性就差，直接影響蝕刻效果。要達到理想的蝕刻液的最佳狀態就要充分利用蝕刻機的功能，確保溶液的流動性。

　　二、PCB夾具設計與測試看法

　　一、客戶資料提供

　　1.為求資料處理時方便作業與減少困擾，并增加其正確之判斷性，客戶應提供完整且正確之資料如下：

　　1.1原始GERBER FILE。

　　1.2 排版CNC鉆孔資料。

　　1.3底片菲林或實物板（如能提供最佳）。

　　二、標準網路「測試程式」建立/測試中「標準板」確認

　　1.必須完全依據客戶所提供之原始GERBER FILE做資料處理方為正確之做法。（避免CAM處理錯誤造成檢測失效）

　　2.應根據工藝能力對測試點選取方式進行明確定義，如有特殊測試點設針與否之要求，應以書面方式明確告知夾具制作部門或外包廠商。在此建議客戶，除非本身相關之專業能力足夠且能正確判斷，否則最好不要任意要求「刪點」，如此有可能影響標準網路測試程式（NET LIST）正確性，發生短斷路漏測問題

　　3.不可避免測試夾具制作軟體亦有可能在設計上有盲點或不夠完整，或者人為的CAM處理錯誤以致無法做出完全正確之標準網路，這種情況可能必須采取‘網絡學習’的方法；在此建議客戶，PC板在實際測試前應確認是否為「標準板」，其方法為以傳統讀板比較與載入標準網路「測試程式」兩種方式相互比對，經此程序確認之「標準板」將較為安全可靠。

　　三、測試階段可能產生漏測、盲點/問題解決方式/看法

　　1.環狀孔破（斷路）：

　　1.1發生原因：

　　客戶只提供零件面（文字面）資料，只要求零件面測試，「獨立孔」甚至一般不要求設針測試，如果環狀孔破發生在焊錫面，即無法測出問題點。

　　1.2解決方式：

　　在資料處理階段，測試孔設點時，改為雙面測上下設針，包括獨立孔在內，即可有效防止問題發生。

　　2.小孔孔破（外層線路面未覆蓋防焊漆，有連接內層之導通孔）：

　　2.1發生原因：

　　（1）資料處理人員作業時疏忽并判斷錯誤，自行刪除測試點。

　　（2）客戶要求不設測試點。

　　2.2解決方式：

　　（1）現今多層板的線錄設計密度，層次愈來愈高、愈復雜化，外層線路上的小孔（包括獨立孔在內），多半與內層某一層有連接，其功能為設計上之測試點或信號導引孔原則上皆須設測試點，不應任意刪除之。

　　（2）除非客戶本身具專業能力及把握正確判斷，小孔不須設針，否則夾具外包制作時，最好不要要求刪點，以免不幸發生漏測而造成測試品質問題。

　　（3）建議客戶在制作測試夾具時，應同時做出明確的設針方式，以利於夾具部門或外包廠商作業，并避免不必要之錯誤產生。

　　3.回路斷線：

　　3.1三條線路三個點即構成一組回路。

　　3.2回路斷線問題在一般測試上稱為盲點，很難直接測出問題點所在，如果斷線只有一條，將無法測出其問題點；如果斷線有兩條時，則可測出其問題點。客戶如有要求不能有回路斷線發生，則在治具制作之資料處理時，凡是線路有經過之中間點（孔），都必須設測試點；Plot標出回路位置，在測試后以目視檢驗，以克服問題。

　　三、PCB板用倒裝芯片的組裝和裝配工藝流程介紹

　　一、PCB板用倒裝芯片的組裝工藝流程

　　在半導體后端組裝工廠中，現在有兩種模塊組裝方法。在兩次回流焊工藝中，先在單獨的SMT生產線上組裝SMT器件，該生產線由絲網印刷機、貼片機和第一個回流焊爐組成。然后再通過第二條生產線處理部分組裝的模塊，該生產線由PCB板用倒裝芯片貼片機和回流焊爐組成。底部填充工藝在專用底部填充生產線中完成，或與PCB板用倒裝芯片生產線結合完成。

　　二、PCB板用倒裝芯片的裝配工藝流程介紹

　　相對于其它的IC器件，如BGA、CSP等，PCB板用倒裝芯片裝配工藝有其特殊性，該工藝引入了助焊劑工藝和底部填充工藝。因為助焊劑殘留物（對可靠性的影響）及橋連的危險，將PCB板用倒裝芯片貼裝于錫膏上不是一種可采用的裝配方法。業內推出了無需清潔的助焊劑，芯片浸蘸助焊劑工藝成為廣泛使用的助焊技術。目前主要的替代方法是使用免洗助焊劑，將器件浸蘸在助焊劑薄膜里讓器件焊球蘸取一定量的助焊劑，再將器件貼裝在基板上，然后回流焊接；或者將助焊劑預先施加在基板上，再貼裝器件與回流焊接。助焊劑在回流之前起到固定器件的作用，回流過程中起到潤濕焊接表面增強可焊性的作用。

　　PCB板用倒裝芯片焊接完成后，需要在器件底部和基板之間填充一種膠（一般為環氧樹酯材料）。底部填充分為于“毛細流動原理”的流動性和非流動性（No-follow）底部填充。

　　上述PCB板用倒裝芯片組裝工藝是針對C4器件（器件焊凸材料為SnPb、SnAg、SnCu或SnAgCu）而言。另外一種工藝是利用各向異性導電膠（ACF）來裝配PCB板用倒裝芯片。預先在基板上施加異性導電膠，貼片頭用較高壓力將器件貼裝在基板上，同時對器件加熱，使導電膠固化。該工藝要求貼片機具有非常高的精度，同時貼片頭具有大壓力及加熱功能。對于非C4器件（其焊凸材料為Au或其它）的裝配，趨向采用此工藝。這里，我們主要討論C4工藝，下表列出的是PCB板用倒裝芯片植球（Bumping）和在基板上連接的幾種方式。

　　倒裝PCB板用倒裝芯片幾何尺寸可以用一個“小”字來形容：焊球直徑小（小到0.05mm），焊球間距小（小到0.1mm），外形尺寸小（1mm2）。要獲得滿意的裝配良率，給貼裝設備及其工藝帶來了挑戰，隨著焊球直徑的縮小，貼裝精度要求越來越高，目前12μm甚至10μm的精度越來越常見。貼片設備照像機圖形處理能力也十分關鍵，小的球徑小的球間距需要更高像素的像機來處理。

　　隨著時間推移，高性能芯片的尺寸不斷增大，焊凸（Solder Bump）數量不斷提高，基板變得越來越薄，為了提高產品可靠性底部填充成為必須。

　　四、如何在PCB設計中提高布線效率

　　現在市面上流行的EDA工具軟件很多，但這些PCB設計軟件除了使用的術語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異，如何用這些工具更好地實現PCB的設計呢？在開始布線之前對設計進行認真的分析以及對工具軟件進行認真的設置將使設計更加符合要求。下面是一般的設計過程和步驟。

　　1、確定PCB的層數

　　電路板尺寸和布線層數需要在設計初期確定。如果設計要求使用高密度球柵數組（BGA）組件，就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數。布線層的數量以及層疊（stack-up）方式會直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度，實現期望的設計效果。

　　多年來，人們總是認為電路板層數越少成本就越低，但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。近幾年來，多層板之間的成本差別已經大大減小。在開始設計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布，以避免在設計臨近結束時才發現有少量信號不符合已定義的規則以及空間要求，從而被迫添加新層。在設計之前認真的規劃將減少布線中很多的麻煩。

　　2、設計規則和限制

　　自動布線工具本身并不知道應該做些什幺。為完成布線任務，布線工具需要在正確的規則和限制條件下工作。不同的信號線有不同的布線要求，要對所有特殊要求的信號線進行分類，不同的設計分類也不一樣。每個信號類都應該有優先級，優先級越高，規則也越嚴格。規則涉及印制線寬度、過孔的最大數量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制，這些規則對布線工具的性能有很大影響。認真考慮設計要求是成功布線的重要一步。

　　3、組件的布局

　　為最優化裝配過程，可制造性設計（DFM）規則會對組件布局產生限制。如果裝配部門允許組件移動，可以對電路適當優化，更便于自動布線。所定義的規則和約束條件會影響布局設計。

　　在布局時需考慮布線路徑（routing channel）和過孔區域。這些路徑和區域對設計人員而言是顯而易見的，但自動布線工具一次只會考慮一個信號，通過設置布線約束條件以及設定可布信號線的層，可以使布線工具能像設計師所設想的那樣完成布線。

　　4、扇出設計

　　在扇出設計階段，要使自動布線工具能對組件引腳進行連接，表面貼裝器件的每一個引腳至少應有一個過孔，以便在需要更多的連接時，電路板能夠進行內層連接、在線測試（ICT）和電路再處理。

　　為了使自動布線工具效率最高，一定要盡可能使用最大的過孔尺寸和印制線，間隔設置為50mil較為理想。要采用使布線路徑數最大的過孔類型。進行扇出設計時，要考慮到電路在線測試問題。測試夾具可能很昂貴，而且通常是在即將投入全面生產時才會訂購，如果這時候才考慮添加節點以實現100%可測試性就太晚了。

　　經過慎重考慮和預測，電路在線測試的設計可在設計初期進行，在生產過程后期實現，根據布線路徑和電路在線測試來確定過孔扇出類型，電源和接地也會影響到布線和扇出設計。為降低濾波電容器連接線產生的感抗，過孔應盡可能靠近表面貼裝器件的引腳，必要時可采用手動布線，這可能會對原來設想的布線路徑產生影響，甚至可能會導致你重新考慮使用哪種過孔，因此必須考慮過孔和引腳感抗間的關系并設定過孔規格的優先級。

　　5、手動布線以及關鍵信號的處理

　　盡管本文主要論述自動布線問題，但手動布線在現在和將來都是印刷電路板設計的一個重要過程。采用手動布線有助于自動布線工具完成布線工作。無論關鍵信號的數量有多少，首先對這些信號進行布線，手動布線或結合自動布線工具均可。關鍵信號通常必須通過精心的電路設計才能達到期望的性能。布線完成后，再由有關的工程人員來對這些信號布線進行檢查，這個過程相對容易得多。檢查通過后，將這些線固定，然后開始對其余信號進行自動布線。

　　6、自動布線

　　對關鍵信號的布線需要考慮在布線時控制一些電參數，比如減小分布電感和EMC等，對于其它信號的布線也類似。所有的EDA廠商都會提供一種方法來控制這些參數。在了解自動布線工具有哪些輸入參數以及輸入參數對布線的影響后，自動布線的質量在一定程度上可以得到保證。

　　應該采用通用規則來對信號進行自動布線。通過設置限制條件和禁止布線區來限定給定信號所使用的層以及所用到的過孔數量，布線工具就能按照工程師的設計思想來自動布線。如果對自動布線工具所用的層和所布過孔的數量不加限制，自動布線時將會使用到每一層，而且將會產生很多過孔。

　　在設置好約束條件和應用所創建的規則后，自動布線將會達到與預期相近的結果，當然可能還需要進行一些整理工作，同時還需要確保其它信號和網絡布線的空間。在一部分設計完成以后，將其固定下來，以防止受到后邊布線過程的影響。

　　采用相同的步驟對其余信號進行布線。布線次數取決于電路的復雜性和你所定義的通用規則的多少。每完成一類信號后，其余網絡布線的約束條件就會減少。但隨之而來的是很多信號布線需要手動干預。現在的自動布線工具功能非常強大，通常可完成100%的布線。但是當自動布線工具未完成全部信號布線時，就需對余下的信號進行手動布線。

　　7、PCB自動布線的設計要點包括：

　　7.1 略微改變設置，試用多種路徑布線;

　　7.2 保持基本規則不變，試用不同的布線層、不同的印制線和間隔寬度以及不同線寬、不同類型的過孔如盲孔、埋孔等，觀察這些因素對設計結果有何影響;

　　7.3 讓布線工具對那些默認的網絡根據需要進行處理;

　　7.4 信號越不重要，自動布線工具對其布線的自由度就越大。

　　8、PCB布線的整理

　　如果你所使用的EDA工具軟件能夠列出信號的布線長度，檢查這些數據，你可能會發現一些約束條件很少的信號布線的長度很長。這個問題比較容易處理，通過手動編輯可以縮短信號布線長度和減少過孔數量。在整理過程中，你需要判斷出哪些布線合理，哪些布線不合理。同手動布線設計一樣，自動布線設計也能在檢查過程中進行整理和編輯。

　　9、電路板的外觀

　　以前的設計常常注意電路板的視覺效果，現在不一樣了。自動設計的電路板不比手動設計的美觀，但在電子特性上能滿足規定的要求，而且設計的完整性能得到保證。