线路板术语
电路板朮语 (超盛电路,技术为先,服务至上!)
第一章 线路设计及制前作业 - 电路板朮语及简字
Annular Ring 孔环--指绕接通孔壁外平贴在板面上的铜环而言。在内层板上此孔环常以十字桥与外面大地相连,且更常当成线路的端点或过站。在外层板上除了当成线路的过站之外,也可当成零件脚插焊用的焊垫。与此字同义的尚有 Pad(配圈)、 Land (独立点)等。
Artwork 底片--在电路板工业中,此字常指的是黑白底片而言。至于棕色的“偶氮片”(Diazo Film)则另用 Phototool 以名之。PCB 所用的底片可分为“原始底片”Master Artwork 以及翻照后的“工作底片”Working Artwork 等。
Basic Grid 基本方格--指电路板在设计时,其导体布局定位所着落的纵横格子。早期的格距为 100 mil,目前由于细线密线的盛行,基本格距已再缩小到 50 mil。
Blind Via Hole 盲导孔--指复杂的多层板中,部份导通孔因只需某几层之互连,故刻意不完全钻透,若其中有一孔口是连接在外层板的孔环上,这种如杯状死胡同的特殊孔,称之为“盲孔”(Blind Hole)。
Block Diagram 电路系统块图--将组装板及所需的各种零组件,在设计图上以正方或长方形的空框加以框出, 且用各种电性符号,对其各框的关系逐一联络,使组成有系统的架构图。
Bomb Sight 弹标--原指轰炸机投弹的瞄准幕。PCB 在底片制作时,为对准起见也在各角落设置这种上下两层对准用的靶标,其更精确之正式名称应叫做Photographers' Target。
Break-away panel 可断开板──指许多面积较小的电路板,为了在下游装配线上的插件、放件、焊接等作业的方便起见,在 PCB 制程中,特将之并合在一个大板上,以进行各种加工。完工时再以跳刀方式,在各独立小板之间进行局部切外形(Routing)断开,但却保留足够强度的数枚“连片”(Tie Bar 或Break-away Tab),且在连片与板边间再连钻几个小孔﹔或上下各切 V 形槽口,以利组装制程完毕后,还能将各板折断分开。这种小板子联合组装方式,将来会愈来愈多,IC卡即是一例。
Buried Via Hole 埋导孔──指多层板之局部导通孔,当其埋在多层板内部层间成为“内通孔”,且未与外层板“连通”者,称为埋导孔或简称埋孔。
Bus Bar 汇电杆──多指电镀槽上的阴极或阳极杆本身,或其连接之电缆而言。另在“制程中”的电路板,其金手指外缘接近板边处,原有一条连通用的导线(镀金操作时须被遮盖),再另以一小窄片(皆为节省金量故需尽量减小其面积)与各手指相连,此种导电用的联机亦称 Bus Bar。而在各单独手指与 Bus Bar 相连之小片则称Shooting Bar。在板子完成切外形时,二者都会一并切掉。
CAD计算机辅助设计──Computer Aided Design,是利用特殊软件及硬件,对电路板以数字化进行布局(Layout),并以光学绘图机将数字资料转制成原始底片。此种 CAD对电路板的制前工程,远比人工方式更为精确及方便。
Center-to-Center Spacing 中心间距──指板面上任何两导体其中心到中心的标示距离(Nominal Distance)而言。若连续排列的各导体,而各自宽度及间距又都相同时(如金手指的排列),则此“中心到中心的间距”又称为节距(Pitch)。
Clearance 余地、余隙、空环──指多层板之各内层上,若不欲其导体面与通孔之孔壁连通时,则可将通孔周围的铜箔蚀掉而形成空环,特称为“空环”。又外层板面上所印的绿漆与各孔环之间的距离也称为 Clearance 。不过由于目前板面线路密度愈渐提高,使得这种绿漆原有的余地也被紧逼到几近于无了。
Component Hole 零件孔──指板子上零件脚插装的通孔,这种脚孔的孔径平均在 40 mil 左右。现在SMT盛行之后,大孔径的插孔已逐渐减少,只剩下少数连接器的金针孔还需要插焊,其余多数 SMD 零件都已改采表面粘装了。
Component Side 组件面──早期在电路板全采通孔插装的时代,零件一定是要装在板子的正面,故又称其正面为“组件面”。板子的反面因只供波焊的锡波通过,故又称为“焊锡面”(Soldering Side) 。目前 SMT 的板类两面都要粘装零件,故已无所谓“组件面“或“焊锡面”了,只能称为正面或反面。通常正面会印有该电子机器的制造厂商名称,而电路板制造厂的 UL 代字与生产日期,则可加在板子的反面。
Conductor Spacing 导体间距──指电路板面的某一导体,自其边缘到另一最近导体的边缘,其间所涵盖绝缘底材面的跨距,即谓之导体间距,或俗称为间距。又,Conductor 是电路板上各种形式金属导体的泛称。
Contact Area 接触电阻--在电路板上是专指金手指与连接器之接触点,当电流通过时所呈现的电阻之谓。为了减少金属表面氧化物的生成,通常阳性的金手指部份,及连接器的阴性卡夹子皆需镀以金属,以抑抵其“接载电阻”的发生。其它电器品的插头挤入插座中,或导针与其接座间也都有接触电阻存在。
Corner Mark 板角标记--电路板底片上,常在四个角落处留下特殊的标记做为板子的实际边界。若将此等标记的内缘联机,即为完工板轮廓外围(Contour)的界线。
Counterboring 定深扩孔,埋头孔--电路板可用螺丝锁紧固定在机器中,这种匹配的非导通孔(NPTH),其孔口须做可容纳螺帽的“扩孔”,使整个螺丝能沉入埋入板面内,以减少在外表所造成的妨碍。
Crosshatching 十字交叉区--电路板面上某些大面积导体区,为了与板面及绿漆之间都得到更好的附着力起见,常将感部份铜面转掉,而留下多条纵横交叉的十字线,如网球拍的结构一样,如此将可化解掉大面积铜箔,因热膨胀而存在的浮离危机。其蚀刻所得十字图形称为 Crosshatch,而这种改善的做法则称为 Crosshatching。
Countersinking 锥型扩孔,喇叭孔--是另一种锁紧用的螺丝孔,多用在木工家俱上,较少出现精密电子工业中。
Crossection Area 截面积--电路板上线路截面积的大小,会直接影响其载流能力,故设计时即应首先列入见,常将感部份铜面转掉,而留下多条纵横交叉的十字线,如网球拍的结构一样,如此将可化解掉大面积铜箔,因热膨胀而存在的浮离危机。其蚀刻所得十字图形称为 Crosshatch,而这种改善的做法则称为 Crosshatching。
Current-Carrying Capability 载流能力--指板子上的导线,在指定的情况下能够连续通过最大的电流强度(安培),而尚不致引起电路板在电性及机械性质上的劣化 (Degradation),此最大电流的安培数,即为该线路的“载流能力”。
Datum Reference 基准参考--在 PCB 制造及检验的过程中,为了能将底片图形在板面上得以正确定位起见,特选定某一点、线,或孔面做为其图形的基准参考,称为 Datum Point,Datum Line,或称 Datum Level(Plane),亦称 Datum Hole。
Dummy Land 假焊垫--组装时为了牵就既有零件的高度,某些零件肚子下的板面需加以垫高,使点胶能拥有更好的接着力,一般可利用电路板的蚀刻技朮,刻意在该处留下不接脚不通电而只做垫高用的“假铜垫”,谓之 Dummy Land。不过有时板面上因设计不良,会出现大面积无铜层的底材面,分布着少许的通孔或线路。为了避免该等独立导体在镀铜时过度的电流集中,而发生各种缺失起见,也可增加一些无功能的假垫或假线,在电镀时分摊掉一些电流,让少许独立导体的电流密度不至太高,这些铜面亦称为 Dummy Conductors。
Edge Spacing板边空地──指由板边到距其“最近导体线路”之间的空地,此段空地的目的是在避免因导体太靠近板边,而可能与机器其它部份发生短路的问题,美国UL之安全认证,对此项目特别讲究。一般板材之白边分层等缺点不可渗入此“边地”宽度的一半。
Edge-Board contact板边金手指──是整片板子对外联络的出口,通常多设板边上下对称的两面上,可插接于所匹配的板边连接器中。
Fan Out Wiring/Fan in Wiring扇出布线/扇入布线──指QFP四周焊垫所引出的线路与通孔等导体,使焊妥零件能与电路板完成互连的工作。由于矩形焊垫排列非常紧密,故其对外联络必须利用矩垫方圈内或矩垫方圈外的空地,以扇形方式布线,谓之“扇出”或“扇入”。更轻薄短小的密集PCB,可在外层多安置一些焊垫以承接较多零件,而将互连所需的布线藏到下一层去。其不同层次间焊垫与引线的衔接,是以垫内的盲孔直接连通,无须再做扇出扇入式布线,目前许多高功能小型无线电话的手机板,即采此种新式的叠层与布线法。
Fiducial Mark 光学靶标,基准讯号──在板面上为了下游组装,方便其视觉辅助系统作业起见,常大型IC于板面组装位置各焊垫外缘的空地上,在其右上及左下各加一个三角的“光学靶标”,以协助放置机进行光学定位,便是一例。而PCB制程为了底片与板面在方位上的对准,也常加有两枚以上的基准记号。
Fillet内圆填角──指两平面或两直线,在其垂直交点处所补填的弧形物而言。在电路板中常指零件引脚之焊点,或板面T形或L形线路其交点等之内圆填补,以增强该处的机械强及电流流通的方便。
Film 底片──指已有线路图形的胶卷而言。通常厚度有7mil及4mil两种,其感光的药膜有黑白的卤化银,及棕色或其它颜色的偶氮化合物,此词亦称为Artwork。
Fine Line 细线──按目前的技朮水准,孔间四条线或平均线宽在5~6mil以下者,称为细线。
Fine Pitch密脚距,密线距,密垫距──凡脚距(Lead Pitch)等于或小于 0.635mm(25mil)者,称为密距。
Finger 手指(板边连续排列接点)──在电路板上为能使整片组装板的功能得以对外联络起见,可采用板边“阳式“的镀金连续接点,以插夹在另一系统”阴式“连续的承接器上,使能达到系统间相互连通的目的。Finger的正式名称是“Edge-Board Contact"。
Finishing 终饰、终修──指各种制成品在外观上的最后修饰或修整工作,使产品更具美观、保护,及质感的目的。Metal Finishing特指金属零件或制品,其外表上为加强防蚀功能及观而特别加做的处理层而言,如各种电镀层、阳极处理皮膜、有机物或无机物之涂装等,皆属之。
Form-to-List 布线说明清单──是一种指示各种布线体系的书面说明清单。
Gerber Date,Gerber File 格博档案--是美商 Gerber 公司专为电路板面线路图形与孔位,所发展一系列完整的软件档案。设计者或买板子的公司,可将某一料号的全部图形资料转变成 Gerber File(正式学名是“RS 274 格式”),经由Modem 直接传送到 PCB 制造者手中,然后从其自备的 CAM 中输出,再配合雷射绘图机(Laser Plotter)的运作下,而得到钻孔、测试、线路底片、绿漆底片…甚至下游组装等具体作业资料,使得 PCB制造者可立即从事打样或生产,节省许多沟通及等待的时间。此种电路板“制前工程”各种资料的计算机软件,目前全球业界中皆以 Gerber File为标准作业。此外尚有 IPC-D-350D 另一套软件的开发,但目前仍未见广用。
Grid 标准格--指电路板布线图形时的基本经纬方格而言,早期长宽格距各为 100 mil,那是以“集成电路”(IC)引脚的脚距为参考而定的,目前密集组装已使得此种Grid 再逼近到 50 mil 甚至 25 mil。座落在格子交点上则称为 On Grid。
Ground Plane Clearance 接地空环--“集成电路器”不管是传统 IC 或是 VLSI ,其接地脚或电压脚,与其接地层(GND)或接电压层(Vcc)的脚孔接通后,再以“一字桥”或“十字桥”与外面的大铜面进行互连。至于穿层而过完全不接大铜面的通孔,则必须取消任何桥梁而与外地隔绝。又为了避免因受热而变形起见,通孔与大铜面之间必须留出膨胀所需的伸缩空环(Clearance Ring,即图中之白环)。因而可从已知引脚所接连的层次,即可判断出到底是 GND 或 Vcc 了。一般通孔制作若各站管理不善的话,将会发生“粉红圈”,但此种粉红圈只应出现在空环(Clearance Ring)以内的孔环(Annular Ring)上,而不应该越过空环任凭其渗透到大地上,那样就太过份了。
Ground plane(or Earth Plane) 接地层--是属于多层板内层的一种板面,通常多层板的一层线路层,需要搭配一层大铜面的接地层,以当成众多零件公共回路的接地、遮蔽(Shielding) 、以及散热(Heatsinking)之用。以传统 TTL 逻辑双排脚的 IC 为例,从其正面(背面)观看时,以其一端之缺口记号朝上,其左边即为第一只脚(通常在第一脚旁的本体也会打上一个小凹陷或白点作为识别),按顺序数到该排的最后一脚即为“接地脚”。再按反时针方向数到另一排最后一脚,就是要接电压层(Power Plane)的引脚。
Hole Density 孔数密度--指板子在单位面积中所钻的孔数而言。
Indexing Hole 基准孔、参考孔--指电路板于制造中在板角或板边先行钻出某些工具孔,以当成其它影像转移、钻孔、或切外形,以及压合制程的基本参考点,称为 Indexing Hole。其它尚有 Indexing Edge、Slot、Notch 等类似朮语。
Inspection Overlay 套检底片--是采用半透明的线路阴片或阳片(如 Diazo之棕片、绿片或蓝片等),可用以套准在板面上做为对照目检的工具,此法可用于“首批试产品”(First Article)之目检用途。Key 钥槽,电键--前者在电路板上是指金手指区某一位置的开槽缺口,目的是为了与另一具阴性连接器得以匹配,在插接时不致弄反的一种防呆设计,称为 Keying Slot。后者是指有弹簧接点的密封触控式按键,可做为电讯的快速接通及跳开之用。
Land 孔环焊垫、表面(方型)焊垫--早期尚未推出 SMT 之前,传统零件以其脚插孔焊接时,其外层板面的孔环,除须做为导电互连之中继站(Terminal)外,尚可与引脚形成强固的锥形焊点。后来表面粘装盛行,所改采的板面方型焊垫亦称为 Land。此字似可译为“焊环”或“配圈”或“焊垫”,但若译成“兰岛”或“鸡眼”则未免太离谱了。
Landless Hole 无环通孔--指某些密集组装的板子,由于板面需布置许多线路及粘装零件的方型焊垫,所剩的空地已经很少。有时对已不再用于外层接线或插焊,如仅做为层间导电用的导孔(Via Hole)时,则可将其孔环去掉,而挪出更多的空间用以布线,此种只有内层孔环而无外层孔环的通孔,特称为 Landless Hole。
Laser Photogenerator(LPG),Laser Photoplotter 雷射曝光机--直接用雷射的单束平行光再配合计算机的操控,用以曝制生产 PCB 的原始底片(Master Artwork),以代替早期用手工制作的原始大型贴片(Tape-up),及再缩制而成的原始底片。此种原始底片的运送非常麻烦,一旦因温湿度发生变化,则会导致成品板尺寸的差异,精密板子的品质必将大受影响。如今已可自客户处直接取得磁盘资料,配合雷射之扫瞄曝光即可得到精良的底片,对电路板的生产及品质都大有助益。
Lay Out 布线、布局--指电路板在设计时,各层次中各零件的安排,以及导线的走向、通孔的位置等整体的布局称为 Lay Out。
Layer to Layer Spacing 层间距离--是指多层板两铜箔导体层之间的距离,或指绝缘介质的厚度而言。通常为了消除板面相邻线路所产生的噪声起见,其层次间距中的介质要愈薄愈好,使所感应产生的噪声得以导入接地层之中。但如何避免因介质太薄而引发的漏电,及保持必须的平坦度,则又是另两项不易克服的难题。
Master Drawing 主图--是指电路板制造上各种规格的主要参考,也记载板子各部尺寸及特殊的要求,即俗称的“蓝图”,是品检的重要依据。所谓一切都要“照图施工”,除非在授权者签字认可的进一步资料(或电报或传真等)中可更改主图外,主图的权威规定是不容回避的。其优先度(Priority)虽比订单及特别资料要低,但却比各种成文的“规范”(Specs)及习惯做法都要重要。
Metal Halide Lamp 金属卤素灯--碘是卤素中的一种,碘在高温下容易由固体直接“升华”成为气体。在以钨丝发光体的白炽灯泡内,若将碘充入其中,则在高温中会形成碘气。此种碘气能够捕捉已蒸发的钨原子而起化学反应,将令钨原子再重行沉落回聚到钨丝上,如此将可大幅减少钨丝的消耗,而增加灯泡的寿命。并且还可加强其电流效率而增强亮度。一般多用于汽车的前灯、摄影、制片与晒版感光等所需之光源。这种碘气白炽灯也是一种不连续光谱的光源,其能量多集中在紫外区的 410~430 nm 的光谱带中,如同汞气灯一样,也不能随意加以开关。但却可在不工作时改用较低的能量,维持暂时不灭的休工状态,以备下次再使用时,将可得到瞬间的立即反应。
Mil 英丝──是一种微小的长度单位,即千分之一英【0.001 in】之谓。电路板工业中常用以表达“厚度”。此字在机械业界原译为“英丝”或简称为“丝”,且亦行之有年,系最基本的行话。不过一些早期美商“安培电子”的PCB从业人员,不明就里也未加深究,竟将之与另一公制微长度单位的“条”(即10微米) 混为一谈。流传至今已使得大部份业界甚至下游组装业界,在二十年的以讹传讹下,早已根深蒂固积非成是即使想改正也很不容易了。最让人不解的是,连金手指镀金层厚度的微(m-in),也不分青红皂白一律称之为“条”,实乃莫名其妙之极。反而大陆的PCB界都还用法正确。此外若三个字母全大写成MIL时,则为“美军”Military的简写,常用于美军规范(如MIL -P-13949H,或MIL-P-55110D)与美军标准(如MIL-STD-202 等)之书面或口语中。
Minimum Electrical Spacing 电性间距下限,最窄电性间距──指两导体之间,在某一规定电压下,欲避免其间介质发生崩溃(Break down) ,或欲防止发生电晕(Corona)起见,其最起码应具有的距离谓之“下限间距”。
Mounting Hole 安装孔──为电路板上一种无导电功能的独立大孔,系将组装板锁牢在机体架构上而用的。这种做为机械用途的孔,称为“安装孔”。此词也指将较重的零件以螺丝锁在板子上用的机械孔而言。
Mounting Hole组装孔,机装孔──是用螺丝或其它金属扣件,将组装板锁牢固定在机器底座或外壳的工具孔,为直径 160mil左右的大孔。此种组装孔早期均采两面大型孔环与孔铜壁之PTH,后为防止孔壁在波焊中沾锡而影响螺丝穿过起见,新式设计特将大孔改成“非镀通孔”(在PTH之前予以遮盖或镀铜之后再钻二次孔) ,而于周围环宽上另做数个小型通孔以强化孔环在板面的固着强度。由于NPTH十分麻烦,近来SMT板上也有将大孔只改回PTH者,其两面孔环多半不相同,常将焊接面的大环取消而改成几个独立的小环,或改成马蹄形不完整的大环,或扩充面积成异形大铜面,兼做为接地之用。
Negative 负片,钻尖第一面外缘变窄──是指各种底片上(如黑白胶卷、棕色胶卷及玻璃底片等),导体线路的图案是以透明区呈现,而无导体之基材部份则呈现为暗区(即胶卷上的黑色或棕色部份) ,以阻止紫外光的透过。此种底片谓之负片。又,此字亦指钻头之钻尖,其两个第一面外缘因不当重磨而变窄的情形。
Non-Circular Land 非圆形孔环焊垫──早期电路板上的零件皆以通孔插装为主,在填孔焊锡后完成互连(Interconnection)的功能。某些体积较大或重量较重的零件,为使在板面上的焊接强度更好起见,刻意将其孔外之环形焊垫变大,以强化焊环的附着力,及形成较大的锥状焊点。此种大号的焊垫在单面板上尤为常见。
Pad Master圆垫底片──是早期客户供应的各原始底片之一种,指仅有“孔位”的黑白“正片”。其中每一个黑色圆垫中心都有小点留白,是做为“程序打带机”寻找准确孔位之用。该Pad Master完成孔位程序带制作之后,还要将每一圆垫中心的留白点,以人工方式予以涂黑再翻成负片,即成为绿漆底片。如今设计者已将板子上各种所需的“诸元与尺度”都做成Gerber File的磁盘,直接输入到CAM及雷射绘图机中,即可得到所需的底片,不但节省人力而且品质也大幅提升。附图即为新式Pad Master底片的一角,是两枚大型IC所接插座的孔位。
Pad焊垫,圆垫──此字在电路板最原始的意思,是指零件引脚在板子上的焊接基地。早期通孔插装时代,系表示外层板面上的孔环。1985年后的SMT时代,此字亦指板面上的方形焊垫。不过此字亦常被引伸到其它相关的方面,如内层板面上尚未钻孔成为孔环的各圆点或小圆盘,业界也通常叫做Pad﹔此字可与Land通用。
Panel制程板──是指在各站制程中所流通的待制板。其一片Panel中可能含有好几片“成品板“(Board)。此等”制程板“的大小,在每站中也不一定相同,如压合站之Panel板面可能很,大但为了适应钻孔机的每一钻轴作业起见,只好裁成一半或四分之一的Panel Size。当成品板的面积很小时,其每一Panel中则可排入多片的Board。通常Panel Size愈大则生产愈经济。
Pattern板面图形──常指电路板面的导体图形或非导体图形而言,当然对底片或蓝图上的线路图案,也可称为Pattern。
Photographic Film感光成像之底片──是指电路板上线路图案的原始载体,也就是俗称的“底片”(Art Work)。常用的有Mylar式胶卷及玻璃板之硬片。其遮光图案的薄膜材质,有黑色的卤化银(Silver halid)及棕色的偶氮化合物(Diazo)。前者几乎可挡住各种光线,后者只能挡住550nm以下的紫外光。而波长在550nm以上的可见光,对干膜已经不会发生感光作用,故其工作区可采用黄光照明,比起卤化银黑白底片只能在暗红光下作业,的确要方便得多了。
Photoplotter, Plotter光学绘图机──是以移动性多股单束光之曝光法,代替传统固定点状光源之瞬间全面性曝光法。在数字化及计算机辅助之设计下,PCB设计者可将原始之孔环、焊垫、布线及尺寸等精密资料,输入计算机在Gerber File系统下,收纳于一片磁盘之内。电路板生产者得到磁盘后,即可利用CAM及光学绘图机的运作而得到尺寸精准的底片,免于运送中造成底片的变形。由于普通光源式的Photoplotter缺点甚多,故已遭淘汰。现在业界已一律使用雷射光源做为绘图机。已成为商品者有平台式(Flat Bed)、内圆筒式(Inner drum)、外圆筒式(Outer Drum),及单独区域式等不同成像方式的机种。其等亦各有优缺点,是现代PCB厂必备的工具。也可用于其它感光成像的工作领域,如LCD、PCM等工业中。
Phototool底片──一般多指偶氮棕片(Diazo film),可在黄色照明下工作,比起只能在红光下工作的黑白卤化银底片要方便一些。
Pin接脚,插梢,插针──指电路板孔中所插装的镀锡零件脚,或镀金之插针等。可做为机械支持及导电互连用处,是早期电路板插孔组装的媒介物。其纵横之间距(Pitch)早期大多公定为100 mil,以做为电路板及各种零件制造的依据。
Pitch跨距,脚距,垫距,线距──Pitch纯粹是指板面两“单元”中心间之远近距离,PCB业美式表达常用mil pitch,即指两焊垫中心线间的跨距mil而言。 Pitch与Spacing不同,后者通常是指两导体间的“隔离板面”,是面积而非长度。
Plotting标绘──以机械方式将X、Y之众多坐标数据在平面坐标系统中,描绘成实际线路图的作业过程,便称为Plot或Plotting。目前底片的制作已放弃早期的徒手贴图(Tape up),而改用“光学绘图”方式完成底片,不但节省人力,而且品质更好。
Polarizing Slot偏槽──指板边金手指区的开槽,一般故意将开槽的位置放偏,以避免因左右对称而可能插反,此种为确保正确插接而加开的方向槽,亦称为Keying Slot。
Process Camera制程用照像机──是做底片(Artwork)放大、缩小,或从贴片(Tape up)直接照像而得到底片的专用相机。其组成有三大件直立于可移动的轨道上且彼此平行,即图中右端的原始贴片或母片架、镜头,以及左端待成像的子片架等。这是早期生产底片的方式,目前已进步到数字化,自客户取得的磁盘,经由计算机软件及电射绘图机的工作下,即可直接得到原始底片,已无须再用到照相机了。
Production Master生产底片──指1:1可直接用以生电路板的原寸底片而言,至于各项诸元的尺寸与公差,则须另列于主图上 (Master Drawing亦即蓝图)。
Reference Dimension参考尺度,参考尺寸──仅供参考资料用的尺度,因未设公差故不能当成正式施工及品检的根据。
Reference Edge参考边缘──指板边板角上某导体之一个边缘,可做为全板尺寸的量测参考用,有时也指某一特殊鉴别记号而言。
第二章 树脂化学、胶片 - 电路板朮语及简字
ABS树脂--
是由 Acrylonitrile-Butadine-Styrane(丙烯 -丁二烯-苯乙烯)所组成的三元混合树脂,其中丁二烯之橡皮部份能被铬酸所腐蚀而出现疏孔,可做为化学铜或化学镍的着落点,因而得以继续进行电镀。电路板上许多装配的零件,即采用 ABS 镀件。
A-Stage A阶段--
指胶片(Prepreg)制造过程中,其补强材料的玻纤布或棉纸,在通过胶水槽进行含浸工程时,该树脂之胶水(Varnish,也译为清漆水),尚处于单体且被溶剂稀释的状态,称为A-Stage。相对的当玻纤布或棉纸吸入胶水,又经热风及红外线干燥后,将使树指分子量增大为复体或寡聚物(Oligomer),再集附于补强材上形成胶片。此时的树脂状态称为B-Stage。当再继续加热软化,并进一步聚合成为最后高分子树脂时,则称为C-Stage。
Bonding Sheet(layer) 接合片,接着层──
指硬质多层板用以层压结合的“胶片”,或软板“表护层”与其板面间的接着层
B-Stage,B 阶段--
指热固型树脂的半聚合半硬化状态,如经 A-Stage 的环氧树脂含浸工程后,在胶片玻纤布上所附着的树脂,尚可再加温而软化者即属此类。Copolymer 共聚物--
是 CCL 铜箔基板外表所压覆的金属铜层。 PCB 工业所需的铜箔可由电镀方式(Electrodeposited),或以辗压方式(Rolled)所取得,前者可用在一般硬质电路板,后者则可用于软板上。
Coupling Agent 偶合剂--
电路板工业中是指玻纤布表面所涂布的一层“硅烷化合物”类,使在环氧树脂与玻纤结合之间,多了一层“搭桥钩连”的化学键,令二者间具有更强力的伸缩弹性及结合牢固性,一旦板材受到强热而产生差异甚大的膨胀时,偶合剂将可避免二者之分离。
Crosslinking,Crosslinkage 交联,架桥 --
由众多单体经其分子键的接合,而形成热固型 (Thermosetting)高分子聚合物(Polymer),其连接的过程称为“交联”。
C-Stage,C阶段──
一般基材板中,其等树脂均可分为A,B,C等三种硬化(亦称聚合或固化)阶段。以用量最多的环氧树脂为例,其供做含浸用的生胶水(Varnish)称为 A-Stage:含浸与半硬化而成之胶片 (Prepreq) 即为B-Stage﹔以多张半固化胶片与铜皮叠合成册,并于高温中再行压合成为基板。此种无法回头的全硬化树脂状态则称为 C-Stage。
D-glass D 玻璃--
是指用硼含量甚高的玻璃纤维,所制造出来的基板,使其介质常数可控制的更低。Dicyandiamide(Dicy) 双氰胺--
是一种环氧树脂聚合硬化所需的架桥剂,因其分子式中具有一级胺(-NH2)、二级胺(=NH),及三级胺(≡NH)等三个强力的活性反应基,是一种不可多得的优秀硬化剂,又名 Cyano-Guanidine 氰基胍。但因此物之吸水性很强,在板材中又有重新聚集“再结晶”的麻烦,故须研磨极细后才能掺在含浸的树脂中使用。Differential Scanning Calorimetry(DSC)微差扫瞄热卡分析法--
简单的说当物质受热时,在不同温度下其“热量”流入物质的速率(mcal/sec)将会有所差异。DSC 即为测量这种“热流速率”(或热量变化率)在不同温度下的微小变化。例如当一种商用环氧树脂被加热时,在不同温度下其“热流率”也不同,但快要到达“玻璃态转换温度”时,其每 ℃ 间的热流率会出现很大的变化,其曲线转折处斜率交点所对应横轴的温度,即为该树脂的 Tg,故可用 DSC 去测定 Tg。
DSC 的做法是将试样(S)与参考物(R)同时加热,因二者的“热容量”不同,故上升的温度也不同,但其间之差距 △T 却可维持不变。 不过将要到达 Tg 附近时,两者间的 △T 就会出现很大的变化, DSC 即可测出这种温差的变化。是一种改良式的“热差分析法”(DTA)。 DSC 除可测定聚合物的 Tg 外,尚可用以测出塑料类之比热、结晶度、硬化交联度,及纯度等,是一种重要的“热分析”仪器。
Dip Coating 浸涂法--
是一种简单便宜的表面涂装法,其皮膜的厚度,与涂液的粘度及涂布的速度有关,电路板基材所用的胶片 (Prepreg)就一直采用此法处理,除可在外表进行涂装外,亦能渗入玻纤布的空隙中,故又称为含浸 Impregnation。
E-glass电子级玻璃──
E-glass原为美商Owens-Corning Fiberglass Co.的商标,由于在电路板工业中使用已久,故已成为学朮上的名词。其组成中除了基本的硅与钙外,含钾钠之量极低,但却含有较多的硼及铝。其抗电王之绝缘性及加工性都不错,已大量使用于电路板的基材补强用途。其组成如下:
氧 化 硼 B2O3 5~10%
氧化钠/钾 Na2O/K2O 0~2%
氧 化 钙 CaO 16~25%
二氧化钛 TiO2 0~0.8%
氧 化 铝 A12O3 12~16%
氧 化 铁 Fe2O3 0.05~0.4%
二氧化硅 SiO2 52~56%
氟 素 F2 0~1.0%
Entry Resin 环氧树脂──
是一种用途极广的热固型(Thermosetting)高分子聚合物,一般可做为成型、封装、涂装、粘着等用途。在电路板业中,更是耗量最大的绝缘及粘结用途的树脂,可与玻纤布、玻纤席,及白牛皮纸等复合成为板材,且可容纳各种添加助剂,以达到难燃及高功能的目的,做为各级电路板材的基料。
Exotherm放热 (曲线)──
各种树脂在聚合硬化过程中,此词是随时间进行而出现热量散放的曲线而言。所放出热量最多的时机即该温度曲线之最高处。又 Exothermic Reaction-词是指放热式的化学反应。
Filament 纤丝──
是指各种织物最基本的单元,通常是由单丝经过旋扭集合成一束单股的绞(Strand ),或多股所捻成的纱(Yarn),再由“经纱”及“纬纱”织成所需要的布。通常Filament是指连续不断的长纤而言,定长短纤则多用Staple表达。
Fill 纬向──
指玻纤布或印刷用网布,其经纬交织中的纬纱方向,通常单位长度中纬纱的数目比经纱要少,故强度也较不足。此词另有同义字Weft。
Flame Resistant 耐燃性──
指电路板在其绝缘性板材的树脂中,为了要达到某种耐燃性等级(在UL94中共分HB、VO、V1及V2等四级),必须在树脂配方中刻意加入某些化学品,如溴、硅、氧化铝等(如FR-4中即加入20%以上的溴),使板材之性能可达到一定的耐燃性。通常耐燃性的FR-4在其基材(双面板)表面之经向(Warp)方面,会加印制造者的UL“红色标记”水印,以表示是耐燃的板材。而未加耐燃剂的G-10,则在经向只能加印“绿色”的水印标记。
此朮语尚有另一同义词“Flame Retardent难燃性”,但电路板正确的朮语中,从来没有防火材料(Fire resist)这种说法,那是外行者道听涂说不负责任的言词,不宜以讹传讹造成难辨真伪的说法。
Gel Time 胶化时间--
是指 B-stage中的树指,受到外来的热量后,由固体转变为流体,然后又慢慢聚合作用而再变为固体,其间软化“出现胶性”所总共经历的“秒数”,称为“胶化时间”。也就是在多层板压合过程中,可让流胶赶走空气,及填充补平内层线路的高低起伏,其所能利用的秒数,即为胶化时间在实用上的意义。这是半固化胶片Prepreg的一项重要特性。
Gelation Particle 胶凝点--
指 B-stage 胶片的树指中,出现透明状已先行聚合的树腊微粒而言。
Glass Fiber 玻纤--
是将高温的熔融玻璃浆从白金小口挤出而得到极细的长丝(Filament),称为玻纤丝。此玻丝可集合 200~400 支而捻成玻纱(Yarn),再由玻纱织成玻纤布,可用来当成胶片的补强材料。若将连续的长纤切断而成定长的短纤(Staple),以沉积处理而成厚度一定的板材称为玻纤席(Glass Mats)。Glass Transition Temperature,Tg 玻璃态转化温度--
聚合物会因温度的升降而造成其物性的变化。当其在常温时是一种结晶无定形态(Amorphous)脆硬的玻璃状物质,到达高温时将转变成为一种如同橡皮状的弹性体(Elastomer),这种由“玻璃态”明显转变成“橡皮态”的狭窄温度区域称为“玻璃态转化温度”,简写成 Tg但应读成“Ts of G”,以示其转变的温度并非只在某一温度点上。
Heat Cleaning 烧洁--
指已完成织布作业的玻璃布,需将其减少摩擦用途阶段性任务的浆料(Sizing)去掉,以便对玻璃布能做进一步“硅烷式”的“偶合处理”(Coupling Treatment 可增强玻纤布与树脂间的结合力),其除去浆料的方法,便是置于高温的焚炉内进行“烧洁”。
Impregnate含浸──
指基材板之补强材料(如玻纤布或绝缘纸),将其浸渍于 A-Stage之液态树脂,并强令树脂进入玻纤布的纱束中,且迫使空气被逐出,随后热硬化成为胶片之浸着处理,或称“含浸”。
Novolac 酯醛树脂──
单面板最常见的是酚醛树脂(Phenolic Resin),这是采用酚类(Phenol,C6H 5OH)与醛类(Formaldehyde)二者,经脱水缩合反应,而逐渐立体架桥而成的树脂。若其成品产物中酚多醛少,且系经酸性环境中催化反应者,则该树脂称Novolac(早期是一种商名,现已通用为学名了) 。反之,若在碱性环境中反应,其生成物中呈现酚少醛多者,则称为Resole 。后者多用于单面基材中。
Novolac 可用以与环氧树脂(Epoxy)进一步反应而成为共聚物,可增加 Epoxy 机械强度及尺寸安定性,令 FR-4 的性能可获某种程度的改善,称之为高功能树脂,通常其在环氧树脂中的添加量约占重量比的5 ~ 9% 之间。此环氧树脂结构的Bisphenol-A在加入Novolac后,会形成较多的交联(Crosslinking) ,而令Tg 得以提高,使在耐溶剂性、耐水性上也都较好。但却也是造成钻头的损伤及除胶渣(Smear Removal)的困难。
以下四式为一般在强碱催化下的 Resole 反应过程,其产品中醛的部份远多于酚,是目前单面纸基板的树脂主要成份:
酚醛树脂早在 1910 年即由一家叫 Bakelite 公司,加入帆布纤维而做成一种坚硬强固绝缘性又好的材料,称为 Bakelite ,中文译为“电木”,在工业界已用了很久,连字典都已收录为正式的单字。
第三章 铜泊、基材板及其规范 - 电路板朮语及简字
Aramid Fiber 聚醯胺纤维──
此聚醯胺纤维系杜邦公司所开发,商品名称为 Kevelar。其强度与轫性都非常好,可用做防弹衣、降落伞或鱼网之纤维材料,并能代替玻纤而用于电路板之基材。日本业者曾用以制成高功能树脂之胶片(TA-01)与基板 (TL-01),其等热胀系数(TCE)仅 6ppm/℃,Tg 194℃,在尺寸安定性上非常良好,有利于密距多脚SMD的焊接可靠度。
Base Material 基材--
指板材的树脂及补强材料部份,可当做为铜线路与导体的载体及绝缘材料。
Bulge 鼓起,凸出──
多指表面的薄层,受到内在局部性压力而向外鼓出,一般对铜皮的展性(Ductility)进行试验时,即使用加色的高压液体,对其施压而令铜皮凸起到破裂为止,称Bulge Test。
Butter Coat 外表树脂层──
指基板去掉铜皮之后,玻纤布外表的树脂层而言。
Catalyzed Board,Catalyzed Substrate(or Material) 催化板材──
是一种 CC-4(Copper Complexer #4)加成法制程所用的无铜箔板材,系由美国PCK 公司在 1964 年所推出的。其原理是将具有活性的化学品,均匀的混在板材树脂中,使“化学铜镀层”能直接在板材上生长。目前这种全加成法的电路板,以日本日立化成的产量最多,国内日立化成公司亦有生产。
Clad/Cladding 披覆──
是以薄层金属披覆在其它材料的外表,做为护面或其它功用,电路板上游的基板(Laminates)即采用铜箔在基材板上披覆,故正式学名应称为“铜箔披覆积层板 CCL”(Copper Claded Laminates),而大陆业者即称其为“覆铜板”。
Ceramics 陶瓷──
主要是由黏土(Clay)、长石(Feldspar)及砂(Sand)三者混合烧制而成的绝缘材料,其种类及用途都非常广泛,如插座、高压绝缘碍子,或新式的电路板材(如日本富士通的62层板)等,其耐热性良好、膨胀系数低、耐用性也不错。常用者有Alumina(三氧化二铝),Beryllia(铍土、氧化铍Be0)及氧化镁等多种单用或混合的材料。
Columnar Structure 柱状组织──
指电镀铜皮(E.D.Foil)在高速镀铜(1000 ASF以上)中所出现的结晶组织而言,此种铜层组织之物性甚差,各种机械性能也远不如正常速度镀铜(25 ASF)之无特定结晶组织的铜层,在热应力中亦容易发生断裂。
Coefficient of Thermal Expansion 热膨胀系数──
指各种物料在受热后,其每单位温度上升之间所发生的尺寸变化,一般缩写简称 CTE ,但也可称 TCE 。
Copper Foil 铜箔,铜皮--
是 CCL 铜箔基板外表所压覆的金属铜层。 PCB 工业所需的铜箔可由电镀方式(Electrodeposited),或以辗压方式(Rolled)所取得,前者可用在一般硬质电路板,后者则可用于软板上。
Composites,(CEM-1,CEM-3) 复合板材──
指基板底材是由玻纤布及纤玻席(零散短纤)所共同组成的,所用的树脂仍为环氧树脂。此种板材的两面外层,仍使用玻纤布所含浸的胶片(Prepreg)与铜箔压合,内部则用短纤席材含浸树脂而成Web(网片)。若其“席材”纤维仍为玻纤时,其板材称 CEM-3 (Composite Epoxy Material)﹔若席材为纸纤时,则称之为 CEM-1 。此为美国NEMA规范 LI 1-1989中所记载。
Copper-Invar-Copper(CIC)综合夹心板──
Invar是一种含镍40~50%、含铁50~60% 的合金,其热胀系数(CTE)很低,又不易生锈,故常用于卷尺或砝码等产品,电子工业中常用以制做 IC的脚架(Leed Frame)。与另一种铁钴镍合金Kovar齐名。将 Invar充做中层而于两表面再压贴上铜层,使形成厚度比例为20/60/20之综合金层板。此板之弹性模数很低,可做为某些高阶多层板的金属夹心 (Metal Core),以减少在 X、Y方向的膨胀,让各种SMD锡膏焊点更具可靠度。不过这种具有夹心的多层板其重量将很重,在Z方向的膨胀反不易控制,热胀过度时容易断孔(见左图)。此金属夹心板后来又有一种替代品“ 铜”(MoCu;70/30)板,重量较轻,热胀性亦低,但价格却较贵。
Core Material内层板材,核材──
指多层板之内层薄基板或一般基板,除去外覆铜箔后之树脂与补强材部份。
Dielectric Breakdown Voltage 介质崩溃电压--
由两导体及其间介质所组成的电场,当其电场强度超过该介质所能忍受的极限时(即两导体之电位差增大到了介质所能绝缘的极限),则将迫使通过介质中的电流突然增大,此种在高电压下造成绝缘失效的情形称为“介质崩溃”。而造成其崩溃的起码电压称为“介质崩溃电压 Dielectric Breakdown Voltage”,简称“溃电压”。
Dielectric Constant,ε,介质常数--
是指每“单位体积”的绝缘物质,在每一单位之“电位梯度”下所能储蓄“静电能量”(Electrostatic Energy)的多寡而言。此词尚另有同义字“透电率”(Permittivity日文称为诱电率),由字面上较易体会其中含义。当绝缘板材之“透电率”愈大(表示品质愈不好),而两逼近之导线中有电流工作时,就愈难到达彻底绝缘的效果,换言之就愈容易产生某种程度的漏电。故绝缘材料的“介质常数”(或透电率)要愈小愈好。目前各板材中以铁氟龙(PTFE),在 1 MHz频率下所测得介质常数的 2.5 为最好,FR-4 约为 4.7。
Dielectric Strength 介质强度--
指导体之间的介质,在各种高电压下仍能够维持正常绝缘功能,而尚不致出现“崩溃”,其所能维持的“最高电压”(Dielectric Withstand Voltage)称为“介质强度”。其实也就是前述“溃电压”的另一种说法而已。
Dielectric 介质--
是“介电物质”的简称,原指电容器两极板之间的绝缘物,现已泛指任何两导体之间的绝缘物质而言,如各种树脂与配合的棉纸,以及玻纤布等皆属之。
Double Treated Foil 双面处理铜箔--
指电镀铜箔除在毛面(Matte Side)上进行纯铜小瘤状及锌化处理,以增加附着力外,并于光面上(Drum Side)也进行此种瘤化处理,如此将可使多层板之内层铜面不必再做黑化处理,并使尺寸更为安定,附着力也更好。但成本却比一般单面处理者贵了很多。
Drum Side 铜箔光面--
电镀铜箔是在硫酸铜液中以高电流密度(约 1000 ASF),于不锈钢阴极轮(Drum)光滑的“钛质胴面”上镀出铜箔,经撕下后的铜箔会有面向镀液的粗糙毛面,及紧贴轮体的光滑胴面,后者即称为“Drum Side”。Ductility 展性--
在电路板工业中是指铜箔或电镀铜层的一种物理性质,是一种平面性的扩展能力,与延伸性(Elongation)合称“延展性”。一般铜层展性的测法,是在特定的设备上以液压方式由内向外发生推挤力量,令某一圆面铜箔向上鼓起突出,而测其破裂前的最高高度,即为其展性的数值。此种展性试验称为“Hydralic Buldge Test”液压鼓出试验。
Elongation 延伸性,延伸率──
常指金属在拉张力(Tension)下会变长,直到断裂发生前其已伸长的部份,所占原始长度之百分比,称为延伸性。
Flame Point自燃点──
在无外来之明焰下,指可燃物料在高温中瞬间引发同时自燃之最低温度。
Flammability Rate 燃性等级──
及指电路板板材之耐燃性的难燃性的程度。在按既定的试验步骤(如UL-94或NEMA的LI1-1988中的7.11所明定者)执行样板试验之后,其板材所能达到的何种规定等级而言。实用中此字的含意是指”耐燃性”等级。G-10--
这是出自 NEMA (National Electrical Manufacturers Association,为美国业界一民间组织)规范“LI 1-1989”1.7 节中的朮语,其最直接的定义是“由连续玻纤所织成的玻纤布,与环氧树脂粘结剂(Binder)所复合而成的材料”。对于其“板材”品质而言,该规范指出在室温中需具备良好的机械强度,且不论在干湿环境中,其电性强度都要很好。
G-10 与 FR-4在组成上都几手完全相同,其最大不同之处就是在环氧树脂配方中的“耐燃”(Flame Resist or Retardent)剂上。G-10 完全未加耐燃剂,而FR-4 则大约加入 20% 重量比的“溴”做为耐燃剂,以便能通过 LI-1-1989以及 UL-94 在 V-0 或 V-1级的要求。一般说来,所有的电路板客户几乎都对耐燃性很重视,故一律要求使用 FR-4板材。其实有得也有失,G-10 在介质常数及铜皮附着力上就比 FR-4 要好。但由于市场的需求关系,目前 G-10 几乎已经从业界消失了。
Flexural Strength 抗挠强度──
将电路板基材板,取其宽1,长2.5~6(按厚度而定)的样片,在其两端下方各置一支点,在其中央点连续施加压力,直到样片断裂为止。迫使其断裂的最低压力强度称为抗挠强度。此抗挠性强弱的表达,以板材之单位截面积中所能承受的力量,做为强度单位居要(Lb\in2)。抗挠强度是硬质基板材料之重要机械性质之一。此朮语又可称为Flexural Yield Strength挠屈强度,其试验条件如下:
标示 宽度 长度 支点 施力
厚度 () () 跨距 速度
() () (/分)
0.030or
0.031 1 2.5 0.625 0.025
0.060or
0.062 1 3 1 0.026
0.090or
0.093 1 3.5 1.5 0.040
0.120or
0.125 1 4 2 0.053
0.240or
0.250 0.5 6 4 0.106
HTE(High Temperature Elongation) 高温延伸性--
在电路板工业中,指电镀铜皮(ED Foil)在高温中所展现的延伸性。凡 0.5 oz或 1 oz 铜皮在 180℃中,其延伸性能达到 2.0% 及 3.0% 以上时,则可按IPC-CF-150E 归类为 HTE-Type E 之类级。Hydraulic Bulge Test 液压鼓起试验--
是对金属薄层所具展性(Ductility)的一种试验法。所谓展性是指在平面上 X及 Y 方向所同时扩展的性能 (另延伸性或延性 Elongation,则是指线性的延长而已) 。这种“液压鼓起试验”的做法是将待试的圆形金属薄皮,蒙在液体挤出口的试验头上,再于金属箔上另加一金属固定环,将金属箔夹牢在试验头上。试验时将液体由小口强力挤出,直接压迫到金属箔而迫其鼓起,直到破裂前所呈现的“高度值”,即为展性好坏的数据。
Hygroscopic 吸湿性--
指物质从空气中吸收水气的特性。
Invar 殷钢--
是由 63.8% 的铁,36% 的镍以及 0.2% 的碳所组成的合金,因其膨胀系数很低故又称尽“不胀钢”。在电子工业中可当做“绕线电阻器”中的电阻线。在电路板工业中,则可用于要求散热及尺寸安定性严格的高级板类,如具有“金属夹心层”( Metal Core ) 之复合板,其中之夹心层即由 Copper-Invar-Copper 等三层薄金属所粘合所组成的。Laminate Void 板材空洞﹔Lamination Void 压合空洞--
指完工的基板或多层板中,某些区域在树脂硬化后,尚残留有气泡未及时赶出板外,最后终于形成板材之空洞。此种空洞存在板材中,将会影响其结构强度及绝缘性。若此缺陷不幸恰好出现在钻孔的孔壁上时,则将形成无法镀满的破洞(Plating Void),容易在下游组装焊接时形成“吹孔”而影响焊锡性。又 Lamination Void 则常指多层压合时赶气不及所产生的 “空洞”。
Laminate(s) 基板、积层板--
是指用以制造电路板的基材板,简称基板。基板的构造是由树脂、玻纤布、玻纤席,或白牛皮纸所组成的胶片(Prepreg)做为粘合剂层。即将多张胶片与外覆铜箔先经叠合,再于高温高压中压合而成的复合板材。其正式学名称为铜箔基板CCL(Copper Claded Laminates)。
Loss Tangent (TanδDf) 损失正切──
本词之同义字另有:Loss Factor损失因素, Dissipation Factor散失因素或“消耗因素”,与介质损失Dielectric Loss等。
传输线(由讯号线、介质层及接地层所共组成)中的讯号线,可传播 (Propagate) 讯号(Signal or Pulse) 的能量(单位为分贝 dB) 。此种传播会多少透过周围介质而散失其能量到接地层中去,即所谓的Loss。其散失程度的大小就是该介质的“散失因素”。此词最简单的含意可说成介质之“导电度”或“漏电度”,其数值愈低则板材的品质愈好。一般专书与论文中对本朮语均含糊带过鲜有仔细说明,只有 MIL-STD-429C的 335词条中才有较深入的探讨。即:「所谓损失,是指绝缘板材“介质相角的余切(The Cotangent of Dielectric Phase Angle)”或“介质损角的正切” (The Power Factor is the Sine Dielectric Loss Angle) 」。在后续解说文字中段又加了一句:「由于功率因素是介质损角的正弦(The Power Factor is the Sine Dielectric Loss Angle),故当介质损角很小时,则散失因素将等于功率因素」,事实上这种解说反而更是丈二金刚摸不着头脑。以下为电磁学的观点申述于后:任何导体与绝缘体均不可能绝对完美,因而当其传导电流或传播讯号 (是一种电磁波)时,在功率上均会有所损失。
“讯号线”在传播高速讯号时,其邻近介质板材中的原子也将受到电场的影响而极化,出现电荷的移动 (即电流)而有“导电”(漏电)的迹象。但因其数值很小且又接近导体表面,于是很快就又回到导体,使得介质的“导电”几乎衰减为零。但终究会造成少许能量的损失。现另以数学上的“复数”观念说明如下:图中就复数观念,以横轴代表实部(ε*即表电能失之可回复部分 stored),以纵轴代表虚部 (ε" 即表电能失之不可回复部分 lost), δ角即损角 (Loss Angle),所谓“损失因素”或“消耗因素”,直接了当的说就是“导体中所传导的电能会向绝缘介质中漏失,其不可回复部分对可回复部份之比值,就是板材的损失因素”。此 ε"/ε* 比值又可改头换面如下,亦即:
ε"/ε*=Tanδ…… 表示介质的漏电程度
ε"/ε=Sinδ…… 表示导体的功率因素
当ε"极小时,则 Tanδ 将等于Sinδ
Major Weave Direction主要织向──
指纺织布品之经向 (Warp),也就是朝承载轴所卷入或放出的布长方向,亦称为机械方向。
Mat 席--
在电路皮工业中曾用于 CEM-3(Composite Epoxy Material)的复合材料,板材中间的 Glass Mat 即为席的一种,是一种玻璃短纤在不规则交叉搭接下而形成的“不织布”,再经环氧树脂的含浸后,即成为 CEM-3 之板材。
Matte Side 毛面--
在电路板工业中系指电镀铜箔(ED Foil) 之粗糙面。是在硫酸铜镀液中以高电流密度(1000 ASF 以上)及阴阳极近距离下(0.125 ),在其不锈钢大转胴的钛面上所镀出的铜层。其面对药水的铜面,从巨观下看似为无光泽的粗毛面,微观下却呈现众多锥状起伏不平的外表。为了增加铜箔与底材之间的固着力起见,这种粗糙铜面还需再做更进一步的瘤化后处理,例如镀锌(Tw Treatmant,呈灰色)或镀黄铜(Tc Treatment,呈深黄色),更呈现许多圆瘤叠罗汉状之外形(如上右图),统称为“Matte Side”。而 ED Foil 其密贴在转胴之另一面,则称为Shiny Side 光面或 Drum Side 胴面。
Minor Weave Direction次要织向──
是织布类其纬向(Fill)的另一说法,适常纬向纱数比经向要少。
Modulus of Elasticity 弹性系数──
在电路板工业中,是指基材板的相对性强韧度而言。当欲施加外力将基板试样予以压弯至某一程度时,其所需要的力量谓之“弹性系数”。通常此数值愈大时表示其材质愈脆。
Nominal Cured Thickness 标示厚度──
是指双面铜箔基板或多层板,当采用某种特定树脂及流量的胶片 (Prepreg),轻压合硬化后所呈现的平均厚度,用以当成参考者,称“标示厚度”。
Non-flammable 非燃性──
是指电路板之耐燃板材当其接近高温的火花(Spark)或燃着的火焰 (Flame)时,尚不致被点燃引起火苗,但并不表示其不具燃烧性(Combustible)。也就是说板材仍然在高温中会被缓缓燃烧,但却不会出现明亮的火苗火舌的情形。Paper Phenolic纸质酚醛树脂(板材)──
是单面板基材的种主成分。其中的白色牛皮纸称为Kraft Paper (Kraft在德文中是强固的意思),以此种纸材去吸收酚醛树脂成为半硬化的胶片,再将多张胶片压合在一起,便成为单面板的绝绿基材,通称为Paper Phenolic。Phenolic酚醛树脂──
是各电路板基材中用量最大的热固型(Thermosetted)树脂,除可供单面板的铜箔基板用途外,也可做为廉价的绝缘清漆。
酚醛树脂是由酚(Phenol)与甲醛(formalin)所缩合而成的。其所交联硬化而成的树脂有Resole及Novolac两种产品,前者多用于单面板的树脂基材。
Reinforcement补强物──
广义上是指任何对产品在机械力量方面能够加强的设施,皆可称为补强物。在电路板业的狭义上则专指基材板中的玻璃布、不织布,或白牛皮纸等,用以做为各类树脂的补强物及绝缘物。
Resin Coated Copper Foil背胶铜箔──
单面板的孔环焊垫因无孔铜壁做为补强,在波焊中除予应付铜箔与基板间,因膨胀系数不同而出现的分力外,还要支持零件的重量与振动,迫使其附着力必须比正常铜箔毛面的抓地力还要更强才行。因而还要在粗糙的棱线毛面上另外加铺一层强力的背胶,称为“背胶铜箔”。
近年来多层板不但孔小线细层次增加,而且厚度也愈来愈薄,于是乃有新式增层法 (Build Up Process) 的出现。背胶铜箔对此新制程极为方便,这种已有新意义的旧材料特称之为“RCC”。
Resin Rich Area树脂丰富区,多胶区──
为了避免铜箔毛面上粗糙瘤状的钉牙,与介质常数较高的玻纤布接触,而让密集线路间的漏电 (CAF,Conductive Anodic Filament)得以减少起见,业者刻意在铜箔的毛面上先行加涂一层背胶,以达上述之目的。这种背胶的成份与基材中的树脂完全相同,使得铜箔与玻纤布之间的胶层(俗称Butter Coat),比一般由胶片所提供者更厚,特称为Resin Rich Area。
Resin Starved Area树脂缺乏区,缺胶区──
指板中某些区域,其树脂含量不足,未能将补强玻纤布或牛皮纸完全含浸,以致出现局部缺乏树脂或玻纤布曝露的情形。或在压合作业时,由于胶流量过大,致其局部板内胶量不足,亦称为缺胶区。
Resistivity电阻系数,电阻率──
指各种物料在其单位体积内或单位面积上阻止电流通过的能力。亦即为电导系数或导电度(Conductivity)之倒数。
Substrate底材, 底板──
是一般通用的说法,在电路板工常中则专指无铜箔的基材板而言。
Tape Casting带状铸材──
是一种陶瓷混合电路板(Hybrid)其基材板之制造法,又称为 Slip Casting。
系采湿式浇涂而成型的长带状薄材,由陶瓷所研细与调制的液态泥膏(Slurry) ,经过一种精密控制的扁平出料口(Doctor Blade) ,挤涂于载体上成为带状湿材,经烘干后即得各种尺寸的原材(厚度5~25mil),经切割、冲孔与金属化之后即得双面板,也可将各薄层瓷板压合与烧结成为多层板。Teflon铁氟龙──
是杜邦公司一种碳氟树脂的板材,即聚四氟乙烯(PTFE Poly-Tetra-Fluoro-Ethylene) 类。此种树脂之介质常数甚低,在 1 MHz下测得仅 2.2 而已,即使再与介质性质不佳的玻纤布去组成板材 (如日本松下电工的R4737),尚可维持在2.67,仍远低于FR-4的4.5。
此种介质常数很低的板材,在超高频率(3GHz~30GHz)卫星微波通信中,其讯号传送所产生的损失及噪声等都将大为减少,是目前其它板材所无法取代的特点。不过 Teflon 板材之化性甚为迟钝,其孔壁极难活化。在进行PTH之前,必须要用到一种含金属钠的危险药品Tetra Etch,才能对Teflon孔壁进行粗化,方使得后来的化学铜层有足够的附着力,而能继续进行通孔的流程。
铁氟龙板材尚有其它缺点,如Tg很低 (19℃),膨胀系数太大(20 ppm/℃)等,故无法进行细线路的制作。幸好通信板对布线密度的要求,远逊于一般个人计算机的水准,故目前尚可使用。
Thermal Coefficient of Expansion(TCE) 热膨胀系数──
指各种物质每升高1℃所出现的膨胀情形,但以CTE的简写法较为正式。
Thermomechanical anyalysis(TMA)热机分析法──
是一种利用温度上升而体积发生变化时,测量其微小线性膨胀的分析方法。例如取少量的板材树脂粉末,即可利用TMA法分析其Tg点之所在。
Thermount聚醯胺短纤席材──
是杜邦所开发一种纤维的商品名称。该芳香族聚醯胺类(Poly Amide) 组成的有机纤维,通称为Aramide纤维,现有商品Kevelar、 Nomex及Thermount等三类,均已用于电子工业。
Kevelar是由长纤纺纱并织成布材者,可代替玻纤布含浸树脂做成板材,尺寸安定性极好。另在汽车工业中也可用做轮胎的补强纤维。其二为耐高温(220℃)质地较密的布材Nomex,可制做空军飞行衣或电性绝缘材料用途。
Thermount则为新开发的“不织纸材” (Nonwoven),重量较 FR-4轻约15%,其尺寸甚为稳定,有希望在微孔式MCM-L小板方面崭露头角。Thin Copper Foil薄铜箔──
铜箔基板表面上所压附(Clad)的铜皮,凡其厚度低于 0.7 mil [0.002 m/m 或0.5 oz]者即称为Thin Copper Foil。
Thin Core薄基板──
多层板的内层板是由“薄基板”所制作,这种如核心般的Thin Lminates,业界习惯称为 Thin Core,取其能表达多层板之内板结构,且有称呼简单之便。
UL Symbol“保险业试验所”标志──
U.L.是 Underwriters Laboratories,INC. 的缩写,这是美国保险业者,所共同出资组成的大型实验及试验机构。成立于1894年,现在美国各地设有五处试验中心,专对美国市场所销售的各种商品,在其“耐燃”及“安全”两方面把关。但UL对产品本身的品质好坏却从不涉入,很多业者在其广告资料中常加入“品质合乎UL标准”等字样,这是一项错误也是“半外行”者所闹的笑话。远东地区销美的产品,皆由UL在加州 Santa Clara的检验中心管辖。
以电路板及电子产品来说,若未取得UL的认可则几乎无法在美国市场亮相。UL一般业务有三种,即: (1)列名服务(Listing)﹔(2)分级服务(Classification)﹔(3)零组件认可服务(Recognition)。
通常在电路板焊锡面所加注板子本身的制造商标记(Logo),及向UL所申请的专用符记等,皆属第三类服务,其标志是以反形的R字再并入 U 字而成的记号。又UL对各种工业产品,皆有文字严谨的成文规范管理其耐燃性。与PCB有关的是:“ UL 94 ”(Test for Flammability燃性试验),与“ UL 796 ”(PCB印刷电路板与耐燃性)。
Voltage Breakdown(崩)溃电压──
是指板子在层与层之间,或板面线路之间的绝缘材料,要能够忍耐不断增大的电压,在一定秒数内不致造成绝缘的失效,其耐压的上限数值谓之“溃电压”。正式的朮语应为“介质可耐之电压”(Dielectric Withstanding Voltage)。其测试方法在美军规范MIL-P-55110D的4.8.7.2节中谈到,板材须能耐得住1000 VDC经30秒的考验。而商用规范 IPC-RB-276的 3.12.1节中也规定,Class 2的板级应耐得住 500 VDC经30秒的挑战﹔ Class 3板级也须耐得住1000 VDC历经 30秒的试炼。另外基板本身规范中也有“溃电压”的要求。
Volume resistivity体积电阻率──
也就是所谓的“比绝缘”(Specific Insulation)值,指在三维各1 cm的方块绝缘体上,自其两对面上所测得电阻值大小之谓也。按MIL-S-13949/4D(1993.8.16公布)中规定(实做按IPC-TM-650之 2.5.17.1节之规定):* 经湿气处理后,板材“体积电阻率”之下限为106 megohm-cm* 经高温(125℃)处理后,板材“体积电阻率”之下限为103 megohm-cm
Water Absorption吸水性──
指基板板材的“吸水性”,按MIL-S-13949/4D中规定,各种厚度的FR级板材 (即NEMA同级代字之 FR-4),其等吸水性之上限各为:
20 mil ~31 mil:0.8% max
32 mil ~62 mil:0.35% max
63 mil ~93 mil:0.25% max
94 mil ~125 mil:0.20% max
126 mil ~250 mil:0.13% max
所测试须按IPC-TM-650之 2.6.2.1法去进行﹔即试样为2见方,各种厚度的板材边缘须用400号砂纸磨平。试样应先在 105~110℃的烤箱中烘1小时,并于干燥器中冷却到室温后,精称得到“前重”(W1)。再浸于室温的水
中(23±1℃)24小时,出水后擦干又精称得“后重”(W2)。由其增量即可求得
对原板材吸水的百分比。板材的“吸水性”不可太大,以免造成在焊接高温中
的爆板,或造成板材玻纤束中迁移性的“漏电”,或“阳极性玻璃束之漏电”
(CAF Conductive Anodic Filament)等问题。
Watermark水印──
双面板之基板板材中 (Rigid Double Side﹔通常有 8层7628的玻纤布),在第四层玻纤布的“经向”上,须加印基板制造商的“标志”(Logo)。凡环氧树脂为耐燃性之FR-4者,则加印红色标志,不耐燃者则加印绿色标志,称为“水印”。故双面板可从板内的“标志”方向,判断板材的经纬方向。
Yield Point屈服点,降 (ㄒㄧㄤ杓) 伏点──
对板材施加拉力使产生弹性限度以外而出现永久性的拉伸变形,此种外来应力的大小,或板材抵抗变形的弹性极限,谓之屈服点。后者说法亦可以 Yield Strength“屈伏强度”做为表达。还可说成是弹性行为 ( Elastic Behavior ) 的结束或塑性行为 (Plastic Behavior)的开始,即两者之分界点。CEM Composite Epoxy Material ; 环氧树脂复合板材
FR-4双面基材板是由 8张 7628的玻纤布,经耐燃性环氧树脂含浸成胶片,再压合而成的常用板材。若将此种双面板材中间的 6张玻纤布改换成其它较便宜的复合材料,而仍保留上下两张玻纤布胶片时,则在品质及性能上相差大,但却可在成本上节省很多。目前按 NEMA LI 1-1988之规范,对此类 CEM 板材的规范只有两种,即CEM-1与 CEM-3。其中 CEM-1两外层与铜箔直接结合者,仍维持两张 7628玻纤布,而中层则是由“纤维素” (Cellulose)含浸环氧树脂形成整体性的“核材” (Core Material)。 CEM-3则除上下两张 7628 外,中层则为不织布状之短纤玻纤席,再含浸环氧树脂所成的核材。CIC Copper Invar Copper ; 铜箔层/铁镍合金层/铜箔层
是一种限制板材在X及Y方向的膨胀及散热的金属夹心层 (Metal Core)。CTE Coefficiency of Thermal Expansion ; 膨胀系数(亦做TCE)ED Foil Electro - Deposited Copper Foil ; 电镀铜箔
FR-4 Flame Resistant Laminates ; 耐燃性积层板材
FR-4是耐燃性积层板中最有名且用量也是最多的一种,其命名是出自NEMA规范LI101988中。所谓“FR-4”,是指由“玻纤布”为主干,含浸液态耐燃性“环氧树脂”做为结合剂而成胶片,再积层而成各种厚度的板材。其耐燃性至少要符合UL 94的 V-1等级。NEMA在“ LI 1-1988”中除了FR-4之外,耐燃性板材尚有: FR-1、FR-2、FR-3 (以上三种皆为纸质基板)及 FR-5 (环氧树脂) 。至于原有的FR-6板材现已取消(此板材原为Polyester树脂)。
HTE High Temperature Elongation ; 高温延伸性 (铜箔)
电镀铜箔在 180℃高温中进行延伸试验时,根据IPC-MF-150F之规格,凡厚度为 0.5 oz及1oz者,若其延伸率在 2% 以上时,均可称为THE铜箔。
RA Foil Rolled Annealed Copper Foil; 压延铜箔(用于软板)
UTC Ultra Thin Copper Foil ; 超薄铜皮(指厚度在0.5 oz以下者)
第四章 光化学、干膜、曝光及显影 - 电路板朮语及简字
Absorption 吸收,吸入--
指被吸收物会进入主体的内部,是一种化学式的吸入动作。如光化反应中的光能吸收,或板材与绿漆对溶剂的吸入等。另有一近似词 Adsorption 则是指吸附而言,只附着在主体的表面,是一种物理式的亲和吸附。
Actinic Light(or Intensity,or Radiation) 有效光--指用以完成光化反应各种光线中,其最有效波长范围的光而言。例如在360~420 nm 波长范围的光,对偶氮棕片、一般黑白底片及重铬酸盐感光膜等,其等反应均最快最彻底且功效最大,谓之有效光。
Acutance 解像锐利度--
是指各种由感光方式所得到的图像,其线条边缘的锐利情形 (Sharpness),此与解像度 Resolution 不同。后者是指在一定宽度距离中,可以清楚的显像(Develope)解出多少组“线对”而言(Line Pair,系指一条线路及一个空间的组合),一般俗称只说解出机条“线”而已。
Adhesion Promotor 附着力促进剂--
多指干膜中所添加的某些化学品,能促使其与铜面产生“化学键”,而促进其与底材间之附着力者皆谓之。
Binder 粘结剂--
各种积层板中的接着树脂部份,或干膜之阻剂中,所添加用以“成形”而不致太“散”的接着及形成剂类。
Blur Edge(Circle)模糊边带,模糊边圈──
多层板各内层孔环与孔位之间在做对准度检查时,可利用 X光透视法为之。由于X光之光源与其机组均非平行光之结构,故所得圆垫(Pad)之放大影像,其边缘之解像并不明锐清晰,称为 Blur Edge。
Break Point 出像点,显像点──
指制程中已有干膜贴附的“在制板”,于自动输送线显像室上下喷液中进行显像时,到达其完成冲刷而显现出清楚图形的“旅程点”,谓之“Break Point”。所经历过的冲刷路程,以占显像室长度的 50~75% 之间为宜,如此可使剩下旅途中的清水冲洗,更能加强清除残膜的效果。
Carbon Arc Lamp 碳弧灯──
早期电路板底片的翻制或版膜的生产时,为其曝光所用的光源之一,是在两端逼近的碳精棒之间,施加高电压而产生弧光的装置。
Clean Room 无尘室、洁净室──
是一个受到仔细管理及良好控制的房间,其温度、湿度、压力都可加以调节,且空气中的灰尘及臭气已予以排除,为半导体及细线电路板生产制造必须的环境。一般“洁净度”的表达,是以每“立方”的空气中,含有大于0.5μm以上的尘粒数目,做为分级的标准,又为节省成本起见,常只在工作台面上设置局部无尘的环境,以执行必须的工作,称 Clean Benches。
Collimated Light 平行光──
以感光法进行影像转移时,为减少底片与板面间,在图案上的变形走样起见,应采用平行光进行曝光制程。这种平行光是经由多次反射折射,而得到低热量且近似平行的光源,称为Collimated Light,为细线路制作必须的设备。由于垂直于板面的平行光,对板面或环境中的少许灰尘都非常敏感,常会忠实的表现在所晒出的影像上,造成许多额外的缺点,反不如一般散射或漫射光源能够自相互补而消弥,故采用平行光时,必须还要无尘室的配合才行。此时底片与待曝光的板面之间,已无需再做抽真空的密接(Close Contact),而可直接使用较轻松的 Soft Contact或Off Contact了。
Conformity吻合性,服贴性──
完成零件坏配的板子, 为使整片板子外形受到仔细的保护起见,再以绝缘性的涂料予以封护涂装,使有更好的信赖性。一般军用或较高层次的装配板,才会用到这种外形贴护层。
Declination Angle 斜射角--
由光源所直接射下的光线,或经各种折射反射过程后,再行射下的光线中,凡呈现不垂直射在受光面上,而与“垂直法线”呈某一斜角者(即图中之 a角)该斜角即称 Declination Angle。当此斜光打在干膜阻剂边缘所形成的“小孔相机”并经 Mylar 折光下,会出现另一“平行光”之半角(Collimation HalfAngle,CHA)。通常“细线路”曝光所讲究的“高平行度”的曝光机时,其所呈的“斜射角”应小于 1.5 度,其“平行半角”也须小于 1.5 度。
Definition 边缘逼真度--
在以感光法或印刷法进行图形或影像转移时,所得到的下一代图案,其线路或各导体的边缘,是否能出现齐直而又忠于原底片之外形,称为“边缘齐直性”或逼真度“Definition”。
Densitomer 透光度计--
是一种对黑白底片之透光度(Dmin)或遮光度(Dmax)进行测量之仪器,以检查该底片之劣化程度如何。其常用的品牌如 X-Rite 369 即是。
Developer 显像液,显影液,显像机--
用以冲洗掉未感光聚合的膜层,而留下已感光聚合的阻剂层图案,其所用的化学品溶液称为显像液,如干膜制程所用的碳酸钠(1%)溶液即是。Developing 显像,显影--
是指感光影像转移过程中,由母片翻制子片时称为显影。但对下一代像片或干膜图案的显现作业,则应称为“显像”。既然是由底片上的“影”转移成为板面的“像”,当然就应该称为“显像”,而不宜再续称底片阶段的“显影”,这是浅而易见的道理。然而业界积非成是习用已久,一时尚不易改正。日文则称此为“现像”。
Diazo Film 偶氮棕片--
是一种有棕色阻光膜的底片,为干膜影像转移时,在紫外光中专用的曝光用具(Phototool)。这种偶氮片即使在棕色的遮光区,也能在“可见光”中透视到底片下的板面情形,比黑白底片要方便的多。
Dry Film 干膜--
是一种做为电路板影像转移用的干性感光薄膜阻剂,另有 PE 及 PET 两层皮膜将之夹心保护。现场施工时可将 PE 的隔离层撕掉,让中间的感光阻剂膜压贴在板子的铜面上,在经过底片感光后即可再撕掉 PET 的表护膜,进行冲洗显像而形成线路图形的局部阻剂,进而可再执行蚀刻(内层)或电镀(外层)制程,最后在蚀铜及剥膜后,即得到有裸铜线路的板面。
Emulsion Side药膜面──
黑白底片或 Diazo 棕色底片,在 Mylar 透明片基 ( 常用者有 4 mil 与7 mil 两种)的一个表面上涂有极薄的感光乳胶(Emulsion) 层,做为影像转移的媒介工具。当从已有图案的母片要翻照出“光极性”相反的子片时,必须谨遵“药面贴药面” ( Emulsion to Emulsion ) 的基本原则,以消除因片基厚度而出现的折光,减少新生画面的变形走样。
Exposure 曝光──
利用紫外线(UV)的能量,使干膜或印墨中的光敏物质进行光化学反应,以达到选择性局部架桥硬化的效果,完成影像转移的目的称为曝光。
Foot 残足──
指干膜在显像之后部份刻意留下阻剂,其根部与铜面接触的死角处,在显像时不易冲洗干净而残留的余角(Fillet),称为Foot或Cove。当干膜太厚或曝光能量不足时,常会出现残足,将对线宽造成影响。
Halation环晕──
指曝光制程中接受光照之图案表面,其外缘常形成明暗之间的环晕。成因是光线穿过半透明之被照体而到达另一面,受反射折光回到正面来,即出现混沌不清的边缘地带。
Half Angle 半角--
此词的正式名称是 Collimation Half Angle“平行光半角”。 是指曝光机所射下的“斜光”,到达底片上影像图案的边缘,由此“边缘”所
产生“小孔照像机”效应,而将“斜光”扩展成“发散光”其扩张角度的一半,谓之“平行光半角”(CHA),简称“半角”。
Holding Time 停置时间--
当干膜在板子铜面上完成压膜动作后,需停置 15~30 分钟,使膜层与铜面之间产生更强的附着力﹔而经曝光后也要再停置 15~30 分钟,让已感光的部份膜体,继续进行完整的架桥聚合反应,以便耐得住显像液的冲洗,此二者皆谓之“停置时间”。
Illuminance 照度--
指照射到物体表面的总体“光能量”而言。
Image Transfer 影像转移,图像转移--
在电路板工业中是指将底片上的线路图形,以“直接光阻”的方式或“间接印刷”的方式转移到板面上,使板子成为零件的互连配线及组装的载体,而得以发挥功能。影像转移是电路板制程中重要的一站。
Laminator 压膜机--
当阻剂干膜或防焊干膜以热压方式贴附在板子铜面上时,所使用的加热辗压式压膜机,称之 Laminator。
Light Integrator 光能累积器、光能积分器--
是在某一时段内,对物体表面计算其总共所得到光能量的一种仪器。此仪器中含滤光器,可用以除去一般待测波长以外的光线。当此仪另与定时器配合后,可计算物体表面在定时中所接受到的总能量。一般干膜曝光机中都加装有这种“积分器”,使曝光作业更为准确。
Light Intensity 光强度--
单位时间内(秒)到达物体表面的光能量谓之“光强度”。其单位为 Watt/cm2,连续一时段中所累计者即为总计光能量,其单位为 Joule(Watt?Sec)。Luminance 发光强度,耀度--
指由发光物体表面所发出或某些物体所反射出的光通量而言。类似的字词尚有“光能量”Luminous Energy。
Negative-Acting Resist 负性作用之阻剂,负型阻剂──
是指感光后能产生聚合反应的化学物质,以其所配制的湿膜或干膜,经曝光、显像后,可将未感光未聚合的皮膜洗掉,而只在板面上留下已聚合的阻剂图形,的原始图案相反,这种感光阻剂称之为“负性作用阻剂”,也称为Negative Working Resist。反之,能产生感光分解反应,板面的阻剂图案与底片完全相同者,则称为 Positive Acting Resis 。
电路板因解像度(Resolution,大陆用语为“分辨率”)的要求不高,通常采用“负性作用”的阻剂即可,且也较便宜。至于半导体IC、混成电路(Hybrid)、液晶线路(LCD)等则采解像度较好的“正型”阻剂,相对的其价格也非常贵。
Mercury Vaper Lamp 汞气灯--
是一种不连续光谱的光源,其主要的四五个强峰位置,是集中在波长 365~560nm 之间。其当光源强度之展现与能量的施加,在时间上会稍有落后。且光源熄灭后若需再开启时,还需要经过一段冷却的时间。因而这种光源一旦激活后就要连续使用,不宜开开关关。在不用时可采“光栅”的方式做为阻断控制,避免开关次数太多而损及光源的寿命。
Newton Ring 牛顿环──
当光线通过不同密度的介质,而其间的间隔(Gap,例如空气)又极薄时,则入射光会与此极薄的空气间隙发生作用,而出现五彩状同心圆的环状现象,因为是牛顿所发现的故称为“牛顿环”。
干膜之曝光因系在“不完全平行”或散射光源下进行的,为减少母片与子片间因光线斜射而造成失真或不忠实现象,故必须将二者之间的间距尽可能予以缩小,即在抽真空下密接(Close Contact),使完成药面接药面(Imulsion Side to Imulsion Side)之紧贴,以达到最好的影像转移。凡当二者之间尚有残存空气时,即表示抽真空程度不足。此种未密接之影像,必定会发生曝光不良而引起的解像劣化,甚至无法解像的情形。而此残存空气所显示的牛顿环,若用手指去压挤时还会出现移动现象,成为一种真空程度是否良好的指针。
为了更方便检查牛顿环是否仍能移动之情形,最好在曝光台面上方装设一支黄色的灯光,以便于随时检查是否仍有牛顿环的存在。上法可让传统非平行光型的曝光机,也能展现出最良好曝光的能力。
Oligomer 寡聚物──
原来意思是指介于已完成聚合的高分子,与原单体之间的“半成品”,电路板所用的干膜中即充满了这种寡聚物。底片“明区”部份所“占领”的干膜,一经曝光后即展开聚合硬化,而耐得住碳酸钠溶液(1%)的显像冲刷,至于未感光的寡聚物则会被冲掉,而出现选择性“ 阻剂 ”图案,以便能再继续进行蚀刻或电镀。
Optical Density 光密度──
在电路板制程中,是指棕色底片上“暗区”之阻光程度,或“明区”的透光 程度而言,一般以D示之。另外相对于此词的是透光度(Transmittance,T)。
此二种与“光”有关的性质,可用入射光(Incident Light,Ii)及透出光(Transmitted light I) 两参数表达如下,即:
T=I/Ii--------------------(1)
D=-log T------------------(2)
将(1)式代入(2)中可得:
D=-log (I/Ii )-----------(3)
现将“光密度”(D),与“透光度”(T),及棕色底片“品质”三者之关系,列表整理于下:
(上表中 Dmim表示棕片明区的光密度﹔Dmax表示暗区的光密度) 生产线上所使用的棕色片 (Diazo),需定时以“光密度检测仪”(见附图)去进行检查。一旦发现品质不良时,应即行更换棕片,以保证曝光应有的水准。此点对于防焊干膜的解像精度尤其重要。
光密度 D T%透光度 棕片品质
-------- ---------- ---------
0.00 100.0 棕色片明区
0.10 79.4 的光密度 Dmim
0.15 70.8 应低于 0.15
1.00 10.0
2.00 1.0
3.00 0.1
3.50 0.03
4.00 0.01 棕色片暗区
4.50 0.0065 的光密度 Dmax
5.00 0.001 应高于 3.50
Oxygen Inhibitor氧气抑制现象──
曝光时干膜会吸取紫外线中能量,引起本身配方中敏化剂(Sensitizer)的分裂,而成为活性极高的“自由基”(Free Radicals)。此等自由基将再促使与其它单体、不含饱和树脂、及已部份架桥的树脂等进行全面的“聚合反应”。此反应须而无氧在状态下才能进行,一旦接触氧气后其聚合反应将受到抑制或干扰而无法完成,这种氧气所扮演的角色,即称为“Oxygen Inhibitor”。这就是为什幺当板子在进行其干膜曝光,以及曝光后的停置时间(Holding Time)内,都不能撕掉表面透明护膜(Mylar)的原因了。然而在实施干膜之“正片式盖孔法”(Tening)时,其镀通孔中当然也存在有氧气,为了减少上述Indibitor现象对该孔区干膜背面(与通孔中空气之接触面)的影响起见,可采用下述补救办法:
1.在强曝光之光源强度下,使瞬间产生更多的自由基,以消耗吸收掉镀孔中有限的氧气。且形成一层阻碍,以防氧气自背面的继续渗入。
2.增加盖孔干膜的厚度,使孔口“蒙皮”软膜的正面部份,仍可在Mylar保护下继续执行无氧之聚合反应。即使背面较为软弱,在正面已充份聚合而达到厚度下,仍耐得住短时间的酸性喷蚀,而完成正片法的外层板(见附图)。不过盖孔法对“无孔环”(Landless)的高密度电路板,则只好“无法度”了。这种先进高品级(High Eng)电路板,似乎仅剩“塞孔法”一途可行了。
Photofugitive感光褪色──
软膜阻剂的色料中,有一种特殊的添加物,会使已感光部份的颜色变浅,以便与未感光部份的原色有所区别,使在生产线上容易分辨是否已做过曝光,而不致弄错再多曝光一次。
与此词对应的另有感光后颜色加深者,称者“Phototropic”。
Photoinitiator感光启始剂──
又称为敏化剂Sensitizer,如昆类(Quinones)等染料,是干膜接受感光能量后首先展开行动者。当此剂接受到UV的刺激后,即迅速分解成为自由基(Radicals),进而激发各式连锁聚合反应,是干膜配方中之重要成份。
Photoresist Chemical Machinning(Milling)光阻式化学(铣刻)加工──
用感光成像的方式,在薄片金属上形成选择性的两面感光阻剂,再进行双面铣刻(镂空式的蚀刻)以完成所需精细复杂的花样,如集成电路之脚架、果菜机的主体滤心滤网等,皆可采PCM方式制作。Photoresist光阻──
是指在电路板铜面上所附着感光成像的阻剂图案,使能进一步执行选择性的蚀刻或电镀之工作。常用者有干膜光阻及液态光阻。除电路板外,其它如微电子工业或PCM等也都需用到光阻剂。
Point Source Light点状光源──
当光源远比被照体要小,而且小到极小﹔或光源与被照体相距极远,则从光源到被照体表面上任何一点,其各光线之间几乎成为平行时,则该光源称为“点状光源“
Positive Acting Resist正性型光阻剂──
有指有光阻的板面,在底片明区涵盖下的阻层,受到紫外光能的刺激而发生“分解反应”,并经显像液之冲刷而被“除去”,只在板上刻意留下“未感光”未分解之部份阻剂。这种因感光而分解的阻剂称为“正性光阻剂”,亦称为Positive Working Resist。
通常这种“正性光阻”的原料要比负性光阻原料贵的很多,因其解像力很好,故一般多用于半导体方面的“晶圆”制造。最近由于电路板外层的细线路形成,逐渐有采取“正片法”的直接蚀刻(Print and Etch)流程,以节省工序及减少锡铅的污染。因而干膜盖孔及油墨塞孔皆被试用过,前者对“无环”(Landless)或孔环太窄的板类,将受到限制而良品率降低,后者油墨不但手续麻烦,且失败率也很高。因而“正性的电着光阻”(Positive ED),就将应运而生。目前此法已在日本NEC公司上线量产,因可在孔壁上形成保护膜,故能直接进行线路蚀刻,是极为先进的做法。
Primary Image线路成像──
此朮语原用于网版印刷制程中,现亦用于干膜制程上,是指内外层板之线路图形,由底片上经由干膜而转移于板子铜面上,这种专做线路转移的工作,则称为“初级成像”或“主成像”,以示与防焊干膜的区别。
Radiometer辐射计,光度计──
是一种可检测板面上所受照的UV光或射线(Radiation)能量强度的仪器,可测知每平方公分面积中所得到光能量的焦耳数。此仪并可在高温输送带上使用,对电路板之UV曝光机及UV硬化机都可加以检测,以保证作业之品质。
Refraction折射──
光线在不同密度的介质 (Media)中,其行进速度会不一样,因而在不同介质的交界面处,其行进方向将会改变,也就是发生了“折射”。电路板之影像转移工程不管是采网印法、感光成像的干膜法,或槽液式ED法等,其各种透明载片、感光乳胶层、网布、版膜 (Stencil)等皆以不同的厚度配合成为转移工具,故所得成像与真正设计者多少会有些差异,原因之一就是来自光线的折射。
Refractive Index折射率──
光在真空中进行速度,除以光在某一介质中的速度,其所得之比值即为该介质的“折射率”。不过此数值会因入射光的波长、环境温度而有所不同。最常用的光源是以 20℃时“钠灯”中之D线做为标准入射光,表示方法是 20/D。
Resist阻剂,阻膜──
指欲进行板面湿制程之选择性局部蚀铜或电镀处理前,应在铜面上先做局部遮盖之正片阻剂或负片阻剂,如网印油墨、干膜或电着光阻等,统称为阻剂。
Resolution解像,解像度,分辨率──
指各种感光膜或网版印刷朮,在采用具有2 mil“线对”(Line-Pair)的特殊底片,及在有效光曝光与正确显像 (Developing) 后,于其1 mm的长度中所能清楚呈现最多的“线对”数,谓之“解像”或“解像力”。此处所谓“线对”是指“一条线宽配合一个间距”,简单的说 Resolution 就是指影像转移后,在新翻制的子片上,其每公厘间所能得到良好的“线对数” (line-pairs/mm) 。大陆业界对此之译语为“分辨率”,一般俗称的“解像”均很少涉及定义,只是一种比较性的说法而已。
Resolving Power解析力,解像力(分辨力)──
指感光底片在其每mm之间,所能得到等宽等距(2 mil)解像良好的“线对”数目。通常卤化银的黑白底片,在良好平行光及精确的母片下,约有 300 line-pair/mm 的解析力,而分子级偶氮棕片的解像力,则数倍于此。
Reverse Image负片气像(阻剂)──
指外层板面镀二次铜(线路铜前,于铜面上所施加的负片干膜阻剂图像,或(网印)负片油墨阻剂图像而言。使在阻剂以外,刻意空出的正片线路区域中,可进行镀铜及镀锡铅的操作。
Scum透明残膜──
是指干膜在显像后,其未感光硬化之区域应该被彻底冲洗干净,而露出清洁的铜面以便进行蚀刻或电镀。若仍然残留有少许呈透明状的干膜残屑时,即称之为Scum。此种缺点对蚀刻制程会造成各式的残铜,对电镀也将造成局部针孔、凹陷或附着力不良等缺陷。检查法可用 5% 的氯化铜液(加入少许盐酸)当成试剂,将干膜显像后的板子浸于其中,在一分钟之内即可检测出 Scum 的存在与否。因清洁的铜面会立即反应而变成暗灰色。但留有透明残膜处,则将仍然呈现鲜红的铜色。
Side Wall侧壁──
在PCB工业中有两种含意,其一是指显像后的干膜侧面,从微观上所看到是否直立的情形﹔其二是指蚀刻后线路两侧面的直立状态,或所发生的侧蚀情形如何,皆可由电子显微镜或微切片上得以清楚观察。
Soft Contact轻触──
光阻膜于曝光时,须将底片紧密压贴在干膜或已硬化之湿膜表面,称为 Hard Contact。若改采平行光曝光设备时则可不必紧压,称为 Soft Contact。此“轻触” 有别于高度平行光自动联机之非接触(Off Contact)式驾空曝光。Static Eliminator静电消除器──
电路板系以有机树脂为基材。常在制程中的某些磨刷工作时会产生静电。故在清洗后,还须进行除静电的工作,才不致吸附灰尘及杂物。一般生产线上均应设置有各种除静电装置。
Step Tablet阶段式(光密度)曝光表──
是一种窄长条型的软性底片,按光密度(即遮旋光性)的不同,由浅到深做成阶段式曝光试验用的底片,每一“段格”中可透过不同的光量,然后,将之压覆在干膜上,只需经一次曝光即可让板边狭长形各段格的干膜,得到不同程度的感光聚合反应,找出曝光与后续显像(Developing)的各种对应条件。是干膜制程的现场管理工具,又称为 Step Scale、 Step Wedge 等。常用者有 Riston 17、Stouffer 21、 Riston 25、等各种“阶段表”。
Tenting盖孔法──
是指利用干膜在外层板上做为抗蚀铜阻剂,进行正片法流程,将可省去二次铜及镀锡铅的麻烦。此种连通孔也遮盖的干膜施工法,称为盖孔法。这种盖孔干膜如同大鼓之上下两片蒙皮一般,除可保护孔壁不致受药水攻击外,并也能护住上下两板面待形成的孔环(Annular Ring)。
本法是一种简化实用的正片法,但对无环(Landless)有孔壁的板子则力所不及也。原文选词起初并未想到鼓的“蒙皮”,而只想到“帐棚”,故知原文本已不够传神,而部份外行人竟按其发音译为“天顶法”实在匪夷所思不知所云。大陆业界之译名是“掩蔽法”及“孔掩蔽法”。
Transmittance透光率──
当入射光(Incident Light)到达物体表面后,将出现反射与透射两种因应,其透光量与入射光量之比值称为“透光率”。
Wet Lamination湿压膜法──
是在内层板进行干膜压合的操作中,也同时在铜面上施加一层薄薄的水膜,让“感光膜”吸水后产生更好的“流动性”(Flow)。对铜面上的各种凹陷,发挥更深入的填平能力,使感光阻剂具有更好的吻合性(Conformity),提升对细线路蚀刻的品质。而所出现多余的水膜在热滚轮挤压的瞬间,也迅速被挤走。此种对无通孔全平铜面的新式加水压膜法,称为 Wet Lamination。
PCM Photoresisted Chemical Machining; 光阻式化学加工
(亦做Photoresist Chemical Milling光阻式化学铣镂)
是在金属薄片(如不锈钢)两面施加光阻,再进行局部性精密蚀透镂空之技朮
第五章 黑棕化与粉红圈 - 电路板朮语及简字
Black oxide 黑氧化层--
为了使多层板在压合后能保持最强的固着力起见,其内层板的铜导体表面,必须要先做上黑氧化处理层才行。目前这种粗化处理,又为适应不同需求而改进为棕化处理 (Brown Oxide)或红化处理,或黄铜化处理。
Brown Oxide 棕氧化──
指内层板铜导体表面,在压合之前所事先进行的氧化处理层。此层有增大表面积的效果,能加强树脂硬化后的固着力,减少环氧树脂中硬化剂(Dicy) 对裸铜面的攻击,降低其附产物水份爆板的机率。一般黑氧化层中含一价亚铜的成份较多,棕氧化层则含二价铜较多,故性质也较稳定。不过这两种制程都要在高温(80 ~ 90℃) 槽液中处理(3 ~ 5分钟),对内层薄板既不方便又有尺寸走样的麻烦,而且还有引发“粉红圈”后患的可能性。
近来业界又有一种新做法出现,即对内层铜面只进行“特殊微粗化”的处理,就可得到固着力良好的多层板。果真有如此改善的成效时,则不但可简化制程降低成本,而且尚可使多层板之品质得到改进。
Pink Ring粉红圈──
多层板内层板上的孔环,与镀通孔之孔壁互连处,其孔环表面的黑氧化或棕氧化层,因受到钻孔及镀孔之各种制程影响,以致被药水浸蚀而扩散还本成为圈状原色的裸铜面,称为“Pink Ring”,是一种品质上的缺点,其成因十分复杂(详见电路板信息杂志第37及38期)。
Wedge Void楔形缺口(破口)──
多层板内层孔环之黑化层侧缘,在PTH制程中常受到各种强酸槽液的横向攻击。其微切片截面上会出现三角形的楔形缺口,称为Wedge Void。若黑化层被侵蚀得较深入时,即出现板外亦可见到的“Pink Ring”。
此种 Wedge Void 发生的比例,一般新式“直接电镀”要比传统“化学铜”更多,原因是化学铜槽液与碱性,较不易攻击黑化膜,而直接电镀流程(含钯系,高分子系或碳粉系等)多由酸槽组成,在既无化学铜层之迅速沉积层,又无电镀铜之及时保护下,一旦黑化层被攻击成破口时,将会出现Wedge Void
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