HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Let’s Learn About PCB
By Bongkot T.
1
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB : Printed Circuit Board
2
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB : Printed Circuit Board
3
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB : Printed Circuit Board
4
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB Composition
•
Basic PCBs comprise a rigid sheet of epoxy-impregnated fiberglass material within
copper sheets affixed to one or both sides. This is known as copper clad. In
multilayer boards (those with more than two copper layers), a piece of material
called prepreg is placed between core layers.
5
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Fiberglass Cloths
6
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB Laminate Material
7
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB Laminate Material
8
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB Laminate Material
9
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Material Selection Summary
•
•
•
•
Specifying Tg may be necessary, but it is
insufficient. Higher Tg is not always
better.
Decomposition temperature (Td) is a
critical property to understand when
specifying materials for Lead free
assembly.
CTE values should be considered also.
If switching materials, verify other
performance characteristics also, e.g.
Dielectric Constant and Dissipation
Factor values.
10
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Glass Transition Temperature (Tg)
11
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
245 oC Lead Free Reflow Profile
12
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Coefficient of Thermal Expansion
13
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
รับข ้อมูลจากลูกค ้า
้
ตรวจสอบลายเสนและขนาดรู
เจาะ
เตรียมการผลิต
เตรียมข ้อมูล CAD/CAM สาหรับเครือ
่ ง CNC
ตัดแผ่น Laminate
เป็ นขนาด Panel
เจาะรู (Drilling)
เจาะรูตามขนาดต่างๆ ตามข ้อมูลกาหนด
14
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
ขัดแผ่น (Scrubbing)
เพือ
่ ทาความสะอาด
และลบปากรูเจาะให ้เรียบ
ชุบ PTH (PTH Plating)
ชุบภายในรูด ้วยกระบวนการทางเคมี
เพือ
่ ให ้ Conductive Polymer
เกิดเป็ นตัวนาภายในรู
ชุบทองแดง (Panel Plating)
ชุบทองแดงทัง้ แผ่นด ้วยไฟฟ้ า เพือ
่ ให ้
ทองแดงเกาะติด Conductive Polymer
เพือ
่ ให ้เกิดเป็ นตัวนาภายในรู
15
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Manufacturing Processes for a Multi-layer PCB
The following presentation
covers the main processes
during the production of
a multi-layer PCB.
Tracks under solder mask
Via hole
The diagrams which follow
represent a section through
a 6 layer PCB, as indicated
in red.
SMD Pad
Section through PCB
16
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Typical Layer Construction
Copper Laminate
Layer 1 (Outer)
FOIL
PRE-PREG
Layer 2 (Inner)
Layer 3 (Inner)
INNER LAYER
PRE-PREG
Layer 4 (Inner)
Layer 5 (Inner)
INNER LAYER
PRE-PREG
Layer 6 (Outer)
FOIL
17
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Drilling of Bonded Panel
Copper Laminate Drilled Hole
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
18
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Electroless Copper Process Addition of Copper to all Exposed
Sufaces
Copper
Drilled Hole
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
19
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
รีดฟิ ลม
์ (Laminating)
รีดฟิ ลม
์ ไวแสง (Dry film)
ให ้ติดทัง้ สองด ้าน
ถ่ายแสง UV (UV Exposure)
โดยนาฟิ ลม
์ Artwork มาติดทาบกับ
แผ่น Laminate ทีร่ ด
ี Dry film
ล ้างขึน
้ ลาย Dry film
(Dry film Developing)
ชุบลายเสน้ (Pattern Plating)
ชุบทองแดงภายในรูและทีล
่ ายเสน้
ให ้หนาขึน
้ ด ้วยการชุบไฟฟ้ า
20
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
21
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Laminating and Imaging of External Layers
UV sensitive film is laminated over top and
bottom
surfaces of PCB
It is then exposed and developed, leaving an
exposed image of the PCB pattern
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
Copper
22
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Additional Copper to all Exposed Surfaces
Laminated Film
Plate Additional Copper
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
23
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
ชุบดีบก
ุ (Tin Plating)
้ อ
ชุบดีบก
ุ เคลือบปิ ดลายเสนเพื
่ เป็ น
Metal Plating
ลอกฟิ ลม
์ ไวแสง
(Dry film Stripping)
กัดทองแดง (Alkaline Etching)
กัดทองแดงสว่ นทีไ่ ม่ต ้องการออก สว่ นทีเ่ ป็ น
้
ลายเสนจะถู
กเคลือบไว ้ด ้วยดีบก
ุ
ลอกดีบก
ุ (Tin Stripping)
้
ลอกดีบก
ุ ทีเ่ คลือบลายเสนออก
จะได ้
้ นทองแดงตามต ้องการ
ลายเสนเป็
24
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Add Tin over Exposed Copper Areas
Laminated Film
Additional Copper
Tin Plating
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
25
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Remove Laminated Film
Laminated Film Removed
Tin Plating
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
26
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Etch Process – Remove Exposed Copper
Copper Removed
Tin Plating
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
27
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Tin Strip – Remove Tin Plating
Tin Plating Removed
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
28
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
PCB is now complete except for surface finishes and panel
routing
Tracks
Via Hole
SMD Pad
Layer 1
Layer 6
Tracks
29
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
พิมพ์เขียว
Solder mask printing
อบแห ้ง (Pre-Curing)
นาเข ้าตู ้อบ เพือ
่ ให ้ Solder mask แห ้ง
ถ่ายแสง UV (UV Exposure)
โดยนาฟิ ลม
์ Art work มาติดกับแผ่น
Laminate ทีพ
่ ม
ิ พ์ Wet film แล ้ว
ล ้างขึน
้ ลาย Wet film
(Wet film Developing)
30
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Solder Mask Application – Curtain Coated Method
Apply Liquid Photo-imageable Resist, then Dry
Layer 1
Layer 6
31
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Solder Mask Application – Image, Develop and Cure
UV Image, Develop and Cure
Layer 1
Layer 6
32
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
อบแข็ง (Post-Curing)
นาเข ้าตู ้อบเพือ
่ ให ้ Wet film แข ้งตัว
พิมพ์ลายอุปกรณ์
(Overlay Printing)
พิมพ์ลายอุปกรณ์ด ้วยหมึก UV
อบแสง UV (UV Curing)
บผิ
วหน ้าสุ
ดทNickel
้าย
ENIGชุ(Electroless
&
Flash
Gold
Hot Air Solder Leveling
(Surface
Finishing)*
Immersion
Gold)
(or
Electrolytic
Plating)
33
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Component Notation
SCL2 9624
R34
IC3
34
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Surface Finish Process
Apply Solder to Exposed Copper Areas
Layer 1
Layer 6
35
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
HASL/Lead Free HASL
Copper Tin Intermetallic
Solder (1.3-35 micron)
Copper
Advantages
- Inexpensive relative
to other finish options
- Cu/Sn solder joint
- Widely available
- Reworkable
Disadvantages
- Not flat
- Paste misprints
- Poor fine-pitch
assembly
- Thick intermetallics
- May contain Pb
- Thermal damage to
board
- Solder bridging
- Plugged PTHs
36
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ENIG (Electroless Nickel-Immersion Gold)
Gold (0.05-0.25 micron)
Nickel (1-8 micron)
Copper
Advantages
- Flat ; fine-pitch
assembly
- Surface contacts
- Widely available
- No copper dissolution
- No Pb
- Strong PTH “rivet”
- Long shelf-life
Disadvantages
- Expensive
- Brittle Ni/Sn solder
joint
- Not reworkable
- Solder mask attack
- Black-pad, black-line
nickel
- Signal loss at RF
frequencies
- Very complicated
process
37
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Electrolytic Ni-Au
Gold (0.05-0.25 micron)
Nickel (1-8 micron)
Copper
Advantages
Disadvantages
- Flat ; fine-pitch
assembly
- Surface contacts
- Excellent corrosion
resistance
- No Pb
- Strong PTH “rivet”
- Long shelf-life
- Very expensive
- Copper is exposed on
sides of the traces
- Brittle Ni/Sn solder
joint
- Not reworkable
- Solder mask attack
- Very complicated
process
38
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
OSP (Organic Solderability Preservative)
OSP (0.2-0.5 micron)
Copper
Advantages
Disadvantages
- Flat ; fine-pitch
assembly
- Least expensive finish
- Simple process
- Widely available
- Cu/Sn solder joint
- No Pb
- Reworkable
- High productivity at
fabrication
- No direct thickness
measurement
- High surface contact
resistance
- Poor PTH soldering
- Shorter shelf-life
- Exposed copper on final
assembly
- Not inspectable before
assembly
- Degrades with multiple
reflow
- Handling-sensitive
- Problems with paste misprint
cleaning
39
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
ขนตอนการผลิ
ั้
ตแผ่นวงจรพิมพ์
ตัเซาะร่
ด
แผ่นนอแบบด
งแผ่
ดางตามต
้วยเครื
อ
่ งตอก
อ
่ ้องการ
ง
คว
้านแผ่
ให
้มีรป
ู นร่้วยเครื
ตัดแผ่น (Board
Outlining)*
(Routing)
(Punching)
(V-Cut)
ตรวจสอบคุณภาพด ้านไฟฟ้ า
(E-Test)
ตรวจสอบคุณภาพด ้านสายตา
(Visual Inspection)
บรรจุหบ
ี ห่อ (Packing)
และจัดสง่ (Delivery)
40
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
Comparison of Surface Finishes by Type and Property
HASL
OSP
ENIG
Electrolytic
Ni/Au
Flat
No
Yes
Yes
Yes
Solder joint
Cu-Sn
Cu-Sn
Ni-Sn
Ni-Sn
Contact
E-test, ICT
No
E-test, ICT,
keypad
E-test, ICT,
keypad
Wirebond
No
No
Al
Au, Al
Cost
$
0.7 x $
3x$
4x$
Reflow
6
2-4
6
6
Shelf-life (months)
12
6
12
12
41
HANA Microelectronics Public Co., Ltd.
Lamphun
We can help to find
Those hidden dollars!
42