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研究生: 楊珈睿
Yang, Chia-Jui
論文名稱: 以田口方法應用於印刷電路板棕氧化流程之粗糙度改善研究
The study of Taguchi Method applied on PCB brown oxidation process for improvement of roughness
指導教授: 趙隆山
Chao, Long-Sun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系碩士在職專班
Department of Engineering Science (on the job class)
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 86
中文關鍵詞: 印刷電路板棕氧化粗糙度集膚效應
外文關鍵詞: Printed circuit board (PCB), brown oxidation, roughness, Skin Effect
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  • 隨著5G時代來臨,高頻率短波長物理特性將面臨到集膚效應(Skin Effect)及路徑損耗(Path loss)等問題,印刷電路板棕化表面處理技術需從以往依靠適當物理性咬蝕及化學鍵結方式逐漸走向低物理性咬蝕及高化學鍵結方式進行加工處理,由於降低物理性咬蝕方式可能會產生分層的信賴性品質問題,故棕化處理後銅面粗糙度程度及抗撕強度最受重視。
    為了改善此問題,本研究主要探討找出於棕化生產參數上影響咬蝕量及抗撕強度之因子,以進行降低銅面粗糙度改善研究。實驗上分三個階段,首先瞭解棕化藥水濃度、反應時間及反應溫度等控制因子與咬蝕量及抗撕強度品質特性之間關係以定義田口法因子之適當水準,再以田口實驗設計法找出棕氧化製程上最佳化生產條件,最後將此生產條件應用於產品實務上以瞭解實務上效果。
    實驗結果發現棕化槽內過氧化氫濃度與反應溫度為影響咬蝕量多寡之主要影響因子,而棕化槽內Part A濃度與過氧化氫濃度為影響抗撕強度大小之主要影響因子,以現有棕化參數透過調整過氧化氫與Part A濃度參數有助於降低印刷電路板於棕氧化製程中金屬銅面粗糙度改善,此結果也在實際產品上獲得驗證。

    As 5G communications era has dawned, there are several physics properties to overcome such as Skin effect and Path loss. For printed circuit board (PCB) manufacturing process, in order to improve the bonding strength between inner layers, the brown oxide module have been importing as the surface treatment to enhance the roughness of the copper surface before lamination. However, high surface roughness usually comes with large energy loss while signal communication so-called Path loss. So, reducing the surface roughness and preventing delamination has been a major research in PCB field as high communications era approaching. Therefore, to mortify the optimization brown oxide condition for the production and maintaining PCBs reliability has become most challenge issue. The main process factors of the brown oxide have been defined in recent but there is no study to propose the statistical methods to analyze each variance in previous works. In this study, we optimize the brown oxide process condition and improve the quality of manufactured products by Taguchi method. Designing the best engineering model, we can efficiently control the insertion loss and adjust the module parameter such as chemical concentration, reaction time and etching rate.

    摘要 I Abstract II 誌謝 XII 目錄 XIII 表次目錄 XX 圖次目錄 XXIII 符號說明 XXVII 第1章、 緒論 1 1-1、 印刷電路板簡介 3 1-1-1、 加工流程介紹 3 1-1-2、 印刷電路板之材料 5 1-1-2-1、 膠片 5 1-1-2-2、 銅箔 7 1-1-2-3、 銅箔基板 8 1-2、 研究動機與目的 8 1-3、 文獻回顧 9 1-4、 論文架構 12 第2章、 基本原理 13 2-1、 棕氧化原理之介紹 13 2-1-1、 目的 13 2-1-2、 棕氧化流程 13 2-1-3、 棕化槽藥水反應機制 14 2-2、 Delta-L量測原理 15 2-3、 實驗設計方法選擇及應用流程 18 2-3-1、 實驗設計法 18 2-3-2、 田口實驗設計法介紹及應用流程 19 2-3-2-1、 定義問題 20 2-3-2-2、 定義品質特性及理想機能 20 2-3-2-3、 控制因子及水準選定 21 2-3-2-4、 實驗直交表 22 2-3-2-5、 信號雜訊比(Signal to Noise Rations, S/N比) 22 2-3-2-6、 決定最佳參數組合水準 23 2-3-2-7、 實驗模組確認 23 2-3-2-8、 最佳結果驗證 24 第3章、 實驗規劃、流程設計與實驗方法 25 3-1、 實驗規劃 25 3-1-1、 實驗控制因子 26 3-1-1-1、 過氧化氫及Part A濃度 26 3-1-1-2、 棕化處理槽內反應時間 27 3-1-1-3、 棕化處理槽反應溫度 27 3-1-2、 田口實驗設計法(燒杯實驗) 28 3-1-3、 印刷電路板5G產品改善個案 30 3-2、 實驗流程架構 32 3-3、 實驗方法 33 3-3-1、 實驗材料 33 3-3-1-1、 基板材料 33 3-3-1-2、 化學藥劑 34 3-3-2、 實驗設備 35 3-3-2-1、 水平棕化線設備 36 3-3-2-2、 熱風循環式烘箱 37 3-3-2-3、 無塵烤箱 38 3-3-2-4、 真空熱壓合機 39 3-3-3、 量測設備 39 3-3-3-1、 高精度電子天平 39 3-3-3-2、 桌上型電腦伺服拉(壓)力試驗機 41 3-3-3-3、 3D雷射顯微鏡 42 3-3-3-4、 錫爐 42 3-3-3-5、 掃描電子顯微鏡 43 3-3-3-6、 數位顯微鏡 45 3-3-4、 檢驗方式 46 3-3-4-1、 咬蝕量測試(Etching Amount Test) 46 3-3-4-2、 粗糙度測試(Roughness Test) 48 3-3-4-3、 撥離強度測試(Peel Strength Test) 48 3-3-4-4、 耐熱性測試 50 3-3-4-5、 訊號完整性測試 52 3-3-5、 量測設備校驗程序 53 3-3-5-1、 Scaltec高精度電子天平 53 3-3-5-2、 桌上型電腦伺服拉(壓)力試驗機 53 3-3-5-3、 3D雷射顯微鏡 54 3-3-5-4、 錫爐 56 第4章、 實驗結果 57 4-1、 量測儀器校驗結果 57 4-1-1、 Scaltec高精度電子天平 57 4-1-2、 桌上型電腦伺服拉(壓)力試驗機 58 4-1-3、 3D雷射顯微鏡 59 4-1-4、 錫爐 59 4-2、 第一階段實驗結果:控制因子與品質特性間關係確認 60 4-2-1、 過氧化氫濃度對棕化層咬蝕量之關係 64 4-2-2、 Part A濃度對棕化層咬蝕量、抗撕強度(拉力)之關係 64 4-2-3、 棕化槽溫對棕化層咬蝕量、抗撕強度(拉力)之關係 66 4-2-4、 反應時間對棕化層咬蝕量、抗撕強度(拉力)之關係 68 4-2-5、 第二階段田口因子水準配置 70 4-3、 第二階段實驗結果:田口實驗 70 4-3-1、 實驗數據 70 4-3-2、 因子反應分析 71 4-3-3、 製程最佳化 75 4-3-4、 確認 75 4-4、 印刷電路板改善個案漂錫結果 78 第5章、 結論與未來研究 82 5-1、 結果討論 82 5-2、 未來計畫 83 參考文獻 84

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