PCB内层制作工艺处理技术.ppt

PCB内层制作工艺,内层制作流程,裁板,涂布,曝光,显影,蚀刻,去膜,前处理,裁 板 工 序,1.裁板,1.1目的： 将原物料大张基板裁切成小张生产工作尺寸,1.2管控重点： 将基材板裁切成工单上规定的尺寸，并且要严格遵 守经纬向，防止压合时各层涨缩不同导致板弯翘。,开料机,大料,裁切好的板,常见的大料尺寸,前 处 理 工 序,目的:去铜面污染,增加铜面粗糙度. 前处理流程：投料 除油 水洗 微蚀 水洗 酸洗 烘干 出料 前处理方法: 1)喷砂法:直接喷射火山岩粉末 2)化学处理法:以化学物质造成铜面微蚀 3)机械研磨法:用灰色尼龙刷, 不织布清洁.,喷砂法(Pumice),喷砂法即为Pumice，其为约70%硅化物火山岩所组成，具有刷磨及吸收两种功能。Pumice利用其外表粗糙且多孔接触到铜面时能将氧化物去除，Pumice除粗化铜面外，尚可粗化非铜面Epoxy(环氧树脂)表面。,化学微蚀法(Microetch),化学微蚀法只针对内层薄板(8mil以下)使用以避免薄板遭刷磨轮损坏。然而随着科技进步PCB层次愈来愈高，化学微蚀法也会搭配刷磨法一起针对外层板进行铜面处理，加强粗化作用，以利获得更加之完美的铜面附着力，提升质量。 化学微蚀法主要是H2O2+H2SO4作为药液成份,其微蚀遫率控制在1530,刷 磨 法(Brush),利用刷磨轮均匀抛刷铜面使其平整且刷痕一致，并获得均匀粗糙度，如此对油墨才有良好的附着力，而为了了解铜面清洁度及粗化度是否合格，可作水破实验及刷幅试验加以验证。(水破至少30秒,刷幅1.01.6cm) 刷磨轮可分为下列三种： 1、尼龙刷轮：大都以渗有金钢砂(Silicon Carbide)等研磨剂抽成的塑钢纤维为基材制成，其最大优点为耐用。 2、不织布刷轮：以不织布磨片为基材制成的圆筒状刷轮，清洁力强，磨刷后铜面较平滑，缺点为不耐用，磨屑较多。 3、白毛清洗刷轮：以未渗有研磨剂的尼龙纤维为基材，主要用在表面清洗。,表面粗糙度参数建议,Rz=23m (80120) Ra=0.20.3m(812) Wt4m 提高良好金属表面（Ra, Wt, Rz） 无氧化，无铬层，无油污，无指痕。,Rz,Wt,Ra,铜表面,前处理重点,微蚀速率确认(1530 u) 微蚀速率 1、取一片10CMx10CM之基板烘烤120*30min以天平秤计秤重得W1 2、将秤重后的基板走微蚀并烘干,烘烤120*30min以微秤计秤重得W2 3、(W1-W2)*220.4=微蚀速率(u) 水破测试(30 sec) 测试前处理后板面清洁程度。板子从水中拿起需保持完整的水膜30 sec 板面无水痕 目视检查上下板面不可有水痕残留 粗糙度 Ra:0.20.3um 波峰与波谷平均值 Rz:23um波峰谷最大值-最小值 Wt:<4um 最大波峰-最小波谷,设备简介: 采用一种滚动涂布设备,利用圆柱形涂布轮带动基板前进使基板两面均匀涂上一层油墨,经过烤箱烘烤而达到即定要求,使用板厚度为0.13.0mm.,流程介绍:,清 洁,涂 布,清 洁,收 板,涂布作业条件: A.为防止灰尘之影响涂布室应控制无尘度,为细线路制造必须. B.涂布前基板表面必须先经前处理后使油墨得到良好附着力. C.涂布前油墨搅拌510分钟.,烘 干,涂 布 工 序,清洁机原理图:,A,A.粘尘辘 B.粘尘纸 C.基板,清洁机的主要作用: 通过间接粘尘方法,除掉磨刷过的板面上的板面的铜粉及灰尘,使板面更清洁,达到涂布无尘的铜粉粒的效果.,C,A,A,A,B,B,涂布前清洁处理,涂布原理:,基板,油墨的粘度的高低决定油墨厚度,转速越快,涂布厚度越厚,金属刮刀与涂布轮松紧调节可改变涂油墨厚度,A1/A2:涂布轮 B1/B2:金属刮刀,将油墨涂在橡胶轮上 C1/C2:油墨输送,将从主油墨槽抽取的油墨送至各刮刀油墨槽内,涂布原理,油墨搅拌机,涂布着膜原理,油膜,涂布轮,内层板,涂布量,烘干: A.利用发热部件,使带有溶剂的油墨板利用耐高温的输送带传输,借用适宜温度迅速将PMA溶剂蒸发的过程. B.为保证板面的干净度,必须对烤箱进行保养清洁. 方法:1.用粘尘纸清洁输送系统及烤箱内壁; 2.用吸尘器吸灰尘; 3.用气枪吹出底下的灰尘,再用吸尘器吸或用粘 尘纸粘; 4.对各风扇过滤网进行清洁及更换; 涂布辅助工具 膜厚计:用来管控涂布厚度，膜厚要求74m,烘干与保养,油墨涂布烘干后裸露于空气灯光下，因受环境的影响开始产生微秒的聚合反应，如果放置时间越长对生产的质量的影响就越大。因此不可置放超过24小时为最佳（存放条件温度，湿度%），以免油墨过度的聚合而产生边锁反应，导致油墨因聚合作用而附着于铜面上，造成显像不洁而形成短路、残铜。,涂布烘干后至显影前置放,1.油墨黏度量测(150180秒 3#流速杯测量),我司要求为80 +/-20 Sec 2.烘箱温度量测设定 3.膜厚量测（膜厚控制在714m） 4.涂布品质确认,涂布重点,曝光原理 利用油墨的感旋光性,透过紫外光照射,把板面油墨由单体变成聚合体.这种反应过程是由油墨成份中的感光树脂与光敏剂所产生的光合作用来完成。,曝光(Expose),曝光工序,手动曝光机，利用“三明治” 式对位,半自动川宝机较手动曝光机对位精度高，利用CCD摄像对同套菲林的2个层次同心圆Mark点进行对位,手动曝光机台与半自动曝光机台实物图,曝光机,曝光能量：格，mj/cm2（到达油墨表面的能量）我司频率为：1次/4h. 曝光照度：20mWatt(出厂时；随着使用时间增长而衰退，且曝光时间增长，才能达到曝光能量的要求) 均匀度：80%测量框架九宫格点，以最低照度除以最高照度乘以100%后需大于80%,曝光能量对油墨的影响,曝光能量=灯管强度*曝光时间 E(mJ/cm2) =I(mW/cm2)*T(S),聚合度,起始剂消耗,部分聚合,饱和状态,曝光能量,测量方式： 曝光格数底片-Stouffer 21格片， Stouffer 41格片 UV Meter-UV强度计,UV能量計,UV感光聚合过程,起始反应 I(initiation) UV R (活性自由基)+ other 聚合反应 R + M(monomer) M + other M + M P (polymer) P + M P-M 终止反应 P-M1-M2 + P-M3-M4 P-M1-M2-M3-M4-P,曝光前后的板面变化实物图,涂布后的板子颜色呈灰白色，光阻膜贴附在电路板上，利用菲林作影像转移，进行紫外线曝光，借由底片的黑白区别，紫外线透过底片透明的区域会产生光聚合反应，因而形成反应区及非反应区的差异 ；曝光后的板子板面油墨颜色加深。,UV光,曝光前,曝光后,曝光能量的测量,量测曝光机曝光效果的方式则是使用21阶能量表(Stouffer 21 Step Tablet)来测试曝光能量是否符合要求，以防止曝光能量太强造成线间距变细、曝光能量太弱造成线路缺口、开路的情形发生。首先将21阶能量表置于底片线路图形外的区域，一同与板子曝光及显影，之后观察21阶能量表所显现出的格数为何。油墨所需的曝光能量值皆由厂商提供。,曝光能量的稳定,光学组件的好坏会决定曝光效果。通常曝光灯使用寿命约800小时就必须新，但这只保证灯源无碍，代表曝光质量能提升，影响曝光质量最深乃是各项光学组件（内外水套、灯罩等）。因此一但发现曝光能量未变但曝光时间变长了，即表示曝光强度降低，而曝光强度降低代表光学零件因使用时间增长导致老化而使工作效能衰退。若在一间落尘量符合标准的无尘室里，光学组件使用35年后就应评估更新以保持最佳的曝光效能，如果持续使用老旧品而愿更新，而这也表示曝光机的每日曝光量将降低且曝光质量也易受影响。,曝光重点,曝光能量的测试（57格） 曝光菲林及板面清洁要做到位，减少定点不良 曝光首件检查的力度与频率 曝光均匀性：半自动曝光机85%，手动曝光机80%,曝光工艺异常排除,显 影 工 序,原理：利用显影液之含弱碱性分子与阻剂的含酸分子,进行酸碱中和反应,阻剂经UV光照射后形成光聚合反应不再与碱性物质发生反应,得以保留在板面上,此即显影 显影液:Na2CO3，K2CO3 显影点:显示油墨显影所需时间 （显影点范围4 060%） 显影温度:30 +/-2 ,显影后,显影前,显影点,假设显影槽长2m,传输速度为2m/min 油墨的完全显影时间为:20s,0.6m,当板子到达显影槽三分蘖之一时,板子的右半边已经显影完全,这时的显影点为30%,每一种油墨都有一定的显影点范围如:30%-50%,则其显影速度在2.0-3.2m/min之间,低于2.0会过显影,高于3.2则会显影不足,显影点范围越宽,油墨越好.,30%,2m,药水组成,业界常用的药液是以无水碳酸钠(Na2CO3)加水而成，浓度在重量比0.8%1.2%之间。较高药液浓度可容许较高油墨负荷量，但较不易清洗干净，且操作范围(Operating Window)较小；反之，过淡的浓度所能承受的油墨负荷较小。因此正确的配药浓度应与油墨厂商研究调配。 P.S：碳酸钠的来源为含水化合物，须注意其有效含量，例如Na2CO3.H2O内含约85%的纯Na2CO3,显影温度及压力,显影温度是影响显影速度的最大变量，范围约在2832之间，需依油墨而定。由于操作时药液因帮浦的压缩作用产生大量的热能会促使温度升高，而有显影过度的可能，因此显影机需加装冷却水管来保持适当的温度；而温度过低时，会造成显影不洁，因此需加装加热器使温度能达到操作范围，而得到最佳显影效果。,油墨与药液作用会产生膨胀作用(Swelling)，因此需要适当的压力来冲掉表面已作用过的浮层，使干净药液能继续与油墨产生作用，而不至于发生水池效应。而针对细线路而言，适当压力应在2030psi之间。,显影压力,喷嘴,所谓硬水是指含钙、镁等矿物质成分超过150ppm 一般自来水或地下水因含有矿物质及污垢（污垢的形成：自来水中的钙、镁与碳酸钠反应形成碳酸钙CaCO3），若长期使用易与油墨结合形成硬垢，造成喷嘴或喷管阻，影响喷洒面积，最后导致显影不洁。因此建议使用蒸馏水搭配碳酸钠制成药液，会是最佳选择。,喷嘴的使用主要是避免残渣塞住喷嘴而形成显像不洁。喷嘴大致可分为两种，一为圆锥型(Cone Type)；一为扇型(Fan Type)。圆锥形特点是涵盖的面积广，虽可得到较佳的均匀性，但冲击力小，易造成显像不洁。而扇型喷嘴喷洒面积小，但冲击力大，显像效果较佳。因此针对细线路内层板，以使用扇型喷嘴较佳，因密集线路区需较高的药液冲击力来清除线路内残渣；而内层板上层易形成水池效应(Pudding)，若压力不够会造成上层显影不洁，易导致残铜或短路产生。不论用何种喷嘴，最重要是其是否能重叠(Overlapping)，以达到均匀且干净的显像效果。,水质硬度,消泡剂的使用,适当的消泡剂有助于显像效果的提升，但油墨溶解于显像液是一种皂化作用，因此在帮浦的抽取及喷嘴的喷洒下会产生泡沫。这些泡沫会降低显像液与板面的接触，而造成显像不洁。要如何选择合适的产品，则应注意： 避免使用会在槽壁留下油污的消泡剂(矿物油型)。 避免使用会攻击油墨的消泡剂，有些消泡剂含有部分溶剂会造成显像时侧蚀过度，而造成线路不齐缺口(酒精型)。 避免使用含有硅(Silicone)成份的消泡剂，虽然含硅利康的消泡剂其消泡与抑泡作用十分显著，但是不易与显像液乳化完全，造成板面局部点状不亲水的油污现象，而使得板子容易产生残铜、短路质量问题(含硅型),消泡剂的选择,消泡剂的选择建议选择聚合分子型(PCG-PPG-PEG)，因为此种类型的消泡剂能在水中自行分解，对显影药水无污染反应。,显影后水洗,由于显影液为碱性液体，本质上就是不易水洗干净，而且当显像液溶入油墨后，任何残留在铜面上的显像液都会形成残渣(Scum)，造成蚀刻残铜、短路。为确保水洗干净应维持下列原则： 需有三道以上循环水洗槽。 每个水洗槽至少有两根水洗管道，并以扇型喷嘴前后与上下交叉布置。 喷洗角度应互相重迭，且经常保持通畅。 压力保持在2030psi。 水洗槽全部长度应为显影槽的3/4以上，须注意槽液负荷应与水洗时间成正比。,显影机的保养,由于油墨在显影机被显影液(Na2CO3)除去后，会形成残渣留在溶液中，造成残渣堵喷嘴及反沾的问题发生。为了杜绝上述问题的发生，我们必须对显影槽内部及水洗段进行大保养。以下就大保养程序做一介绍： 显影槽保养 首先于建浴槽内加满水，再添加两包片碱并均匀搅拌之，随后将药液引入显影槽内。若显影槽有两槽，则需重复上一动作。之后令其运转120分钟。 将上述药液排出，并于两槽显影槽内各加入适量清水，令其运转中60分钟。,清水洗完后，将其排出，并于建浴槽内加满水，再添加两桶纯硫酸并均匀搅拌之，随后将药液引入显影槽内。若显影槽有两个槽，则需重复上一动作。之后令其运转120分钟。 将上述药液排出，并于两槽显影槽内各加入适量清水，令其运转中60分钟。 于建浴槽内加满水，再添加1%纯碱并均匀搅拌之，随后将药液引入显影槽内。若显影槽有两槽，则需重复上一动作。之后令其运转60分钟。 上述动作都完成后，就得以人工方式使用清洁粉清洗显影槽、显影喷管喷嘴、挡（切）水滚轮及吸水海绵。,水洗段保养,(1)先于水洗槽内加满水，然后于各水洗槽内添加13%纯硫酸，并令其运转60分钟。 (2)将水排出，以人工方式使用清洁粉清洗之。,显影重点,1.显影均匀性及显影点测试 2.显影新液添加量及pH值量测 3.消泡剂添加方式,显影质量控制,蚀 刻 工 序,蚀刻液:CuCl2溶液,开始时加入CuCl2和HCL反应:Cu+CuCl22CuCl 再生:2CuCl+H2O22CuCl2+2H2O 4CuCl+4HCl+O24CuCl2+2H2O 反应环境：HCl酸质控制23N,蚀刻后,蚀刻前,蚀刻因子,EtchingFactor（蚀刻因子）=t/X X=（梯形的下边-上边）/2 可接受：3.0,X,t,蚀刻进行方式,第一阶段,第二阶段,第三阶段,基材,铜泊,油墨,蚀刻速度与蚀刻因素,underetch,perfect speed,overetch,a,b,Etch factor = a / b,基材,铜泊,油墨,蚀刻浓度与时间,蚀刻液浓度和蚀刻时间关系,蚀刻时间,浓度,Cu2+在一定范围内的增加对蚀刻有促进作用,但超出范围后会有一些护岸效应等不利影响,从而产生复杂情况.,蚀刻建议参数,1)氧化还原电位（ORP）：500580mV 2)Cu含量:2125oz/gal（157186g/l） 3)温度：5254 4)比重：1.241.28,退膜工序,原理：利用去膜液将保护铜面的抗蚀干膜剥掉,露出线路图形。 去膜过程: 入料剥膜水洗酸洗水洗烘干出料 其中酸洗是用柠檬酸或稀硫酸去氧化,中和碱。,去膜后,去膜前,退膜药水,去膜液分类： 1)液碱：NaOH(浓度46%) 通常去膜碎片尺寸大（可达23mm） 2)特殊去膜液：MEA（单乙醇铵），四甲基氢氧化铵，抗氧化剂，部分有乙二醇醚 3)混合液：液碱和MEA自行配制，一般为3%/1%，3%/3%，1.5%/4.5%,退膜浓度与温度,浓度与温度对去膜的影响： 1)浓度升高，去膜速度升高；温度升高，速度升高。 2)浓度高，膜屑大；温度高，膜屑小。,退膜过程,剥膜过程： 扩散膨胀撕裂 NaOH+RCOOHRCOONa+H2O OH-破坏:1)油墨与铜面键 2)破坏油墨内结合 其中扩散反应最慢,内层工艺主要不良分析总结,线路缺口：,主要不良问题图片说明（开路、缺口）,油墨脱落开路：,因板面处理效果差,擦花：,油墨被擦花,涂布后油墨面有针孔,影响油墨的附着力,开路：,菲林上定位垃圾,主要不良问题分析与改善（开路、缺口、针孔）,主要不良问题分析与改善（开路、缺口、针孔）,主要不良问题分析与改善（开路、缺口、针孔）,主要不良问题图片说明（短路、残铜）,异物短路：,油墨下丝状异物,短路：,菲林擦花定位短路,短路：,油墨反粘显影不净,残铜：,板料胶迹或板料不良,主要不良问题分析与改善（短路、残铜）,主要不良问题分析与改善（短路、残铜）,主要不良问题分析与改善（短路、残铜）,报告完毕 谢谢指导！,无尘室,无尘室是指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除，并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计之房间。亦即是不论外在之空气条件如何变化，其室内均能俱有维持原先所设定要求之洁净度、温湿度及压力等性能之特性。,PCB生产所运用的无尘室要求： 1黄光照明 2温湿度 222 RH 5010% 3正气压 4洁净度 内层/外层 = 10K级 压合/防焊 = 100K级,水平线蚀刻水池效应,水平线蚀刻水沟效应,水平线蚀刻过孔效应,水平线喷嘴摇摆效应,