PCB光成像工藝知識(shí)[詳細(xì)]

1、光成像工藝知識(shí),講述內(nèi)容,一、干膜知識(shí) 二、前處理 三、貼膜 四、曝光 五、顯影 六、蝕刻 七、去膜 八、菲林制作 九、干膜類型 十、工程處理注意事項(xiàng),一、干膜知識(shí),1968年由杜邦公司研制并用于線路板行業(yè)(非水溶性干膜，溶劑型；顯影用三氯乙烷，退膜用二氯甲烷)。(缺點(diǎn)：需消耗大量有機(jī)溶劑，污染大，成本高) 1970年研制出一種半水溶性干膜，顯影.退膜用水溶液(添加2-15%有機(jī)溶劑.BCS)，成本.污染有很大改善。 1978年改進(jìn)為全水溶性干膜，顯影用K2CO3.Na2CO3,退膜用KOH.NaOH，其成本更低，污染更小，品質(zhì)更好。,A Part: 聚醋蓋膜(保護(hù)膜)沖影時(shí)撕去 1milPo

2、lyester Cover Sheet B Part: 光阻膜層 Photopdlymer Film Resist C Part:聚乙烯隔膜、貼膜時(shí)撕去Polyettylenc Separator Sheet 厚度1mil 附圖于下一頁(yè),干膜結(jié)構(gòu),干膜結(jié)構(gòu)-附圖,聚醋蓋膜(保護(hù)膜),聚乙烯隔膜,光阻膜層,干膜各層作用,聚酯保護(hù)膜： 1. 保護(hù)作用，防止擦花藥膜，尤其是貼膜到?jīng)_影前的保護(hù). 2.防止氧氣進(jìn)入阻劑層,由于曝光后聚合反應(yīng)將繼續(xù)進(jìn)行,氧氣進(jìn)入會(huì)與自由基發(fā)生反應(yīng)形成非活性的過氧化物，阻止聚合反應(yīng)的進(jìn)行，使聚合過程停止造成曝光聚合不足。,聚乙烯隔膜 避免卷膜、運(yùn)輸、儲(chǔ)存時(shí)，干膜藥膜與保護(hù)膜

3、之間相互粘貼，(厚度25m-30m，測(cè)本公司干膜隔膜27m) 光阻膜層(藥膜層) 光聚反應(yīng)的主體,干膜各層作用,1.粘合劑,4.促化劑與附著力促進(jìn)劑,2.光聚合反應(yīng)單體,3.感光啟動(dòng)劑(光引發(fā)劑),5.染料,6.熱阻聚劑,7.溶劑,干膜化學(xué)組成,1.粘合劑 *將干膜各組份粘結(jié)成膜，是光阻層的骨架，主要影響膜層的物理性能， 在光聚合過程中不參與化學(xué)反應(yīng)，但其決定光阻劑是屬于溶性、半水溶 性和溶劑性干膜，粘潔劑決定干膜的Tg點(diǎn)。 2.光聚合反應(yīng)單體 *聚合反應(yīng)主體，單體吸收自由基后進(jìn)行聚合反應(yīng)形成商分小聚合體。,化學(xué)成份作用,3.感光啟動(dòng)劑 感光啟始劑吸收特定波長(zhǎng)紫外光(一般320-400nm),

4、啟動(dòng)劑自行裂解而產(chǎn)生自由基，為聚合反應(yīng)提供條件。 4.促化劑與附著力促進(jìn)劑 增進(jìn)光阻層與銅面之間的附著力，防止粘結(jié)不牢而引起的滲 鍍與甩膜。,化學(xué)成份作用,5.染料 a. 干膜本身制造時(shí)，方便進(jìn)行檢查。 b. 曝光前后有明顯顏色變化，便于已曝光 板與未曝光的區(qū)分及目檢。 a. 感光增色：曝光后顏色加深。 b. 感光褪色：曝光后顏色變淺。,目 的,分 類,化學(xué)成份作用,6.熱阻聚劑 干膜在生產(chǎn)及應(yīng)用過程中很多步驟需接受高溫，為阻止熱能使干膜發(fā)生聚合作用而加入熱阻聚劑 7.溶劑 將各有效成份溶解。,化學(xué)成份作用,啟始劑吸收UV光的能量后，先自行分裂產(chǎn)生自由基，自由基引發(fā)光聚反應(yīng)，形成交聯(lián)聚合物，不

5、溶于顯影液，而未曝光的光阻膜被顯影液剝?nèi)?，聚合成像部分，保留在銅面上。,流程圖,干膜反應(yīng)過程,磨板作用,a.除去板面的氧化，油污，手指印，及其它污物。,磨板效果圖附后,b.在板面上形成微觀粗糙表面，增大干膜與板面積，使干膜有更好的附著力。,c.提供烘干后的干燥板面。,二、前處理,磨板效果圖,設(shè)備典型部件 1磨刷及噴嘴,主要物料 1. 磨刷 材質(zhì)：尼龍; 顏色：白色; 規(guī)格: 針粗0.35mm, 整刷外徑81mm,針長(zhǎng)37.2mm,刷長(zhǎng)635mm; 更換周期：一周（更換成本比較高）； 2. 酸 硫酸，濃度為35%，溫度為常溫； 3. 火山灰 質(zhì)量參數(shù)：公司采用的為HESS的4F牌號(hào)火山灰，其主要

6、化學(xué)成分為 SiO2:72.10%;AL2O3:12.33%;Fe2O3:1.34% 顆粒分布范圍：小于68um(+/-5um)顆粒占90%，大于25um(+/-5um)的顆粒占50%以上。,主要控制要點(diǎn),浮石粉沉降試驗(yàn) 每四小時(shí)做一次，控制范圍1520%; 目的：間接判斷火山灰有效粒徑； 水膜試驗(yàn) 每班一次，水膜時(shí)間15秒； 目的：評(píng)價(jià)磨板后的板的潔凈度；有機(jī)污染 磨痕試驗(yàn) 內(nèi)層、外層板鍍板：1218mm；外層沉厚銅板：4-8mm ； 目的：評(píng)價(jià)磨板時(shí)上下兩對(duì)刷子對(duì)板的壓力狀況。,磨痕類型,E、磨板后質(zhì)量檢查 a.目檢板面是否有氧化、水跡、污物 板面清潔度 。 b.水膜測(cè)試 測(cè)試方法：取板面

7、清潔處理后的板，用水浸濕板面并垂直放置，用秒表測(cè)量水臘膜破裂的時(shí)間, c.板面粗糙度：經(jīng)磨板后的板面粗糙程度(2.0m左右). * 行業(yè)界人員定義一些參數(shù)衡量粗糙度如 Ra;表面取樣長(zhǎng)度內(nèi)基準(zhǔn)線上所有距離絕對(duì)值的算術(shù)平均值;一般0.2-0.4m.Rt;表面取樣長(zhǎng)度內(nèi)最高峰頂和最低谷度之間的距離1.5-3.0m一般用目視法估計(jì)，較少用科學(xué)儀器檢測(cè)。粗糙度由：磨刷材料，磨料粒度，磨板時(shí)的功率等共同決定。,磨板的控制,磨板的控制,五、無(wú)塵房的控制,溫度 濕度 壓力 空氣中塵粒含量 光線,無(wú)塵房需控制的條件,a. 溫度過高，干膜容易融邊，而且干膜 溶劑揮發(fā)影響貼膜效果。 b. 菲林尺寸穩(wěn)定性會(huì)受溫度的

8、影響。 *溫度對(duì)黃菲林影響:(10-20)*10-6 / 0C例如長(zhǎng)度為24”的菲林，溫度升高10C，長(zhǎng)度約增加24*1000*(1020)*10-6=0.240.48mil/0C,溫度控制,1.黃菲林尺寸穩(wěn)定性受濕度的影響，濕 度對(duì)黃菲林影響：(1525)* 10-6/%RH例如：長(zhǎng)度為24”菲林，相對(duì)濕度增加1%RH，長(zhǎng)度約增加：24*1000 *(15-25)*10-6=0.36-0.6Mil/%RH 2.干膜儲(chǔ)存需要控制一定的濕度,濕度控制,塵粒含量通常是指1ft3的空氣中含有0.5m以上塵埃個(gè)數(shù)，做為表達(dá)單位，如100個(gè)以下稱class100(現(xiàn)公司塵量為class1萬(wàn)，表示0.5m

9、以上塵埃個(gè)數(shù)不超過10000個(gè)或者5.0 以上塵埃個(gè)數(shù)不超過70個(gè))。測(cè)量工具：測(cè)塵儀,壓力控制,無(wú)塵房保持正氣壓的作用 是減少外界空氣進(jìn)入，減 少空氣中塵埃量。,正壓,空 氣,空 氣,空氣中塵含量控制,干膜，未覆制的黃菲林存放， 以及及半存放品需于黃光下存 放，貼膜曝光，顯影黃菲林覆制過程，也要在黃光條件下進(jìn)行。,Cleaning Room,光線控制,三、貼膜,a.必須遵行銅面大膜面小的原則。 b.更換膠轆應(yīng)留意發(fā)熱管的安裝， 避免溫度不均勻。 c.安裝干膜要注意上下對(duì)齊。,注 意,貼膜崗位注意事項(xiàng),干膜碎,溫度：溫度太高，干膜圖像變脆，耐電鍍力差，溫度太低，干膜未能完全軟化，流動(dòng)而與銅面粘

10、附牢固，結(jié)合力不好，干膜甩膜，滲鍍。溫度測(cè)定：測(cè)溫儀。 壓力：貼膜壓力太大，貼膜容易起皺，干膜蓋孔容易破，壓力太小，貼膜不牢。,貼膜參數(shù)控制,a.貼膜后需要靜置15分鐘以上才能曝光讓 已貼膜板冷卻到無(wú)塵房控制溫度范圍， 避免熱板使菲林變形。 b.貼膜板靜置冷卻可使干膜完全與板面貼合， 而且完全硬化。,貼膜后靜置時(shí)間,壓膜時(shí)間,溫 度,壓 力,影響貼膜效果的主要因素,a.貼膜壓力是壓膜滾輪施于干膜上的實(shí)際壓力(生 產(chǎn)時(shí)是用氣壓表上力作參考) b. 影響條件:氣缸氣壓,壓膜滾輪與基板形成壓痕的 長(zhǎng)度和寬度。 * “壓痕”的形狀受氣缸氣壓、滾輪直徑、包膠厚 度、滾輪表面包膠硬度等因素影響。 c.測(cè)試

11、：用測(cè)壓紙測(cè)試。,影響貼膜效果的主要因素壓力,a.貼膜溫度是指干膜與板面銅箔介面的實(shí)際 溫度，(生產(chǎn)上常以壓轆溫度作參考)。 b.貼膜溫度決定于壓轆與干膜接觸時(shí)間， (貼膜時(shí)間)。 c.壓轆溫度預(yù)熱溫度介于壓轆和光阻銅箔介面 的熱導(dǎo)系數(shù)。,影響貼膜效果的主要因素溫度,a. 壓膜時(shí)間是指滾輪與干膜接觸點(diǎn)的時(shí)間。 b.壓膜時(shí)間由貼膜壓力(實(shí)際是壓痕寬度)與 傳送速度決定。 附表(生產(chǎn)時(shí)以傳送速度作為參考),影響貼膜效果的主要因素壓膜時(shí)間,貼膜轆對(duì)貼膜效果的影響,貼膜轆對(duì)良率的影響,曝光是指UV光線穿過菲林及保護(hù)膜，而 到達(dá)感光膜體上，使進(jìn)行一連串的光聚 合反應(yīng)，形成不溶于顯影液聚合物。,流程圖,四

12、、曝光,聚合過程,光源,點(diǎn)光源,點(diǎn)光源,ORC手動(dòng)曝光機(jī),1、由于曝光框架兩層各為麥拉層和玻璃層，因此上下曝光的能量各不相同。 2、設(shè)備通過對(duì)燈罩的開合控制曝光時(shí)間的多少。 3、燈罩有冷卻水，冷卻水在保養(yǎng)時(shí)需要更換。 4、離子罐需要檢查，無(wú)吸附能力時(shí)，需要更換。 5、反光罩對(duì)能量的均勻性有比較大影響，通常通過調(diào)整反光罩的位置來(lái)調(diào)整能量均勻性。,平行光源,平行光源就是將由點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過拋物面反射通過移動(dòng)反射鏡來(lái)達(dá)到上下兩面的先后曝光。平行光的最大優(yōu)點(diǎn)是在曝光時(shí)，所有光線是垂直照射到光致抗蝕劑上，因而可以得到與底片“相同”的尺寸圖形（顯影后），得到較理想的圖形。,平行光源,1、平行光機(jī)保養(yǎng)時(shí)，

13、清潔反光罩上面的灰塵，通常使用撣子撣落灰塵，再用吸塵器吸附。 2、檢查過濾器有無(wú)堵塞。,不同的干膜根據(jù)其特性不同所需曝光能量不同，曝光能量的測(cè)量可以用能量表或曝光尺。,曝光尺有21級(jí)、17級(jí)、25級(jí)曝光尺，常用的是21級(jí)曝光尺，其第一級(jí)光密度為0.05，以后每級(jí)以光密度差D為0.15遞增，第21級(jí)3.05。做曝光尺應(yīng)注意，不同的干膜有不同能量。,曝光尺,不同的干膜在相同能量下曝光尺的級(jí) 數(shù)不同，因此做曝光尺時(shí)應(yīng)擇與生產(chǎn) 相同的干膜。,注 意,曝光能量,曝光能量太高，會(huì)導(dǎo)致線幼，干膜變脆。 曝光能量太低，單體聚合不完全，干膜蓋孔 能力變差，顯影后色澤暗淡，線路不清晰。,曝光能量的影響,曝光能量=

14、燈管強(qiáng)度X曝光時(shí)間,曝光能量是什么？,燈管強(qiáng)度高 燈管強(qiáng)度低,燈管強(qiáng)度,1、燈源太臟清潔 2、反光照太臟清潔 3、燈管使用壽命已到更換,燈管強(qiáng)度減弱的原因,曝光能量與反應(yīng)的關(guān)系,曝光尺確定能量,將菲林與板之間的空氣排出，避免菲林與板之間存在氣泡，而導(dǎo)致光線折射，使圖像失真。,目 的,a.真空框的密封性 b.抽真時(shí)間 c.真空泵工作收況 d.擦真空好壞決定,效果的決定因素,抽真空及趕氣,1、剛剛合上框架，抽真空時(shí)，趕氣力度不可過大。以免菲林與偏移 2、厚板由于麥拉膜的真空時(shí)的變形會(huì)引起菲林的移動(dòng)，所以單面曝光較合適,趕氣與偏位,牛頓環(huán)判斷真空效果(有牛頓環(huán)出現(xiàn)，且不移動(dòng)）,1、牛頓環(huán)出現(xiàn)，當(dāng)不再

15、移動(dòng)，表示氣體已經(jīng)不在流動(dòng)且接近真空。 2、在光面與光面接觸的地方容易形成并發(fā)現(xiàn)。,真空不良導(dǎo)致的曝光不良,導(dǎo)氣條太厚,導(dǎo)氣條太薄,導(dǎo)氣條合適,菲林定位圖示,菲林定位改善,1、板面質(zhì)量：1）減少板邊雜質(zhì)顆粒，減少搬運(yùn)過程。2）減少貼膜后的膜碎 2、菲林檢查： 1）菲林上到玻璃臺(tái)面前，檢查清潔臺(tái)面菲林。 2）上菲林之后，檢查菲林與臺(tái)面之間。 3）曝光過程當(dāng)中，抽真空的影響，灰塵會(huì)移動(dòng)到各處。,曝光后干膜未發(fā)生聚合反應(yīng)的部分單體會(huì)向已曝光部分?jǐn)U散遷移，增加了曝光部分干膜的密度，同時(shí)未曝光部分形成空穴。單體為非極性，未曝光部分更容易顯影。,曝光后靜置,LDI光學(xué)系統(tǒng),LDI光學(xué)系統(tǒng),LDI定位原理,

16、LDI特點(diǎn),1.不需要繪制菲林 2.對(duì)位精度高 3.不容易產(chǎn)生固定位缺陷 4.批量板生產(chǎn)速度慢 5.尺寸不能大于24“ 6.厚度不能超過5mm,正片：所見即所得 負(fù)片：所見非所得,正負(fù)片,正片：所見即所得 負(fù)片：所見非所得,正負(fù)片的定義: 正片：(所見即所得）線路區(qū)域?yàn)樽韫鈪^(qū)（無(wú)論是黑色阻光或是棕色阻光） 負(fù)片：(所見非所得）線路區(qū)域?yàn)橥腹鈪^(qū),顯影就是感光膜中曝光部分的活性基團(tuán) Na2CO3溶液反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)而溶解。已曝光部分由于發(fā)生光聚反應(yīng)生成大分子聚 合物，它不溶于K2CO3溶液而保留在銅面上。,定 義,反應(yīng)原理,Na2CO3 = 2Na+ + CO32- H2O + CO32- =

17、OH - + HCO3- RCOOH + K+ + OH- = RCOOK + H2O 羧基與 K+ 作用生成可溶于水的鉀鹽。,五、顯影,藥水補(bǔ)充 由于顯影液中有效成分不停消耗，而且 顯影液中廢膜量不斷增加。因此必須采 用自動(dòng)補(bǔ)料，自動(dòng)排放系統(tǒng)，以穩(wěn)定顯 影液正常濃度，同時(shí)限制溶于顯影液中 的廢膜量。,控制條件相關(guān)內(nèi)容介紹,補(bǔ)充流量計(jì)算 由于Na2CO3顯影液中有一定的使用壽命，因此必須 按要求補(bǔ)充足夠的新藥水。1L的1.0% Na2CO3一般可 以溶解1-2FT2干膜，不同的干膜具體溶膜量不同。 例如：某種干膜1L的1.0% Na2CO3可以溶解1.5FT2干膜. 1小時(shí)生產(chǎn)700FT2板，

18、板的銅面積按60%計(jì)算， 補(bǔ)充流量應(yīng)為：,控制條件相關(guān)內(nèi)容介紹,顯影點(diǎn)的控制 顯影點(diǎn)是指板從進(jìn)入顯影缸，到剛好沖影干凈 位置的距離與總顯影缸的長(zhǎng)度的百分比,控制條件相關(guān)內(nèi)容介紹,顯影點(diǎn)的控制 顯影點(diǎn)同樣可以用時(shí)間來(lái)計(jì)算，干膜剛好顯影干 凈的時(shí)間為t1，板在顯影缸總運(yùn)行時(shí)間為t2 t1/t2 * 100%為顯影點(diǎn) 顯影點(diǎn)不但可以綜合的反映溫度，濃度，壓力速 度條件，而且還能反映噴嘴排列安裝情況。 控制 顯影過度：線路狗牙，干膜色澤暗淡，抗電鍍能 力減弱 顯影不足：出現(xiàn)殘膠,控制條件相關(guān)內(nèi)容介紹,水洗 顯影完成后必須立即進(jìn)行水洗，除盡干膜及銅面 的殘留顯影液，避免線邊干膜遭到攻擊而造成線 邊殘銅，水洗同樣能沖洗掉板面留下的干膜碎片 及其他污物。水洗效果受水洗段長(zhǎng)度，噴嘴構(gòu)造， 噴淋壓力影響。,控制條件相關(guān)內(nèi)容介紹,DES 化學(xué)方程式 2Cu+3NaCLO3+6HCL=2CuCL2+3NaCL+3H2O CL離子(化合價(jià)+5-2) Cu(化合價(jià)0 +2),六、蝕刻,蝕刻因子= 銅厚/一邊側(cè)