PCB工藝基礎(chǔ)5-外層圖形轉(zhuǎn)移培訓(xùn)

1、外層圖形轉(zhuǎn)移工藝流程原理 目 錄一、前言二、工序制作簡(jiǎn)介三、工藝制作流程四、工藝制程原理五、各工序主要測(cè)試項(xiàng)目六、結(jié)束語 本教材為外層圖形轉(zhuǎn)移工藝的基本制作原理，適用于負(fù)責(zé)外層圖形轉(zhuǎn)移工序入職工程師、及相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)，使其能夠快速掌握?qǐng)D形轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)的制程維護(hù)和改良提供原理性指導(dǎo)。一、前 言圖形轉(zhuǎn)移的定義： 在經(jīng)過處理過的銅面上貼上一層感光性膜層，在紫外光的照射下，將菲林底片上的線路圖形轉(zhuǎn)移到銅面上，形成一種抗蝕或抗鍍的掩膜圖形。由于工藝的不同，外層圖形轉(zhuǎn)移主要有以下兩種流程： 1）酸性蝕刻減成法流程： 掩膜圖形起到抗蝕作用，將需要露銅的位置用干膜蓋住，通過顯影、蝕刻及退膜流程后

2、，形成外層圖形。2）圖形電鍍流程： 掩膜圖形起到抗鍍作用，將裸銅位置用干膜蓋住，通過退膜、蝕刻流程蝕刻成基材。二、工序制作簡(jiǎn)介板面處理顯影曝光菲林制作退膜蝕刻三、工藝制作流程3.1 酸性蝕刻減成法流程DI直接成像無需使用菲林貼膜底片Cu層基材層貼膜曝光顯影蝕刻褪膜干膜三、工藝制作流程圖示：三、工藝制作流程3.2 圖形電鍍流程：顯影曝光菲林制作退膜圖形電鍍蝕刻板面處理貼干膜褪錫三、工藝制作流程圖示底片Cu基材貼膜曝光顯影蝕刻褪錫干膜圖電褪膜4.1 ：板面前處理四、工藝制程原理目的 清潔處理方法 機(jī)械處理 （浮石粉刷板） 化學(xué)處理 （ 除油+微蝕+酸洗） 未經(jīng)任何處理的銅表面，由于粗糙度不足及表面

3、存在異物，對(duì)干膜不能提供足夠的粘附，因此必須清除其上一切的氧化物、污漬，同時(shí)要求表面微觀粗糙，以增大干膜與基材表面的接觸面積。四、工藝制程原理化學(xué)處理常見流程：酸洗熱風(fēng)吹干除油：通過酸性化學(xué)物質(zhì)將銅面的油性物質(zhì)，氧化膜除去。微蝕：原理是銅表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成粗化的銅面。酸洗：將銅離子及減少銅面的氧化。熱風(fēng)吹干：將板面吹干，防止板面氧化帶來附著力不足或干膜流膠的問題。（+水洗）（+水洗）除油微蝕（+水洗）4.1 ：板面前處理機(jī)械處理常見流程：酸洗磨板RO水洗熱風(fēng)吹干酸洗：將銅離子及減少銅面的氧化磨板：原理是通過浮石粉顆粒的擠壓，將銅表面處理得凹凸不平，增大表面積。水洗：將板面洗干凈，降低雜

4、物熱風(fēng)吹干：將板面吹干，防止板面氧化帶來附著力不足或干膜流膠的問題。（+水洗）（+水洗）（+水洗）四、工藝制程原理4.1 ：板面前處理4.1 ：板面前處理四、工藝制程原理 處理后板銅面與再氧化之關(guān)系 基材經(jīng)過前處理后表面已無氧化物、油痕等，但如滯留時(shí)間過長(zhǎng)，則表面會(huì)與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，前處理好的板應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)處理完。備注：在圖形轉(zhuǎn)移過程中，由于前處理后直接貼膜，不存在板面氧化的問題，若特殊原因?qū)е聼o法貼膜，生產(chǎn)板需要返做前處理。 機(jī)械刷磨板化學(xué)處理法快慢 處理后銅面要求1)化學(xué)處理：以微蝕量衡量粗化的效果，一般微蝕量控制在12um之間，化學(xué)處理后的表面色澤均勻，無雜物、污跡及水漬等，從

5、微觀來看，表面均勻致密；2）機(jī)械處理：以磨痕和水裂點(diǎn)衡量粗化的效果。一般磨痕控制在1018mm，水裂點(diǎn)保持30秒不破裂，處理后的表面色澤均勻，無雜物、污跡及水漬等，從微觀萊克納，表面處理不是很均勻，但粗化效果更深。4.1 ：板面前處理四、工藝制程原理化學(xué)處理機(jī)械處理4.1 ：板面前處理四、工藝制程原理 清潔處理方法比較4.2 ：板面貼膜四、工藝制程原理 貼膜時(shí)，先從干膜上剝下聚乙烯保護(hù)膜，然后在加熱加壓條件下將干膜抗蝕劑粘膜在覆銅箔板上。貼膜示意圖干膜銅板熱轆保護(hù)膜4.2 ：板面貼膜四、工藝制程原理壓力， 溫度，傳送速度 貼膜過程注意三要素： 貼膜應(yīng)是表面平整、無皺折、無氣泡、無灰塵顆粒等夾雜

6、，同時(shí)為保存工藝的穩(wěn)定性，貼膜后應(yīng)停置15分鐘后再進(jìn)行曝光。 貼膜后要求：4.2 ：板面貼膜四、工藝制程原理 停留時(shí)間的設(shè)定及影響：貼膜后板子須停留時(shí)間15分鐘以上，24小時(shí)以內(nèi)。如果停留時(shí)間不夠：干膜中所加入的附著力促進(jìn)劑沒有與銅完全發(fā)生作用而黏結(jié)不牢，造成菲林松。若停留時(shí)間太久：就會(huì)造成反應(yīng)過度附著力太強(qiáng)而顯影剝膜困難。 定義：利用感光材料，將設(shè)計(jì)的線路圖形通過曝光/顯影/蝕刻的工藝步驟，達(dá)至所需銅面線路圖形。轆膜（貼干膜）菲林制作菲林檢查曝光轆膜：以熱貼的方式將干膜貼附在板銅面上。菲林制作：根據(jù)客戶的要求，將線路圖形plot在菲林（底片）上，并進(jìn)行檢查后投入生產(chǎn)。菲林檢查：檢查菲林上的雜

7、質(zhì)或漏洞，避免影像轉(zhuǎn)移出誤。曝光：利用紫外光的能量，使干膜中的光敏物質(zhì)進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到選擇性局部橋架硬化的效果，而完成影像轉(zhuǎn)移的目的。三、工藝制作流程4.3 曝光反應(yīng)原理： 紫外光能量 光引發(fā)劑 R 單體 聚合物 自由基傳遞 聚合交聯(lián)反應(yīng)4.3 曝光四、工藝制程原理被曝光部分： 菲林透光的區(qū)域在紫外光照射下，光引發(fā)劑吸收光能分解成自由基，自由基再引發(fā)光聚合單體進(jìn)行聚合交聯(lián)反應(yīng)，形成不溶于稀溶液的體型大分子結(jié)構(gòu)。未被曝光部分： 菲林遮光的區(qū)域保持貼膜后的附著狀態(tài)，將被顯影液沖掉。四、工藝制程原理 1）曝光機(jī)光源 2）曝光能量 3）干膜特性 4）菲林的質(zhì)量四、工藝制程原理影響曝光成像質(zhì)量和生

8、產(chǎn)效率因素： （除光致抗蝕劑性能）1）曝光光源的選擇光源的特性直接影響曝光質(zhì)量和效率，光源所發(fā)射出的光譜應(yīng)與感光材料吸收光譜相匹配，能獲得較好的曝光效果。目前干膜的吸收光波長(zhǎng)為325-365nm,較短波長(zhǎng)的光，曝光后成像圖形的邊緣整齊清晰。四、工藝制程原理光能量與光波長(zhǎng)關(guān)系如下： =h r=h c / 式中: 光能量(單位:爾格) h 布郎克常數(shù)(6.625 10-2爾格.秒) r 光的頻率(單位:秒-1(HZ)） c 真空中光速(單位:CM) 波長(zhǎng)(值為:2.289103cm/S) 四、工藝制程原理從式中可以看出光的波長(zhǎng)越短其能量越大，由于300nm以下波長(zhǎng)易被玻璃和底片的聚酯片基所吸收，所

9、以在曝光機(jī)中選用的光源其波長(zhǎng)一般為320-400nm之間。而高壓泵燈及鹵化物燈在310-440nm波長(zhǎng)范圍均有較大的相對(duì)輻射強(qiáng)度,故為干膜曝光較理想光源。四、工藝制程原理 曝光光源形式分為散射光、平行光：平行光散光源Defect 底 片Defect干 膜基 材四、工藝制程原理事實(shí)上，完全的理想平行光曝光機(jī)是不存在的，但我們經(jīng)常會(huì)用曝光機(jī)光源的入射角c(Declination Angle)和散射角/2(Collimation Angle)來決定曝光機(jī)的性能。c/2一般平行光曝光機(jī)的定義: c、/230 曝光光源形式分為散射光、平行光：散射光、平行光，兩者優(yōu)缺點(diǎn)比較：四、工藝制程原理 在曝光過程中

10、，干膜的聚合反應(yīng)并非“一引而發(fā)”，而是大體經(jīng)過三個(gè)階段：?jiǎn)误w消耗增加曝光時(shí)間增加誘導(dǎo)區(qū)單體耗盡區(qū)單體耗盡區(qū) 故正確控制曝光時(shí)間是得到優(yōu)良的干膜抗蝕圖像的主要因素之一2） 曝光能量的控制：四、工藝制程原理曝光能量的確定： 曝光能量公式：E=It 式中： E - 總的曝光能量，mj/cm2 I - 燈光強(qiáng)度， mw/cm2 t - 曝光時(shí)間，s 從上述可知,總曝光能量E隨燈光強(qiáng)度I和時(shí)間t而變化。若t恒定，光強(qiáng)I 發(fā)生變化，總曝光能量E也隨之改變。而燈光強(qiáng)度隨著電源壓力的波動(dòng)及燈的老化而發(fā)生變化，于是曝光量發(fā)生改變，導(dǎo)致干膜在每次曝光時(shí)所接受的總曝光量并不一定相同，即聚合程度亦不相同。為使每次干膜

11、的聚合程度相同應(yīng)采用曝光能量控制曝光。即采用具有曝光光能量控制的曝光機(jī)。 四、工藝制程原理曝光時(shí)間的確定： 采用Ristor 17格或SST21格曝光尺做曝光顯像檢查，確定曝光時(shí)間。用光密度尺進(jìn)行曝光時(shí)，光密度小的（即較透明的）等級(jí)，干膜接受紫外光能量多，聚合較完全，而光密度大的（即透明程度差的）等級(jí)，干膜接受的紫外光能量少，不發(fā)生聚合反應(yīng)或聚合不完全，這樣選擇不同時(shí)間進(jìn)行曝光，可得到不同成像級(jí)數(shù)，在顯影時(shí)被顯影掉或只剩下一部分。四、工藝制程原理 1）干膜結(jié)構(gòu) PE 聚乙烯保護(hù)膜 （25m）干膜（光阻膠層）（3050m） PET COVER FILM （25m） 其中：聚乙烯保護(hù)膜是覆蓋在感光

12、膠層上的保護(hù)膜，防止灰塵等污物 粘污干膜 阻止干膜膠層粘附在下層PET上； 聚脂類透明覆片（PET）作用： 1、避免干膜阻劑層在未曝光前遭刮傷； 2、在曝光時(shí)阻止氧氣侵入光阻膠層，破壞游離基，引起感光度 下降4.3干膜特性（光致抗蝕劑干膜） ：四、工藝制程原理4.3 干膜特性四、工藝制程原理 2）主要成分及功能 光阻膠層的主要成分 功能 粘結(jié)劑(成膜樹脂) 起抗蝕劑的骨架作用,不參加化學(xué)反應(yīng) 光聚合單體 在光引發(fā)劑的存在下,經(jīng)紫外光照射下 發(fā)生聚合反應(yīng),生成體型聚合物,感光 部分不溶于顯影液,而未曝光部分可通 過顯影除去 光引發(fā)劑 在紫外光照射下，光引發(fā)劑吸收紫外 光能量產(chǎn)生游離基，游離基進(jìn)一

13、步引 發(fā)光聚合單體交聯(lián) 各種添加劑 增強(qiáng)干膜物性及增強(qiáng)銅面附著力等四、工藝制程原理nmR1CCO2R2CH2CH3CCO2HCH2CH2C-CO OC2H4 O C O C2HO4 CO CCH2mCH3nCH3CH3CH33）感光層主體樹脂組成：四、工藝制程原理3）干膜使用的主要品質(zhì)要求：解像度附著力：蓋孔能力：除油劑溶解測(cè)試：光譜特性 顯影性及耐顯影性 耐蝕刻性和耐電鍍性 去膜性能 以干膜作為線路板影像轉(zhuǎn)移制板時(shí)，需以銀鹽片或重氮片作為曝光工具，在曝光時(shí)充當(dāng) “底片”的角色，其中重氮片是銀鹽片通過曝光形成的。隨著PCB工藝的發(fā)展，自動(dòng)化程度越來越高，銀鹽片的使用越來越廣泛。而重氮片由于在復(fù)

14、制過程中會(huì)來帶變形等原因，使用越來越少。 四、工藝制程原理4.4 圖形轉(zhuǎn)移工具 影響菲林底片質(zhì)量主要因素：光密度，尺寸穩(wěn)定性 光密度要求： 最大光密度D max大于4.5； 最小光密度D min小于0.2 * 最大光密度是指底版在紫外光中，其表面擋光膜的擋光下 限，即底版不透明區(qū)擋光密度D max超過4.5時(shí)，才能達(dá)到良 好的擋光目的。 * 最小光密度是指底版在紫外光中，其擋光膜以外透明片 基 所呈現(xiàn)的擋光上限,即底版透明區(qū)之光密度Dmin小 于0.2時(shí)， 才能達(dá)到良好的透光目的。四、工藝制程原理 尺寸穩(wěn)定性影響：底片的尺寸穩(wěn)定性將直接影響印制板的尺寸精度和 圖像重合度，受溫、濕度及儲(chǔ)存時(shí)間的

15、變化。 下表以D1A20為例的尺寸變化（由膨脹系數(shù)據(jù)決定）四、工藝制程原理 從上表可看出，在0-50與 10-90RH之間以7mil D1A20為例，平均每%RH變化為0.710-5,而每個(gè)T 則約變化2 10-5,這種變化如不超過極限,當(dāng)溫、溫度恢復(fù)原來狀態(tài)時(shí)， D1A20 Film的尺寸會(huì)恢復(fù)原來的尺寸。為能使D1A20底片與工作現(xiàn)場(chǎng)的溫、濕度達(dá)到平衡，在進(jìn)行曝光前，D1A20至少應(yīng)靜置于制造場(chǎng)所超過8小時(shí)以上。因?yàn)榉屏殖叽绶€(wěn)定性及其余因素的影響，目前已開發(fā)出不使用菲林的直接激光成像技術(shù)。 尺寸穩(wěn)定性影響：四、工藝制程原理制造高水準(zhǔn)的P.C.B板，創(chuàng)造一個(gè)優(yōu)良的工作環(huán)境是十分必要的，而圖形

16、轉(zhuǎn)移室需建立潔凈室。 潔凈室：是以每尺3的空氣中所含大于0.5微米的塵粒之?dāng)?shù)目(PPOF)作為等級(jí)的，可分為三級(jí)，即： Class 大于或等于0.5/PPOF 100 100 10,000 10,000 100,000 100,000 曝光室環(huán)境控制注:以美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn) Fed STD 209B作為分級(jí)的規(guī)范。四、工藝制程原理四、工藝制程原理 曝光室操作環(huán)境環(huán)境控制： 1、溫、濕度要求： 溫度：21.5 2， 濕度：53 3RH% 2、“潔凈室”建立： 凈化等級(jí)達(dá)到10K-100K級(jí) 3、照明光源要求： 因濕膜屬于感光性材料，工作區(qū)應(yīng)采用黃光。 CO COOH OCH3 CO CO ONa OC

17、H3未聚合之干膜層被Na2CO3溶液沖掉的原理，是形成鈉鹽而被溶解，而已感光部分則不會(huì)形成鈉鹽而得以保存。1%Na2CO34.4 顯影原理：四、工藝制程原理1. 蝕刻的作用： 利用感光材料，將設(shè)計(jì)的線路圖形通過曝光/顯影/蝕刻的工藝步驟，達(dá)至所需銅面線路圖形。2. 蝕刻的原理： 1）Cu+CuCl2 2CuCl 2）2CuCl+2HCl+NaClO 2CuCl2 +H2O+NaCl4.5 酸性蝕刻原理：四、工藝制程原理以上為次氯酸鈉+鹽酸的體系，為目前常用的酸性蝕刻再生體系，其余體系還有雙氧水.鹽酸體系、電解回收銅體系、通氯氣再生體系等顯影蝕刻褪膜顯影：通過藥水碳酸鈉的作用下，將未曝光部分的干

18、膜溶解并沖洗后，留下感光的部分。 蝕刻：是將未曝光的露銅部份面蝕刻掉。褪膜：是通過較高濃度的NaOH（2-5%）將保護(hù)線路銅面的干膜去掉。四、工藝制程原理3. 蝕刻的流程：Mn+：Li+，Na+，k+，Ca+Ki：擴(kuò)散速度常數(shù)（KaKb干膜碎片?。↘aKb干膜碎片大）擴(kuò)散速度：K+Na+KbOH-Mn+CuOCu2OCuO氫鍵(褪膜實(shí)質(zhì)上就是OH,將氫鍵切斷)KaOH-M n+4.6 褪膜原理：四、工藝制程原理四、工藝制程原理4.7 堿性蝕刻原理：1. 蝕刻的作用： 利用圖形電鍍選擇性加工工藝，將形成線路圖形的部分用錫保護(hù)住，而需要蝕刻成基材的區(qū)域用感光材料蓋住。在蝕刻過程中通過退膜、蝕刻、

19、褪錫的流程達(dá)至所需銅面線路圖形。2. 蝕刻的原理：1)CuCl2+4（NH3.H20) Cu（NH3)4Cl2+4H2O2)Cu（NH3)4Cl2+Cu 2Cu（NH3)4Cl3)2Cu（NH3)4Cl+2NH4Cl+2NH3+1/2O2 2Cu（NH3)4Cl2+H20每蝕刻1g分子銅需要消耗2g分子氨和2g分子氯化銨，因此在蝕刻過程中，隨著銅的溶解，應(yīng)不斷補(bǔ)加氨水和氯化銨。退膜蝕刻褪錫退膜：通過堿性藥水的作用，將曝光的干膜溶解并沖洗后，形成裸露的銅面。 蝕刻：是將裸露的銅面部份咬噬掉，形成基材。褪錫：是通過較高濃度的退錫水（主要成分為硝酸）將保護(hù)線路銅面的錫面溶掉，同時(shí)對(duì)銅面起到鈍化作用，

20、保護(hù)銅面。四、工藝制程原理3. 堿性蝕刻的流程：五、各工序主要測(cè)試項(xiàng)目 水破測(cè)試（前處理工序-化學(xué)微蝕）： 磨痕測(cè)試（前處理工序-機(jī)器磨法）：一般控制范圍：1018mm銅板磨痕磨痕寬度通過磨痕的情況來檢驗(yàn)?zāi)ズ筱~面各位置的平均程度。通過經(jīng)化學(xué)微蝕處理的銅板，用清水淋濕2銅面后，板面垂直靜候，水膜須維持在30秒以上。作為檢驗(yàn)前處理后的銅面指標(biāo)。 轆痕壓力平均度測(cè)試（轆膜工序）：五、各工序主要項(xiàng)目測(cè)試一般控制要求：810mm貼膜銅板壓痕轆痕寬度方法一：通過轆痕的程度來檢驗(yàn)轆膜后銅面各位置的平均程度。方法二：通過感壓紙的轆痕顏色深淺來判斷轆膜后銅面各位置的平均程度。 能量平均度測(cè)試（曝光工序）： 菲林透光度測(cè)試（曝光工序）：五、各工序主要測(cè)試項(xiàng)目最大光密度D max大于4.5（不透光區(qū)域） 最小光密度D min小于0.2（透光區(qū)域） 測(cè)試點(diǎn)注：E.U 一般要求少于10%計(jì)算方式：E.U=（max-min)/man+min)*100%使