PCB工艺基础5-外层图形转移培训

1、外层图形转移工艺流程原理 目 录一、前言二、工序制作简介三、工艺制作流程四、工艺制程原理五、各工序主要测试项目六、结束语 本教材为外层图形转移工艺的基本制作原理，适用于负责外层图形转移工序入职工程师、及相关技术人员的培训，使其能够快速掌握图形转移的基础知识，为后续的制程维护和改良提供原理性指导。一、前 言图形转移的定义： 在经过处理过的铜面上贴上一层感光性膜层，在紫外光的照射下，将菲林底片上的线路图形转移到铜面上，形成一种抗蚀或抗镀的掩膜图形。由于工艺的不同，外层图形转移主要有以下两种流程： 1）酸性蚀刻减成法流程： 掩膜图形起到抗蚀作用，将需要露铜的位置用干膜盖住，通过显影、蚀刻及退膜流程后

2、，形成外层图形。2）图形电镀流程： 掩膜图形起到抗镀作用，将裸铜位置用干膜盖住，通过退膜、蚀刻流程蚀刻成基材。二、工序制作简介板面处理显影曝光菲林制作退膜蚀刻三、工艺制作流程3.1 酸性蚀刻减成法流程DI直接成像无需使用菲林贴膜底片Cu层基材层贴膜曝光显影蚀刻褪膜干膜三、工艺制作流程图示：三、工艺制作流程3.2 图形电镀流程：显影曝光菲林制作退膜图形电镀蚀刻板面处理贴干膜褪锡三、工艺制作流程图示底片Cu基材贴膜曝光显影蚀刻褪锡干膜图电褪膜4.1 ：板面前处理四、工艺制程原理目的 清洁处理方法 机械处理 （浮石粉刷板） 化学处理 （ 除油+微蚀+酸洗） 未经任何处理的铜表面，由于粗糙度不足及表面

3、存在异物，对干膜不能提供足够的粘附，因此必须清除其上一切的氧化物、污渍，同时要求表面微观粗糙，以增大干膜与基材表面的接触面积。四、工艺制程原理化学处理常见流程：酸洗热风吹干除油：通过酸性化学物质将铜面的油性物质，氧化膜除去。微蚀：原理是铜表面发生氧化还原反应，形成粗化的铜面。酸洗：将铜离子及减少铜面的氧化。热风吹干：将板面吹干，防止板面氧化带来附着力不足或干膜流胶的问题。（+水洗）（+水洗）除油微蚀（+水洗）4.1 ：板面前处理机械处理常见流程：酸洗磨板RO水洗热风吹干酸洗：将铜离子及减少铜面的氧化磨板：原理是通过浮石粉颗粒的挤压，将铜表面处理得凹凸不平，增大表面积。水洗：将板面洗干净，降低杂

4、物热风吹干：将板面吹干，防止板面氧化带来附着力不足或干膜流胶的问题。（+水洗）（+水洗）（+水洗）四、工艺制程原理4.1 ：板面前处理4.1 ：板面前处理四、工艺制程原理 处理后板铜面与再氧化之关系 基材经过前处理后表面已无氧化物、油痕等，但如滞留时间过长，则表面会与空气中的氧发生氧化反应，前处理好的板应在较短时间内处理完。备注：在图形转移过程中，由于前处理后直接贴膜，不存在板面氧化的问题，若特殊原因导致无法贴膜，生产板需要返做前处理。 机械刷磨板化学处理法快慢 处理后铜面要求1)化学处理：以微蚀量衡量粗化的效果，一般微蚀量控制在12um之间，化学处理后的表面色泽均匀，无杂物、污迹及水渍等，从

5、微观来看，表面均匀致密；2）机械处理：以磨痕和水裂点衡量粗化的效果。一般磨痕控制在1018mm，水裂点保持30秒不破裂，处理后的表面色泽均匀，无杂物、污迹及水渍等，从微观莱克纳，表面处理不是很均匀，但粗化效果更深。4.1 ：板面前处理四、工艺制程原理化学处理机械处理4.1 ：板面前处理四、工艺制程原理 清洁处理方法比较4.2 ：板面贴膜四、工艺制程原理 贴膜时，先从干膜上剥下聚乙烯保护膜，然后在加热加压条件下将干膜抗蚀剂粘膜在覆铜箔板上。贴膜示意图干膜铜板热辘保护膜4.2 ：板面贴膜四、工艺制程原理压力， 温度，传送速度 贴膜过程注意三要素： 贴膜应是表面平整、无皱折、无气泡、无灰尘颗粒等夹杂

6、，同时为保存工艺的稳定性，贴膜后应停置15分钟后再进行曝光。 贴膜后要求：4.2 ：板面贴膜四、工艺制程原理 停留时间的设定及影响：贴膜后板子须停留时间15分钟以上，24小时以内。如果停留时间不够：干膜中所加入的附着力促进剂没有与铜完全发生作用而黏结不牢，造成菲林松。若停留时间太久：就会造成反应过度附着力太强而显影剥膜困难。 定义：利用感光材料，将设计的线路图形通过曝光/显影/蚀刻的工艺步骤，达至所需铜面线路图形。辘膜（贴干膜）菲林制作菲林检查曝光辘膜：以热贴的方式将干膜贴附在板铜面上。菲林制作：根据客户的要求，将线路图形plot在菲林（底片）上，并进行检查后投入生产。菲林检查：检查菲林上的杂

7、质或漏洞，避免影像转移出误。曝光：利用紫外光的能量，使干膜中的光敏物质进行光化学反应，以达到选择性局部桥架硬化的效果，而完成影像转移的目的。三、工艺制作流程4.3 曝光反应原理： 紫外光能量 光引发剂 R 单体 聚合物 自由基传递 聚合交联反应4.3 曝光四、工艺制程原理被曝光部分： 菲林透光的区域在紫外光照射下，光引发剂吸收光能分解成自由基，自由基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，形成不溶于稀溶液的体型大分子结构。未被曝光部分： 菲林遮光的区域保持贴膜后的附着状态，将被显影液冲掉。四、工艺制程原理 1）曝光机光源 2）曝光能量 3）干膜特性 4）菲林的质量四、工艺制程原理影响曝光成像质量和生

8、产效率因素： （除光致抗蚀剂性能）1）曝光光源的选择光源的特性直接影响曝光质量和效率，光源所发射出的光谱应与感光材料吸收光谱相匹配，能获得较好的曝光效果。目前干膜的吸收光波长为325-365nm,较短波长的光，曝光后成像图形的边缘整齐清晰。四、工艺制程原理光能量与光波长关系如下： =h r=h c / 式中: 光能量(单位:尔格) h 布郎克常数(6.625 10-2尔格.秒) r 光的频率(单位:秒-1(HZ)） c 真空中光速(单位:CM) 波长(值为:2.289103cm/S) 四、工艺制程原理从式中可以看出光的波长越短其能量越大，由于300nm以下波长易被玻璃和底片的聚酯片基所吸收，所

9、以在曝光机中选用的光源其波长一般为320-400nm之间。而高压泵灯及卤化物灯在310-440nm波长范围均有较大的相对辐射强度,故为干膜曝光较理想光源。四、工艺制程原理 曝光光源形式分为散射光、平行光：平行光散光源Defect 底 片Defect干 膜基 材四、工艺制程原理事实上，完全的理想平行光曝光机是不存在的，但我们经常会用曝光机光源的入射角c(Declination Angle)和散射角/2(Collimation Angle)来决定曝光机的性能。c/2一般平行光曝光机的定义: c、/230 曝光光源形式分为散射光、平行光：散射光、平行光，两者优缺点比较：四、工艺制程原理 在曝光过程中

10、，干膜的聚合反应并非“一引而发”，而是大体经过三个阶段：单体消耗增加曝光时间增加诱导区单体耗尽区单体耗尽区 故正确控制曝光时间是得到优良的干膜抗蚀图像的主要因素之一2） 曝光能量的控制：四、工艺制程原理曝光能量的确定： 曝光能量公式：E=It 式中： E - 总的曝光能量，mj/cm2 I - 灯光强度， mw/cm2 t - 曝光时间，s 从上述可知,总曝光能量E随灯光强度I和时间t而变化。若t恒定，光强I 发生变化，总曝光能量E也随之改变。而灯光强度随着电源压力的波动及灯的老化而发生变化，于是曝光量发生改变，导致干膜在每次曝光时所接受的总曝光量并不一定相同，即聚合程度亦不相同。为使每次干膜

11、的聚合程度相同应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机。 四、工艺制程原理曝光时间的确定： 采用Ristor 17格或SST21格曝光尺做曝光显像检查，确定曝光时间。用光密度尺进行曝光时，光密度小的（即较透明的）等级，干膜接受紫外光能量多，聚合较完全，而光密度大的（即透明程度差的）等级，干膜接受的紫外光能量少，不发生聚合反应或聚合不完全，这样选择不同时间进行曝光，可得到不同成像级数，在显影时被显影掉或只剩下一部分。四、工艺制程原理 1）干膜结构 PE 聚乙烯保护膜 （25m）干膜（光阻胶层）（3050m） PET COVER FILM （25m） 其中：聚乙烯保护膜是覆盖在感光

12、胶层上的保护膜，防止灰尘等污物 粘污干膜 阻止干膜胶层粘附在下层PET上； 聚脂类透明覆片（PET）作用： 1、避免干膜阻剂层在未曝光前遭刮伤； 2、在曝光时阻止氧气侵入光阻胶层，破坏游离基，引起感光度 下降4.3干膜特性（光致抗蚀剂干膜） ：四、工艺制程原理4.3 干膜特性四、工艺制程原理 2）主要成分及功能 光阻胶层的主要成分 功能 粘结剂(成膜树脂) 起抗蚀剂的骨架作用,不参加化学反应 光聚合单体 在光引发剂的存在下,经紫外光照射下 发生聚合反应,生成体型聚合物,感光 部分不溶于显影液,而未曝光部分可通 过显影除去 光引发剂 在紫外光照射下，光引发剂吸收紫外 光能量产生游离基，游离基进一

13、步引 发光聚合单体交联 各种添加剂 增强干膜物性及增强铜面附着力等四、工艺制程原理nmR1CCO2R2CH2CH3CCO2HCH2CH2C-CO OC2H4 O C O C2HO4 CO CCH2mCH3nCH3CH3CH33）感光层主体树脂组成：四、工艺制程原理3）干膜使用的主要品质要求：解像度附着力：盖孔能力：除油剂溶解测试：光谱特性 显影性及耐显影性 耐蚀刻性和耐电镀性 去膜性能 以干膜作为线路板影像转移制板时，需以银盐片或重氮片作为曝光工具，在曝光时充当 “底片”的角色，其中重氮片是银盐片通过曝光形成的。随着PCB工艺的发展，自动化程度越来越高，银盐片的使用越来越广泛。而重氮片由于在复

14、制过程中会来带变形等原因，使用越来越少。 四、工艺制程原理4.4 图形转移工具 影响菲林底片质量主要因素：光密度，尺寸稳定性 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，其表面挡光膜的挡光下 限，即底版不透明区挡光密度D max超过4.5时，才能达到良 好的挡光目的。 * 最小光密度是指底版在紫外光中，其挡光膜以外透明片 基 所呈现的挡光上限,即底版透明区之光密度Dmin小 于0.2时， 才能达到良好的透光目的。四、工艺制程原理 尺寸稳定性影响：底片的尺寸稳定性将直接影响印制板的尺寸精度和 图像重合度，受温、湿度及储存时间的

15、变化。 下表以D1A20为例的尺寸变化（由膨胀系数据决定）四、工艺制程原理 从上表可看出，在0-50与 10-90RH之间以7mil D1A20为例，平均每%RH变化为0.710-5,而每个T 则约变化2 10-5,这种变化如不超过极限,当温、温度恢复原来状态时， D1A20 Film的尺寸会恢复原来的尺寸。为能使D1A20底片与工作现场的温、湿度达到平衡，在进行曝光前，D1A20至少应静置于制造场所超过8小时以上。因为菲林尺寸稳定性及其余因素的影响，目前已开发出不使用菲林的直接激光成像技术。 尺寸稳定性影响：四、工艺制程原理制造高水准的P.C.B板，创造一个优良的工作环境是十分必要的，而图形

16、转移室需建立洁净室。 洁净室：是以每尺3的空气中所含大于0.5微米的尘粒之数目(PPOF)作为等级的，可分为三级，即： Class 大于或等于0.5/PPOF 100 100 10,000 10,000 100,000 100,000 曝光室环境控制注:以美国联邦标准 Fed STD 209B作为分级的规范。四、工艺制程原理四、工艺制程原理 曝光室操作环境环境控制： 1、温、湿度要求： 温度：21.5 2， 湿度：53 3RH% 2、“洁净室”建立： 净化等级达到10K-100K级 3、照明光源要求： 因湿膜属于感光性材料，工作区应采用黄光。 CO COOH OCH3 CO CO ONa OC

17、H3未聚合之干膜层被Na2CO3溶液冲掉的原理，是形成钠盐而被溶解，而已感光部分则不会形成钠盐而得以保存。1%Na2CO34.4 显影原理：四、工艺制程原理1. 蚀刻的作用： 利用感光材料，将设计的线路图形通过曝光/显影/蚀刻的工艺步骤，达至所需铜面线路图形。2. 蚀刻的原理： 1）Cu+CuCl2 2CuCl 2）2CuCl+2HCl+NaClO 2CuCl2 +H2O+NaCl4.5 酸性蚀刻原理：四、工艺制程原理以上为次氯酸钠+盐酸的体系，为目前常用的酸性蚀刻再生体系，其余体系还有双氧水.盐酸体系、电解回收铜体系、通氯气再生体系等显影蚀刻褪膜显影：通过药水碳酸钠的作用下，将未曝光部分的干

18、膜溶解并冲洗后，留下感光的部分。 蚀刻：是将未曝光的露铜部份面蚀刻掉。褪膜：是通过较高浓度的NaOH（2-5%）将保护线路铜面的干膜去掉。四、工艺制程原理3. 蚀刻的流程：Mn+：Li+，Na+，k+，Ca+Ki：扩散速度常数（KaKb干膜碎片小）（KaKb干膜碎片大）扩散速度：K+Na+KbOH-Mn+CuOCu2OCuO氢键(褪膜实质上就是OH,将氢键切断)KaOH-M n+4.6 褪膜原理：四、工艺制程原理四、工艺制程原理4.7 碱性蚀刻原理：1. 蚀刻的作用： 利用图形电镀选择性加工工艺，将形成线路图形的部分用锡保护住，而需要蚀刻成基材的区域用感光材料盖住。在蚀刻过程中通过退膜、蚀刻、

19、褪锡的流程达至所需铜面线路图形。2. 蚀刻的原理：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每蚀刻1g分子铜需要消耗2g分子氨和2g分子氯化铵，因此在蚀刻过程中，随着铜的溶解，应不断补加氨水和氯化铵。退膜蚀刻褪锡退膜：通过碱性药水的作用，将曝光的干膜溶解并冲洗后，形成裸露的铜面。 蚀刻：是将裸露的铜面部份咬噬掉，形成基材。褪锡：是通过较高浓度的退锡水（主要成分为硝酸）将保护线路铜面的锡面溶掉，同时对铜面起到钝化作用，

20、保护铜面。四、工艺制程原理3. 碱性蚀刻的流程：五、各工序主要测试项目 水破测试（前处理工序-化学微蚀）： 磨痕测试（前处理工序-机器磨法）：一般控制范围：1018mm铜板磨痕磨痕宽度通过磨痕的情况来检验磨后铜面各位置的平均程度。通过经化学微蚀处理的铜板，用清水淋湿2铜面后，板面垂直静候，水膜须维持在30秒以上。作为检验前处理后的铜面指标。 辘痕压力平均度测试（辘膜工序）：五、各工序主要项目测试一般控制要求：810mm贴膜铜板压痕辘痕宽度方法一：通过辘痕的程度来检验辘膜后铜面各位置的平均程度。方法二：通过感压纸的辘痕颜色深浅来判断辘膜后铜面各位置的平均程度。 能量平均度测试（曝光工序）： 菲林透光度测试（曝光工序）：五、各工序主要测试项目最大光密度D max大于4.5（不透光区域） 最小光密度D min小于0.2（透光区域） 测试点注：E.U 一般要求少于10%计算方式：E.U=（max-min)/man+min)*100%使