PCB内层工艺培训课件.ppt

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1、內 層 製 程,內 層 製 程,內層製作流程,裁板,塗布,曝光,顯影,蚀刻,去膜,前處理,內層製作流程裁板塗布曝光顯影蚀刻去膜前處理,裁 板 工 序,按照設計規劃要求,將基板裁切成工作所需尺寸. 注意事項: 1)避免板邊披鋒影響品質,裁切後進行磨邊,圓角處理,防止刮傷. 2)考慮漲縮影響,裁切板送下製程前烘烤. 3)裁切注意機械方向一致性.,裁 板 工 序 按照設計規劃要求,將基板裁切成工作所,前 處 理 工 序,目的:去銅面污染,增加銅面粗糙度.前處理方法:1)噴砂法:直接噴射火山岩粉末2)化學處理法:以化學物質造成銅面微蚀3)機械研磨法:用灰色尼龍刷,不織布清潔.,前 處 理 工 序目的:

2、去銅面污染,增加銅面粗糙度.,噴砂法(Pumice),噴砂法即為Pumice，其為約70%矽化物火山岩所組成，具有刷磨及吸收兩種功能。Pumice利用其外表粗糙且多孔接觸到銅面時能將氧化物去除，Pumice除粗化銅面外，尚可粗化非銅面Epoxy(環氧樹脂)表面。,噴砂法(Pumice)噴砂法即為Pumice，其為約70%矽,化學微蝕法(Microetch),化學微蝕法只針對內層薄板(8mil以下)使用以避免薄板遭刷磨輪損壞。然而隨著科技進步PCB層次愈來愈高，化學微蝕法也會搭配刷磨法一起針對外層板進行銅面處理，加強粗化作用，以利獲得更加之完美的銅面附著力，提昇品質。化學微蝕法主要是SPS+H2

3、SO4作爲藥液成份,其微蝕遫率控制在4060,化學微蝕法(Microetch)化學微蝕法只針對內層薄板(8,刷 磨 法(Brush),利用刷磨輪均勻拋刷銅面使其平整且刷痕一致，並獲得均勻粗糙度，如此對油墨才有良好的附著力，而為了了解銅面清潔度及粗化度是否合格，可作水破實驗及刷幅試驗加以驗證。(水破至少30秒,刷幅1.01.6cm)刷磨輪可分為下列三種：1、尼龍刷輪：大都以滲有金鋼砂(Silicon Carbide)等研磨劑抽成的塑鋼纖維為基材製成，其最大優點為耐用。2、不織布刷輪：以不織布磨片為基材製成的圓筒狀刷輪，清潔力強，磨刷後銅面較平滑，缺點為不耐用，磨屑較多。3、白毛清洗刷輪：以未滲有

4、研磨劑的尼龍纖維為基材，主要用在表面清洗。,刷 磨 法(Brush)利用刷磨輪均勻拋刷銅面使其平整且刷痕,表面粗糙度參數建議,Rz=23m (80120)Ra=0.20.3m(812)Wt4m提高良好金屬表面（Ra, Wt, Rz） 無氧化，無鉻層，無油污，無指痕。,Rz,Wt,Ra,銅表面,表面粗糙度參數建議Rz=23m (80120)Rz,前處理重點,微蝕速率確認(4060 u)微蝕速率 1、取二片10CM x10CM之基板走微蝕並烘乾以微秤計秤 重得W1 2、同上二片基板再走微蝕並烘乾以微秤計秤重得W2 3、(W1-W2)*213=微蝕速率(u)水破測試(30 sec) 測試前處理後板面

5、清潔程度。板子從水中拿起需保持完整的水膜30 sec板面無水痕 目視檢查上下板面不可有水痕殘留粗糙度 Ra:0.20.4um 波峰與波谷平均值 Rz:23um 波峰谷最大值-最小值 Wt:4um 最大波峰-最小波谷,前處理重點微蝕速率確認(4060 u),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勻涂上一层油墨,经过烤箱烘烤而达到即定要求,使用板厚度为0.13.0mm.,流程介紹:,清 潔,涂 布,清 潔,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著力.C.涂布前油墨搅拌5

6、10分钟.,烘 乾,塗 布 工 序,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,清洁机原理图:,A,A.粘尘辘B.粘尘紙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,塗布前清潔處理,清洁机原理图:AA.粘尘辘清洁机的主要作用:CAAABB塗布,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,金属刮刀与塗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

7、內,塗布原理,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,塗佈著膜原理,油膜,塗佈輪,內層板,塗佈量,塗佈著膜原理油膜塗佈輪內層板塗佈量,烘乾:A.利用發熱部件,使帶有溶剂的油墨板利用耐高温的輸送帶传输,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,必须对烤箱進行保養清潔. 方法:1.用粘尘纸清洁输送系統及烤箱內壁; 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 膜厚計:用来管控涂布厚度，膜厚要求2m,烘乾與保養,烘乾:烘乾與保養,油墨塗布烘乾後裸露於空氣燈光下，因受環境的影響開始

8、產生微秒的聚合反應，如果放置時間越長對生產的品質的影響就越大。因此不可置放超過24小時爲最佳（存放條件溫度，濕度%），以免油墨過度的聚合而產生邊鎖反應，導致油墨因聚合作用而附著於銅面上，造成顯像不潔而形成短路、殘銅。,塗布烘乾後至顯影前置放,1.油墨黏度量測(150180秒 3#流速杯测量)2.烘箱溫度量測設定3.膜厚量測（膜厚控制在812m）4.塗佈品質確認,塗佈重點,油墨塗布烘乾後裸露於空氣燈光下，因受環境的影響開始產生微秒的,曝光原理利用油墨的感光性,透過紫外光照射,把板面油墨由单体变成聚合体.這種反應過程是由油墨成份中的感光樹脂與光敏劑所產生的光合作用來完成。,曝光(Expose),光

9、源,曝光工序,曝光原理曝光(Expose) ArtworkArtwork光,曝光機,曝光能量：格，mj/cm2（到達油墨表面的能量）曝光照度：20mWatt(出廠時；隨著使用時間增長而衰退，且曝光時間增長，才能達到曝光能量的要求)均勻度：80%測量框架九宮格點，以最低照度除以最高照度乘以100%後需大於80%,曝光機曝光能量：格，mj/cm2（到達油墨,曝光能量對油墨的影響,曝光能量=燈管強度*曝光時間E(mJ/cm2) =I(mW/cm2)*T(S),聚合度,起始劑消耗,部分聚合,飽和狀態,曝光能量,曝光能量對油墨的影響曝光能量=燈管強度*曝光時間聚合度起始劑,UV 感光聚合過程,起始反應I

10、 (initiation) UV R(活性自由基) + other聚合反應R + M(monomer) M + otherM + M P (polymer) P + M P-M終止反應P-M1-M2 + P-M3-M4 P-M1-M2-M3-M4-P,UV 感光聚合過程起始反應,乾膜與油膜的分辩率对比,平行光,非平行光,油膜,乾膜,Mylar,Mylar,乾膜與油膜的分辩率对比平行光非平行光油膜乾膜MylarMyl,曝光能量的測量,量測曝光機曝光效果的方式則是使用21階能量表(Stouffer 21 Step Tablet)來測試曝光能量是否符合要求，以防止曝光能量太強造成線距變細、曝光能量太

11、弱造成線路缺口、開路的情形發生。首先將21階能量表置於底片線路圖形外的區域，一同與板子曝光及顯影，之後觀察21階能量表所顯現出的格數為何。油墨所需的曝光能量值皆由廠商提供。,曝光能量的測量 量測曝光機曝光效果的方式則是使用21階能量表,曝光能量的穩定,光學元件的好壞會決定曝光效果。通常曝光燈使用壽命約800小時就必須新，但這只保證燈源無礙，代表曝光品質能提昇，影響曝光品質最深乃是各項光學元件（內外水套、燈罩等）。因此一但發現曝光能量未變但曝光時間變長了，即表示曝光強度降低，而曝光強度降低代表光學零件因使用時間增長導致老化而使工作效能衰退。若在一間落塵量符合標準的無塵室裡，光學元件使用35年後就

12、應評估更新以保持最佳的曝光效能，如果持續使用老舊品而願更新，而這也表示曝光機的每日曝光量將降低且曝光品質也易受影響。,曝光能量的穩定光學元件的好壞會決定曝光效果。通常曝光燈使用壽,曝光重點,曝光能量的測試（57格）曝光菲林及板面清潔要做到位，減少定點不良曝光首件檢查的力度與頻率,曝光重點曝光能量的測試（57格）,曝光工艺異常排除,不 良 顶 目原 因 分 析改 善 对 策短路A.曝光能量高,顯 影 工 序,原理：利用顯影液之含弱鹼性分子與阻劑的含酸分子,進行酸鹼中和反應,阻劑經UV光照射後形成光聚合反應不再與鹼性物質發生反應,得以保留在板面上,此即顯影 顯影液:Na2CO3，K2CO3 顯影點

13、:顯示油墨顯影所需時間（顯影點範圍%） 顯影溫度:30 左右,顯 影 工 序 原理：利用顯影液之含弱鹼性分子與阻劑的含酸分,顯影點,假設顯影槽長2m,傳輸速度為2m/min油墨的完全顯影時間為:20s,0.6m,當板子到達顯影槽三分蘖之一時,板子的右半邊已經顯影完全,這時的顯影點為30%,每一種油墨都有一定的顯影點範圍如:30%-50%,則其顯影速度在2.0-3.2m/min之間,低於2.0會過顯影,高於3.2則會顯影不足,顯影點範圍越寬,油墨越好.,30%,2m,顯影點假設顯影槽長2m,傳輸速度為2m/min0.6m當板子,藥水組成,業界常用的藥液是以無水碳酸鈉(Na2CO3)加水而成，濃度

14、在重量比0.8%1.2%之間。較高藥液濃度可容許較高油墨負荷量，但較不易清洗乾淨，且操作範圍(Operating Window)較小；反之，過淡的濃度所能承受的油墨負荷較小。因此正確的配藥濃度應與油墨廠商研究調配。P.S：碳酸鈉的來源為含水化合物，須注意其有效含量，例如Na2CO3.H2O內含約85%的純Na2CO3,藥水組成業界常用的藥液是以無水碳酸鈉(Na2CO3)加水而成,顯影溫度,顯影溫度是影響顯影速度的最大變數，範圍約在2832之間，需依油墨而定。由於操作時藥液因幫浦的壓縮作用產生大量的熱能會促使溫度升高，而有顯影過度的可能，因此顯影機需加裝冷卻水管來保持適當的溫度；而溫度過低時，會

15、造成顯影不潔，因此需加裝加熱器使溫度能達到操作範圍，而得到最佳顯影效果。,油墨與藥液作用會產生膨脹作用(Swelling)，因此需要適當的壓力來沖掉表面已作用過的浮層，使乾淨藥液能繼續與油墨產生作用，而不至於發生水池效應。而針對細線路而言，適當壓力應在2030psi之間。,顯影壓力,顯影溫度顯影溫度是影響顯影速度的最大變數，範圍約在2832,噴嘴與濾網,所谓硬水是指含钙、镁等矿物质成分超过150ppm一般自來水或地下水因含有礦物質及污垢（污垢的形成：自来水中的钙、镁与碳酸钠反应形成碳酸钙CaCO3），若長期使用易與油墨結合形成硬垢，造成噴嘴或噴管阻，影響噴灑面積，最後導致顯影不潔。因此建議使用

16、蒸餾水搭配碳酸鈉製成藥液，會是最佳選擇。,噴嘴的使用主要是避免殘渣塞住噴嘴而形成顯像不潔。噴嘴大致可分為兩種，一為圓錐型(Cone Type)；一為扇型(Fan Type)。圓錐形特點是涵蓋的面積廣，雖可得到較佳的均勻性，但衝擊力小，易造成顯像不潔。而扇型噴嘴噴灑面積小，但衝擊力大，顯像效果較佳。因此針對細線路內層板，以使用扇型噴嘴較佳，因密集線路區需較高的藥液衝擊力來清除線路內殘渣；而內層板上層易形成水池效應(Pudding)，若壓力不夠會造成上層顯影不潔，易導致缺口或斷路產生。不論用何種噴嘴，最重要是其是否能重疊(Overlapping)，以達到均勻且乾淨的顯像效果。,水質硬度,噴嘴與濾網

17、所谓硬水是指含钙、镁等矿物质成分超过150ppm噴,消泡劑的使用,適當的消泡劑有助於顯像效果的提昇，但油墨溶解於顯像液是一種皂化作用，因此在幫浦的抽取及噴嘴的噴灑下會產生泡沫。這些泡沫會降低顯像液與板面的接觸，而造成顯像不潔。要如何選擇合適的產品，則應注意：避免使用會在槽壁留下油污的消泡劑(矿物油型)。避免使用會攻擊油墨的消泡劑，有些消泡劑含有部分溶劑會造成顯像時側蝕過度，而造成線路不齊缺口(酒精型)。避免使用含有硅(Silicone)成份的消泡劑，雖然含矽利康的消泡劑其消泡與抑泡作用十分顯著，但是不易與顯像液乳化完全，造成板面局部點狀不親水的油污現象，而使得板子容易產生殘銅、短路品質問題(含

18、硅型),消泡劑的使用適當的消泡劑有助於顯像效果的提昇，但油墨溶解於顯,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。,消泡剂的选择消泡剂的选择建议选择聚合分子型(PCG-PPG-,顯影後水洗,由於顯影液為鹼性液體，本質上就是不易水洗乾淨，而且當顯像液溶入油墨後，任何殘留在銅面上的顯像液都會形成殘渣(Scum)，造成蝕刻殘銅、短路。為確保水洗乾淨應維持下列原則：需有三道以上循環水洗槽。每個水洗槽至少有兩根水洗管道，並以扇型噴嘴前後與上下交叉佈置。噴洗角度應互相重疊，且經常保持通暢。壓力保持在2030psi。水洗

19、槽全部長度應為顯影槽的3/4以上，須注意槽液負荷應與水洗時間成正比。,顯影後水洗由於顯影液為鹼性液體，本質上就是不易水洗乾淨，而且,显影机的保养,由於油墨在顯影機被顯影液(Na2CO3)除去後，會形成殘渣留在溶液中，造成殘渣堵喷嘴及反沾的問題發生。爲了杜絕上述問題的發生，我們必須對顯影槽內部及水洗段進行大保養。以下就大保養程序做一介紹： 顯影槽保養首先於建浴槽內加滿水，再添加兩包片鹼並均勻攪拌之，隨後將藥液引入顯影槽內。若顯影槽有兩槽，則需重複上一動作。之後令其運轉120分鐘。將上述藥液排出，並於兩槽顯影槽內各加入适量清水，令其運轉中60分鐘。,显影机的保养 由於油墨在顯影機被顯影液(Na2C

20、O3),清水洗完後，將其排出，並於建浴槽內加滿水，再添加兩桶純硫酸並均勻攪拌之，隨後將藥液引入顯影槽內。若顯影槽有兩个槽，則需重複上一動作。之後令其運轉120分鐘。將上述藥液排出，並於兩槽顯影槽內各加入适量清水，令其運轉中60分鐘。於建浴槽內加滿水，再添加1%純鹼並均勻攪拌之，隨後將藥液引入顯影槽內。若顯影槽有兩槽，則需重複上一動作。之後令其運轉60分鐘。上述動作都完成後，就得以人工方式使用清潔粉清洗顯影槽、顯影噴管噴嘴、擋（切）水滾輪及吸水海綿。,清水洗完後，將其排出，並於建浴槽內加滿水，再添加兩桶純硫酸,水洗段保養,(1)先於水洗槽內加滿水，然後於各水洗槽內添加13%純硫酸，並令其運轉60

21、分鐘。(2)將水排出，以人工方式使用清潔粉清洗之。,顯影重點,1.顯影均勻性及顯影點測試 2.顯影新液添加量及pH值量測 3.消泡劑添加方式,水洗段保養(1)先於水洗槽內加滿水，然後於各水洗槽內添加1,顯影品質控制,顯影品質控制控制項目失控產生的不良改善對策顯影速度過快或過慢,蚀 刻 工 序,蚀刻液:CuCl2溶液,開始時加入CuCl2和HCL反應:Cu+CuCl22CuCl 再生:2CuCl+H2O22CuCl2+2H2O 4CuCl+4HCl+O24CuCl2+2H2O反應環境：HCl酸質控制 23N,蚀 刻 工 序蚀刻液:CuCl2溶液,開始時加入CuC,蚀刻因數,Etching Fac

22、tor（蝕刻因數）=t/XX=（梯形的下邊-上邊）/2 可接受：22.5,X,t,蚀刻因數Etching Factor（蝕刻因數）=t/XXt,蝕刻進行方式,第一階段,第二階段,第三階段,基材,铜泊,油墨,蝕刻進行方式第一階段第二階段第三階段基材铜泊油墨,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,蚀刻速度与蚀刻因素underetchperfect spee,蚀刻濃度與時間,蚀刻液濃度和蚀刻時間關係,蚀刻時間,濃度,Cu2+在一定範圍內的增加對蚀刻有促進作用,但超出範圍後會有一些護岸效應

23、等不利影響,從而產生複雜情況.,蚀刻濃度與時間蚀刻液濃度和蚀刻時間關係蚀刻時間濃度Cu2+在,蚀刻建議參數,1)氧化還原電位（ORP）：500580mV2)Cu含量:2125oz/gal（157186g/l）3)溫度：52544)比重：1.241.28,蚀刻建議參數1)氧化還原電位（ORP）：500580mV,槽液維護,酸性氯化銅蝕刻液的槽液維护主要包括：比重（S.G），雙氧水濃度（ORP氧化還原電位），及鹽酸（HCl）濃度，氯離子（Cl-）濃度、溫度、噴壓，抽風等。根據生産實踐經驗，比重（CuCl2含量）、鹽酸濃度、雙氧水濃度（ORP氧化還原電位值）、噴壓、對於蝕刻因數有最顯著的影響。一般要

24、有良好的蝕刻因數，又不影響蝕刻速度的設定如下：,槽液維護 酸性氯化銅蝕刻液的槽液維护主要包括：比重（S.G）,比重（Cu2+）的控制,當比重升至1.32時，蝕刻因數(Etching facter)有顯著改善，但比重高於1.32之蝕刻速度將會下降25%，所以在不降低蝕刻速度的前提下，比重控制在1.281.32（銅離子濃度120175g/L），最佳設定值1.30。,過高的雙氧水濃度會産生氯氣，另外隨雙氧水濃度升高，蝕刻因數、速度會有所下降。ORP氧化還原電位元控制範圍：500580mv，最佳設定值520mv。,雙氧水濃度（ORP氧化還原電位）,比重（Cu2+）的控制當比重升至1.32時，蝕刻因數(

25、Etc,噴 壓,鹽酸的當量濃度一般控制在2.1-3.5N，鹽酸濃度低, 會造成蝕刻速度降低;但鹽酸含量過高,雖可加快蝕刻速度,但蝕刻因數明顯下降,同時過高的鹽酸濃度會加劇設備的腐蝕,且有可能造蝕刻阻劑破損。,噴壓與蝕刻因數及蝕刻速度的關係是成正比的，但過大噴壓會對蝕刻阻劑造成傷害，一般控制在1.8-2.2kg/cm2。具體的操作參數應在實際生産中通過實驗來確定。另外良好的抽氣是必須的，擺動要注意不要有蝕刻死角或重覆區過大。且選擇好的自動控制系統，並定對其做好保養，才能確保良好的蝕刻品質和正常的生産。,鹽酸濃度,噴 壓鹽酸的當量濃度一般控制在2.1-3.5N，鹽酸濃度低,退膜工序,原理：利用去膜

26、液將保護銅面的抗蚀幹膜剝掉,露出線路圖形。 去膜過程: 入料剝膜水洗酸洗水洗烘乾出料 其中酸洗是用檸檬酸或稀硫酸去氧化,中和鹼。,退膜工序 原理：利用去膜液將保護銅面的抗蚀幹膜剝掉,露出,退膜藥水,去膜液分類： 1)液鹼：NaOH(濃度46%) 通常去膜碎片尺寸大（可達23mm） 2)特殊去膜液：MEA（單乙醇銨），四甲基氫氧化銨，抗氧化劑，部分有乙二醇醚 3)混合液：液鹼和MEA自行配製，一般為3%/1%，3%/3%，1.5%/4.5%,退膜藥水去膜液分類：,退膜濃度與溫度,濃度與溫度對去膜的影響： 1)濃度升高，去膜速度升高；溫度升高，速度升高。 2)濃度高，膜屑大；溫度高，膜屑小。,退膜

27、濃度與溫度濃度與溫度對去膜的影響：,退膜過程,剝膜過程： 擴散膨脹撕裂 NaOH+RCOOHRCOONa+H2O OH-破壞:1)油墨與銅面鍵 2)破壞油墨內結合 其中擴散反應最慢,退膜過程剝膜過程：,內層工藝主要不良分析總結,线路缺口：,主要不良问题图片说明（開路、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,內層工藝主要不良分析總結线路缺口：主要不良问题图片说明（開路,主要不良问题分析与改善（開路、缺口、針孔）,主要不良问题分析与改善（開路、缺口、針孔）產生原因描述 工,產生原因描述 工序 改善方法塗布後板面油墨有,產生原因描述 工序 改善方法曝光能量過低造,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,主要不良问题图片说明（短路、残铜）异物短路：油墨下丝状异物短,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） 產生原因描述 工序,產生原因描述 工序 改善方法曝光菲林擦花，,產生原因描述 工序 改善方法顯影速度過快造,