线路板制作原理到钻孔.ppt

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1、线路板制作原理,目的,对普通多层PCB制作的工艺流程有一个基本了解PCB分很多种,在此我们以最常见的普通多层硬板为例进行介绍.,噢!,基本制作流程,基本制作流程,多层线路板制作，包括两大部分：内层制作工序 外层制作工序,开料（Board Cutting),前处理（Pre-treatment),图形转移（Image transter),光学检查（AOI),铜面粗化（B.F or B.O),排板（Lay up),压合（Pressing),钻管位孔（X-Ray),修边（Edge trimming),内层基本制作流程,定义：将覆铜板裁剪为所需的尺寸。,锔料（Baking),切料（Laminate Cu

2、tting),锣圆角（corner Rounting),打字唛（Mark stamping),锔料：为了消除板料在制作时产生的内应力。令到板料尺寸（涨缩性）稳定性加强。去除板料在储存时吸收的水份，增加材料的可靠性。,切料：将一张大料根据不同板号尺寸要求切成所需的生产尺寸。,锣圆角：为避免在下工序造成Handling 及品质问题，将板料锣成圆角。,打字唛：将生产板的编号资料附印在板边，令各工序能识别与追溯不同的板号。,制作流程（开料）,图形转移：就是在处理过的铜面上贴上或涂上一层感光性膜层，在紫外光的照射下，将照相底版(ART-WORK)上的线路图形转移到敷铜箔基材的铜面上，形成一种抗蚀的掩膜图

3、形，那些未被抗蚀剂保护的不需要的铜箔，将在随后的化学蚀刻工艺中被蚀刻掉，经过蚀刻工艺后再褪去抗蚀膜层，得到所需要的裸铜电路图形。,制作流程（图形转移）,丝网印刷（Screen Printing）图形转移工艺 干膜（Dry Film）图形转移工艺 液态光致抗蚀剂（Liquid Photoresist）图形转移工艺 电沉积光致抗蚀剂（ED膜）制作工艺 激光直接成像技术（Laser Direct Image）,图形转移的方法,图形转移的方法,目前较为常用的为干膜工艺和液态光致抗蚀剂(也相应称为湿膜工艺)湿膜工艺以膜薄，分辨率(Resolution)高，成本低，操作条件要求低等优势得到广泛应用,特别适

4、应制作内层的图形转移.我们这里主要介绍湿膜工艺工艺.,工艺流程,前处理入板 涂覆 预烘 曝光 显影 干燥 蚀刻 去膜,制作流程（内层图像转移）,工艺原理,液态光致抗蚀剂（简称湿膜）是由感光性树脂，配合感光剂、色料、填料及溶剂等制成，经光照射后产生光聚合反应而得到图形。,基板前处理主要是解决表面清洁度和表面粗糙度的问题。液体光致抗蚀剂的粘合主要是通过化学键合反应来完成的。为 保证这种键合作用，铜表面必须新鲜、无氧化且呈未键合的自由状态，再通过适当粗化，增大表 面积，便可得到优良的粘附力。而干膜具有较高的粘度和较大程度的交联，主要是通过机械连接来完成其粘附过程。因此液体抗蚀剂侧重要求铜 箔表面的清

5、洁度，而干膜抗蚀剂是侧重要求铜箔表面的微观粗糙度。,工艺制作流程-前处理,工艺制作流程-前处理,前处理的方式 化学清洗法 物理清洗法（机械）,磨料刷辊式刷板机浮石粉刷板,工艺制作流程-前处理,前处理方法比较,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。,工艺制作流程-前处理,浮石粉刷板,机械刷磨板,化学处理法,快,慢,氧化速度,工艺制作流程-涂覆,涂覆指使铜表面均匀覆盖一层液态光致抗蚀剂。其方法有多种，如离心涂覆、浸涂、网印、帘幕涂覆、滚涂等。丝网印刷设备要求低，操作简单容易，成本低。

6、但不易双面同时涂覆，生产效率低，膜的均匀一致性不能完全保证。滚涂（Roller Coat)可以实现双面同时涂覆，自动化生产效率高，可以控制涂层厚度，适用于各种规格板的大规模生产，但需设备投资。(我公司采用）帘幕涂覆也适宜大规模生产，也能均匀控制涂覆层厚度，但设备要求高，且只能涂完一面后再涂另一面，影响生产效率。,工作条件：无尘室黄光下操作，室温为2325，相对湿度为555%，作业场所保持洁净，避免阳光及日光灯直射。涂覆操作时应注意以下几方面1）若涂覆层有针孔，可能是光致抗蚀剂有不明物，应用丙酮洗净且更换新的抗蚀剂。也可能是空气中有微粒落在板面上或其他原因造成板面不干净，应在涂膜前仔细检查并清洁

7、。2）若涂覆层厚度不均匀，应加稀释剂调整抗蚀剂的粘度或调整涂覆的速度。3）无论采用何种方式，光致涂覆层（Photoimageable covercoating）都应达到厚度均匀、无针孔、气泡、夹杂物等，皮膜厚度干燥后应达到815。4）因液态光致抗蚀剂含有溶剂，作业场所必须换气良好。5）工作完后用肥皂洗净手。,工艺制作流程-涂覆,P1,A1,P2,A2,A2,Grooved Rubber Roller,Doctor Roller,Resist,Doctor Roller,Roller Coat涂覆方式,工艺制作流程-涂覆,预烘的目的是蒸发油墨中存在的溶剂，使液态光致抗蚀剂膜面达到干燥，以方便底片

8、接触曝光显影制作出图形。条件：温度805，时间约2030分钟,工艺制作流程-预烘,工艺制作流程-曝光,液态光致抗蚀剂经UV光照射后发生交联聚合反应，受光照部分成膜硬化而不被显影液所影响。,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涂覆后的附着状态，将被显影液冲掉。,曝光的作用是曝光机的紫外线通过底片使菲林上部分图形感光，从而使图形转移到铜板上。,工艺制作流程-曝光,曝光室操作环境环境控制：1、温、湿度要求：温度：20 2，湿度：50 10RH%2、“洁净室”建

9、立：净化等级达到10K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。,工艺制作流程-曝光,工艺制作流程-显影,显影的作用：是将未曝光部分的干菲林去掉，留下感光的部分。,显影的原理：未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应，遇弱碱Na2CO3（1.0%)溶解。而聚合的感光材料则留在板面上，保护下面的铜面不被蚀刻药水溶解。,为使膜层具有优良的抗蚀抗电镀能力，显影后应再干燥，其条件为温度100，时间12分钟。固化后膜层硬度应达到2H3H。,工艺制作流程-干燥,1.蚀刻的作用：是将未曝光部分的铜层蚀刻掉。,线路蚀刻原理：,工艺制作流程-蚀刻,工艺制作流程-褪膜,褪膜的原理：是通过较高浓度的

10、NaOH（1-4%）将保护线路铜面的菲林溶解并清洗掉。,内层Open/Short的主要问题种类:,内层开路(I/L Open),1.,内层短路(I/L Short),类型(Type),1.,2.,3.,6.,4.,5.,7.,9.,8.,10.,2.,3.,4.,5.,板料凹痕(Dents on laminate),曝光垃圾(Exposure dirt),板料擦花(Scratch on laminate),膜下垃圾(Dirt under wet film),曝光过度(Over exposure）,擦花菲林(Scratch on GII),蚀刻过度(Over-etching),擦花铜面(Poor

11、 handling after etching),铜面氧化(Cu surface oxide),膜起皱(Folded wet film),板料污渍(Resin dust),膜起皱(Folded wet film),膜胶渣(Dry film scum),风刀/压水辘垃圾(Dirt air knife/roller),类型(Type),擦花膜(Scratch on wet film),6.,显影不净（Under-developing),常见问题种类,类型(Type),诱发因素(Problem Causes),图例(Appearance),1.,显影/蚀刻胶渣,描述（Description）,2.,

12、3.,显影不净,擦花膜/铜面,前处理水洗 显影水洗/喷咀/干板 过滤网失效/规格/方法 显影及蚀刻线保养 菲林的设计,辘膜/曝光后擦花 显影后擦花 蚀刻/啤孔期间擦花 运输/放取板的方法，工具,显影段浓度不稳定 加换药的方法 水洗压力/喷咀 压水辘的保养,常见问题种类,类型(Type),诱发因素(Problem Causes),图例(Appearance),4.,描述（Description）,5.,6.,曝光过度,曝光垃圾,板料凹痕,抽气气压不足 菲林局部变形 曝光能量过高 曝光能量不均匀,板边纤维/树脂粉 板边铜碎/清洁方法 设备油污 头发丝,来料问题（抽查方法）搬运方法/工具 放取板料的

13、方法 日常检查方法,-,常见问题种类,贴干膜：,贴膜机将干膜通过压辘与铜面附着，同时撕掉一面的保护膜。,制作流程（内层图像转移）,冲孔的原理：是利用CCD对目标点做定位及对焦，通过冲针的作用冲出所需孔位，给予后工序的光学检查及排板工序使用。,冲孔的精度要求：一般冲孔的精度要求为：小于或等于2mil。,冲孔板的图例：,Target hole,Punching hole,制作流程（OPE）,制作流程（AOI检查）,AOI-Automatic Optical Inspection 自动光学检查仪.,该机器原理是利用铜面的反射作用使板上的图形可以被AOI机扫描后记录在软件中,并通过与客户提供的数据图形

14、资料进行比较来检查线路缺陷的一种机器。,黑氧化/棕化的目的首先是粗化内层板的铜面，然后生成一层氧化铜（黑氧化）或有机金属膜（棕化），以提高压合后的抗剥强度，使半固化片对铜的表面有较大的粘合力。另外一个作用是防止铜面直接接触环氧树脂，因其在高温高压下会产生水分而降低结合力。,制作流程（黑氧化/棕化工序）,制作流程（黑氧化/棕化工序）,黑氧化/棕化的作用：,处理前,黑氧化后,棕化后,-表面比较-,单黑氧化,铜面,棕化,水平棕化工艺的定义：通过水平化学生产线处理产生一种均匀，有良好粘 合特性的有机金属层结构，使内层粘合前铜层表面受控 粗化，用于增强内层铜层与半固化片之间压板后粘合强 度的一种严格的适

15、于制造高质量多层线路板的工艺技术。,水平棕化工艺的优点：工艺简单、容易控制；棕化膜抗酸性好，不易出现粉 红圈故障；生产制板质量稳定一致。,制作流程（黑氧化/棕化工序）,工艺简介：用半固化片将外层铜箔与内层，以及各内层与内层之间连结成为一个整体，成 为多层板。,制作流程（排压板工序）,工艺原理：利用半固化片的特性，在一定温度下融化，成为液态填充图形空间处，形成绝缘层，然后进一步加热后逐步固化，形成稳定的绝缘材料，同时将各线路各层连接成一个整体的多层板。,制作流程（排压板工序）,制作流程（排压板工序）,Mass lamination 大量无销钉层压方式:,Mass lamination 大量无销钉

16、层压方式:是指直接用铜箔与板固化片与内层基板压合的大批量层压方式。该方式操作简单快捷，产量大的特点。缺点是只对四层板适用。对于高于四层以上的板时，需要采用内层预先用铆钉铆合后与Mass lamination相结合的方式。,制作流程（排压板工序）,制作流程（排压板工序）,Pin lamination,从以上图中可以看出：用PinLamination的方式，需要在内层板、铜箔、半固化片上开出同样形状的工具孔，而且在所有相关工具上开孔：上下夹具板、所有分割钢板。而多种多样的Project会产生板尺寸的多样性，决定了工具的多样性、复杂性。,制作流程（排压板工序）,制作流程（排压板工序）,制作流程（排压

17、板工序）,对于图二的情况，用公式二计算：公式二：,无尘排板室要求：无尘要求：粉尘数量小于100K 粉尘粒度：小于0.5m 空调系统：保证温度在18-22C，相对湿度在50-60%风淋系统：进出无尘室有风淋清洁系统，防止外界的粉尘 进入无尘室内。地面回风系统：由于排板房内经常会有半固化片粉尘掉在 地上，人走过时会带动粉尘传播，影响压 板板面品质。所以有些公司采用地面回风 系统，将掉在地上的粉尘同过回风系统过 滤掉。,制作流程（排压板工序）,表面缺陷,压板缺陷分析,压板缺陷分析,压板缺陷分析,压板缺陷分析,整体缺陷,整体缺陷,缺陷分析,压板中的一个主要缺陷：对位不正（misregistration

18、）压板为何会出现对位不正?造成对位不正的原因有以下几点:A.压板时,树脂流动造成内层板滑移,引起多层板层与层之 间对位不正。B.多层板钉板时会出现层与层之间对位不正。C.多层板压板时板料胀缩不一致,导致层间对位不正。D.在进行图像转移时也会出现对位不正.这就不是压板造 成的缺陷了。,缺陷分析,如何解决对位不正的问题呢？,A.对于压板滑移造成的对位不正,应该从以下几点考虑：1.压板程序中设定的操作压力过大,应该减小压力。2.排板时应选用较低树脂流量的PREPREG。3.钉板时可以适当增加鸡眼钉的数量,钉板会阻止滑移。B.对于钉板造成大的对位不正,从以下两点考虑：1.2/3 与4/5面的啤孔标粑(

19、OPE标粑)不一致,应从菲林图像 转移上找原因。2.注意钉板操作的打钉方向垂直向下,不能倾斜用力,造成钉歪板。3.叠板中使用半固化片张数较多,或者排板层数较多时,容易钉板 重影。因此应尽量使用自动打钉机同时钉板，钉完板后再用X-RAY机检查一下,是否有重影。,缺陷分析,关于板料胀缩引起的对位不正：保持板料的一致性。使用时尽量保持使用相同供应商的 材料，不允许不同供应商材料的混用。保持所用半固化片的一致性。保持压合工艺条件的一致性。保存所有材料的使用记录，及工艺流程参数的记录，便 于追溯。掌握各种材料、各类半固化片排板的尺寸变化规律，提 供给生产作参考。压合条件应注意两点：1.压力应该采用较小的压力，以 减小材料的内应力，从而减少压板后材料的尺寸变化。2.应使材料充分固化，提高材料的尺寸稳定性。,缺陷分析,通过机器的X光透射，通过表面铜皮投影到内层的标靶，然后用钻咀钻出该标靶对应位置处的定位孔。定位孔的作用：1、多层板中各内层板的对位。2、同时也是外层制作的定位孔，作为内外 层对位一致的基准。3、判别制板的方向,什么是XRAY钻孔？,制作流程(X-RAY钻孔及修边),修边：根据MI要求，将压板后的半成品板的板边修整到需要的尺寸,打字唛：在制板边（而不能在单元内）用字唛机，将制板的编号、版本、打印在板面上以示以后的工序区别,制作流程(X-RAY钻孔及修边),有问题吗?,