《CB内层制作培训教材.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CB内层制作培训教材.ppt（60页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,Training Material For PCB Process Flow,印制电路板流程培训教材-Inner Layer Dry Film/Etch,课堂守则请将手机、BP机等通讯工具调到震动状态。请勿在上课期间，随意进出，以免影响其他同事。请勿交头接耳、大声喧哗。如有特殊事情，在征得培训导师的同意的情况下，方可离场。以上守则，各位学员共同遵守。,内层制作,4.1 制程目的 三层板以上产品即称多层板,传统之双面板为配合零件之密集装配，在有限的板面上无法安置这么多的零组件以及其所衍生出来的大量线路，因而有多层板之发展。加上美国联邦通讯委员会(FCC)宣布自1984年10月以后，所有上市的电
2、器产品若有涉及电传通讯者，或有参与网络联机者，皆必须要做“接地”以消除干扰的影响。但因板面面积不够,因此pcb lay-out就将“接地”与“电压”二功能之大铜面移入内层，造成四层板的瞬间大量兴起,也延伸了阻抗控制的要求。而原有四层板则多升级为六层板，当然高层次多层板也因高密度装配而日渐增多.本章将探讨多层板之内层制作及注意事宜.,4.2 制作流程 依产品的不同现有三种流程 A.Print and Etch 发料对位孔铜面处理影像转移蚀刻剥膜B.Post-etch Punch 发料铜面处理影像转移蚀刻剥膜工具孔 C.Drill and Panel-plate 发料钻孔通孔电镀影像转移蚀刻剥膜
3、上述三种制程中,第三种是有埋孔(buried hole)设计时的流程,将在20章介绍.本章则探讨第二种(Post-etch Punch)制程高层次板子较普遍使用的流程.,内层制作,发料 发料就是依制前设计所规划的工作尺寸，依BOM来裁切基材，是一很单纯的步骤，但以下几点须注意：A.裁切方式-会影响下料尺寸。B.磨边与圆角的考量-影响影像转移优良率制程。C.方向要一致-即经向对经向，纬向对纬向。D.下制程前的烘焗-尺寸稳定性考量。,内层制作,4.2.1 铜面处理 在印刷电路板制程中，不管那一个step，铜面的清洁与粗化的效果，关系着下一制程的成败，所以看似简单，其实里面的学问颇大。A.须要铜面处
4、理的制程有以下几个 a.干膜压膜 b.内层氧化处理前 c.钻孔后 d.化学铜前e.镀铜前 f.绿油前 g.喷锡(或其它焊垫处理流程)前 h.金手指镀镍前,内层制作,4.2.1 铜面处理本节针对a.c.f.g.等制程来探讨最好的处理方式(其余皆属制程自动化中的一部分，不必独立出来)B.处理方法现行铜面处理方式可分三种：a.刷磨法(Brush)b.喷砂法(Pumice)c.化学法(Microetch)以下即做此三法的介绍,内层制作,C.刷磨法 刷磨动作之机构,见图4.1所示.,内层制作,内层制作,注意事项 a.刷轮有效长度都需均匀使用到,否则易造成刷轮表面高 低不均。b.须做刷痕实验，以确定刷深及
5、均匀性。优点 a.成本低。b.制程简单，弹性。缺点 a.薄板细线路板不易进行。b.基材拉长，不适合内层薄板。c.刷痕深时易造成D/F附着不易而渗镀。d.有残胶之潜在可能。,内层制作,D.喷砂法 以不同材质的细石(俗称pumice)为研磨材料。优点：a.表面粗糙均匀程度较刷磨方式好。b.尺寸稳定性较好。c.可用于薄板及细线。缺点：a.Pumice容易沾留板面。b.机器维护不易。,内层制作,E.化学法(微蚀法)化学法有几种选择，见表.,内层制作,F.结论 使用何种铜面处理方式，各厂应以产品的层次及制程能力来评估之，并无定论，但可预知的是化学处理法会更普遍，因细线薄板的比例愈来愈高。,内层制作,4.
6、2.2 影像转移(印刷法和干膜法）4.2.2.1印刷法 A.前言 电路板自其起源到目前之高密度设计,一直都与丝网印刷(Silk Screen Printing)或网版印刷有直接密切之关系，故称之为“印刷电路板”。目前除了最大量的应用在电路板之外，其它电子工业尚有厚膜(Thick Film)的混成电路(Hybrid Circuit)、芯片电阻(Chip Resist)、及表面粘装（Surface Mounting)之锡膏印刷等也都优有应用。,内层制作,4.2.2.1印刷法由于近年电路板高密度,高精度的要求,印刷方法已无法达到规格需求,因此其应用范围渐缩,而干膜法已取代了大部分影像转移制作方式.下
7、列是目前尚可以印刷法cover的制程:,内层制作,4.2.2.1印刷法a.单面板之线路,防焊(大量产多使用自动印刷,以下同)b.单面板之碳墨或银胶c.双面板之线路,防焊 d.湿膜印刷 e.内层大铜面f.文字g.可剥胶(Peelable ink)对于印刷法，本课程不作详细讲解。其方法类似湿绿油工序。,内层制作,干膜法 本节就几个内层制作上应注意事项加以分析.一般压膜机(Laminator)对于0.1mm厚以上的薄板还不成问题,只是膜皱要多注意。曝光时注意真空度。曝光机台的平坦度。显影时Break point 维持5070%,温度302,须 auto dosing。,内层制作,4.2.3 蚀刻 现
8、业界用于蚀刻的化学药液种类，常见者有两种，酸性氯化铜(CuCl2)、蚀刻液，碱性氨水蚀刻液。A.两种化学药液的比较，见下表氨水蚀刻液&氯化铜蚀刻液比较。,内层制作,内层制作,两种药液的选择:视影像转移制程中，Resist是抗电镀之用或抗蚀刻之用。在内层制程中D/F或油墨是作为抗蚀刻之用，因此大部份选择酸性蚀刻。外层制程中，若为传统正片流程，D/F仅是抗电镀，在蚀刻前会被剥除。其抗蚀刻层是锡铅合金或纯锡，故一定要用碱性蚀刻液，以免伤及抗蚀刻金属层。,内层制作,B操作条件见表为两种蚀刻液的操作条件,内层制作,C.设备及药液控制 两种 Etchant 对大部份的金属都是具腐蚀性，所以蚀刻槽通常都用塑
9、料，如 PVC(Poly Vinyl chloride)或PP(Poly Propylene)。唯一可使用之金属是钛(Ti)。为了得到很好的蚀刻品质最笔直的线路侧壁,(衡量标准为蚀刻因子 etching factor其定义见图4.3)，不同的理论有不同的观点，且可能相冲突。但有一点却是不变的基本观念，那就是以最快速度的让欲蚀刻铜表面接触愈多新鲜的蚀刻液。因为作用之蚀刻液Cu+浓度增高降低了蚀刻速度，须迅速补充新液以维持速度。在做良好的设备设计规划之前，就必须先了解及分析蚀铜过程的化学反应。本章为内层制作所以探讨酸性蚀刻,碱性蚀刻则于第十章再介绍.,内层制作,内层制作,CuCl2酸性蚀刻反应过程
10、之分析 铜可以三种氧化状态存在，原子形成Cu,蓝色离子的Cu+以及较不常见 的亚铜离子Cu+。金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解，见下面反应式（1）Cu+Cu+2 Cu+-(1)在酸性蚀刻的再生系统，就是将Cu+氧化成Cu+,因此使蚀刻液能将更多的金属铜咬蚀掉。以下是更详细的反应机构的说明。,内层制作,b.反应机构 直觉的联想，在氯化铜酸性蚀刻液中，Cu+及Cu+应是以CuCl2 及CuCl存 在才对，但事实非完全正确，两者事实上是以和HCl形成的一庞大错化物存在的：Cu+H2CuCl4+2HCl 2H2CuCl3-(2)金属铜 铜离子 亚铜离子 其中H2CuCl4实际是CuCl2+2HCl 2H
11、2CuCl3 实际是CuCl+2HCl,内层制作,在反应式(2)中可知HCl是消耗品。即使(2)式已有些复杂，但它仍是以下两个反应式的简式而已。Cu+H2CuCl4 2H2CuCl3+CuCl(不溶)-(3)CuCl+2HCl 2H2CuCl3(可溶)-(4)式中因产生CuCl沉淀，会阻止蚀刻反应继续发生，但因HCl的存在溶解 CuCl，维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品，而且是蚀刻速度控制的重要化学品。,内层制作,虽然增加HCl的浓度往往可加快蚀刻速度，但亦可能发生下述的缺点。1.侧蚀(undercut)增大，或者etching factor降低。2.若补充药液是使用氯
12、化钠，则有可能产生氯气，对人体有害。3.有可能因此补充过多的氧化剂(H2O2)，而攻击钛金 属H2O2。,内层制作,c.自动监控添加系统.目前使用CuCl2酸性蚀铜水平设备者,大半都装置Auto dosing设备,以维持蚀铜速率,控制因子有五点:1.比重 2.HCl 3.H2O2 4.温度 5.蚀刻速度,内层制作,4.2.4 褪膜 褪膜在PCB制程中，有两个step会使用，一是内层线路蚀后之D/F剥除，二 是外层线路蚀刻前D/F剥除(若外层制作为正片制程)D/F的剥除是一单纯简易的制程，一般皆使用联机水平设备，其使用之化学药液多为NaOH或KOH浓度在13%重量比。,内层制作,注意事项如下：硬
13、化后之干膜在此溶液下部份溶解，部份剥成片状，为维持药液的效果及后水洗能彻底，过滤系统的效能非常重要.有些设备设计了轻刷或超音波搅拌来确保剥膜的彻底，尤其是在外层蚀刻后的剥膜,线路边被二次铜微微卡住的干膜必须被彻底剥下，以免影响线路品质。所以也有在溶液中加入BCS帮助溶解，但有违环保，且对人体有害。有文献指K(钾)会攻击锡，因此外层线路蚀刻前之剥膜液之选择须谨慎评估。剥膜液为碱性，因此水洗的彻底与否，非常重要，内层之剥膜后有加酸洗中和，也有防铜面氧化而做氧化处理者。,内层制作,对位系统 4.2.5.1传统方式 四层板内层以三明治方式，将2.3层底片事先对准,粘贴于一压条上(和内层同厚),紧贴于曝
14、光台面上，己压膜内层则放进二底片间,靠边即可进行曝光。见图4.4 内层先钻(6层以上)粗对位工具孔(含对位孔及方向孔，板内监测孔等),再以双面曝光方式进行内层线路之制作。两者的对位度好坏，影响成品良率极大，也是M/L对关键。,内层制作,蚀后冲孔(post Etch Punch)方式（Pin Lam 和Mass Lam System)A、Pin Lam理论 此方法的原理极为简单，内层预先冲出4个Slot孔，见图4.5，包括底片，prepreq都沿用此冲孔系统，此4个SLOT孔，相对两组，有一组不对称，可防止套反。每个SLOT孔当置放圆PIN后，因受温压会有变形时，仍能自由的左右、上下伸展，但中心
15、不变，故不会有应力产生。待冷却，压力释 放后，又回复原尺寸，是一颇佳的对位系统。,内层制作,内层制作,蚀后冲孔(post Etch Punch)方式,B.Mass Lam System 沿用上一观念Multiline发展出“蚀后冲孔”式的PPS系统，其作业重点如下：1.透过CAM在工作底片长方向边缘处做两光学靶点(Optical Target)以及四 角落之pads见图4.6,内层制作,B.Mass Lam System 2.将上、下底片仔细对准固定后，如三明治做法，做曝光、显影蚀刻，剥膜等步骤。,内层制作,B.Mass Lam System 3.蚀刻后已有两光学靶点的内层板，放进Optili
16、ne PE机器上，让CCD瞄准该光学靶点，依各厂自行设定，冲出板边4个Slot孔或其它图形工具孔。如图4.7 4.若是圆形工具孔、即当做铆钉孔，内层黑化后，即可以铆钉将内层及胶片铆合成册，再去进行无梢压板。,内层制作,各层间的对准度 同心圆的观念 a.利用辅助同心圆，可check内层上、下的对位度。b.不同内层同心圆的偏位表示压合时候的Shift滑动。,内层制作,设计原则 a.见图4.8 所示 b.同心圆之设计，其间距为4mil，亦是各层间可容许的对位偏差,若超出同心圆以外，则此片可能不良。c.因压合有Resin Cure过程故pattern必须有预先放大的设计才能符合最终产品尺寸需求。,内层
17、制作,4.3 内层检测 AOI(简单线路采目视)电测(修补)确认 内层板线路完成后,必须保证通路及绝缘的完整性(integrity),即如同单面板一样先要仔细检查。因一旦完成压合后,不幸仍有缺陷时,则已为时太晚,对于高层次板子而言更是必须先逐一保证其各层品质之良好,始能进行压合,由于高层板渐多,内层板的负担加重,且线路愈来愈细,万一有漏失将会造成压合后的昂贵损失.传统目视外,自动光学检查(AOI)之使用在大厂中已非常普遍,利用计算机将原图案牢记,再配合特殊波长光线的扫瞄,而快速完美对各层板详作检查。但AOI有其极限,例如细断路及漏电(Leakage)很难找出,故各厂渐增加短、断路电性测试。AO
18、I及测试后面有专题,在此不详述.,内层制作,5.3.1 内层氧化处理(Black/Brown Oxide Treatment)5.3.1.1氧化反应 A.增加与树脂接触的表面积,加强二者之间的附着力(Adhesion).B.增加铜面对流动树脂之润湿性,使树脂能流入各死 角而在硬化后有更强的黏结力。C.在裸铜表面产生一层致密的钝化层(Passivation)以阻绝高温下液态树脂中胺类(Amine)对铜面的 影响。,内层制作,5.3.1.2.还原反应 目的在增加气化层之抗酸性，并剪短绒毛高度至恰当水准以使树脂易于填充并能减少粉红圈(pink ring)的发生。,内层制作,5.3.1.3.黑化及棕化
19、标准配方:表一般配方及其操作条件,上表中之亚氯酸钠为主要氧化剂,其余二者为安定剂,其氧化反应式K可以下表表示之。,内层制作,5.3.1.3.黑化及棕化标准配方:,(1)2Cu+2ClO2Cu2O+ClO3+Cl(2)Cu2O+2ClO2CuO+ClO3+Cl(3)Cu2O+H2OCu(OH)2+CuCu(OH)2-CuO+H2O,此三式是金属铜与亚氯酸钠所释放出的初生态氧先生成中间体氧化亚铜,2Cu+O Cu2O,再继续反应成为氧化铜CuO,若反应能彻底到达二价铜的境界,则呈现黑巧克力色之棕氧化层,若层膜中尚含有部份一价亚铜时则呈现无光泽的墨黑色的黑氧化层。,内层制作,5.3.1.4.制程操作
20、条件(一般代表),典型氧化流程及条件。,内层制作,内层制作,3.1.5 棕化与黑化的比较黑化层因液中存有高碱度而夹杂有Cu2O,此物容易形成长针状或羽毛状结晶。此种亚铜之长针在高温下容易折断而大大影响铜与树脂间的附着力,并随流胶而使黑点流散在板中形成电性问题,而且也容易出现水份而形成高热后局部的分层爆板。棕化层则呈碎石状瘤状结晶贴铜面,其结构紧密无疏孔,与胶片间附着力远超过黑化层,不受高温高压的影响,成为聚亚醯胺多层板必须的制程。,内层制作,3.1.5 棕化与黑化的比较B.黑化层较厚,经PTH后常会发生粉红圈(Pink ring),这是因 PTH中的微蚀或活化或速化液攻入黑化层而将之还原露出原
21、铜色之故。棕化层则因厚度很薄.较不会生成粉红圈。内层基板铜箔毛面经锌化处理与底材结合很牢,但光面的黑化层却容易受酸液之侧攻而现出铜之原色,见图5.2,内层制作,3.1.5 棕化与黑化的比较C.黑化因结晶较长厚度较厚故其覆盖性比棕化要好,一般铜面的瑕疪较容易盖过去而能得到色泽 均匀的外表。棕化则常因铜面前处理不够完美而出现斑驳不齐的外观,常不为品管人员所认同。不过处理时间长或温度高一些会比较均匀。事实上此种外观之不均匀并不会影响其优良之剥离强度(Peel Strength).一般商品常加有厚度仰制剂(Self-Limiting)及防止红圈之封护剂(Sealer)使能耐酸等,则棕化之性能会更突出。
22、表5.4显示同样时间及温度下,不同浓度氧化槽液,其氧化层颜色,颗粒大小及厚度变化。,内层制作,内层制作,制程说明 内层板完成蚀刻后需用碱液除去干膜或油墨阻剂,经烘干后要做检修,测试,之后才进入氧化制程。此制程主要有碱洗、酸浸,微蚀、预浸、氧化,还原,抗氧化及后清洗吹干等步骤,现分述于后:A.碱性清洗-也有使用酸洗.市场售有多种专业的化学药品,能清除手指纹、油脂,scum或有机物。B.酸浸-调整板面PH,若之前为酸洗,则可跳过此步骤.C.微蚀-微蚀主要目的是蚀出铜箔之柱状结晶组织(grain structure)来增加表面积,增加氧化后对胶片的黏结力。通常此一微蚀深度以50-70微英吋为宜。微蚀
23、对棕化层的颜色均匀上非常重要,内层制作,制程说明 D.预浸中和-板子经彻底水洗后,在进入高温强碱之氧化处理前宜先做板面调整,使新鲜的铜 面生成-暗红色的预处理,并能检查到是否仍有残膜未除尽的亮点存在。E.氧化处理-市场售的商品多分为两液,其一为氧化剂常含以亚氯酸钠为主,另一为氢氧化钠及添加物,使用时按比例调配加水加温即可。通常氢氧化钠在高温及搅动容易与空气中的二氧化 碳形成碳酸钠而显现出消耗很多的情况,因碱度的降低常使棕化的颜色变浅或不均匀,宜分析及补充其不足。温度的均匀性也是影响颜色原因之一,加热器不能用石英,因高温强碱会使硅化物溶解。操作时最好让槽液能合理的流动及交换。,内层制作,制程说明
24、 F.还原此步骤的应用影响后面压合成败甚巨G.抗氧化此步骤能让板子的信赖度更好,但视产品层次,不一定都有此步骤.H.后清洗及干燥-要将完成处理的板子立即浸入热水清洗,以防止残留药液在空气中干涸在板面上而不易洗掉,经热水彻底洗净后,才真正完工。,内层制作,5.3.1.7 设备氧化处理并非制程中最大的瓶颈,大部分仍用传统的浸槽式独臂或龙门吊车的输送。所建立的槽液无需太大量,以便于更换或补充,建槽材料以CPVC或PP都可以。水平连续自动输送的处理方式,对于薄板很适合,可解决RACK及板弯翘的情形.水平方式可分为喷液法(Spray)及溢流法(Flood),前者的设备昂贵,温度控制不易,又因大量与空气混
25、合造成更容易沉淀的现象,为缩短板子在喷室停留的时间,氧化液中多加有加速剂(Accelerator)使得槽液不够稳定.溢流法使用者较多。,内层制作,氧化线生产品质控制重点,内层制作,A.检测方法及管制范围a.氧化量(o/w)之测定管制范围：0.30.07（mg/cm2）取一试片9cm10cm 1oz规格厚度之铜片，随流程做氧化处理。将氧化处理后之试片置于130之烤箱中烘烤10min.去除水分，置于密闭容器冷却至室温，称重得重量w1(g)。试片置于20%H2SO4中约10min去除氧化表层，重复上一步骤，称重得重量w2(g)计算公式：O/W=（W1-W29102）1000又称weight gain
26、,一般在In-process QC会用此法,内层制作,检测方法及管制范围 b.剥离强度(Peel Strength)之测定(管制范围：48 lb/in）取一试片1oz规格厚度之铜箔基板，做氧化处理后图-做叠板(lay up)后做压合处理。取一1cm宽之试片，做剥离拉力测试，得出剥离强度(依使用设备计算).,内层制作,检测方法及管制范围c.蚀刻铜量(Etch Amount)之测定（管制范围：7030u in）取一试片9cm10cm 1oz规格厚度之铜片，置于130之烤箱中烘烤10min去除水份，置于密闭容器中冷却至室温，称重量得w1(g)将试片置于微蚀槽中约218(依各厂实际作业时间)，做水洗处理后，重复上一个步骤，称得重量w2(g)。,内层制作,(3)计算公式：,d.氧化后抽检板子以无亮点为判断标准,内层制作,Thank you!,
