PCB图形转移(ODF图形转移工程师培训资料)

图形转移工艺流程原理,目录,一、前言3二、工序制作简介4三、工艺制作流程5-12四、工艺制程原理13-45五、各工序主要测试项目46-52六、常见问题种类及特征53-59七、结束语60-61,编写本教材为图形转移工艺制作原理，适用于负责内外层图形转移工序入职工程师、及相关技术人员的培训.随着图形转移技术的不断革新,部分观点将出现差异,我们应以实际的要求及变化为准.,一、前言,图形转移的定义：就是将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，将菲林底片上的线路图形转移到铜面上，形成一种抗蚀的掩膜图形，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。图形转移工序包括：内层制作影像工序，外层制作影像工序，外层丝印工序。,2020/6/14,二、工序制作简介,板面处理,贴干膜（方法一）,涂湿膜（方法二）,显影,曝光,菲林制作,退膜,蚀刻,三、工艺制作流程,以内层图形转移工序为例：,三、工艺制作流程,以外层图形转移工序为例：,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,以外层丝印图形转移工序为例：,低温锔,曝光,菲林制作,高温锔,UV紫外,字符,板面处理,丝印,显影,三、工艺制作流程,图形转移过程原理(内层图示）,三、工艺制作流程,图形转移过程原理(外层图示）,贴膜,曝光,显影,蚀刻,褪锡,图电,褪膜,3.1前处理工序（SurfacePre-Treatment),定义：将铜面粗化，使之后工序的干膜有效地附着在铜面上。,除油,微蚀,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。,磨板的方式：化学磨板、物理磨板（机械）。,（+水洗）,（+水洗）,（+水洗）,三、工艺制作流程,（以内层制作为例）,3.2影像转移（Imagetranster),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。,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。,三、工艺制作流程,3.3线路蚀刻（Circuitryetching),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（1-4%）将保护线路铜面的菲林去掉。,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。,三、工艺制作流程,4.1：板面前处理,四、工艺制程原理,目的,清洁处理方法机械磨板法（磨料刷辊式刷板机+浮石粉刷板）化学清洗法（除油+微蚀+酸洗）,未经任何处理的铜表面，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。,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。,机械刷磨板,化学处理法,快,慢,处理后铜面要求,经处理后的板面是否清洁可进行水膜破裂实验方法。所经清洁处理的板面，流水浸湿，垂直放置，整个板面上的连续水膜应能至少保持30秒不破裂。,4.1：板面前处理,四、工艺制程原理,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,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，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。,6.1干膜结构PE聚乙烯保护膜（25m）干膜（光阻胶层）PETCOVERFILM（25m）其中：聚乙烯保护膜是覆盖在感光胶层上的保护膜，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,4.2.1干膜结构（光致抗蚀剂干膜）：,四、工艺制程原理,4.2.2干膜的主要成分及作用：,四、工艺制程原理,四、工艺制程原理,4.2.3干感光层主体树脂组成：,四、工艺制程原理,4.2.4成像图形转移使用的光成像材料：,按物理状态分为:干膜抗蚀剂及液体抗蚀剂,光致抗蚀剂：是指用化学方法获得的能抵抗某种蚀刻液或电镀溶液浸蚀的感光材料。感光材料主要是由主体树脂和光引发剂或光交联剂组成。,四、工艺制程原理,4.2.5干膜/湿膜性能比较：,四、工艺制程原理,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,注：以上亦是测试新干膜的几种基本项目,4.2.6干膜使用的主要品质要求：,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曝光原理（感光原理）：,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,曝光机光源曝光时间（曝光能量控制）菲林的质量,四、工艺制程原理,影响曝光成像质量和生产效率因素：（除光致抗蚀剂性能）,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：=hr=hc/式中:光能量(单位:尔格)h布郎克常数(6.62510-2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：,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(DeclinationAngle)和散射角/2(CollimationAngle)来决定曝光机的性能。,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，干膜的聚合反应并非“一引而发”，而是大体经过三个阶段：,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,曝光时间（曝光量）的控制：,四、工艺制程原理,曝光时间的确定：采用Ristor17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,曝光能量的确定：严格讲，以时间来计量曝光是不科学的。曝光光能量公式：E=It式中：E-总的曝光能量，mj/cm2I-灯光强度，mw/cm2t-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,菲林底片以干膜作为线路板影像转移制板时，需以偶氮棕片(DIA20FILM)或黑白片作为曝光工具，在曝光时充当“底片”的角色。*偶氮棕片之影像是翻照自黑白之母片（MasterArtwork)的。,四、工艺制程原理,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Dmax大于4.5；最小光密度Dmin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Dmax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7milD1A20为例，平均每%RH变化为0.710-5,而每个T则约变化210-5,这种变化如不超过极限,当温、温度恢复原来状态时，D1A20Film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。,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/PPOF10010010,00010,000100,000100,000,曝光室环境控制,注:以美国联邦标准FedSTD209B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：202，湿度：5010RH%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。,4.4显影原理：,四、工艺制程原理,1.蚀刻的作用：是将未曝光部分的铜层蚀刻掉。,4.5线路蚀刻原理：,四、工艺制程原理,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+,4.6褪膜原理：,四、工艺制程原理,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：10+/-2mm,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,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Dmax大于4.5（不透光区域）最小光密度Dmin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%,使用能量仪表，对曝光玻璃区域的不同位置的能量分布进行检测，以检验其曝光均匀性。,露铜点测试（显影工序）：,五、各工序主要测试项目,解像度/附着力测试（显影工序）：,使用已辘膜的铜板，在正常使用的显影速度与喷压下，检验其在缸内完全退膜与未退膜的位置。当该板中间行至显影缸50%时关喷压，若从显影缸入口处到板上被显影干净的长度为显影缸全长的5060%，则为最佳显影速度（露铜点速度）。,是检验曝光/显影工序的综合能力，一般通过TESTPATTERN的不同Step的分布及实测数据来判断其解像度/附着力状态。,蚀刻平均度测试（蚀刻工序）：,五、各工序主要测试项目,利用底铜为2oz（或1oz)的板料，应用1oz(或0.5oz）的蚀刻速度/喷压完成蚀刻流程，通过铜厚测量仪测量铜面的厚度分布情况。是检验蚀刻品质的一种方法。,注：E.U一般要求少于10%,计算方式：E.U=（max-min)/man+min)*100%,五、各工序主要测试项目,蚀刻因子测试（蚀刻工序）：,EtchFactor:r=2H(D-A)r=H/(B-),蚀铜除了要做正面向下的溶蚀（Downcut)之外，蚀液也会攻击线路两侧无保护的腰面，称之为侧蚀，经常造成如蘑菇般的蚀刻缺陷，即为蚀刻品质的一种指标（EtchFactor)。,注：R一般要求大于3,露铜点测试（褪膜工序）：,五、各工序主要测试项目,使用已辘膜/已曝光的铜板，在正常使用的褪膜速度与喷压下，检验其在缸内完全褪膜与未褪膜的位置。当该板中间行至褪膜缸50%时关喷压，若从褪膜缸入口处到板上被褪膜干净的长度为褪膜缸全长的5060%，则为最佳褪膜速度（露铜点速度）。,内层Open/Short的主要问题种类:,内层开路(I/LOpen),1.,内层短路(I/LShort),类型(Type),1.,2.,3.,6.,4.,5.,7.,9.,8.,10.,11.,2.,3.,4.,5.,板料凹痕(Dentsonlaminate),曝光垃圾(Exposuredirt),板料擦花(Scratchonlaminate),干膜下垃圾(Dirtunderdryfilm),曝光走光(Overexposure）,擦花菲林(ScratchonGII),起保护膜(Mylarpeeloff),蚀刻过度(Over-etching),擦花铜面(Poorhandlingafteretching),铜面氧化(Cusurfaceoxide),干膜起皱(Foldeddryfilm),板料污渍(Resindust),干膜起皱(Foldeddryfilm),干膜盖板边(Dryfilmover-lamination),干膜胶渣(Dryfilmscum),风刀/压水辘垃圾(Dirtairknife/roller),类型(Type),擦花干膜(Scratchondryfilm),6.,显影不净（Under-developing),7.,六、常见问题种类及特征,内层Open/Short图例特征：,类型(Type),诱发因素(ProblemCauses),图例(Appearance),1.,显影/蚀刻胶渣,描述（Description）,2.,3.,显影不净,擦花干膜/铜面,前处理水洗/干膜露板边显影水洗/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,六、常见问题种类及特征,内层Open/Short图例特征：,类型(Type),诱发因素(ProblemCauses),图例(Appearance),4.,描述（Description）,5.,6.,曝光走光,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/清洁方法辘膜切刀/干膜碎/清洁机效能设备油污头发丝/指赃物,来料问题（抽查方法）搬运方法/工具放取板料的方法日常检查方法,-,六、常见问题种类及特征,外层Open/Short的主要问题种类:,类型(Type),外层开路(I/LOpen),1.,外层短路(I/LShort),1.,2.,3.,6.,4.,5.,7.,9.,8.,2.,3.,4.,5.,擦花底铜(ScratchonbaseCu),干膜下垃圾(Dirtunderdryfilm),曝光走光(Overexposure）,擦花菲林(ScratchonGII),干膜盖板边(Dryfilmover-lamination),辘擦干膜(Scratchondryfilm),干膜起皱(Foldeddryfilm),板面凹痕(Dents),干膜起皱(Foldeddryfilm),褪膜不净(Incompletedryfilmstripping),风刀/压水辘垃圾(Dirtairknife/roller),显影胶渣（Scumindeveloping),板面垃圾(Dirtonboardsurface),盖孔膜穿(Brokententinghole),保护膜碎DFchipduringmylarremoving),擦花底铜(ScratchonbaseCu),电镀铜粒(Copperparticles),电镀过度(OverplatingPatternplating),6.,7.,9.,8.,类型(Type),显影不净（Underdeveloping),10.,11.,蚀刻过度(Over-etching),10.,曝光垃圾(Exposuredirt）,六、常见问题种类及特征,类型(T