PCB光成像工艺知识

1、讲述内容一、干膜知识二、前处理三、贴膜四、曝光五、显影六、蚀刻七、去膜八、菲林制作九、干膜类型十、工程处理注意事项一、干膜知识一、干膜知识* 1968年由杜邦公司研制并用于线路板行业(非水溶性干膜，溶剂型；显影用三氯乙烷，退膜用二氯甲烷)。(缺点：需消耗大量有机溶剂，污染大，成本高)* 1970年研制出一种半水溶性干膜，显影.退膜用水溶液(添加2-15%有机溶剂.BCS)，成本.污染有很大改善。* 1978年改进为全水溶性干膜，显影用K2CO3.Na2CO3,退膜用KOH.NaOH，其成本更低，污染更小，品质更好。*A Part: 聚醋盖膜(保护膜)冲影时撕去 1milPolyester Co

2、ver Sheet*B Part: 光阻膜层 Photopdlymer Film Resist*C Part:聚乙烯隔膜、贴膜时撕去Polyettylenc Separator Sheet 厚度1mil附图于下一页干膜结构干膜结构-附图聚醋盖膜(保护膜)聚乙烯隔膜光阻膜层干膜各层作用聚酯保护膜：1. 保护作用，防止擦花药膜，尤其是贴膜到冲影前的保护.2.防止氧气进入阻剂层,由于曝光后聚合反应将继续进行,氧气进入会与自由基发生反应形成非活性的过氧化物，阻止聚合反应的进行，使聚合过程停止造成曝光聚合不足。 聚乙烯隔膜*避免卷膜、运输、储存时，干膜药膜与保护膜之间相互粘贴，(厚度25m-30m，测本

3、公司干膜隔膜27m)光阻膜层(药膜层)*光聚反应的主体干膜各层作用1.1.粘合剂粘合剂4.促化剂与附着力促进剂2.光聚合反应单体3.感光启动剂(光引发剂)5.染料6.热阻聚剂7.溶剂干膜化学组成1.粘合剂*将干膜各组份粘结成膜，是光阻层的骨架，主要影响膜层的物理性能，在光聚合过程中不参与化学反应，但其决定光阻剂是属于溶性、半水溶性和溶剂性干膜，粘洁剂决定干膜的Tg点。2.光聚合反应单体*聚合反应主体，单体吸收自由基后进行聚合反应形成商分小聚合体。化学成份作用3.感光启动剂感光启始剂吸收特定波长紫外光(一般320-400nm),启动剂自行裂解而产生自由基，为聚合反应提供条件。 4.促化剂与附着力

4、促进剂增进光阻层与铜面之间的附着力，防止粘结不牢而引起的渗 镀与甩膜。化学成份作用5.染料 a. 干膜本身制造时，方便进行检查。 b. 曝光前后有明显颜色变化，便于已曝光 板与未曝光的区分及目检。 a. 感光增色：曝光后颜色加深。 b. 感光褪色：曝光后颜色变浅。目目的的分分类类化学成份作用6.热阻聚剂干膜在生产及应用过程中很多步骤需接受高温，为阻止热能使干膜发生聚合作用而加入热阻聚剂7.溶剂将各有效成份溶解。化学成份作用*启始剂吸收UV光的能量后，先自行分裂产生自由基，自由基引发光聚反应，形成交联聚合物，不溶于显影液，而未曝光的光阻膜被显影液剥去，聚合成像部分，保留在铜面上。 流程图流程图显

5、 影单体发生光聚反应形成聚合体单体吸收自由基出现自由基启始剂裂解紫外光照射干膜反应过程磨板作用a.除去板面的氧化，油污，手指印，及其它污物。磨板效果图附后b.在板面上形成微观粗糙表面，增大干膜与板面积，使干膜有更好的附着力。c.提供烘干后的干燥板面。二、前处理磨板前板磨板后板板面氧化.油污.手指印等磨 板磨板效果图设备典型部件 1磨刷及喷嘴主要物料 1. 磨刷 材质：尼龙; 颜色：白色; 规格: 针粗0.35mm, 整刷外径81mm,针长37.2mm,刷长635mm; 更换周期：一周（更换成本比较高）； 2. 酸 硫酸，浓度为35%，温度为常温； 3. 火山灰 质量参数：公司采用的为HESS的

6、4F牌号火山灰，其主要化学成分为 SiO2:72.10%;AL2O3:12.33%;Fe2O3:1.34% 颗粒分布范围：小于68um(+/-5um)颗粒占90%，大于25um(+/-5um)的颗粒占50%以上。主要控制要点主要控制要点1.浮石粉沉降试验浮石粉沉降试验2. 每四小时做一次，控制范围每四小时做一次，控制范围1520%;3. 目的：间接判断火山灰有效粒径；目的：间接判断火山灰有效粒径；2.水膜试验水膜试验3. 每班一次，水膜时间每班一次，水膜时间15秒；秒；4. 目的：评价磨板后的板的洁净度；目的：评价磨板后的板的洁净度；有机污染有机污染3.磨痕试验磨痕试验4. 内层、外层板镀板：

7、内层、外层板镀板：1218mm；外层沉厚铜板：；外层沉厚铜板：4-8mm ；5. 目的：评价磨板时上下两对刷子对板的压力状况。目的：评价磨板时上下两对刷子对板的压力状况。磨痕类型E、磨板后质量检查a.a.目检板面是否有氧化、水迹、污物目检板面是否有氧化、水迹、污物 板面清洁度板面清洁度 。b.b.水膜测试水膜测试测试方法：取板面清洁处理后的板，用水浸湿板面并垂直放置，用秒测试方法：取板面清洁处理后的板，用水浸湿板面并垂直放置，用秒表测量水腊膜破裂的时间表测量水腊膜破裂的时间, ,c.c.板面粗糙度：经磨板后的板面粗糙程度板面粗糙度：经磨板后的板面粗糙程度(2.0(2.0m m左右左右).).*

8、 行业界人员定义一些参数衡量粗糙度如 Ra;表面取样长度内基准线上所有距离绝对值的算术平均值;一般0.2-0.4m.Rt;表面取样长度内最高峰顶和最低谷度之间的距离1.5-3.0m一般用目视法估计，较少用科学仪器检测。粗糙度由：磨刷材料，磨料粒度，磨板时的功率等共同决定。磨板的控制磨板的控制五、无尘房的控制* 温度* 湿度* 压力* 空气中尘粒含量* 光线无尘房需控制的条件 a. 温度过高，干膜容易融边，而且干膜 溶剂挥发影响贴膜效果。 b. 菲林尺寸稳定性会受温度的影响。*温度对黄菲林影响:(10-20)*10-6 / 0C例如长度为24”的菲林，温度升高10C，长度约增加24*1000*(

9、1020)*10-6=0.240.48mil/0CHumidity558%Temperature212温湿仪温度控制 1.黄菲林尺寸稳定性受湿度的影响，湿 度对黄菲林影响：(1525)* 10-6/%RH例如：长度为24”菲林，相对湿度增加1%RH，长度约增加：24*1000 *(15-25)*10-6=0.36-0.6Mil/%RH2.干膜储存需要控制一定的湿度Humidity558%Temperature212温湿仪湿度控制尘粒含量通常是指1ft3的空气中含有0.5m以上尘埃个数，做为表达单位，如100个以下称class100(现公司尘量为class1万，表示0.5m以上尘埃个数不超过10

10、000个或者5.0 以上尘埃个数不超过70个)。测量工具：测尘仪压力控制 无尘房保持正气压的作用 是减少外界空气进入，减 少空气中尘埃量。正压空气空气空气中尘含量控制 干膜，未覆制的黄菲林存放， 以及及半存放品需于黄光下存 放，贴膜曝光，显影黄菲林覆制过程，也要在黄光条件下进行。Cleaning Room光线控制预热*让贴膜板有足够热量以辅助干膜之流动性，而更好地压贴在粗糙铜面上。 清洁*在贴膜前对板面进行清洁，减少贴膜时干膜下垃圾。 *贴膜是利用加热来降低干膜粘度，使干膜自行软代，加压将药膜挤压贴于已完成清洁，粗化板面上。贴膜三、贴膜 a.必须遵行铜面大膜面小的原则。 b.更换胶辘应留意发热

11、管的安装， 避免温度不均匀。 c.安装干膜要注意上下对齐。注注意意贴膜岗位注意事项干膜碎温度：温度太高，干膜图像变脆，耐电镀力差，温度太低，干膜未能完全软化，流动而与铜面粘附牢固，结合力不好，干膜甩膜，渗镀。温度测定：测温仪。压力：贴膜压力太大，贴膜容易起皱，干膜盖孔容易破，压力太小，贴膜不牢。贴膜参数控制 a.贴膜后需要静置15分钟以上才能曝光让 已贴膜板冷却到无尘房控制温度范围， 避免热板使菲林变形。 b.贴膜板静置冷却可使干膜完全与板面贴合， 而且完全硬化。贴膜后静置时间压膜时间温 度压 力影响贴膜效果的主要因素a.贴膜压力是压膜滚轮施于干膜上的实际压力(生 产时是用气压表上力作参考)

12、b. 影响条件:气缸气压,压膜滚轮与基板形成压痕的 长度和宽度。 * “压痕”的形状受气缸气压、滚轮直径、包胶厚 度、滚轮表面包胶硬度等因素影响。c.测试：用测压纸测试。影响贴膜效果的主要因素压力a.贴膜温度是指干膜与板面铜箔介面的实际 温度，(生产上常以压辘温度作参考)。b.贴膜温度决定于压辘与干膜接触时间， (贴膜时间)。 c.压辘温度预热温度介于压辘和光阻铜箔介面 的热导系数。影响贴膜效果的主要因素温度a. 压膜时间是指滚轮与干膜接触点的时间。b.压膜时间由贴膜压力(实际是压痕宽度)与 传送速度决定。附表(生产时以传送速度作为参考)压力压力 速度速度 3b3ba ar r 4b4ba a

13、r r 5b5ba ar r 1m/min1m/min 0.72sec.0.72sec. 0.82Sec.0.82Sec. 0.91Sec.0.91Sec. 2m/min2m/min 0.36sec.0.36sec. 0.41Sec.0.41Sec. 0.45Sec.0.45Sec. 3m/min3m/min 0.24sec.0.24sec. 0.27Sec.0.27Sec. 0.30Sec.0.30Sec. 影响贴膜效果的主要因素压膜时间贴膜辘对贴膜效果的影响贴膜辘对良率的影响辘压力（辘压力（bar）贴膜辘的压力及外形对良率的影响贴膜辘的压力及外形对良率的影响47普通压辘的缺陷率普通压辘的缺

14、陷率 凸面压辘的缺陷率凸面压辘的缺陷率1%0.18%0.15%0.05% 曝光是指UV光线穿过菲林及保护膜，而 到达感光膜体上，使进行一连串的光聚 合反应，形成不溶于显影液聚合物。流程图流程图显 影单体发生光聚反应形成聚合体单体吸收自由基出现自由基启始剂裂解紫外光照射点光源1、由于曝光框架两层各为麦拉层和玻璃层，因此上下曝光的能量各不相同。2、设备通过对灯罩的开合控制曝光时间的多少。3、灯罩有冷却水，冷却水在保养时需要更换。4、离子罐需要检查，无吸附能力时，需要更换。5、反光罩对能量的均匀性有比较大影响，通常通过调整反光罩的位置来调整能量均匀性。平行光源就是将由点光源发出的光经过抛物面反射通过

15、移动反射镜来达到上下两面的先后曝光。平行光的最大优点是在曝光时，所有光线是垂直照射到光致抗蚀剂上，因而可以得到与底片“相同”的尺寸图形（显影后），得到较理想的图形。1、平行光机保养时，清洁反光罩上面的灰尘，通常使用掸子掸落灰尘，再用吸尘器吸附。2、检查过滤器有无堵塞。不同的干膜根据其特性不同所需曝光能量不同，曝光能量的测量可以用能量表或曝光尺。曝光尺有21级、17级、25级曝光尺，常用的是21级曝光尺，其第一级光密度为0.05，以后每级以光密度差D为0.15递增，第21级3.05。做曝光尺应注意，不同的干膜有不同能量。曝光尺不同的干膜在相同能量下曝光尺的级 数不同，因此做曝光尺时应择与生产 相

16、同的干膜。注意* 曝光能量太高，会导致线幼，干膜变脆。* 曝光能量太低，单体聚合不完全，干膜盖孔 能力变差，显影后色泽暗淡，线路不清晰。曝光能量曝光能量= =灯管强度灯管强度X X曝光时间曝光时间灯管强度高灯管强度高 灯管强度低灯管强度低1 1、灯源太脏、灯源太脏清洁清洁2 2、反光照太脏、反光照太脏清洁清洁3 3、灯管使用寿命已到、灯管使用寿命已到更换更换光密度光密度25级光尺级光尺 21级光尺级光尺 31级光尺级光尺 41级光尺级光尺0.000.001 10.050.051 11 10.100.102 22 20.150.153 30.200.202 23 34 40.250.255 50

17、.300.304 46 60.350.353 37 70.400.405 58 80.450.459 90.500.501 14 46 610100.550.552 211110.600.603 37 712120.650.654 45 513130.700.705 58 814140.750.756 615150.800.807 76 69 916160.850.858 817170.900.909 9101018180.950.9510107 719191.001.001111111120201.051.05121221211.101.1013138 8121222221.151.1514

18、1423231.201.201515131324241.251.2516169 925251.301.301717141426261.351.35181827271.401.4019191010151528281.451.4520202929 将菲林与板之间的空气排出，避免菲林与板之间存在气泡，而导致光线折射，使图像失真。目的a.真空框的密封性b.抽真时间c.真空泵工作收况d.擦真空好坏决定效果的决定因素1、刚刚合上框架，抽真空时，赶气力度不可过大。以免菲林与偏移2、厚板由于麦拉膜的真空时的变形会引起菲林的移动，所以单面曝光较合适1、牛顿环出现，当不再移动，表示气体已经不在流动且接近真空。2、

19、在光面与光面接触的地方容易形成并发现。1、板面质量：1）减少板边杂质颗粒，减少搬运过程。2）减少贴膜后的膜碎2、菲林检查：1）菲林上到玻璃台面前，检查清洁台面菲林。2）上菲林之后，检查菲林与台面之间。3）曝光过程当中，抽真空的影响，灰尘会移动到各处。曝光后干膜未发生聚合反应的部分单体会向已曝光部分扩散迁移，增加了曝光部分干膜的密度，同时未曝光部分形成空穴。单体为非极性，未曝光部分更容易显影。Vacuum TablePCB PanelOptical Registration HolesLDI特点正片：所见即所得 负片：所见非所得正负片正片：所见即所得 负片：所见非所得*显影就是感光膜中曝光部分的

20、活性基团 Na2CO3溶液反应生成可溶性物质而溶解。已曝光部分由于发生光聚反应生成大分子聚 合物，它不溶于K2CO3溶液而保留在铜面上。定定义义反应原理反应原理 Na2CO3 = 2Na+ + CO32- H2O + CO32- = OH - + HCO3- RCOOH + K+ + OH- = RCOOK + H2O 羧基与 K+ 作用生成可溶于水的钾盐。五、显影控制条件显影压力显影液浓度显影速度显影液温度喷嘴的排列与设计新药水补充过滤系统水洗效果药水补充* 由于显影液中有效成分不停消耗，而且 显影液中废膜量不断增加。因此必须采 用自动补料，自动排放系统，以稳定显 影液正常浓度，同时限制溶于

21、显影液中 的废膜量。控制条件相关内容介绍补充流量计算* 由于Na2CO3显影液中有一定的使用寿命，因此必须 按要求补充足够的新药水。1L的1.0% Na2CO3一般可 以溶解1-2FT2干膜，不同的干膜具体溶膜量不同。 例如：某种干膜1L的1.0% Na2CO3可以溶解1.5FT2干膜. 1小时生产700FT2板，板的铜面积按60%计算， 补充流量应为：700 * 2 * 60%1.5 * 60= 9.33L/min控制条件相关内容介绍显影点的控制*显影点是指板从进入显影缸，到刚好冲影干净 位置的距离与总显影缸的长度的百分比XY* 100%XY控制条件相关内容介绍显影点的控制*显影点同样可以用

22、时间来计算，干膜刚好显影干 净的时间为t1，板在显影缸总运行时间为t2 t1/t2 * 100%为显影点 显影点不但可以综合的反映温度，浓度，压力速 度条件，而且还能反映喷嘴排列安装情况。控制*显影过度：线路狗牙，干膜色泽暗淡，抗电镀能 力减弱*显影不足：出现残胶控制条件相关内容介绍水洗*显影完成后必须立即进行水洗，除尽干膜及铜面 的残留显影液，避免线边干膜遭到攻击而造成线 边残铜，水洗同样能冲洗掉板面留下的干膜碎片 及其他污物。水洗效果受水洗段长度，喷嘴构造， 喷淋压力影响。控制条件相关内容介绍*DES化学方程式2Cu+3NaCLO3+6HCL=2CuCL2+3NaCL+3H2OCL离子(化

23、合价+5-2)Cu(化合价0 +2)六、蚀刻*蚀刻因子=铜厚/一边侧蚀蚀刻因子*内层与外层蚀刻七、去膜药液药液：氢氧化钠或氢氧化钾氢氧化钠或氢氧化钾浓度：浓度：1.5%3%去膜点：去膜点：50%原理：原理：NaOH + RCOOH RCOO-Na+ + H2ORNH2 + RCOOH RCOO-RNH3+八、干膜类型杜邦系列：用于激光曝光LDI340、LDI530、LDI540、LDI7040用于普通干膜：FX930、FX940；PM215用于镀水金、镀硬金：GPM220GPM220用于选择性硬金：W250W250旭化成系列：YQ40-PNDES线0.10-7.0mm,max 7*7inchL

24、DI曝光机放板最大26*32in0.05-5.0mm,max 21*29inchORC曝光机0.05-7.0mm,max 32*24inchPE冲孔机0.08-0.8mm,min 12*16inch；max 24*28inchVRS机有两次加工能力0.05-6.0mm,max 23.5*23.5inchX-RAY钻靶机0.3-7.0mm,min 12*14in；max 24*30in板厚mm0.13-7.0(板厚0.5mm时拼版18in)板厚公差(1.0mm)mm板厚10%邦定机能力0.5-6.0mm，max 24*32in，min 14*16in成品铜厚(18um基铜)um35(典型值52u

25、m，即1.5OZ)成品铜厚(35um基铜)um55成品铜厚(70um基铜)um90多次压合盲埋孔板制作同一面压合3次二次元max 24*28inch干膜封槽孔最大5mm*3.0mm；封孔单边大于15mil干膜封孔单边最小宽度mil10干膜封孔最大直径mm4.5红片曝光机max 35*28inch红片显影机单边不大于19.7inch内层、外层完成铜厚最大5OZ(175um)九、工艺能力内层板边不漏铜的最小距离mil10内层板最小厚度mm0.05(埋盲孔板需评审)内层隔离带宽最小mil8内层隔离环宽（单边）最小mil8(6层),10(8层)局部削盘可8内层焊盘单边宽度最小mil5(18,35um,

26、可局部4.5),6(70um),8(105um)内层通道最小mil3(18um底铜),4(35um底铜),3条内层阴阳铜箔18/35,35/70(18/70和不满足一次蚀刻补偿要求的需评审）内外层线路磨板机0.10-4.0mm,min 9*9inch平行光曝光机0.05-3.0mm，min 16*21in，max 22*25in日立自动贴膜机0.10-3.2mm,min 8*8in,max 24*24in双面板最大成品尺寸inch23*35(长边超出30inch需评审)四层板最大成品尺寸inch22.5*33.5(长边超出30inch需评审)图形电镀镍金线0.4-3.2mm,max 17*18inch外层过孔焊盘单边最小宽度mil4(12、18um)可局部3.5,4.5(35um),6(70um),8(105um)、10（140um）外层铣外形不露铜的最