制造技术部制程讲义蚀刻

制造技术部制程讲义蚀刻第1页，课件共63页，创作于2023年2月一干膜成份的简介1.干膜的介绍：

干膜是一种高分子的化合物，它通过紫外线的照射后能够产和一种聚合反应形成一种稳定的物质附着于板面，从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。第2页，课件共63页，创作于2023年2月2.干膜的分类依据厚度的不同干膜可以分为三类：

1.2mil、1.5mil、2.0mil1.2mil干膜主要用于内层板作业1.5mil、干膜主要用于外层板作业当然也可以用于内层板作业但由于较厚在蚀刻的过程中容易造成侧蚀而且成本相对较高，所以一般不使用其作内层。第3页，课件共63页，创作于2023年2月2.0mil干膜主要用于一些较特殊的要求的板比如说较大的二次孔1.5mil干膜无法达到要求时才使用到。干膜品牌较多如杜邦、长兴、日立，本公司目前使用杜邦干膜。第4页，课件共63页，创作于2023年2月

干膜的分类一般分为三层，一层是PE保护膜，中间是干膜层，另一个是PET保护层。PE层和PET层都只是起保护作用的在压膜前和显影前都有必须要去掉的，真正起作用的是中间一层干膜，它具有一定的粘性和良好的流动性。其主要成分如下：

PE层D/F层PET层

3.干膜的组成第5页，课件共63页，创作于2023年2月

（1）粘合剂

作为光致抗蚀剂的成膜剂，使感光胶各组份粘结成膜，起抗蚀剂伪骨架作用，它在光致聚合过程中不参与化学反应。要求粘结剂具有较好的成膜性；第6页，课件共63页，创作于2023年2月

与光致抗蚀剂的各组份有较好的互溶性；与加工金属表面有较好的附着力；它很容易从金属表面用碱溶液除去；有较好的抗蚀、抗电镀、抗冷流、耐热等性能。粘结剂通常是酯化或酰胺化的聚苯乙烯——顺丁烯二酸酐树脂(聚苯丁树脂)。第7页，课件共63页，创作于2023年2月

（2）光聚合单体它是光致抗蚀剂胶膜的主要组份，在光引发剂的存在下，经紫外光照射发生聚合反应，生成体型聚合物，感光部分不溶于显影液，而未曝光部分可通过显影除去，从而形成抗蚀图像。多元醇烯酸酯类及甲基丙烯酸酯类是广泛应用的聚合单体，例如季戊四醇三丙烯酸酯是较好的光聚合单体。第8页，课件共63页，创作于2023年2月

在紫外光线照射下，光引发剂吸收紫外光的能量产生游离基，而游离基进一步引发光聚合单体交联。干膜光致抗蚀剂通常使用安息香醚、叔丁基恿醌等作光引发剂。

4)增塑剂

可增加干膜抗蚀剂的均匀性和柔韧性。三乙二醇双醋

酸脂可作为增塑剂。

（3）光引发剂第9页，课件共63页，创作于2023年2月(5)增粘剂

可增加干膜光致抗蚀剂与铜表面的化学结合力，防止因粘结不牢引起胶膜起翘、渗镀等弊病。常用的增粘剂如苯并三氮唑。

(6)热阻聚剂

在干膜的生产及应用过程中，很多步骤需要接受热能，为阻止热能对干膜的聚合作用加入热阻聚剂。如甲氧基酚、对苯二酚等均可作为热阻聚剂。

第10页，课件共63页，创作于2023年2月(7)色料为使干膜呈现鲜艳的颜色，便于修版和检查而添加色料。如加入孔雀石绿、苏丹三等色料使干膜呈现鲜艳的绿色、兰色等。(8)溶剂

为溶解上述各组份必须使用溶剂。通常采用丙酮、酒精作溶剂。此外有些种类的干膜还加入光致变色剂，使之在曝光后增色或减色，以鉴别是否曝光，这种干膜又叫变色于膜。第11页，课件共63页，创作于2023年2月4.干膜的储存干膜在储存过程中可能由于溶剂的挥发而变脆，也可能由于环境温度的影响而产生热聚·合，或因抗蚀剂产生局部流动而造成厚度不均匀(即所谓冷流)，这些都严重影响干膜的使用。因此在良好的环境里储存干膜是十分重要的。技术要求规定，干膜应储存在阴凉而洁净的室内，防止与化学药品和放射性物质一起存放。第12页，课件共63页，创作于2023年2月二、干膜的流程储存条件为：黄光区，温度低于27℃(5—21℃为最佳)，相对湿度50％左右。储存期从出厂之日算起不小于六个月，超过储存期按技术要求检验合格者仍可使用。

在储存和运输过程中应避免受潮、受热、受机械损伤和受日光直接照射。

第13页，课件共63页，创作于2023年2月

前处理(基板的清理)压膜静置对板曝光静置显影检修贴干膜前基板表面的清洁处理与干燥贴干膜前板面包括覆铜箔板基板和孔金属化后预镀铜的基板。为保证干膜与基板表面牢固的粘附，要求基板表面无氧化层、油污、指印及其它污物，无钻孔毛刺、无粗糙镀层。为增大干膜与基板表面的接触面积，还要求基板有微观粗糙的表面。为达到上述两项要求，贴膜前要对基板进行认真的处理。其处理方法可以概括为机械清洗和化学清洗两类。

第14页，课件共63页，创作于2023年2月

（1)机械清洗

机械清洗即用刷板机清洗。刷板机又分为磨料刷辊式刷板机和浮石粉刷板机两种。

①磨料刷辊式刷板机磨料刷辊式刷板机装配的刷子通常有两种类型，压缩型刷子和硬毛型刷子。压缩型刷子是将粒度很细的碳化硅或氧化铝磨料粘结在尼龙丝上，然后将这种尼龙丝制成纤维板或软垫，经固化后切成圆片，装在一根辊芯上制成刷辊。第15页，课件共63页，创作于2023年2月硬毛型刷子的刷体是用含有碳化硅磨料的直径为0．6mm的尼龙丝编绕而成的。磨料粒度不同，用途也不同，通常粒度为180目和240目的刷子用于钻孔后去毛刺处理，粒度为320月和500目的刷子用于贴干膜前基板的处理。两种刷子相比较各有其优缺点。压缩型刷子因含磨料粒度很细，并且刷辊对被刷板面的压力较大，第16页，课件共63页，创作于2023年2月其缺点是由于尼龙丝较细容易撕裂，使用寿命短。硬毛型刷子的显著优点是尼龙丝耐磨性好，因而使用寿命长，大约是压缩型刷子的十倍，但是这种刷子不宜用于处理多层板内层基板，因基板薄不仅处理效果不理想，而且还会造成基板卷曲。在使用刷辊式刷板机的过程中，为防止尼龙丝过热而熔化，应不断向板面喷淋自来水进行冷却和润湿。

第17页，课件共63页，创作于2023年2月②浮石粉刷板机

多年来国内外广泛使用的是磨料刷辊式刷板机。研究表明，用这类刷板机清洁处理板面有些缺欠，如在表面上有定向的擦伤，有耕地式的沟槽，有时孔的边缘被撕破形成椭圆孔，由于磨刷磨损刷子高度不一致而造成处理后的板面不均匀等。第18页，课件共63页，创作于2023年2月随着电子工业的发展，现代的电路设计要求越来越细的线宽和间距，仍旧使用磨料刷辊式刷板机处理板面，产品合格率低下，因此发展了浮石粉刷板机。浮石粉刷板机是将浮石粉悬浊液喷到板面上用尼龙刷进行擦刷，其机器主要有以下几个工段：

a．尼龙刷与浮石粉浆液相结合进行擦刷；

b．刷洗除去板面的浮石粉；

c．高压水洗；

d．水洗；

e．干燥。第19页，课件共63页，创作于2023年2月浮石粉刷板机处理板面有如下优点：

a．磨料浮石粉粒子与尼龙刷相结合的作用与板面相切擦刷，能除去所有的污物，露出新鲜的纯洁的铜；

b．能够形成完全砂粒化的、粗糙的、均匀的、多峰的表面，没有耕地式的沟槽；第20页，课件共63页，创作于2023年2月c．由于尼龙刷的作用缓和，表面和孔之间的连接不会受到破坏；

d．由于相对软的尼龙刷的灵活性，可以弥补由于刷子磨损而造成的板面不均匀的问题；

e．由于板面均匀无沟槽，降低了曝光时光的散射，从而改进了成像的分辨率。其不足是浮石粉对设备的机械部分易损伤。第21页，课件共63页，创作于2023年2月2)化学清洗

化学清洗首先用碱溶液去除铜表面的油污、指印及其它有机污物。然后用酸性溶液去除氧化层和原铜基材上为防止铜被氧化的保护涂层，最后再进行微蚀处理以得到与干膜具有优良粘附性能的充分粗化的表面。

第22页，课件共63页，创作于2023年2月

(3)电解清洗

贴干膜前基板表面清洁处理，一般采用上述1)一2)种处理方法，机械清洗及浮石粉刷板对去除基板表面的含铬钝化膜(铜箔表面防氧化剂)效果不错，但易划伤表面，并可能造成磨料颗粒(如，碳化硅、氧化铝、浮石粉)嵌入基体内，同时还可能使挠性基板、多层板内层薄板及薄型印制板基板的尺寸变形。第23页，课件共63页，创作于2023年2月化学清洗去油污性较好，但去除含铬钝化膜的效果差。

电解清洗的优点不仅能较好地解决机械清洗、浮石粉刷板及化学清洗对基板表面清洁处理中存在的问题，而且使基板产生一个微观的比较均匀的粗糙表面，大大提高比表面，增强干膜与基板表面的粘合力，这对生产高密度、细导线的导电图形是十分有利的。

第24页，课件共63页，创作于2023年2月电解清洗工艺过程如下：

进料→电解清洗→水洗→微蚀刻→水洗→钝化→水洗→干燥→出料

本公司使用机械清洗的处理方式，其流程为:

进料酸洗水洗磨刷水洗吸干烘干

其参数管控重点如下:1.刷痕12±1mm

第25页，课件共63页，创作于2023年2月ABCD第26页，课件共63页，创作于2023年2月上图所示为刷痕试验的几种状况，A区所示为正常的刷痕，B区所示为刷轮左高右低之情况，C区所示为刷轮右高左低之情况，D区所示为刷轮严重变形之情况(俗称“狗骨头”)。如果出现B.C的状况,需对刷轮的水平度进行调试,如果出现D的状况,需对刷轮进行整刷或更换刷轮.

.第27页，课件共63页，创作于2023年2月2.酸液的浓度:3—5%

3.刷轮电流:3±0.5A

4.烘干段温度:95±5℃

5.输送速度:3.1±0.05mm

处理后的板面是否清洁应进行检查，简单的检验方法是水膜破裂试验法。板面滑活处理后，流水浸湿，垂直放置，整个板面上的连续水膜应能保持15秒钟不破裂。清洁处理后，最好立即贴膜，如放置时间超过四个小时，应重新进行清洁。第28页，课件共63页，创作于2023年2月前处理常见的不良问题：板面氧化、粘胶等等。板面氧化的原因主要来源于：前处理的参数不正常，比如说浓度偏低、温度偏低或者是速度偏快等；粘胶来源于前处理之前的板面有些粘胶，而前处理的过程中无法去除掉从而导致经过前处理的板子上粘有一些胶无法去掉从而对后续的品质造成严重的影响。第29页，课件共63页，创作于2023年2月贴膜

贴膜时，先从干膜上剥下聚乙烯保护膜，然后在加热加压的条件下将干膜抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上。干膜中的抗蚀剂层受热后变软，流动性增加，借助于热压辊的压力和抗蚀剂中粘结剂的作用完成贴膜。第30页，课件共63页，创作于2023年2月贴膜通常在贴膜机上完成，贴膜机型号繁多，但基本结构大致相同：贴膜可连续贴，也可单张贴。

连续贴膜时要注意在上、下干膜送料辊上装干膜时要对齐，单张贴时，膜的尺寸要稍小于板面，以防抗蚀剂粘到热压辊上。连续贴膜生产效率高，适合于大批量生产，小批量生产可采用单张贴法，以减少干膜的浪费。

贴膜时要掌握好的三个要素为压力、温度、传送速度。第31页，课件共63页，创作于2023年2月压力：新安装的贴膜机，首先要将上下两热压辊调至轴向平行，然后来用逐渐加大压力的办法进行压力调整，根据印制板厚度调至使干膜易贴、贴牢、不出皱折。一般压力调整好后就可固定使用，不需经常调整，一般线压力为0.5—0.6kg／㎡。第32页，课件共63页，创作于2023年2月温度：根据干膜的类型、性能、环境温度和湿度的不同而略有不同。膜涂布的较干、环境温度低、湿度小时，贴膜温度要高些，反之可低些。贴膜温度过高，干膜图像变脆，耐镀性能差，贴膜温度过低，干膜与铜表面粘附不牢，在显影或电镀过程中，膜易起翘甚至脱落。通常控制贴膜温度在100℃左右。传送速度：与贴膜温度有关，温度高，传送速度可快些，温度低则将传送速度调慢。通常传送速度为0.9一1.8米／分。第33页，课件共63页，创作于2023年2月大批量生产时，在所要求的传送速度下，热压辊难以提供足够的热量，因此需给要贴膜的板子进行预热，即在烘箱中干燥处理后稍加冷却便可贴膜。为适应生产精细导线的印制板，又发展了湿法贴膜工艺，此工艺是利用专用贴膜机在贴干膜前于铜箔表面形成一层水膜，该水膜的作用是：提高干膜的流动性；第34页，课件共63页，创作于2023年2月驱除划痕、砂眼、凹坑和织物凹陷等部位上滞留的气泡；在加热加压贴膜过程中，水对光致抗蚀剂起增粘作用，因而可大大改善干膜与基板的粘附性，从而提高了制作精细导线的合格率，据报导，采用此工艺精细导线合格率可提高1—9％。完好的贴膜应是表面平整、无皱折、无气泡、无灰尘颗粒等夹杂。为保持工艺的稳定性，贴膜后应经过15分钟的冷却及恢复期再进行曝光。第35页，课件共63页，创作于2023年2月

对板曝光

◎对板对板：对板作业员是指将底片与以压过膜的板进对位的过程，是进行图像转移所不可缺少的步骤；其目的在于使底片上图像与板上的孔作一个定位的动作，以便后续作业。对板作业所遵循的规则是以孔为中心，以不崩孔为原则。即作业中是板上的孔为对位的基准点，而不是说随意的盖于板面即可的一种简单动作。对板作业根据其作业方式的来不同基本上可分三类：手工作业(目视定位)、上PIN对板作业(即所谓的PIN对)以及“三明治”式对板作业；第36页，课件共63页，创作于2023年2月手工作业是指通过人工方法将底片对准于板上，此种作业方式灵活性较高但对于局部性孔偏无法作出及时以及有效的反应，而且底片在不断的人工拉扯过程中容易变形造成一此无法处理的孔偏给后制程带来一些困扰比如防焊作业时会出现阴影等。PIN对作业是批通过在底片打上PIN针，然后将板相对应的孔对上去从而达到将底片与板对位的效果。

第37页，课件共63页，创作于2023年2月此种方法作业中不容易出现底片变形的原因主要来源于无尘室内的脏物，此部分脏物有大有小造成的问题却对品质有十分大的影响。因此，环境卫生对干膜的品质有着举足轻重的作用。菲林刮伤是指菲林在作业的过程中因铜渣或者说是硬物的碰撞，使菲林受到登损受从而引起的生产品质问题。第38页，课件共63页，创作于2023年2月菲林刮伤的原因主要来自于人为的操作不当，其主要是在保存和使用过程中所产生的；改善的方法是对其保存以及使用操作有一个明确的规定，并且能依据所制定的规定严格要求所有的作业人员，使员工每个人都能十分清楚的了解以达到所需的目标。第39页，课件共63页，创作于2023年2月◎曝光

曝光即在紫外光照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的体型大分子结构。曝光一般在自动双面曝光机内进行，现在曝光机根据光源的冷却方式不同，可分风冷和水冷式两种

◎影响曝光成像质量的因素影响曝光成像质量的因素除干膜光致抗蚀剂的性能外，光源的选择、曝光时间(曝光量)的控制、照相底版的质量等都是影响曝光成像质量的重要因素。第40页，课件共63页，创作于2023年2月(1)光源的选择

任何一种干膜都有其自身特有的光谱吸收曲线，而任何一种光源也都有其自身的发射光谱曲线。如果某种干膜的光谱吸收主峰能与某种光源的光谱发射主峰相重叠或大部分重叠，则两者匹配良好，曝光效果最佳。

第41页，课件共63页，创作于2023年2月2)曝光时间(曝光量)的控制

正确控制曝光时间是得到优良的干膜抗蚀图像非常重要的因素。当曝光不足时，由于单体聚合的不彻底，在显影过程中，胶膜溶涨变软，线条不清晰，色泽暗淡，甚至脱胶，在电镀前处理或电镀过程中，膜起翘、渗镀、甚至脱落。第42页，课件共63页，创作于2023年2月当曝光过头时，会造成难于显影，胶膜发脆、留下残胶等弊病。更为严重的是不正确的曝光将产生图像线宽的偏差，过量的曝光会使图形电镀的线条变细，使印制蚀刻的线条变粗，反之，曝光不足使图形电镀的线条变粗，使印制蚀刻的线条变细。第43页，课件共63页，创作于2023年2月如何正确确定曝光时间呢?

严格的讲，以时间来计量曝光是不科学的，因为光源的强度往往随着外界电压的波动及灯的老化而改变。光能量定义的公式E＝IT，式中E表示总曝光量，单位为毫焦耳／平方厘米；I表示光的强度，单位为毫瓦／平方厘米；T为曝光时间，单位为秒。从上式可以看出，总曝光量E随光强I和曝光时间T而变化。第44页，课件共63页，创作于2023年2月当曝光时间T恒定时，光强I改变，总曝光量也随之改变，所以尽管严格控制了曝光时间，但实际上干膜在每次曝光时所接受的总曝光量并不一定相同，因而聚合程度也就不同。．为使每次曝光能量相同，使用光能量积分仪来计量曝光。其原理是当光强I发生变化时，能自动调整曝光时间T，以保持总曝光量E不变。第45页，课件共63页，创作于2023年2月对板曝光中常见问题点原因分析与改善对策一、对偏：指菲林的内容和板本身未做到以孔为中心进行对位。原因解決方法作業中的對位不准以孔为中心，目视到位菲林有变形如伸长缩短车间温湿度保护在管控范围内，棕片严重变形时，重新制作新的棕片定位PIN针未上好如定位PIN孔有冲偏对板时套PIN有偏冲片后用高脚镜量测PIN孔的偏差，对板时确保按PIN到位第46页，课件共63页，创作于2023年2月二、对反：指在对板作业过程中因为未对印刷孔作业从而导致有一部分的内容没有对上(一般都是中间部分)。原因解决方法手工作业中作业员未能按对印刷孔作业而是以对两头的内容作业加防呆PIN并严格按对三个印刷孔的方式作业PIN对作业中PIN针所上的地方未取印刷孔的方向从而导致对板是套PIN错pIN对时分清面次，固定三个印刷孔右下角

第47页，课件共63页，创作于2023年2月三、曝光过度：指在对板曝光过程中因为能量设定不当或者操作不当所引起的不需曝光的部分感到光而固化。原因解决方法曝光机所设定的能量较高使得干膜在曝光过程中因为所接受的能量过高从而导致曝光过度每班作曝光尺对曝光能量进行确认，如有异常及时调整。第48页，课件共63页，创作于2023年2月在曝光过程中因为吸所不良所导致菲林的药膜面未与干膜紧贴在一起，导致在曝光过程中光线的折射较多引起部分干膜曝光过度基板本身有凹陷或者机台的台面有一些不平以及导气条的设置不当(或者是说未加导气条)造成菲林与板面未能紧紧贴在一起而引起曝光过度加设导气条（导气条需跨台面的导气沟）吸真空710mmHg后开始赶气对板弯板翘之板进行整平处理第49页，课件共63页，创作于2023年2月四、脏点：指在曝光过程中因有一些不透明的物质附着于板面菲林而台面或者干膜上，因为在曝光过程中这部分不透明物质对光线有遮挡作用，所以本来要曝光的部分因有物体挡住从而未能曝光造成显影时被冲掉。原因解决机台上有脏物对机台进行彻底的保养对所用的棕片进行定时清洁无尘室硬件设施不完善提升无尘室等级第50页，课件共63页，创作于2023年2月显影

◎显影

显影机理是感光膜中未曝光部分的活性基团与稀碱溶液反应生成可溶性物质而溶解下来，显影时活性基团羧基一COOH与无水碳酸钠溶液中的Na+作用，生成亲水性集团一COONa。从而把未曝光的部分溶解下来，而曝光部分的干膜不被溶胀。显影操作一般在显影机中进行，控制好显影液的温度，传送速度，喷淋压力等显影参数，能够得到好的显影效果。第51页，课件共63页，创作于2023年2月显影主要管控参数如下：碳酸钠浓度：1.0±0.1%显影液温度：30±1℃显影压力：1#13±1PSI2#22±1PSI水洗压力：22±2PSI烘干温度：55--60℃第52页，课件共63页，创作于2023年2月正确的显影速度通过显像点(没有曝光的干膜从印制板上被显掉之点)来确定，显像点必须保持在显影段总长度的一个恒定百分比上。如果显出点离显影段出口太近，未聚合的抗蚀膜得不到充分的清洁显影，抗蚀剂的残余可能留在板面上。如果显出点离显影段的入口太近，已聚合的于膜由于与显影液过长时间的接触，可能被浸蚀而变得发毛，失去光泽。通常显像点控制在显影段总长度的40％一60％之内。第53页，课件共63页，创作于2023年2月使用显影机由于溶液不断地喷淋搅动，会出现大量泡沫，因此必须加入适量的消泡剂。如正丁醇、食品及医药用的消泡剂、印制板专用消泡剂AF一3等。消泡剂起始的加入量为0.1％左右，随着显影液溶进干膜，泡沫又会增加，可继续分次补加。显影后要确保板面上无余胶，以保证基体金属与电镀金属之间有良好的结合力。第54页，课件共63页，创作于2023年2月显影后板面是否有余胶，肉眼很难看出。可以做CUCL2实验进行确认，CUCL2实验操作方法如下：把显影后的板直接放入除油槽浸泡2分钟水洗10秒粗化槽浸泡20秒水洗10秒酸洗槽浸泡15秒水洗10秒5%CUCL2溶液15秒30秒水洗干净.CUCL2实验后的板，露铜部分呈灰黑色则正常，如仍呈现铜颜色则是显影不净。第55页，课件共63页，创作于2023年2月修版与去膜！！！

◎

修版

修版包括两方面，一是修补图像上的缺陷，一是除去与要求图像无关的疵点。上述缺陷产生的大体原因是：干膜本身有颗粒或机械杂质；基板表面粗糙或凹凸不平；操作工艺不当如板面污物及贴膜小皱折；照相底版及真空框架不清洁等。为减少修版量，应特别注意上述问题。第56页，课件共63页，创作于2023年2月修版液可用虫胶、沥青、耐酸油墨等。修版时应注意戴细纱手套，以防手汗污染板面。◎去膜(退洗)

去膜使用3～5％的氢氧化钠溶液，温度50一60℃，去膜方式可槽式浸泡，也可机器喷淋。槽式浸泡是板子上架后浸泡到去膜溶液中，数分钟后膜变软脱落，取出后立即用水冲洗，膜就可以去除干净，铜表面也不会被氧化。机器喷淋去膜生产效率高，但应注意检查喷嘴是否堵塞，在去膜溶液中必须加入消泡剂。第57页，课件共63页，创作于2023年2月干膜工艺