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印制电路光致成像工艺与其他的工艺

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vacty|  楼主 | 2008-7-14 14:26 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

干膜光致抗蚀剂图像转移流程为:前处理->贴膜->曝光->显影->修版->蚀刻或电镀->去膜。各工序说明如下。
1 前处理
前处理的目的是除去铜箔表面的氧化物,同时暴露出有利于干膜和铜表面结合的有一定活性的铜表面。其结合力分为机械力和化学力两种。因此影响结合力的因素为:接触表面积、接触角和界面化学作用力(包括分子间的范德华力、极性键力等)对此需要通过前处理制造出一定的表面微观粗糙度,保证干膜与铜箔表面之间有良好的附着力避免因贴膜不牢造成的脱膜、短路或渗镀等现象。
前处理质量的好坏直接影响到干膜和覆铜箔板的附着力,检验前处理质量的好坏通常需要做水膜试验,方法是定期抽取处理后的覆铜箔板,完全浸入水中,将板子取出后垂直放置,覆铜箔板表面应该均匀的附着一层水膜,水膜能保持15s以上不破为合格。
前处理有手工清洗,机械清洗和化学清洗三种方法。
(1)手工清洗通常先用5%的稀硫酸泡去氧化层,后用木炭在流水下手工磨板,以除油和粗化板面。
(2)机械清洗所用刷板机又分为磨料刷辊式刷板机和浮石粉刷板机两种。
1 磨料刷辊式刷板机此种刷板机的刷子又分为压缩型和硬毛型。前者可用于多层板内层板清洗,寿命短;后者可用于钻孔去毛刺或铜箔表面抛光。
此类刷板机在使用时应注意控制放置板子位置,避免只使用中间段的刷辊,尽可能使左右和中间的刷辊磨损保持一致,使用一段时间后,当刷辊中间的磨损明显比左右两边大时,则需要对刷辊进行打磨整理或者更换。
判断刷辊需要打磨整理或者更换的依据是刷痕试验。取一块和刷板机刷辊一样宽的覆铜箔板,放置于刷板机的刷辊处,停止传动后打开刷辊开关,几秒钟后关闭刷辊开关,取出覆铜箔板观察刷痕,刷痕的一般要求是刷痕均匀,宽度约8mm为宜,若宽度过窄说明刷辊压力过小;若刷痕宽度过宽,说明刷辊压力过大;若刷痕呈“狗骨”状,说明刷辊需要修理或更换。
2 浮石粉刷板机这种方法采用低压喷砂使火山岩粉末(浮石粉)喷向铜箔表面,再以尼龙刷研磨,浮石粉刷板机处理过的印制板,铜箔表面清洗,无沟槽等划伤,表面与孔之间的连接不会被破坏,适合处理细导线印制板。但是浮石粉的硬度较小,使用一段时间浮石粉的棱角就会被磨掉,必须再次更换,比较麻烦也增加成本,所以近来采用氧化铝粉末来代替浮石粉。
(3)化学清洗先用碱性水溶液去除铜表面的油污,汗迹等有机污染物,水洗后再用酸性水溶液去除铜表面的氧化层,同时粗化表面。化学清洗的特点是去掉铜箔较少,板材不受机械应力的影响,需要监测溶液以及进行废液处理。
清洗处理后,最好立即进行贴膜,若放置时间超过4h,则应重新进行清洁处理再贴膜。
前处理的注意事项铜表面粗糙度会对于膜的附着力产生影响,铜箔表面太平滑会造成附着力差;太粗糙会造成电镀时渗镀或蚀刻时的侧蚀。
研磨后的干燥系统也十分重要,干燥不彻底会使铜箔表面再次形成氧化或产生白点,影响贴膜的效果。
2 贴膜
贴膜前板面的干燥很重要。残存的潮气往往造成砂眼或贴膜不牢。因此必须去除板面及孔内的潮气,以确保贴膜时板子是干燥的,通常是将板子放入110℃+-5℃的烘箱中烘10~15min。为避免交叉污染板面,烘箱应是专用设备。
贴膜时,先从干膜上撕下聚乙烯保护膜,然后在加热加压条件下将干膜抗蚀剂粘贴在铜箔上。干膜中的抗蚀剂受热变软,流动性增加,借助热压辊的压力和抗蚀剂中胶黏剂的作用完成贴膜。
贴膜在贴膜机上完成,如图5-2所示。
贴膜可以连续贴,也可以单张贴。连续贴时注意上、下干膜送料辊装干膜要对齐,单张贴膜时尺寸要稍小于板面。
压力、温度和传送速度为贴膜三要素。压力小,贴不牢;压力大,易出皱折。一般线压力为0.5~0.6kg/cm2。另外对翘曲板和薄板要适当增加贴膜辊压力。温度低,干膜与铜表面结合力差,在显影或电镀过程容易起翘和脱落;温度高,图像发脆,耐镀性变差。贴膜一般控制在90~100℃。传送速度与贴膜温度有关,温度高贴膜速度可快些,温度低则传送速度慢些。通常传送速度为0.9~1.3m/min,为保持工艺的稳定性,贴膜后的板子必须一块一块放在架子上冷却15min,再进行曝光。否则可能发生下列不良现象:干膜易发生热反应,产生显影困难;孔周围感光层变薄,采用掩孔工艺时容易发生破孔现象;当板与板之间有异物时会造成感光胶局部变形产生短路或断路现象。
3 曝光
http://www.pcbres.com/upimg/userup/0806/301SRKQ8.jpg
 
(1)影响曝光质量的因素
1 光源的选择要求是干膜光谱吸收主峰与光源发射主峰重叠或大部分重叠。各种光源中,镝灯、高压汞灯和碘镓灯是较好的,氙灯不适合。
2 曝光时间的控制曝光时间是影响干膜图像非常重要的因素。曝光不足,抗蚀膜聚合不够,显影时胶膜溶胀、变软,线条不清晰,色泽暗淡,甚至脱胶;曝光过度,将产生显影困难,胶膜发脆,余胶等问题。
确定最佳曝光时间的方法是使用云斯顿17级光密度表或斯托夫21级密度表,而且需凭经验进行观察。
严格来讲,以时间来计量曝光是不准确的,因为光源强度是随电压改变而波动,随灯的老化而下降的。光能量计算公式为
http://www.pcbres.com/upimg/userup/0806/301T354DX.jpg
 
从上式可以看出,曝光总能量E随光强度I和曝光时间T而变化。当曝光时间T一定,光强度改变,曝光总能量也随之改变。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获得的曝光总能量并不一定相同,因而聚合程度也就不同。为使每次曝光能量相同,必须使用光能量积分仪来计量曝光。
3 照相底版的质量主要表现在光密度和尺寸稳定性两方面。
当照相底片上的最大光密度小于2.8时,紫外光可透过底片上的不透明区,使不透明区下面的干膜局部发生聚合;当底片上的最小光密底大于0.2时,紫外光难于穿过底片透明区,延长了曝光时间。为此建议底片上最大光密度大于4,最小光密度小于0.2。
底片尺寸的稳定性随环境的温度和贮存时间而变化。所以,底片的生产、贮存和使用最好采用恒温的环境,采用厚底片也能提高照相底片的尺寸稳定性。
除此以外,曝光机的真空系统和真空曝光框架材料的选择,也影响曝光成像的质量。
(2)曝光定位
1 目视定位适用于重氮照相底法。重氮底片呈棕色或橘红色的半透明状态,但不透紫外光,透过重氮图像使底片的焊盘与印制板的孔重合对准,然后贴上胶带贴牢,即可进行曝光。
2 脱销定位系统定位包括照相底片冲孔器和双圆孔脱销定位器。
定位方法是:首先将正、反两张底片药膜面相对在显微镜下对准,将对准的两张底片用冲孔器冲两个定位孔,取一张冲好定位孔的底片去编钻孔程序,便能得到同时钻出元件孔和定位孔的数据带或数据盘,一次性钻出元件孔及定位孔,在孔金属化后预镀铜,便可用双圆孔脱销定位器定位曝光。
http://www.pcbres.com/images/cn/eles.png
3 固定销钉定位固定销钉分为固定照相底片和固定印制板两套系统,通过调整两销钉的位置,实现底片与印制板的重合对准。
曝光后,聚合反应还要持续一段时间,为保证工艺的稳定性,曝光后不要立即揭去聚酯膜,以使聚合反应持续进行。待显影前再揭去聚膜。
4 显影
曝光后的干膜有些需要放置10~15min后才能显影,这必须根据实际情况,根据干膜的要求执行。
利用稀碱溶液与光致抗蚀剂中未曝光部分的活性基团(羧基)反应,生成可溶性的物质溶于水,而曝光部分的干膜不发生溶解。
常用1%~2%的碳酸钠水溶液作显影液,液温30~40℃,显影方式可以是手工显影,也可以采用机器喷淋显影,生产中以机器喷淋显影为主。机器显影要控制好显影液的温度、传送速度、喷射压力等显影参数,掌握好显出点。显出点就是没有曝光的干膜从印制板上被溶解掉之点,通常显出点控制在显影室长度的40%~60%之内。
在显影室外来观看显出点的方法不是非常准确,尤其当干膜颜色和铜箔颜色差别不是很明显时。现在制作高密度印制板的干膜厚度比较薄,颜色相对较浅想做出目视判断就更困难了,较好的方法是用水溶性墨水笔在覆铜箔基板上做标记。利用生产板观察显出点是很困难的,通常采用一块大小为18inx24in的基板,这样可以在显影室的横方向全面观察显出点。
使用机器显影,由于不断搅拌,会出现大量泡沫,因此必须加入适量的消泡剂,如正丁醇、食品消泡剂、印制板专用消泡剂AF-3等。
经过显影后的即使有部分显影不完全或残留也不易检查出来,通常采用氯化铜试验来测试:将显影后的板子放入氯化铜稀溶液中,少时取出,裸露出来的铜箔表面会变成深棕色的氢氧化亚铜,当未完全显影有部分残留时用肉眼就能非常清楚的检查出来。一般每1~2h抽取1-2块板子做氯化铜试验,以保证显影的质量。
5 修版
包括修补图像上的缺陷和除去与图像无关的疵点两个方面。修版液可用虫胶、沥青、耐酸油墨等。虫胶修版液配方如下。
虫胶                 100~150g/l;
甲基紫                1~2g/l;
无水乙醇适量。
修版时应戴细纱手套,以防汗迹污染版面。
6 去膜
去膜使用3%-5%的氢氧化钠溶液,温度50~60℃,去膜方式分手工浸泡和机器喷淋。手工去膜简单,将板子上架后浸入去膜液,几分钟后膜层变软脱落,取出后用水冲洗就可将膜除去。机器喷淋去膜生产效率高,但应经常检查喷嘴是否堵塞,在膜液中必须添加消泡剂。
三、贴膜常见故障及解决方法
1 干膜在铜箔上贴不牢
(1)铜箔表面不干净,有油污或氧化层。重新清洗板面,戴手套操作。
(2)干膜溶剂中溶剂挥发,变质。贮存要低温,不使用过期干膜。
(3)传送速度快,贴膜温度低。改变贴膜速度与贴膜温度。
(4)环境湿度太低。保持生产环境相对湿度50%。
2 干膜与铜箔表面之间出现气泡
(1)铜箔表面不平,有凹坑和划痕。增大贴膜压力,板材传递要轻拿轻放。
(2)热压辊表面不平,有凹坑和胶膜钻污。注意保护热压辊表面的平整。
(3)贴膜温度过高,降低贴膜温度。
3 干膜起皱
(1)干膜太黏,小心放板。
(2)贴膜前板子太热,板子预热温度不宜太高。
4 余胶
(1)干膜质量差,更换干膜。
(2)曝光时间太长,缩短曝光时间。
(4)显影液失效,换显影液。
四、湿法贴膜工艺
干膜抗蚀技术是1968年以后,印制电路板产生的主要图像转移工艺,有许多优点。但干膜抗蚀剂在蚀刻后有两个典型缺陷:一是干膜起翘,二是蚀刻断线。这在制造细导线印制板时将导致产品报废。
分析其原因有两个:第一,铜箔表面缺陷造成干膜与铜箔表面不黏合,在蚀刻时表现为干膜起翘或蚀刻断线,这类缺陷起因于基材制造和原材料的处理不当;第二,在成像工序中接触灰尘,这些灰尘颗粒被包裹在抗蚀剂下面,夹在板子与底片之间,使干膜与基板之间的结合力减弱,造成千膜起翘和蚀刻断线。
解决上述缺陷可以采用湿法贴膜工艺。
湿法贴膜工艺即利用专用贴膜机,在贴膜前于铜箔表面形成一层水膜。利用水膜与可溶性干膜结合形成的流动性,在挤压下除去铜箔凹陷部位的气体,因而可在铜箔表面上形成与液体光致抗剂相似的贴合性能。
(1)定义湿法贴膜工艺就是在贴干膜以前让铜箔表面形成一薄层水膜的工艺。
(2)优点该工艺改善了铜箔表面与干膜的敷形度,减少了由于表面不规则引起的产量下降,提高了细导线印制板的合格率。
(3)原理铜箔表面的水膜提高了不溶性干膜的流动性,表面上的水取代了刻痕、砂眼、凹坑和织物凹陷等部位上所滞留的空气。在加热、加压贴膜过程中,水对干膜抗蚀剂起着增塑剂的作用,增加了干膜的流动性,使干膜在铜箔表面敷形度提高。
(4)贴膜过程湿法贴膜示意如图5-3所示。贴膜时,湿辊A将水转移至基板上。湿辊是一种海绵质的辊子,如图5-4所示。水由湿辊A的两端进入并由中心管子和孔喷出。喷出的水被海绵吸收,以保证均匀地把水挤压到基板上。当板子走到热压辊B时,水膜介于干膜和铜箔表面之间。C辊的作用是将多余的水除去,D辊用来除去粘在B辊上多余的水。
http://www.pcbres.com/upimg/userup/0806/301T4201K4.jpg
 
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