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。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底片Cu层基材层贴膜曝光显影蚀刻褪膜干膜三、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）底片Cu基材贴膜曝光显影蚀刻褪锡干膜图电褪膜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清洁处理方法比较化学清洗法磨料刷辊式刷板机浮石粉刷板机借着与铜表面相切的砂磨料浮石粉与尼龙刷相结合的作用与先用酸性除油剂去除铜箔表面原理磨动作机械地刮削表面板面相切磨刷。的油污、指印及其他有机污物.来粗化表面，同时除去随后进行微蚀处理去除氧化层污物并形成微观粗糙表面优点磨刷的刮削使用可将大1、浮石粉的尖状颗粒与尼龙刷的共1、去除铜箔较少；部分污物和杂质去除掉同冲击将板材表面的一切污物机械去2、基材本身不受机械应力影响，除。易处理薄基材。2、因无“刮痕”,故无干膜桥接现象3、板面均匀无沟槽，降低了曝光时光的散射，从而改进了成像分辨率.缺点1、当干膜覆盖于铜面1、浮石粉对设备机械部分易损伤。1、需监测化学溶液成分变化并时，铜面刮痕可能造成2、尼龙刷对薄料会有所损害。进行调整。架桥现象，导致蚀刻后2、废水处理问题，及增加废液导线边缘参差不齐，甚处理费用。至断线。2、硬刷子无法适用干薄芯材清洁，这可能将板面刷坏，甚至拉长.机械清洗法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。贴膜示意图干膜铜板热辘保护膜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（25μm）干膜（光阻胶层）PETCOVERFILM（25μm）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、工艺制程原理光阻胶层的主要成分作用粘结剂(成膜树脂)起抗蚀剂的骨架作用,不参加化学反应光聚合单体在光引发剂的存在下,经紫外光照射下发生聚合反应,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光引发剂在紫外光照射下，光引发剂吸收紫外光能量产生游离基，游离基进一步引发光聚合单体交联各种添加剂增强干膜物性及增强铜面附着力等四、工艺制程原理成分要点有关特性高分子聚合物丙烯单体的选择，分子量，玻璃化转移温度感光性显影特性密着性干膜强度褪膜特性架桥剂双键架桥聚合单体：亲水性与疏水性的平衡，架桥基团的浓度感光性解像度显影特性耐药品性（显影液蚀刻液电镀液）其他：光聚合开始剂，安定剂，染料，密着促进剂nmR1CCO2R2CH2CH3CCO2HCH2CH2＝C-COOC2H4OCOC2HO4COC＝CH2mCH3nCH3CH3CH34.2.3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、工艺制程原理项目干膜抗蚀剂液态抗蚀剂解像度3mil1mil填平性差较好成本—比干膜低40~60%废水处理膜厚、处理量大无保护膜、膜薄、处理量小自动化程度可实现自动化生产，但要配用自动除干膜保护膜设备可以实现自动化生产房间：100K级房间：10K级设备：10K级设备：1K级适用蚀刻剂酸性或碱性蚀刻剂酸性或碱性蚀刻剂洁净房要求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：ε=hr=hc/λ式中:ε——光能量(单位:尔格)h——布郎克常数(6.62510-2尔格.秒)r——光的频率(单位:秒-1(HZ)）c——真空中光速(单位:CM)λ——波长(值为:2.289103cm/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：平行光散光源Defect底片Defect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θc(DeclinationAngle)和散射角θα/2(CollimationAngle)来决定曝光机的性能。θcθα/2一般平行光曝光机的定义:θc、θα/2≤30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：项目优点1)只要能维持底片与光阻剂的紧1）在高强光度下，即使底片与干膜密结合，其成像任务就能顺利不密接都能获得良好的成像。执行。2）在高强光度下，其制作人操作范2)适用于较宽导线(0.15mm)围比非平行光大很多。3)洁净室要求无平行光曝光机严3）平行光透过照相底片图形透明部格,大大降低洁净化等费用分可垂直照射到感光层上，其光入射角小于10?，成像图形清晰不易失真。适宜于密细线路。缺点1)发射光光源，由于光线透过1）对使用环境的净化要求严格。照相底片照射到感光层上的入2）较散射光源曝光机价格昂贵。射角度较大（最大可达40?以3）在散光源曝光时不会显示出的上易使导线失真。缺点如一些尘粒，底片上刮痕等都会因平行光的像故而在干膜上清晰显示而造成断路、缺口。散光源平行光四、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：单体消耗增加曝光时间增加诱导区单体耗尽区单体耗尽区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、