光成像工艺规范

1、1 目的规范工序制程能力的管控。2 范围适用于光成像工序制程能力的管控。3 职责3.1技术中心负责该规范的编制与更新；3.2光成像工序工艺工程师引导该工序按规范要求开展工作。4 模块划分：规范模块内 容章节号制程能力工序产品能力、设备能力、制程能力、产品类型及工艺流程5工序资源工序设备、物料资源6基本原理工序设备作用原理、物料原理7工艺原则工序生产操作原则、参数设定原则及特殊产品要求8工艺维护工序维护保养内容方法和标准9制程监控工序制程监控要求和制程测试方法和标准10制程改善制程状态改善方法和途径11偏差处理规范和生产实际偏差处理方法和途径125.制程目标5.1设备能力5.1.1光成像工序设备

2、能力详见【附件一】光成像设备能力参数表。5.2制程能力5.2.1曝光能量均匀性80% ；5.2.2显影点板面上下差异5%。5.3产品类型及工艺流程：产品类型流 程备注内线-负片工艺开料干膜前处理贴膜曝光DES1.贴膜：干法贴膜、湿法贴膜2.曝光：菲林曝光、LDI曝光开料化学前处理内层涂覆曝光DES外线-负片工艺负片电镀干膜前处理贴膜曝光DES外线-正片工艺全板电镀干膜前处理贴膜曝光显影图形电镀/图镀铜镍金 外线-水金+硬金全板电镀干膜前处理1贴膜1曝光1显影1图镀铜镍金干膜前处理2贴膜2曝光2显影2电镀硬金外线-选择性沉金阻焊干膜前处理贴膜曝光显影沉金5.3.1光成像处理线流程具体详见【附件二

3、】处理线工艺流程图表。6.工序资源6.1设备资源：6.1.1光成像工序设备资源详见【附件三】光成像设备资源表。6.2物料资源：6.2.1光成像工序物料资源详见【附件四】光成像物料资源表。7.基本原理定义：光成像又叫光化学图像转移，它的主体流程一般包含前处理，贴膜（或者涂覆），曝光和显影。此工艺首先在板子表面贴合一层光致抗蚀剂，然后利用菲林或者激光直接成像选择性地曝光部分光致抗蚀剂，使其发生链式聚合反应形成不溶于显影液的高分子聚合物，之后将未曝光部分通过显影药水冲洗掉，从而在板面上形成相应的图形，以作为后续蚀刻或者电镀的抗蚀层。7.1 光成像前处理：7.1.1光成像前处理一般通过化学或机械方法，

4、清洗板面，并在铜表面形成凹凸不平，具有一定粗糙度的的表面形貌，以增加干膜与板面的结合力，避免出现干膜脱落，浮起等缺陷；7.1.2界面结合力：干膜/湿膜和铜面间的结合力主要有化学键结合力和机械结合力。不同的抗蚀层，由于其成分和形态的差异，其与铜面之间占主导的结合力便有所不同，比如干膜呈固态，表面的分子相对稳定，不饱和的化学键较少，因此干膜与铜面的主要结合力是机械力。而湿膜不同于干膜，湿膜呈液态，表面分子的活性较高，分子基团的不饱和键较多，易与铜原子形成化学键，因此湿膜和铜面之间的主要结合力是化学键合力。7.1.2.1界面结合力的影响因素如下表：序号结合类型影响因素1化学键合力1.表面清洁度，界面

5、化学作用力（分子间的范德华力，极性键力等）影响化学键合力的大小；2.如果铜表面存在油污，残胶，手指印等有机污染物，抗蚀层与铜面的化学结合力将受到很大的影响。湿膜与铜面之间的粘附主要是靠化学键合力的，因此湿膜的前处理对表面清洁度的要求较高，相对而言，化学键合力在干膜与铜面之间的粘附中起次要作用；3.化学键合需要板面具有活性，而板面活性的大小取决于表面Cu，Cu+ ，Cu2+的浓度比例。单质铜的键合活性最大，而失去电子的铜离子则活性较小，不易与干膜中的有机基团结合，因此保持基铜表面新鲜，无氧化也十分重要，所以湿膜涂覆的前处理需要除油，微蚀，酸洗，水洗等多步清洗。2机械力1.表面粗糙度，接触表面积，

6、接触角影响铜面与干膜之间的机械结合力；2.干膜与铜面之间的粘附主要是依靠粗糙度形成的，因此如何形成均匀，密致，具有微观凸凹结构的表面便是干膜前处理的重点，即具有合适的Ra值和Rz值，当然基铜表面的粗化度并非愈大愈好，如下图所示： 3.由于表面粗化造成的Rz值过大，在波峰和波谷之间干膜与铜黏合不完全，容易残留气泡。且干膜嵌入铜面较深，在显影时，线路的底部容易出现干膜显影不净的缺陷，如果粗糙度过小，表面过于光滑，干膜与铜面的结合力不足，这样在显影时，干膜容易浮起从而导致开短路的缺陷，此种情况是前处理必须避免的，粗化需形成紧密的波峰波谷，且各处分别均匀，这样便可以与干膜形成较好的结合力，如下图所示：

7、7.1.3表面粗化原理：，粗化效果【图1】所示：图1 铜面粗化效果7.1.3.1表面粗糙度表征方法：序号参数计算方法图示1Ra1.在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值，即2.Ra 能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性，但因受计量器具功能的限制，不用作过于粗糙或太光滑的表面的评定参数。2Ry1.指的是表面轮廓最大高度，在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离，峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点，如右图：3Rz微观不平度十点平均高度，在取样长度内个最大的轮廓峰高Ypi平均值与5个最大轮廓谷深Yvi平均值之和。7.1.4前处理种类：7.1.4.1化学

8、前处理：化学前处理先去除铜表面的油污杂质，然后利用化学微蚀，去除铜面氧化，在铜表面形成一定的粗糙度，增加铜面和抗蚀层（主要适用于湿膜）的结合力，其处理流程一般是：酸洗除油微蚀。工段作业原理影响因素酸洗酸洗的主要作用是去除铜表面的氧化，反应如下：CuO+H2SO4CuSO4+H2O硫酸浓度硫酸浓度较低时不能将铜表面的氧化去除干净；喷淋压力喷淋可以将表面和孔内的铜氧化清洗干净，如果喷淋压力不足，小孔内药水交换差，氧化去除不净。工段作业原理影响因素除油1.除油主要作用是去除铜面上的手迹、灰尘、油污等；2.其机理是通过加渗透能力很强的表面活性剂活化表面，然后利用表面活性剂的乳化作用，将油污等从板面去除

9、。温度1.温度过低将使得除油剂乳化油污的效果降低，温度升高有助于除油剂乳化作用；2.但随温度升高除油剂本身在高温下挥发并且除油剂中的有机酸类物质及表面活性剂将出现浊点，导致除油效果反而降低。浓度当除油剂的含量较低时，增加浓度可以提高除油效果，但浓度不宜过高，否则，溶解在水中的表面活性物质易析出，从而影响除油效果。喷淋压力喷淋通过不断的冲刷铜表面，可以使油污与铜表面分离，如果压力不足，油污会粘滞在铜表面，影响除油的效果。微蚀1.溶液在基铜表面咬蚀掉一定量的铜，目的是在铜的表面形成一定的粗糙度，以增加铜面与抗蚀层的结合力，药水主要成分是过硫酸钠，硫酸，硫酸铜，其反应如下所： Cu2+Cu2Cu+-

10、 2Cu+S2O82-2Cu2+2SO42-2.其中反应进行较慢，反应进行较快；3.化学微蚀通过微蚀量来控制处理效果，微蚀量太大，则蚀铜量过多，微蚀量太小，则表面粗糙度不达标。Cu2+浓度1.从微蚀反应机理来看，反应为固液相反应，是溶铜过程的控制步骤。当铜离子浓度在较低的情况下逐渐增大其浓度，反应速度加快，相应的，微蚀速率也升高；2.但当铜离子浓度达到较高水平时，其对反应的阻碍作用也变得明显了，过高的铜离子浓度会导致微蚀速率下降。因此，微蚀换新缸时需留下一部分旧溶液，使溶液中存在一定浓度的Cu2+，以保证溶液具有较高的微蚀速率，但需进行监控，当铜离子浓度超出控制上限时，则需换缸。Na2S2O8

11、浓度过硫酸钠在微蚀反应过程中不断消耗，将导致微蚀速率降低，生产过程中需通过自动添加系统或者手工添加。H2SO4浓度过硫酸钠在碱性或者中性溶液中易分解，微蚀反应必须提供一个酸性的环境，但硫酸的浓度不宜过高，否则SO42-太多，阻碍反应的进行。温度反应速率随温度提高而加快，但随着温度的上升，微蚀速率过快较难控制，药水挥发加剧，药水浓度难于控制。喷淋压力喷淋可以增加传质速度，压力过小则影响微蚀的整体速度，喷淋压力需一致，否则影响微蚀均匀性。7.1.4.2机械磨刷：磨板时滚轮会高速旋转，同时左右摆动，当板子经过滚轮时，滚轮表面与板面接触，通过连续的摩擦，达到粗化铜面效果，如【图2】所示： 图2 机械磨

12、刷 图3 磨痕宽度（1）机械磨刷通常通过磨痕宽度（如【图3】所示）和水膜时间来控制磨刷效果。磨痕宽度直接反映了磨刷滚轮与板面的接触状况，界面处的压力是否均匀，压力值是否足够，都可以通过磨痕宽度的数据来评判。经过前处理的板子浸入水中拿出后，表面会形成一层水膜，水膜维持的时间长短则反映了铜面粗糙度，均匀度和清洁度；（2）磨刷效果受诸多因素的影响，如下表所示： 序号因素影 响1磨刷材质机械磨刷要求研磨材料其具有一定的硬度，能够磨蚀微量的铜，常采用的为尼龙针刷或者不织布。尼龙刷耐磨，使用寿命长，大约是不织布的10倍，但其表面的尼龙丝较粗，刷磨板面形成的粗糙度不够细致均匀，相比较而言，不织布的刷辊粒度很

13、细，磨刷之后的铜面粗糙度较好，均匀一致，但使用寿命较短。 尼龙针刷 不织布2磨刷压力磨刷压力直接影响磨板的效果，如果压力不够，磨刷与板面接触面积较小，粗糙度不达标。如果磨刷压力过大则易造成滚轮损坏和板面损伤。3喷淋水流量由于滚轮在磨刷板面时产生热量，必须通过喷淋水进行降温，如果喷淋水流量不足，则易损坏滚轮磨刷 。4铜粉回收频率铜粉过滤袋需及时清理，否则铜粉堵塞过滤装置，导致喷淋压力下降，水流量不足。5放板方式放板时不可以在磨刷的中间或者其中一边连续放板，这样会导致磨刷各段的磨损程度不同，磨板的压力便不均匀。放板方式如下图所示：7.1.4.3火山灰磨板：火山灰磨板是在机械磨刷的同时将火山灰经由挡

14、板打至板面上，然后利用滚轮带动火山灰的细小颗粒磨刷板面，从而形成均匀且具有一定粗糙度的表面，如【图4】所示：图4 火山灰磨板（1）火山灰磨板和机械磨刷有相似之处，两种都有辊轮磨刷板面，只不过火山灰磨板还有细小的颗粒与辊轮一起磨刷板面。火山灰磨板的效果也是通过磨痕宽度和水膜时间来控制；（2）火山灰磨板的效果受以下因素影响：序号因素影 响1火山灰颗粒火山灰也呈细小的颗粒状。颗粒愈小，磨刷愈细腻，但表面的粗糙度可能会不足，颗粒过大则在铜表面磨刷形成的凹坑过大，火山灰的颗粒大小需控制在一定范围内。2火山灰浓度火山灰的浓度通过沉降实验可以测得，其浓度需控制在一定范围。如果浓度过低，则喷射至板面上的火山灰

15、颗粒过少，粗化效果不良；如果火山灰的浓度过大，则影响其与水混合物的流动性。3火山灰寿命火山灰的颗粒要求为小于68um(5um)颗粒占90%，大于25um(5um)的颗粒占50%以上，在使用一段时间之后，颗粒会磨损，变得更细小，此时火山灰对板面的磨蚀不足，导致铜面粗糙度降低，影响干膜与铜面之间的结合力，因此必须定时更换。7.1.4.4喷砂磨板：（1）喷砂磨板是利用高压喷嘴将金刚砂喷射至板面上，由于金刚砂颗粒细致，硬度较高，这些细小颗粒溅射至铜面上，在表面上形成了凸凹不平的结构，由如【图5】所示：图5 喷砂磨板（2）喷砂磨板不同与火山灰，最大的区别是微颗粒的运动方式，喷砂是喷射至板面，火山灰是跟滚

16、轮一起磨刷板面。喷砂一般通过喷痕测试和水膜时间来控制，喷痕形态如【图6】所示：图6 喷痕形态（3）喷砂磨板的效果受以下因素影响：序号因素影 响1金刚砂颗粒金刚砂的主要成分是氧化铝，呈细小的颗粒状。金刚砂的颗粒愈小，磨刷愈细腻，但表面的粗糙度可能会不足，颗粒过大则在铜表面撞击形成的凹坑过大，因此选择合适目数的金刚砂是极为重要的。2喷嘴压力喷嘴压力对磨板效果影响较大，如果压力不足，则金刚砂在铜表面的撞击力不够，难以形成粗化的表面，如果压力过大则磨刷掉的铜的量过多。3金刚砂浓度金刚砂的浓度通过沉降实验可以测得。如果浓度过低，喷射至板面上的金刚砂颗粒少，粗化效果不良；如果金刚砂的浓度过大，则影响金刚砂

17、和水混合物的流动性。4金刚砂寿命金刚砂的颗粒大小通常控制在220-400目，在使用一段时间之后，颗粒会磨损，变得更细小，此时其对板面的磨蚀不足，导致铜面粗糙度降低，影响干膜与铜面之间的结合力，因此必须定时更换。7.1.4.5粗化类型比较：序号粗化类型药水或物料粗化表面形态（SEM2500倍）1化学微蚀NPS2机械磨刷尼龙针刷3喷砂磨板金刚砂4火山灰磨板浮石粉5超粗化（美格药水）硫酸/双氧水体系7.1.5前处理辅助系统：7.1.5.1清洗系统：清洗的主要目的是清除板面和孔内残留的杂物，磨板带出的颗粒，已经药水，由于板面的清洁度要求不同，水洗的方式和水质也不尽相同。序号因素影 响1水质水洗的水质通

18、常有自来水和DI水，后者比前者所含杂质更少，因此使用DI水有利于减少杂物的产生。2压力足够的压力可以清除板子表面和孔内的杂质，对于纵横比较大的板子，需采用高压水洗。3水洗方式普通喷淋普通喷淋可以清洗板面和纵横比较小的孔内残留药水和杂物溢流水洗溢流水洗的用水量相比喷淋较少，可以清洗板面上的残留药水和杂物高压水洗高压水洗通常为水柱式，可以用来清洗板厚较厚，纵横比较大的板子。孔内杂物可以通过高压水柱冲洗出来，但受板厚影响，薄板容易出现变形，不适宜薄板的制作。温水洗温水有利于清洗药水缸残留在板面的药液，结晶和可溶于水的杂质超声波超声波可以在水中形成微小的气泡，气泡破裂时产生瞬时的高压，可以清洗微小间距

19、，微孔内的杂质。由于火山灰和喷砂磨板容易残留一下小颗粒，超声波浸洗便可以将这些小颗粒清洗掉。7.1.5.2 烘干系统：烘干的目的是在贴膜之前清除板面水分，防止因此导致的铜面氧化。通常烘干分为两段，先利用强风吹干去除板面残留水，然后通过电加热的方式将空气加热，再加压使热风高速吹至板面从而将水分蒸发。序号因素影 响1风刀压力足够的风刀压力可以快速吹干板子表面和孔内的水，如果压力不够，孔内的水分难以去除，孔铜会出现氧化，导电性变差，从而影响电镀时铜原子的沉积，造成电镀不良，如果板子较薄，风刀的压力不可过大，否则也使板子变形。2烘干温度热风烘干将板子表面和孔内残余的水份蒸发掉，如果温度不够，则会造成铜

20、面氧化；温度过高则会导致缸体变形，因此烘干段温度需控制在规定范围内。7.1.5.3 传送系统：传送系统主要是用于板件的运输，并与缸体其他装置配合完成某些功能。序号装置作用及影响1传送滚轮传送滚轮是传送产品的主要载体，其排布间距直接影响产品尺寸能力，间距大时薄板易卡板，间距过小时则影响喷淋压力，且细线路在传送过程中容易出现变形，划伤，撞断线等缺陷。传送滚轮需定时保养，如果出现损坏，则易造成板面划伤，干膜剥离等缺陷。2挡水辊轮板子经过药水缸后需有挡水辊轮，防止药水带人水洗缸，否则会造成水洗缸污染。3吸水海绵辘水洗和烘干之间需有吸水海绵辘，否则板面上的水分随之进入烘干段，易造成铜面氧化。7.1.5.

21、4 过滤系统：过滤装置的作用是清除循环药液和水中的杂质，保证药水的清洁度。序号过滤类型作用及影响图示1过滤网床通常用于初步过滤较大颗粒的杂质，需定时清洁，如果出现损坏必须及时更换，否则大的杂质会随溶液进入下一级过滤装置，导致其堵塞。2过滤网袋网版式过滤器采用，可以过滤较小的颗粒，需定时清洁，如果出现堵塞，则造成喷淋压力下降。3过滤棉袋棉袋式过滤器采用，可以过滤溶液中微小的颗粒，也可以用于空气过滤，需定时清洁，如果出现堵塞，则造成喷淋压力下降。 4过滤棉芯可以过滤极其微小的颗粒，通常用在水质要求较高的缸中，需定时更换，否则造成喷淋压力下降。7.1.5.5 自动添加系统：由于化学药液在生产中会不断

22、消耗，通过人工补充的方法效率很低，且具有滞后性，容易出现药液补充不及时，补充量偏多或偏少等问题。自动添加系统通过控制流程中的某一特征参数（例如过板数量，电导率，PH值，比重，电极电位等）定时补充药水，如下表所示： 序号自动添加系统添加原理1数板添加系统设定单次药水添加量，根据电眼感应到的做板数量添加药水2电导率添加系统设定电导率控制范围，低于于控制点时添加药水7.2 贴干膜/涂覆湿膜：7.2.1贴膜/涂覆湿膜的主要目的是在经过前处理的铜面上粘附一层光致抗蚀剂，其形式可以是干膜也可以是涂覆油墨。主要过程：静电吸尘预热贴膜静置，或者是：静电吸尘翻转涂覆烘干静置；7.2.2 静电吸尘：7.2.2.1

23、静电吸尘使用的设备是清洁机，其作用是在贴膜前对板面进行清洁，减少贴膜时干膜/湿膜下垃圾，由于烘干段使用风刀的高速气流吹干板面，空气中会存在微尘，虽经过过滤，仍不能保证完全洁净；板子上也会残留铜屑，金刚砂，火山灰的颗粒，当板子经过清洁机时，上下两根静电吸辘将吸附板面上的灰尘和颗粒，然后再经吸尘胶辘上的粘尘纸将灰尘除去，从而达到清洁板面的目的，如【图7】所示：图7清洁机原理7.2.2.2生产中，需定时割除脏的清洁纸，否则清洁纸无法将静电吸辘上的杂物粘走，导致贴膜下出现杂物。7.2.3预热：7.2.3.1预热的目的是在贴膜前将板面加热到一定温度，使干膜受热会软化，流动性增加，增加干膜和板面的贴合程度

24、。若预热温度不足，板件表面的温度较低，在贴膜时干膜铺展不好，则影响干膜与铜面的结合力。7.2.4贴膜：7.2.4.1贴膜的目的是将干膜压至板件表面，使其与铜面结合良好。贴膜机通常分为手动和自动两种，贴膜是利用加热来降低干膜粘度，使干膜自行软化，加压将药膜挤压贴于已完成清洁，粗化板面上，如【图8】所示：图8贴膜膜机原理（1）影响贴膜效果的因素：序号因素影 响1压辘温度1.干膜受热会软化，流动性会增加，但温度必须控制在规定范围内，干膜温度太高，干膜会变脆，耐电镀能力差；温度太低，干膜未能完全软化流动，其与铜面粘附不牢固，结合力不好，容易脱落；2.压辘温度的均匀性也会影响贴膜质量，如果均匀性不良，则

25、会出现有些区域温度较高，有些区域温度又较低。这样容易造成局部干膜贴合不牢，或者局部干膜受热过度导致脆化。2贴膜压力1.贴膜时，上下两根压辘会挤压干膜，促使其流动，从而均匀地贴在板面上，贴膜压力过大，则干膜容易起皱，局部厚度偏薄，压力过小，则干膜的填充能力，附着力下降；2.贴膜压力的均匀性影响贴膜的效果，如果如果均匀性不良，则会出现有些区域压力较高，有些区域压力又较低，这样容易造成局部干膜贴合不牢。3包胶硬度通常压辘的包胶为硅胶材料，其硬度会影响贴膜压力，如果硬度过大，会导致干膜偏薄，孔口处干膜容易发生破裂；如果硬度过小，贴膜压力不足，干膜与板面结合不牢。4包胶寿命硅胶在使用一段时间后会发生老化

26、变形，表面平整度降低，如果接触到酸碱，表面会发生腐蚀，因此包胶需定时进行更换。序号因素影 响5施压方式1.贴膜机是通过压辘的两端进行施压的，这样一来，压辘的两端压力可能会出现差异，因此压辘的施压方式会影响压力的均匀性，如下图所示：2.相比两端加压方式，以上右图的加压方式可以使得两端的施压更加均匀，这样便可以改善贴膜时的压力均匀性。6压辘类型1.压辘的形态对于贴膜压力的均匀性是有影响的，如下图所示：2.凸面压辘的粗细程度是不同的，中间比两端粗一些，这种压辘的加压方式不变，但通过压辘本身形状的改变，可以将两端的压力传至压辘中间，从而改善贴膜压力均匀性。7贴膜速度贴膜速度和贴膜压力，贴膜温度一起影响

27、贴膜的最终效果，贴膜速度慢，干膜则压辘下的时间增加，接收压辘的热量也增加，容易使干膜的温度过高；贴膜速度过快，干膜的软化不足，也会导致结合力不好8湿法贴膜1.当板面平整度不好，或者由于前制程的原因导致铜面有轻微的凹坑，针孔，麻点，划痕以及玻璃布织纹造成铜箔表面凸凹不平等缺陷，采用干法贴干膜时，易产生干膜与基铜表面黏合不牢的现象。此时，在干膜和基铜的界面处常形成空隙，空洞，气泡残留，在进行蚀刻时，蚀刻液一旦进入界面空隙内，就会造成断线，缺口等缺陷；2.湿法贴膜在压辘前增加了一个吸水海绵，在干膜接触板面之前，先在板上涂覆一层水，干膜在高温下发生溶胀，将凹陷填充，由此可以排除基铜表面与干膜界面滞留的

28、气泡，改善干膜与基铜的吻合粘附性。7.2.5内层涂覆机：板子经过清洁机之后是以水平方向运行的，在进行涂覆之前，先利用翻转机将板子顺时针旋转90度，变为垂直方向。然后在涂覆滚轮中间将板匀速提起，同时利用两涂覆轮在一定的压力下相互挤压使油墨均匀的涂覆在板面上，然后利用三段烘箱将油墨烘干，完成涂覆，如【图9】所示： 图9涂覆机（1）影响贴膜效果因素：序号因素影 响1油墨粘度油墨粘度通过稀释剂进行调节，如果粘度过高，则湿膜较厚，且容易导致厚度不均；如果粘度过低，油墨很容易从板面流淌下来，导致膜厚偏薄。2零点压力零点压力是指在无板的情况下，涂覆辊轮之间的接触压力，它可以反映涂覆滚轮的平整度和平行度，如果

29、零点压力超出控制范围，则会造成湿膜的的不均匀。3辊轮平整度辊轮表面需是平整的，无破损，划痕等缺陷，否则会出现板面涂覆不均4辊轮沟槽设计涂覆辊轮表面有许多的沟槽，沟槽的密度和深度会影响涂覆效果。沟槽不可太稀疏，否则涂覆不均匀，沟槽的深度槽较浅的话，可以容纳的油墨量有限，涂覆膜厚会偏薄，如果沟槽过深，容易导致漏油。7.3 曝光：7.3.1曝光是指通过曝光机光源所发出的UV光线穿过菲林（激光曝光时无菲林）及保护膜，照射至感光膜上，使其发生一连串的光聚合反应，形成不溶于显影液的高分子聚合物，于是在板面形成具有一定图形特征的抗蚀层的过程，如【图10】所示：图10 曝光原理7.3.2如【图10】所示，理想

30、状况下，光线直射至干膜底部，平行方向的能量分布均匀，垂直方向的能量逐渐衰减。但实际的情况是，入射光不是完全的平行光，且伴随有不同程度的反射，折射，因此光能量在平行方向的分布也是不均匀的，因此，选取平行度好的光源，减少光线的反射，折射是有利于改善曝光均匀性的。7.3.3接触式曝光（使用菲林）：7.3.3.1点光源：此类曝光机的光源是上下两个灯，其发射的光线为发散式的，如【图11】所示：图11 点光源7.3.3.2由此，在使用过程为了减少光线的折射和散射，必须将其由发散光束转变为较为平行的光束，通常的方法是通过凹面镜反射来实现，如【图12】所示： 图12 点光源光线反射7.3.3.3从上图可以看出

31、，利用凹面将可以改善光线的平行度，但无法将其全部转换平行光，实际使用过程中更加类似右上图，由此，点光源发出的光线在照射至干膜时情况如【图13】所示：图13 点光源光线照射情况7.3.3.4平行光：此类曝光机也采用菲林曝光，但其光源与点光源的曝光灯不同，只有一个平行光源，将由点光源发出的光经过抛物面反射，并通过移动反射镜来达到上下两面的先后曝光，如【图14】所示： 图14 平行光光源7.3.3.5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基本相同的尺寸图形，相比点光源曝光机来说，可以制作更细的线路，图形精度也更高，如【图15】所示：图15 平行光光线照射情况

32、7.3.3.6对位方式：序号对位方式对位原理1手动对位内层菲林对位（书页式）由于内层芯板在曝光时没有钻孔，因此不存在图形与孔位偏离的问题，此时对位的要点是上下两面是否对位准确。手工对位时时把上下两面菲林叠在一起，使菲林上下的对位标识重合，然后利用胶带将两张菲林固定，并粘贴至曝光机1手动对位内层菲林对位（书页式）的玻璃上，每次做板时只需将菲林如同翻书一样掀开，将板子放入其中，便可进行曝光。对位标识图形如下所示：2外层菲林对位此时板子上已经有了钻孔，板边也有定位孔，因此外层对位主要是板子上的孔和菲林上的盘要对齐。手工对位时，利用放大镜观察，使菲林上的盘和板上的孔圆心重合，两面菲林都对位完成便可曝光

33、，由于两面菲林是分开的，没有事先固定，因此，必须在菲林上粘附胶带，使其可以粘在板面上。3CCD对位内层CCD对位1.CCD对位不同于手工对位，此方法通过摄像头抓取菲林上的对位标识进行对位。内层芯板由于没有机械孔，对位的要点在于两张菲林之间是否对位准确，内层对位标识如下图所示：2.CCD摄像头通过测量上下两张菲林上圆盘和圆环的圆心是否重合来判断对位是否准确，如果两张菲林标识的圆心偏差超出控制范围，则曝光无法进行。4外层CCD对位1.外线板上有机械孔，此时CCD摄像头则抓取上下两张菲林的圆心，并与定位孔的圆心进行比对，如下图所示：2.当上下两种菲林对位标识圆心和定位孔圆心的偏差超出控制范围时，曝光

34、则无法进行。7.3.3.7曝光效果影响因素：序号因素影 响1光源寿命光源具有一定的功率，所作其使用时间的增加，光源会出现老化，功率降低，因此曝光灯需定时更换，否则影响曝光的效果和生产效率。2灯罩和玻璃的清洁度1.点光源通过灯罩将光线反射板面上，如果灯罩上有灰尘或者其他杂质，则会导致曝光不良；2.平行光通过反光玻璃将光线反射板面上，如果有灰尘或者其他杂质，则会导致曝光不良；3.曝光玻璃表面不洁净也会导致曝光不良。3菲林清洁度菲林与板面之间接触，在使用之前需用菲林水清洗干净，否则有杂物残留的话，易导致开短路缺陷。4曝光框材质曝光框由两部分组成，底部用于承载板件，上部盖住板件，上部可以是麦拉膜，玻璃

35、或者雅克力，其中麦拉是柔性的，如果使用它，则必须在抽真空后刮板，否则易残留气泡，而玻璃和雅克力是刚性的，在吸真空后，它们和板子接触面不会形成气泡，也无需进行刮板操作。5玻璃和麦拉透光度曝光玻璃和麦拉如果透光性能不佳，则光线传输会有损耗，能量的利用率会降低。6板厚差异及板面翘曲板面如果凸凹不平或者板面有翘曲，则菲林与板面结合不紧密，吸真空后菲林会发生变形，导致板面图像也发生变形，因此板厚差异和板面翘曲必须控制在一定范围内。7赶气方式麦拉抽真空后会贴在板子的表面，由于其是软的，在麦拉和板子中间会残留气体，如果麦拉下面残留气体，则曝光时光线经过气泡会出现散射，造成虚光，干膜残留等问题，利用刮板可以将

36、残留的气体赶出。赶气时必须将刮板倾斜，以一定的角度，用力从一个方向向另一个方向赶气，否则气泡难以赶净。8导气条使用1.普通曝光机吸真空时，如果板子的厚度较大，麦拉与板面结合不紧密则容易藏匿空气，造成曝光不良，此时增加导气条可以改善此问题。不过，导气条的使用要与板厚相适应，否则效果不佳，如下图所示： 2.当导气条的厚度合适时，气体通过导气条可以排出，因而残留较少，有利于曝光的进行7.3.3.8对位精度影响因素：序号因 素影 响1菲林涨缩菲林在绘制之后由于本身存在涨缩变形，因此在曝光过程中不可避免的会导致图形偏位，因此控制菲林涨缩对于提高对位精度来说十分重要。2板件涨缩在制作外线板上，由于板子上的

37、孔已经钻出，如板子本身出现涨缩，则在曝光时板面上的孔与盘便会出现偏位。3板厚差异及板面翘曲板面如果凸凹不平或者板面有翘曲，则菲林与板面会发生错位，难以对齐，因此板厚差异和板面翘曲必须控制在一定范围内。4赶气操作使用麦拉的曝光机在抽真空后需进行赶气，如果真空不足或者赶气时动作过大，会导致板子或者菲林出现移动，造成曝光偏位5人员对位菲林对位是由人工目视完成的，人员的判断误差也会造成对位误差6机器误差CCD探头在抓取对位点的时候会出现误差，这样机器本身的精度相关。7对位标识用于对位标识的图形必须清晰，无损伤，否则会造成定位不准确。7.3.4直接成像7.3.4.1 LDI曝光机：（1）激光曝光机（LD

38、I）曝光方式完全不同于点光源和平行光，它不需要菲林底片，而是直接利用CAM工作站输出数据，驱动激光成像装置，首先由激光头发射激光光束，然后经过运动扫描镜Polygen形成一定的扫描区域，同时，放有板子的平台在垂直于扫描带的方向上做精确的运动，于是激光光束形成的扫描带逐渐覆盖整个板面，最终完成曝光过程，从而在涂覆有光致抗蚀剂的PCB上直接成像，其曝光过程如【图16】所示：图16 LDI曝光机7.3.4.2 DDI曝光机：（1）和激光曝光机类似，DDI曝光机同样不需要菲林，直接利用CAM工作站输出数据进行扫描曝光。不同的是DDI曝光机采用的光源不是激光而是高压水银灯，光束是经过光学系统DMD传输至

39、板面上的，由于DMD是面阵式的结构，所以相对于LDI线扫描，DDI曝光机是面扫描的，如【图17】所示：图17 DDI曝光机7.3.4.3对位方式序号对位方式对位原理1内层对位1.此时板面上无定位孔，LDI曝光机会先曝出其中一面的图像，与此同时，在另外一面通过激光打点，做出一个标识：2.同样的，DDI曝光机在曝光一面之后也会在另外一面制作MARK点，只是图形和LDI有区别，而是一个圆盘，如下图所示：3.当曝光完成第一面时，CCD探头会根据之前所打的MARK点进行对位，完成第二面的曝光。2外层对位此时板子上有定位孔，直接成像曝光机的CCD摄像头会抓取相应的定位孔，如下图所示： 3动态对位此功能主要

40、针对外线板，和普通的曝光机不同，直接成像曝光机首先可以根据板子放置的位置旋转工作台以使板子和CAM图形对齐，然后根据定位孔坐标，自动拉伸CAM图形，从而实现板子与曝光图形的匹配，如下图所示： 7.3.4.4曝光效果影响因素：序号因素影 响1分辨率激光曝光机的分辨率可以调节，分辨率愈高，则图形的精度愈高，因此制作精细线路时需采用高分辨率，否则，线路和图形的精度会偏差过大。2激光头功率激光头的功率愈高，则曝光时间愈短，因此采用较高功率的激光头可以提供生产效率。3机内清洁度曝光机内工作台和周围的区域长期累积，会存留灰尘，必须定期进行清理，否则易造成曝光不良，引起开短路缺陷。4板厚差异及板面翘曲如果板

41、厚差异较大，或者板面存在翘曲，曝光时，板面某些区域距离曝光机的焦点较远，线路便会发生变形，因此板厚差异和板面翘曲必须控制在一定范围内。7.3.2.5对位精度影响因素：序号因素影 响1机器误差曝光机CCD摄像头在抓取定位标识时存在误差，这与机器本身的精度相关。2板件涨缩在制作外线板上，由于板子上的孔已经钻出，如板子本身出现涨缩，则在曝光时板面上的孔与盘便会出现偏位，由于激光曝光机有动态对位功能，板件涨缩造成的偏位可以一定程度改善。3板面翘曲如果板面存在翘曲，CCD镜头下，定位孔的位置会发生偏移，孔也会发生变形，从而造成定位误差，进而影响对位精度。7.3.3曝光尺：干膜的曝光程度取决于其接收的曝光

42、能量，不同的干膜所需的曝光能量也不相同，而且曝光能量和曝光机的曝光强度，曝光时间相关，各种不同的曝光机的光源功率，光源类型也不尽相同。为了反映干膜接收的能量大小，通常采用光密度尺（又叫曝光尺）来确定。7.3.3.1曝光尺类型：曝光尺是由一系列已知密度组成的，从透明到灰色到黑色排列的有规则间隔色调的曝光底片。曝光尺有21级、17级、25级曝光尺，常用的是斯图费（Stouffer）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级为3.05，曝光尺【图18】所示：图18 光密度尺7.3.3.2曝光级数定义：曝光尺的每一等级对应了一个光密度，光密度小的区域较透明，随

43、着光密度不断增大，底片的透明度降低，直至黑色不透光。因此在曝光时透明的区域干膜接受的能量大，不透明的区域接受的能量小，当不断提高曝光能量时，曝光级数也随之升高，这样，即使较为不透明的区域也可以实现曝光。因此，曝光级数便与干膜曝光程度有了对应关系，曝光级数愈高，干膜接受的曝光能量愈大，如【图19】所示：图19 曝光级数7.3.3.3曝光级数影响因素：序号因素影 响1曝光能量每一种干膜有一个适宜的曝光级数范围，如果曝光能量过大，则曝光级数会超出此范围，则会导致干膜显影后残胶，干膜变脆等缺陷；如果曝光能量过小，曝光级数达不到要求，则会导致线路锯齿，干膜侧蚀严重，线路起翘，脱落等缺陷。2显影速度干膜的

44、显影速度必须使得干膜的显影点处在控制范围内，否则曝光级数会不准确。7.3.4 干膜：干膜的作用是在图形转移后作为蚀刻的抗蚀层或者电镀的抗镀层。通过曝光可以将设计图形复制到干膜表面，之后曝光区的干膜发生固化，而未曝光区的干膜没有固化，在显影时将未曝光的干膜反应掉，板面上剩余的已经固化的干膜便是抗蚀层或者抗镀层。7.3.4.1干膜结构：干膜由三层膜组成， 如【图20】所示：图20干膜结构图（1）不现干膜作用：序号层别作用1聚酯盖膜干膜的最外层，是支撑感光胶层的载体，使之涂覆成膜。聚酯膜在曝光之后，显影之前撕掉，其作用是防止曝光时氧气向抗蚀层扩散，破坏游离基，引起感光度下降。2光致抗蚀剂干膜中间的一

45、层，是干膜的主体，在紫外光照射条件下会发生聚合反应，随型号不同而厚度不等。3聚乙烯膜最里面的一层，主要是防止灰尘等污染干膜，避免在卷膜时，每层抗蚀剂膜发生相互的粘连。7.3.4.2干膜成分：干膜中间的光致抗蚀剂是由多种成分组成的，如下表所示：序号成分名称作 用1黏结剂成膜树脂，使感光胶各组分黏结成膜，起抗蚀剂的骨架作用，在光致聚合过程中不参与反应。2光聚合单体光致抗蚀剂的主要组分，在光引发剂的存在下，经紫外光照射发生光聚合反应，生成聚合物，感光部分不溶于显影液，未曝光部分则通过显影去除，从而形成抗蚀或抗镀图像。3光引发剂在320-400nm波长的紫外光照射下，光引发剂吸收紫外光的能量后，产生游

46、离基，而游离基进一步引发一连串的光聚合单体交联反应。4增塑剂增加干膜抗蚀剂的均匀性和柔韧性。5增黏剂增加干膜光致抗蚀剂与铜面的化学结合力，防止干膜黏结不牢。6热阻聚剂干膜生产过程中，很多步骤需接受热量，热阻聚剂可以防止热能引发聚合反应。7光致变色剂增加干膜曝光前后颜色差异，便于判断是否曝光。8溶剂溶解以上组分。7.3.4.3干膜聚合反应机理，如【图21】所示： 图21 干膜聚合反应（1）聚合反应影响因素：序号因素影响1曝光能量干膜中的光引发剂吸收紫外线的能量，产生活性游离基，从而引发聚合反应。活性游离基在反应过程中会不断消耗，如果曝光能量不足，则产生的活性游离基不够，聚合反应不完全。如果曝光能

47、量过大，则干膜会出现曝光过度，从而引起残胶，干膜脆化等缺陷，因此每种干膜皆有其适宜的曝光能量。2干膜厚度干膜表面的分子接收紫外线的能量较充足，而底部的分子由于曝光能量的衰减吸收的能量较少，此时容易出现底部曝光不良，聚合反应不完全，干膜在显影后浮起，脱落等缺陷。因此，干膜厚度不同，曝光能量也有差异。3干膜光敏性干膜分子对紫外线的敏感度不同，接收相同的能量，产生的活性游离基的数量便不同，具有高光敏性的干膜只需较低的能量便可聚合完全。4停留时间1.干膜在曝光之后，活性游离基并没有马上消耗完，而干膜中的聚合反应还在进行，此时需停留一段时间，干膜分子的聚合反应才能完成，如果停留时间不足，干膜中的部分聚合

48、单体没有聚合完全，在进行显影时便会被显影掉，由此导致线路出现锯齿，干膜起翘，脱落，最终导致开短路的出现；2.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，因此，足够的曝光停留时间对于保证显影后线路图形的质量是极为重要的。7.3.4.4干膜性能参数：序号干膜性能原 理1光谱特性通常情况下，干膜的光谱吸收区域波长为310-44nm,安全光区域波长460nm，这就要求曝光灯的选择要与其相适应。2感光速度指的是干膜在紫外线照射下，光聚合单体产生聚合反应形成具有一定抗蚀能力的聚合物所需光能量的多少，在光源强

49、度和距离固定的情况下，感光速度表现为曝光时间的长短，曝光时间愈短，则感光速度愈大，选择感光速度大的干膜可以提高生产效率。3曝光时间宽容度干膜曝光一段时间后，光致抗蚀层基本聚合，经显影后的图像刚好可以使用，如果曝光时间再减少的话则无法使用，这一曝光时间称为最小曝光时间；相对的，当曝光时间不断延长，直至达到一个时间点，如果再增加曝光时间的话，所得图像因为余胶，图型精度超出公差而不能使用，此时间较为最大曝光时间。最大曝光时间和最小曝光时间的比值称为曝光时间宽容度，当然宽容度愈高，实际生产过程中因为能量波动造成的不良会减少。4深度曝光性干膜曝光时，光能量经过抗蚀层由于反射，散射的的存在会逐渐衰减，当干

50、膜较厚时，到达干膜底部的能量可能比表面减弱许多，这样便影响图像的精度和解析度，严重情况下则导致干膜的浮起，脱落。因此深度曝光性是衡量干膜性能优劣的一项重要指标。序号干膜性能原 理5显影性和耐显影性干膜未曝光部分在显影液中应彻底去除干净，而曝光部分在显影液中应具有耐显影的能力，耐受显影的时间愈长，则显影的宽容度愈高，如果耐显影性不好，则容易产生干膜脱落，渗镀等缺陷。6抗蚀/抗镀性能经过曝光之后的干膜在蚀刻液和电镀液中应无发毛，渗漏，起翘，脱落等现象。当然，干膜与铜面的结合力也会影响干膜抗蚀/抗镀的能力，但干膜本身应具有耐受蚀刻液和电镀液腐蚀溶胀的性能。7.3.5菲林7.3.5.1菲林种类：序号菲

51、林种类性 能1银盐片银盐片是通过激光光绘机直接绘制得到，其图形的精度取决于光绘机的分辨率，由于其药膜是黑色的，不透光，因此不利于目视对位。2重氮片重氮片是利用银盐片为底片再经过曝光显影复制得到的，其图形精度不如银盐片，但其药膜是棕色透明的，便于目视对位。7.3.5.2影响菲林性能的因素：序号因素影 响1环境温度环境温度会引起菲林的涨缩变形，温度升高，菲林尺寸拉伸，温度降低，菲林尺寸收缩，因此必须将菲林存在恒温控制的净化间内。2环境湿度环境湿度也会引起菲林的涨缩变形，湿度升高，菲林尺寸拉伸，湿度降低，菲林尺寸收缩，因此必须将净化间的湿度控制在一定范围内。3板面温度在曝光之前，菲林贴在板面上，如果

52、此时板子的温度较高，则会造成菲林变形，因此在曝光之前必须将板子冷却。4曝光次数菲林在曝光过程中吸收光能量，随着曝光次数的增多，菲林表面的药膜会受影响导致光密度降低，菲林光密度的降低会导致板面上的非曝光区出现轻微曝光，容易造成干膜的残留，菲林多次使用后也会出现变形，造成对位的偏差，因此菲林的重复使用次数需加以限制。5储存时间菲林在制作完成和曝光之前的停留时间不宜过长，否则，菲林涨缩导致图形精度下降。6人员操作人员对位过程中，如果擦花或者划伤菲林，则会造成开短路7.3.6曝光形式对比（1）曝光形式因光源类型，光线系统的不同而各有各的优势和缺点，具体分析如下表所示：序号曝光形式光源类型光学系统优点缺

53、点1接触式曝光点光源菲林1.设备成本较低，使用广泛；2.设备产能较高。1.光线平行度不佳，难以制作精细线路；2.使用菲林曝光，菲林的管理成本较高，菲林的品质会影响曝光的品质；3.对位精度受人工影响较大；4.如果使用麦拉膜，则必须进行赶气，否则残留气体将影响曝光品质。序号曝光形式光源类型光学系统优点缺点2平行光菲林1.设备成本相比点光源高，但低于直接成像曝光机；2.设备产能较高；3.线的平行度较好，细线路制作能力比点光源好。1.使用菲林曝光，菲林的管理成本较高，菲林的品质会影响曝光的品质；2.对位精度受人工影响较大；3.如果使用麦拉膜，则必须进行赶气，否则残留气体将影响曝光品质；3直接成像激光直接成像（LDI）LSO1.无需菲林，节省了菲林的管理成本，避免因菲林造成的缺陷；2.曝光过程无需赶气等操作；3.激光光源的平行度较好，解析度较高，可以制作精细线路；4.采用CCD对位，可以实现自动涨缩，提高对位精度。1.设备成本较高；2.一次只能单面曝光，扫描方式为线扫描生产速度相比接触式曝光较低，也低于DDI曝光机；3.需使用LDI专用干膜。4数字直接成像（DDI）DMD1.无需菲林，节省了菲林的管理成本，避免因菲林造成的缺陷；2.曝光过程无需赶气等操作；3.光源能量较高，且使用多组曝光头，扫描方式为面扫描，速度较L