PCB光成像工艺知识课件

1、光成像工艺知识第1页，共95页。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、工程处理注意事项第2页，共95页。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。第3页，共95页。A Part: 聚醋盖膜(保护

2、膜)冲影时撕去 1milPolyester Cover SheetB Part: 光阻膜层 Photopdlymer Film ResistC 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第4页，共95页。干膜结构-附图聚醋盖膜(保护膜)聚乙烯隔膜光阻膜层第5页，共95页。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。 第6页，共9

3、5页。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第7页，共95页。1.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.溶剂干膜化学组成第8页，共95页。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。化学成份作用第9页，共95页。

4、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。化学成份作用第10页，共95页。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。目的分类化学成份作用第11页，共95页。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。化学成份作用第1

5、2页，共95页。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干膜反应过程第13页，共95页。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、前处理第14页，共95页。磨板前板磨板后板板面氧化.油污.手指印等磨 板磨板效果图第15页，共95页。设备典型部件 1磨刷及喷嘴第16页，共95

6、页。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。第17页，共95页。主要控制要点浮石粉沉降试验 每四小时做一次，控制范围1520%; 目的：间接判断火山灰有效粒径；水膜试验

7、每班一次，水膜时间15秒； 目的：评价磨板后的板的洁净度；有机污染磨痕试验 内层、外层板镀板：1218mm；外层沉厚铜板：4-8mm ； 目的：评价磨板时上下两对刷子对板的压力状况。第18页，共95页。磨痕类型第19页，共95页。E、磨板后质量检查a.目检板面是否有氧化、水迹、污物 板面清洁度 。b.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，用秒表测量水腊膜破裂的时间,c.板面粗糙度：经磨板后的板面粗糙程度(2.0m左右).* 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

8、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。磨板的控制第20页，共95页。磨板的控制第21页，共95页。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第22页，共95页。 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*(1020)*10-6=0.240.48mil/0CHumidity558%Temperature2

9、12温湿仪温度控制第23页，共95页。 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温湿仪湿度控制第24页，共95页。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10000个或者5.0 以上尘埃个数不超过70个)。测量工具：

10、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第25页，共95页。 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光线控制第26页，共95页。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、贴膜第27页，共95页。 a.必须遵行铜面大膜面小的原则。 b.更换胶辘应留意发热管的

11、安装， 避免温度不均匀。 c.安装干膜要注意上下对齐。注意贴膜岗位注意事项第28页，共95页。干膜碎第29页，共95页。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。贴膜参数控制第30页，共95页。 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。贴膜后静置时间第31页，共95页。压膜时间温 度压 力影响贴膜效果的主要因素第3

12、2页，共95页。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) 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第33页，共95页。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第34页，共95页。a. 压膜时间是指滚轮与干膜接触点的时间。b.压膜时间由

13、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)影响贴膜效果的主要因素压膜时间第35页，共95页。贴膜辘对贴膜效果的影响第36页，共95页。贴膜辘对良率的影响第37页，共95页。 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四、曝光第38页，共95页。聚合过程第39页，共95页。光源第40页，共95页。点光源点光源第41页，共95页。ORC手动曝光机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

14、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。第42页，共95页。平行光源平行光源就是将由点光源发出的光经过抛物面反射通过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。第43页，共95页。平行光源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。第44页，共95页。不同的

15、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 相同的干膜。注意曝光能量第45页，共95页。 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。曝光能量的影响第46页，共95页。曝光能量=灯管强度X曝光时间曝光能量是什么？第47页，共95页。灯管强度高 灯管

16、强度低灯管强度第48页，共95页。1、灯源太脏清洁2、反光照太脏清洁3、灯管使用寿命已到更换灯管强度减弱的原因第49页，共95页。曝光能量与反应的关系第50页，共95页。曝光尺确定能量第51页，共95页。第52页，共95页。 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抽真空及赶气第53页，共95页。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赶气与偏位第54页，共95页。牛顿环判断真空效果(

17、有牛顿环出现，且不移动）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、在光面与光面接触的地方容易形成并发现。第55页，共95页。真空不良导致的曝光不良第56页，共95页。导气条太厚第57页，共95页。导气条太薄第58页，共95页。导气条合适第59页，共95页。菲林定位图示第60页，共95页。菲林定位改善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。第61页，共95页。曝光后干膜未发生聚合反应的部分单体会向已曝光部

18、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。曝光后静置第62页，共95页。LDI光学系统第63页，共95页。LDI光学系统第64页，共95页。LDI定位原理Vacuum TablePCB PanelOptical Registration Holes第65页，共95页。LDI特点1.不需要绘制菲林2.对位精度高3.不容易产生固定位缺陷4.批量板生产速度慢5.尺寸不能大于24“6.厚度不能超过5mm第66页，共95页。正片：所见即所得 负片：所见非所得正负片第67页，共95页。正片：所见即所得 负片：所见非所得第68页，共95页。正负片的定义

19、:正片：(所见即所得）线路区域为阻光区（无论是黑色阻光或是棕色阻光）负片：(所见非所得）线路区域为透光区第69页，共95页。显影就是感光膜中曝光部分的活性基团 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。定义反应原理 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、显影第70页，共95页。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

20、系统水洗效果第71页，共95页。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，同时限制溶于显影液中 的废膜量。控制条件相关内容介绍第72页，共95页。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.

21、33L/min控制条件相关内容介绍第73页，共95页。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第74页，共95页。显影点的控制显影点同样可以用时间来计算，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第75页，共95页。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

22、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第76页，共95页。DES化学方程式2Cu+3NaCLO3+6HCL=2CuCL2+3NaCL+3H2OCL离子(化合价+5-2)Cu(化合价0 +2)六、蚀刻第77页，共95页。蚀刻因子=铜厚/一边侧蚀蚀刻因子第78页，共95页。内层与外层蚀刻第79页，共95页。七、去膜药液：氢氧化钠或氢氧化钾浓度：1.5%3%去膜点：50%原理：NaOH + RCOOH RCOO-Na+ + H2ORNH2 + RCOOH RCOO-RNH3+第80页，共95页

23、。第81页，共95页。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：GPM220用于选择性硬金：W250旭化成系列：YQ40-PN第82页，共95页。九、工艺能力第83页，共95页。第84页，共95页。十、工程注意事项阴阳铜补偿H/1，1.2mil；1/2，2.4mil；1/3，2.4mil0.05mm薄芯板（特殊板边）细线路5%阻抗公差间距问题二次干膜GPM220孔铜较厚的二次干膜流程外层网格盲孔板辅助面开窗盲孔板拼版尺寸变化第85页，共95页。阴阳铜补偿H/1，1.2mil；1/

24、2，2.4mil；1/3，2.4mil第86页，共95页。0.05mm薄芯板（特殊板边）第87页，共95页。细线路5%阻抗公差第88页，共95页。间距问题（三种情况）1.线到盘2.盘到盘3.线到线第89页，共95页。二次干膜GPM2201.水金+金手指 使用GPM220 （厚度50um）第1次重要2.第二次干膜不用阻焊菲林第90页，共95页。孔铜较厚的二次干膜流程1.避免一次性贴2次干膜（厚度接近80um，曝光解析困难）2.先走镀孔10um，后续正常图形电镀第91页，共95页。外层网格5mil的网格容易掉干膜形成开路第92页，共95页。盲孔板辅助面开窗第93页，共95页。盲孔板拼版尺寸变化第9

25、4页，共95页。1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!25、你不能拼爹的时候，你就只能去拼命！26、如果人生的

26、旅程上没有障碍，人还有什么可做的呢。27、我们无法选择自己的出身，可是我们的未来是自己去改变的。励志名言：比别人多一点执着，你就会创造奇迹28、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。29、人生就像一道漫长的阶梯，任何人也无法逆向而行，只能在急促而繁忙的进程中，偶尔转过头来，回望自己留下的蹒跚脚印。30、时间，带不走真正的朋友；岁月，留不住虚幻的拥有。时光转换，体会到缘分善变；平淡无语，感受了人情冷暖。有心的人，不管你在与不在，都会惦念；无心的情，无论你好与不好，只是漠然。走过一段路，总能有一次领悟；经历一些事，才能看清一些人。31、我们无法选择自己

27、的出身，可是我们的未来是自己去改变的。32、命好不如习惯好。养成好习惯，一辈子受用不尽。33、比别人多一点执着，你就会创造奇迹。50、想像力比知识更重要。不是无知，而是对无知的无知，才是知的死亡。51、对于最有能力的领航人风浪总是格外的汹涌。52、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。53、年少时，梦想在心中激扬迸进，势不可挡，只是我们还没学会去战斗。经过一番努力，我们终于学会了战斗，却已没有了拼搏的勇气。因此，我们转向自身，攻击自己，成为自己最大的敌人。54、最伟大的思想和行动往往需要最微不足道的开始。55、不积小流无以成江海，不积跬步无以至千里。56、远大抱负始于高中，辉煌人生起于今日

28、。57、理想的路总是为有信心的人预备着。58、抱最大的希望，为最大的努力，做最坏的打算。59、世上除了生死，都是小事。从今天开始，每天微笑吧。60、一勤天下无难事，一懒天下皆难事。61、在清醒中孤独，总好过于在喧嚣人群中寂寞。62、心里的感觉总会是这样，你越期待的会越行越远，你越在乎的对你的伤害越大。63、彩虹风雨后，成功细节中。64、有些事你是绕不过去的，你现在逃避，你以后就会话十倍的精力去面对。65、只要有信心，就能在信念中行走。66、每天告诉自己一次，我真的很不错。67、心中有理想 再累也快乐68、发光并非太阳的专利，你也可以发光。69、任何山都可以移动，只要把沙土一卡车一卡车运走即可。

29、70、当你的希望一个个落空，你也要坚定，要沉着！71、生命太过短暂，今天放弃了明天不一定能得到。72、只要路是对的，就不怕路远。73、如果一个人爱你、特别在乎你，有一个表现是他还是有点怕你。74、先知三日，富贵十年。付诸行动，你就会得到力量。75、爱的力量大到可以使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒的沙石也不能容纳。1、这世上，没有谁活得比谁容易，只是有人在呼天抢地，有人在默默努力。2、当热诚变成习惯，恐惧和忧虑即无处容身。缺乏热诚的人也没有明确的目标。热诚使想象的轮子转动。一个人缺乏热诚就象汽车没有汽油。善于安排玩乐和工作，两者保持热诚，就是最快乐的人。热诚使平凡的话题变得生动。3、起点低怕什么

30、，大不了加倍努力。人生就像一场马拉松比赛，拼的不是起点，而是坚持的耐力和成长的速度。只要努力不止，进步也会不止。4、如果你不相信努力和时光，那么时光第一个就会辜负你。不要去否定你的过去，也不要用你的过去牵扯你的未来。不是因为有希望才去努力，而是努力了，才能看到希望。5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！9、欲