內(nèi)層工藝(1)

《內(nèi)層工藝(1)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

內(nèi)層工藝四.4.1製程目的　　三層板以上產(chǎn)品即稱多層板,傳統(tǒng)之雙面板為配合零件之密集裝配，在有限的板面上無法安置這麼多的零組件以及其所衍生出來的大量線路，因而有多層板之發(fā)展。加上美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)宣佈自1984年10月以後，所有上市的電器產(chǎn)品若有涉及電傳通訊者，或有參與網(wǎng)路連線者，皆必須要做"接地"以消除干擾的影響。但因板面面積不夠,因此pcblay-out就將"接地"與"電壓"二功能之大銅面移入內(nèi)層，造成四層板的瞬間大量興起,也延伸了阻抗控制的要求。而原有四層板則多升級為六層板，當然高層次多層板也因高密度裝配而日見增多.本章將探討多層板之內(nèi)層製作及注意事宜.4.2製作流程　　依產(chǎn)品的不同現(xiàn)有三種流程A.PrintandEtch　　發(fā)料→對位孔→銅面處理→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜B.Post-etchPunch　　發(fā)料→銅面處理→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜→工具孔C.DrillandPanel-plate　　發(fā)料→鑽孔→通孔→電鍍→影像轉(zhuǎn)移→蝕刻→剝膜　　上述三種製程中,第三種是有埋孔(buriedhole)設(shè)計時的流程,將在20章介紹.本章則探討第二種(Post-etchPunch)製程－高層次板子較普遍使用的流程.4.2.0發(fā)料　　發(fā)料就是依製前設(shè)計所規(guī)劃的工作尺寸，依BOM來裁切基材，是一很單純的步驟，但以下幾點須注意：　　A.裁切方式-會影響下料尺寸　　B.磨邊與圓角的考量-影響影像轉(zhuǎn)移良率製程　　C.方向要一致-即經(jīng)向?qū)?jīng)向，緯向?qū)曄颉　.下製程前的烘烤-尺寸安定性考量4.2.1銅面處理　　在印刷電路板製程中，不管那一個step，銅面的清潔與粗化的效果，關(guān)係著下一製程的成敗，所以看似簡單，其實裡面的學問頗大。A.須要銅面處理的製程有以下幾個　　a.乾膜壓膜　　b.內(nèi)層氧化處理前　　c.鉆孔後

1　　d.化學銅前　　e.鍍銅前　　f.綠漆前　　g.噴錫(或其它焊墊處理流程)前　　h.金手指鍍鎳前　　本節(jié)針對a.c.f.g.等製程來探討最好的處理方式(其餘皆屬製程自動化中的一部份，不必獨立出來)B.處理方法現(xiàn)行銅面處理方式可分三種：　　a.刷磨法(Brush)　　b.噴砂法(Pumice)　　c.化學法(Microetch)　　以下即做此三法的介紹C.刷磨法　　刷磨動作之機構(gòu),見圖4.1所示.　　表4.1是銅面刷磨法的比較表　　注意事項

2　　　a.刷輪有效長度都需均勻使用到,否則易造成刷輪表面高低不均　　　b.須做刷痕實驗，以確定刷深及均勻性　　　優(yōu)點　　　　a.成本低　　　　b.製程簡單，彈性　　　缺點　　　　a.薄板細線路板不易進行　　　　b.基材拉長，不適內(nèi)層薄板　　　　c.刷痕深時易造成D/F附著不易而滲鍍　　　　d.有殘膠之潛在可能D.噴砂法　　以不同材質(zhì)的細石(俗稱pumice)為研磨材料　　優(yōu)點：　　　a.表面粗糙均勻程度較刷磨方式好　　　b.尺寸安定性較好　　　c.可用於薄板及細線　　缺點：　　　a.Pumice容易沾留板面　　　b.機器維護不易E.化學法(微蝕法)　　化學法有幾種選擇，見表.F.結(jié)綸　　使用何種銅面處理方式，各廠應以產(chǎn)品的層次及製程能力來評估之，並無定論，但可預知的是化學處理法會更普遍，因細線薄板的比例愈來愈高。4.2.2影像轉(zhuǎn)移4.2.2.1印刷法

3A.前言　　電路板自其起源到目前之高密度設(shè)計,一直都與絲網(wǎng)印刷(SilkScreenPrinting)－或網(wǎng)版印刷有直接密切之關(guān)係，故稱之為"印刷電路板"。目前除了最大量的應用在電路板之外，其他電子工業(yè)尚有厚膜(ThickFilm)的混成電路(HybridCircuit)、晶片電阻(ChipResist)、及表面黏裝(SurfaceMounting)之錫膏印刷等也都優(yōu)有應用?！　∮伸督觌娐钒甯呙芏?高精度的要求,印刷方法已無法達到規(guī)格需求,因此其應用範圍漸縮,而乾膜法已取代了大部分影像轉(zhuǎn)移製作方式.下列是目前尚可以印刷法cover的製程:　　　a.單面板之線路,防焊(大量產(chǎn)多使用自動印刷,以下同)　　　b.單面板之碳墨或銀膠c.雙面板之線路,防焊　　　d.濕膜印刷　　　e.內(nèi)層大銅面　　　f.文字　　　g.可剝膠(Peelableink)　　除此之外,印刷技術(shù)員培養(yǎng)困難,工資高.而乾膜法成本逐漸降低因此也使兩者消長明顯.B.絲網(wǎng)印刷法(ScreenPrinting)簡介　　絲網(wǎng)印刷中幾個重要基本原素:網(wǎng)材,網(wǎng)版,乳劑,曝光機,印刷機,刮刀,油墨,烤箱等,以下逐一簡單介紹.　　　a.網(wǎng)布材料　　　　(1)依材質(zhì)不同可分絲絹(silk),尼龍(nylon),聚酯(Polyester,或稱特多龍),不銹鋼,等.電路板常用者為後三者.　　　　(2)編織法:最常用也最好用的是單絲平織法PlainWeave.　　　　(3)網(wǎng)目數(shù)(mesh),網(wǎng)布厚度(thickness),線徑(diameter),開口(opening)的關(guān)係　　　　見表常用的不銹鋼網(wǎng)布諸元素　　　　開口:見圖4.2所示

4　　　　網(wǎng)目數(shù):每inch或cm中的開口數(shù)　　　　線徑:網(wǎng)布織絲的直徑網(wǎng)布　　　　厚度:厚度規(guī)格有六,Slight(S),Medium(M),Thick(T),Halfheavyduty(H),Heavyduty(HD),Superheavyduty(SHD)　　　　圖4.2顯示印刷過程網(wǎng)布各元素扮演角色.　　　b.網(wǎng)版(Stencil)的種類　　　　　(1).直接網(wǎng)版(DirectStencil)　　　　　　　　將感光乳膠調(diào)配均勻直接塗佈在網(wǎng)布上，烘乾後連框共同放置在曝光設(shè)備臺面上並覆以原稿底片，再抽真空使其密接感光，經(jīng)顯像後即成為可印刷的網(wǎng)版。通常乳膠塗佈多少次,視印刷厚度而定.此法網(wǎng)版耐用,安定性高,用於大量生產(chǎn).但製作慢,且太厚時可能因厚薄不均而產(chǎn)生解像不良.　　　　　　(2).間接網(wǎng)版(IndirectStencil)　　　　　　　　把感光版膜以曝光及顯像方式自原始底片上把圖形轉(zhuǎn)移過來，然後把已有圖形的版膜貼在網(wǎng)面上，待冷風乾燥後撕去透明之載體護膜，即成間接性網(wǎng)版。其厚度均勻,解析度好,製作快,多用於樣品及小量產(chǎn).　　　c.油墨

5　　　　油墨的分類有幾種方式　　　　(1).以組成份可分單液及雙液型.　　　　(2).以烘烤方式可分蒸發(fā)乾燥型、化學反應型及紫外線硬化型(UV)　　　　(3).以用途可分抗蝕,抗鍍,防焊,文字,導電,及塞孔油墨.不同製程選用何種油墨,須視各廠相關(guān)製程種類來評估,如鹼性蝕刻和酸性蝕刻選擇之抗蝕油墨考慮方向就不一樣.　　　d.印刷作業(yè)　　　　網(wǎng)版印刷目前有三種方式:手印、半自動印及全自動印刷.手印機須要印刷熟手操作,是最彈性與快速的選擇,尤以樣品製作.較小工廠及協(xié)力廠仍有不少採手印.半自動印則除loading/unloading以人工作業(yè)外,印刷動作由機器代勞,但對位還是人工作業(yè).也有所謂3/4機印,意指loading亦採自動,印好後人工放入Rack中.全自動印刷則是loading/unloading及對位,印刷作業(yè)都是自動.其對位方式有靠邊,pinning及ccd三種.以下針對幾個要素加以解說:　　　(1)張力:　　　　　　張力直接影響對位,因為印刷過程中對網(wǎng)布不斷拉扯,因此新網(wǎng)張力的要求非常重要一.般張力測試量五點,即四角和中間.　　　(2)刮刀Squeege　　　　　　刮刀的選擇考量有三，　　　　　　第一是材料，常用者有聚氨酯類(Polyure-thane，簡稱PU)?！　　　　　〉诙枪蔚兜挠捕?，電路板多使用ShoreA之硬度值60度－80度者.平坦基板銅面上線路阻劑之印刷可用70－80度;對已有線路起伏之板面上的印綠漆及文字,則需用較軟之60－70度。　　　　　　第三點是刮刀的長度，須比圖案的寬度每側(cè)長出3/4－1吋左右。刮刀在使用一段時間後其銳利的直角會變圓，與網(wǎng)布接觸的面積增大，就無法印出邊緣畢直的細條，需要將刮刀重新磨利才行，需且刮刀刃線上不可出現(xiàn)缺口，否則會造成印刷的缺陷。　　　(3).對位及試印　　　　　?。瞬襟E主要是要將三個定位pin固定在印刷機臺面上,調(diào)整網(wǎng)版及離板間隙(OffContactDistance)(指版膜到基板銅面的距離，應保持在2m/m－5m/m做為網(wǎng)布彈回的應有距離),然後覆墨試印.若有不準再做微調(diào).　　　　　?。羰亲詣佑∷⒆鳂I(yè)則是靠邊,pinning及ccd等方式對位.因其產(chǎn)量大,適合極大量的單一機種生產(chǎn).　　　(4).烘烤　　　　　　不同製程會選擇不同油墨,烘烤條件也完全不一樣,須follow廠商提供的datasheet,再依廠內(nèi)製程條件的差異而加以modify.一般因油墨組成不一，烘烤方式有風乾,UV,IR等．烤箱須注意換氣循環(huán)，溫控，時控等.　　　(5).注意事項　　　　　　不管是機印或手印皆要注意下列幾個重點　　　　?。ǖ缎羞M的角度，包括與版面及ｘｙ平面的角度，　　　　　　　?。毑豁氁啬?　　　　　　　　－固定片數(shù)要洗紙,避免陰影.　　　　　　　　－待印板面要保持清潔　　　　?。坑∷⒐潭ㄆ瑪?shù)要抽檢一片依checklist檢驗品質(zhì).

64.2.2.2乾膜法　　更詳細製程解說請參讀外層製作.本節(jié)就幾個內(nèi)層製作上應注意事項加以分析.　　A.一般壓膜機(Laminator)對於0.1mm厚以上的薄板還不成問題,只是膜皺要多注意　　B.曝光時注意真空度　　C.曝光機臺的平坦度　　D.顯影時Breakpoint維持50~70%,溫度30+_2,須autodosing.4.2.3蝕刻　　現(xiàn)業(yè)界用於蝕刻的化學藥液種類，常見者有兩種，一是酸性氯化銅(CaCl2)、蝕刻液，一種是鹼性氨水蝕刻液。　　?。粒畠煞N化學藥液的比較，見表氨水蝕刻液&氯化銅蝕刻液比較　　　　兩種藥液的選擇，視影像轉(zhuǎn)移製程中，Resist是抗電鍍之用或抗蝕刻之用。在內(nèi)層製程中D/F或油墨是作為抗蝕刻之用，因此大部份選擇酸性蝕刻。外層製程中，若為傳統(tǒng)負片流程，D/F僅是抗電鍍，在蝕刻前會被剝除。其抗蝕刻層是鍚鉛合金或純鍚，故一定要用鹼性蝕刻液，以免傷及抗蝕刻金屬層。　　B．操作條件見表為兩種蝕刻液的操作條件

7　　C.設(shè)備及藥液控制　　　兩種Etchant對大部份的金屬都是具腐蝕性，所以蝕刻槽通常都用塑膠，如PVC(PolyVinylchloride)或PP(PolyPropylene)。唯一可使用之金屬是鈦(Ti)。為了得到很好的蝕刻品質(zhì)－最筆直的線路側(cè)壁,(衡量標準為蝕刻因子etchingfactor其定義見圖4.3)，不同的理論有不同的觀點，且可能相衝突。但有一點卻是不變的基本觀念，那就是以最快速度的讓欲蝕刻銅表面接觸愈多新鮮的蝕刻液。因為作用之蝕刻液Cu+濃度增高降低了蝕刻速度，須迅速補充新液以維持速度。在做良好的設(shè)備設(shè)計規(guī)劃之前，就必須先了解及分析蝕銅過程的化學反應。本章為內(nèi)層製作所以探討酸性蝕刻,鹼性蝕刻則於第十章再介紹.　　　a.CuCl2酸性蝕刻反應過程之分析　　　　銅可以三種氧化狀態(tài)存在，原子形成Cu°,藍色離子的Cu++以及較不常見的亞銅離子Cu+。金屬銅可在銅溶液中被氧化而溶解，見下面反應式（1）　　　　　　　Cu°+Cu++→2Cu+-------------(1)　　　　在酸性蝕刻的再生系統(tǒng)，就是將Cu+氧化成Cu++,因此使蝕刻液能將更多的金屬銅咬蝕掉?！　　∫韵率歉敿毜姆磻獧C構(gòu)的說明。　　　b.反應機構(gòu)　　　　直覺的聯(lián)想，在氯化銅酸性蝕刻液中，Cu++及Cu+應是以CuCl2及CuCl存在才對，但事實非完全正確，兩者事實上是以和HCl形成的一龐大錯化物存在的：　　　　　　　Cu°+　H2CuCl4+　2HCl→　2H2CuCl3-------------(2)　　　　　　金屬銅　　銅離子　　　　　　亞銅離子　　　　其中H2CuCl4　實際是　CuCl2　+2HCl　　　　　2H2CuCl3　　實際是　CuCl　+2HCl

8　　　　在反應式(2)中可知HCl是消耗品。即使(2)式已有些複雜，但它仍是以下兩個反應式的簡式而已?！　　　　u°+H2CuCl4→　2H2CuCl3+CuCl(不溶)----------(3)　　　　　CuCl　+2HCl→　2H2CuCl3(可溶)----------(4)　　　　式中因產(chǎn)生CuCl沈澱，會阻止蝕刻反應繼續(xù)發(fā)生，但因HCl的存在溶解CuCl，維持了蝕刻的進行。由此可看出HCl是氯化銅蝕刻中的消耗品，而且是蝕刻速度控制的重要化學品。　　　　　　雖然增加HCl的濃度往往可加快蝕刻速度，但亦可能發(fā)生下述的缺點?！　　　?.側(cè)蝕(undercut)增大，或者etchingfactor降低?！　　　?.若補充藥液是使用氯化鈉，則有可能產(chǎn)生氯氣，對人體有害?！　　　?.有可能因此補充過多的氧化劑(H2O2)，而攻擊鈦金屬H2O2?！　　.自動監(jiān)控添加系統(tǒng).目前使用CuCl2酸性蝕銅水平設(shè)備者,大半都裝置Autodosing設(shè)備,以維持蝕銅速率,控制因子有五:　　　　1.比重　　　　2.HCl　　　　3.H2O2　　　　4.溫度　　　　5.蝕刻速度4.2.4剝膜　　剝膜在pcb製程中，有兩個step會使用，一是內(nèi)層線路蝕刻後之D/F剝除，二是外層線路蝕刻前D/F剝除(若外層製作為負片製程)D/F的剝除是一單純簡易的製程，一般皆使用連線水平設(shè)備，其使用之化學藥液多為NaOH或KOH濃度在1~3%重量比。注意事項如下：　　A.硬化後之乾膜在此溶液下部份溶解，部份剝成片狀，為維持藥液的效果及後水洗能徹底，過濾系統(tǒng)的效能非常重要.　　B.有些設(shè)備設(shè)計了輕刷或超音波攪拌來確保剝膜的徹底，尤其是在外層蝕刻後的剝膜,線路邊被二次銅微微卡住的乾膜必須被徹底剝下，以免影響線路品質(zhì)。所以也有在溶液中加入BCS幫助溶解，但有違環(huán)保，且對人體有害。　　C.有文獻指K(鉀)會攻擊錫，因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹慎評估。剝膜液為鹼性，因此水洗的徹底與否，非常重要，內(nèi)層之剝膜後有加酸洗中和，也有防銅面氧化而做氧化處理者。4.2.5對位系統(tǒng)4.2.5.1傳統(tǒng)方式A.四層板內(nèi)層以三明治方式，將2.3層底片事先對準,黏貼於一壓條上(和內(nèi)層同厚),緊貼於曝光檯面上，己壓膜內(nèi)層則放進二底片間,靠邊即可進行曝光。見圖4.4

9　　B.內(nèi)層先鑽(6層以上)粗對位工具孔(含對位孔及方向孔，板內(nèi)監(jiān)測孔等),再以雙面曝光方式進行內(nèi)層線路之製作。兩者的對位度好壞，影響成品良率極大，也是M/L對關(guān)鍵。4.2.5.2蝕後沖孔(postEtchPunch)方式　　A.PinLam理論　　　此方法的原理極為簡單，內(nèi)層預先沖出4個Slot孔，見圖4.5，包括底片，prepreq都沿用此沖孔系統(tǒng)，此4個SLOT孔，相對兩組，有一組不對稱，可防止套反。每個SLOT孔當置放圓PIN後，因受溫壓會有變形時，仍能自由的左右、上下伸展，但中心不變，故不會有應力產(chǎn)生。待冷卻，壓力釋放後，又回復原尺寸，是一頗佳的對位系統(tǒng)?！　.MassLamSystem　　　沿用上一觀念Multiline發(fā)展出"蝕後沖孔"式的PPS系統(tǒng)，其作業(yè)重點如下：　　　1.透過CAM在工作底片長方向邊緣處做兩"光學靶點"(OpticalTarget)以及四角落之pads見圖4.6

10　　　2.將上、下底片仔細對準固定後，如三明治做法，做曝光、顯影蝕刻，剝膜等步驟?！　　?.蝕刻後已有兩光學靶點的內(nèi)層板，放進OptilinePE機器上，讓CCD瞄準該光學靶點，依各廠自行設(shè)定，沖出板邊4個Slot孔或其它圖形工具孔。如圖4.7　　　4.若是圓形工具孔、即當做鉚釘孔，內(nèi)層黑化後，即可以鉚釘將內(nèi)層及膠片鉚合成冊，再去進行無梢壓板。4.2.5.2各層間的對準度　　　A.同心圓的觀念　　　　a.利用輔助同心圓，可check內(nèi)層上、下的對位度　　　　b.不同內(nèi)層同心圓的偏位表示壓合時候的Shift滑動　　　B.設(shè)計原則　　　　a.見圖4.8所示

11　　　　b.同心圓之設(shè)計，其間距為4mil，亦是各層間可容許的對位偏差,若超出同心圓以外，則此片可能不良?！　　　.因壓合有ResinCure過程故pattern必須有預先放大的設(shè)計才能符合最終產(chǎn)品尺寸需求。4.3內(nèi)層檢測　　AOI(簡單線路採目視)→電測→(修補)→確認內(nèi)層板線路成完後,必須保證通路及絕緣的完整性(integrity),即如同單面板一樣先要仔細檢查。因一旦完成壓合後,不幸仍有缺陷時,則已為時太晚,對於高層次板子而言更是必須先逐一保證其各層品質(zhì)之良好,始能進行壓合,由於高層板漸多,內(nèi)層板的負擔加重,且線路愈來愈細,萬一有漏失將會造成壓合後的昂貴損失.傳統(tǒng)目視外,自動光學檢查(AOI)之使用在大廠中已非常普遍,利用電腦將原圖案牢記,再配合特殊波長光線的掃瞄,而快速完美對各層板詳作檢查。但AOI有其極限,例如細斷路及漏電(Leakage)很難找出,故各廠漸增加短、斷路電性測試。AOI及測試後面有專題,在此不詳述.　　內(nèi)層製作至此完成,下一流程為壓合.