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1、,Training Material For PCB Process Flow,印制电路板流程培训教材-Inner Layer Dry Film/Etch,课堂守则 请将手机、BP机等通讯工具调到震动状态。 请勿在上课期间，随意进出，以免影响其他同事。 请勿交头接耳、大声喧哗。 如有特殊事情，在征得培训导师的同意的情况下，方可离场。 以上守则，各位学员共同遵守。,内层制作,4.1 制程目的 三层板以上产品即称多层板,传统之双面板为配合零件之密集装配，在有限的板面上无法安置这么多的零组件以及其所衍生出来的大量线路，因而有多层板之发展。 加上美国联邦通讯委员会(FCC)宣布自1984年10月以后，
2、所有上市的电器产品若有涉及电传通讯者，或有参与网络联机者，皆必须要做“接地”以消除干扰的影响。但因板面面积不够,因此pcb lay-out就将“接地”与“电压”二功能之大铜面移入内层，造成四层板的瞬间大量兴起,也延伸了阻抗控制的要求。 而原有四层板则多升级为六层板，当然高层次多层板也因高密度装配而日渐增多.本章将探讨多层板之内层制作及注意事宜.,4.2 制作流程 依产品的不同现有三种流程 A. Print and Etch 发料对位孔铜面处理影像转移蚀刻剥膜B. Post-etch Punch 发料铜面处理影像转移蚀刻剥膜工具孔 C. Drill and Panel-plate 发料钻孔通孔电
3、镀影像转移蚀刻剥膜 上述三种制程中,第三种是有埋孔(buried hole)设计时的流程,将在20章介绍.本章则探讨第二种( Post-etch Punch)制程高层次板子较普遍使用的流程.,内层制作,4.2.0发料 发料就是依制前设计所规划的工作尺寸，依BOM来裁切基材，是一很单纯的步骤，但以下几点须注意： A. 裁切方式-会影响下料尺寸。 B. 磨边与圆角的考量-影响影像转移优良率制程。 C. 方向要一致-即经向对经向，纬向对纬向。 D. 下制程前的烘焗 -尺寸稳定性考量 。,内层制作,4.2.1 铜面处理 在印刷电路板制程中，不管那一个step，铜面的清洁与粗化的效果，关系着下一制程的成
4、败，所以看似简单，其实里面的学问颇大。 A. 须要铜面处理的制程有以下几个 a. 干膜压膜 b. 内层氧化处理前 c. 钻孔后 d. 化学铜前 e. 镀铜前 f. 绿油前 g. 喷锡(或其它焊垫处理流程)前 h. 金手指镀镍前,内层制作,4.2.1 铜面处理 本节针对a. c. f. g. 等制程来探讨最好的处理方式(其余皆属制程自动化中的一部分，不必独立出来) B. 处理方法现行铜面处理方式可分三种： a. 刷磨法(Brush) b. 喷砂法(Pumice) c. 化学法(Microetch) 以下即做此三法的介绍,内层制作,C. 刷磨法 刷磨动作之机构,见图4.1所示.,内层制作,内层制作
5、,注意事项 a. 刷轮有效长度都需均匀使用到, 否则易造成刷轮表面高 低不均。 b. 须做刷痕实验，以确定刷深及均匀性。 优点 a. 成本低。 b. 制程简单，弹性 。 缺点 a. 薄板细线路板不易进行。 b. 基材拉长，不适合内层薄板。 c. 刷痕深时易造成D/F附着不易而渗镀。 d. 有残胶之潜在可能。,内层制作,D.喷砂法 以不同材质的细石(俗称pumice)为研磨材料。 优点： a. 表面粗糙均匀程度较刷磨方式好。 b. 尺寸稳定性较好。 c. 可用于薄板及细线 。 缺点： a. Pumice容易沾留板面 。 b. 机器维护不易 。,内层制作,E. 化学法(微蚀法) 化学法有几种选择，
6、见表 .,内层制作,F.结论 使用何种铜面处理方式，各厂应以产品的层次及制 程能力来评估之，并无定论，但可预知的是化学处理法 会更普遍，因细线薄板的比例愈来愈高。,内层制作,4.2.2 影像转移(印刷法和干膜法） 4.2.2.1印刷法 A. 前言 电路板自其起源到目前之高密度设计,一直都与丝网印刷(Silk Screen Printing)或网版印刷有直接密切之关系，故称之为“印刷电路板”。 目前除了最大量的应用在电路板之外，其它电子工业尚有厚膜 (Thick Film)的混成电路(Hybrid Circuit)、芯片电阻(Chip Resist )、及表面粘装（Surface Mountin
7、g)之锡膏印刷等也都优有应用。,内层制作,4.2.2.1印刷法 由于近年电路板高密度,高精度的要求,印刷方法 已无法达到规格需求,因此其应用范围渐缩,而干 膜法已取代了大部分影像转移制作方式.下列是 目前尚可以印刷法cover的制程:,内层制作,4.2.2.1印刷法 a. 单面板之线路,防焊 ( 大量产多使用自动印刷,以下同) b.单面板之碳墨或银胶 c.双面板之线路,防焊 d.湿膜印刷 e.内层大铜面 f.文字 g.可剥胶(Peelable ink) 对于印刷法，本课程不作详细讲解。其方法类似湿绿油工序。,内层制作,4.2.2.2干膜法 本节就几个内层制作上应注意事项加以分析. 一般压膜机(
8、Laminator)对于0.1mm厚以上的薄板还不成问题,只是膜皱要多注意。 曝光时注意真空度。 曝光机台的平坦度。 显影时Break point 维持5070% ,温度302 ,须 auto dosing。,内层制作,4.2.3 蚀刻 现业界用于蚀刻的化学药液种类，常见者有两种， 酸性氯化铜(CuCl2)、 蚀刻液， 碱性氨水蚀刻液。 A.两种化学药液的比较，见下表氨水蚀刻液&氯化铜蚀刻液比较。,内层制作,内层制作,两种药液的选择: 视影像转移制程中，Resist是抗电镀之用或抗蚀刻之用。在内层制程中D/F或油墨是作为抗蚀刻之用，因此大部份选择酸性蚀刻。 外层制程中，若为传统正片流程，D/F
9、仅是抗电镀，在蚀刻前会被剥除。其抗蚀刻层是锡铅合金或纯锡，故一定要用碱性蚀刻液，以免伤及抗蚀刻金属层。,内层制作,B操作条件见表为两种蚀刻液的操作条件,内层制作,C. 设备及药液控制 两种 Etchant 对大部份的金属都是具腐蚀性，所以蚀刻槽通常都用塑料，如 PVC (Poly Vinyl chloride)或PP (Poly Propylene)。唯一可使用之金属是钛 (Ti)。 为了得到很好的蚀刻品质最笔直的线路侧壁,(衡量标准为蚀刻因子 etching factor其定义见图4.3)，不同的理论有不同的观点，且可能相冲突。 但有一点却是不变的基本观念，那就是以最快速度的让欲蚀刻铜表面接
10、触愈多新鲜的蚀刻液。 因为作用之蚀刻液Cu+浓度增高降低了蚀刻速度，须迅速补充新液以维持速度。在做良好的设备设计规划之前，就必须先了解及分析蚀铜过程的化学反应。本章为内层制作所以探讨酸性蚀刻,碱性蚀刻则于第十章再介绍.,内层制作,内层制作,CuCl2酸性蚀刻反应过程之分析 铜可以三种氧化状态存在，原子形成Cu, 蓝色离子的Cu+以及较不常见 的亚铜离子Cu+。金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解，见下面反应式（1） Cu+Cu+2 Cu+ - (1) 在酸性蚀刻的再生系统，就是将Cu+氧化成Cu+,因此使蚀刻液能将更多的金属铜咬蚀掉。 以下是更详细的反应机构的说明。,内层制作,b. 反应机构 直觉的
11、联想，在氯化铜酸性蚀刻液中，Cu+ 及Cu+应是以CuCl2 及CuCl存 在才对，但事实非完全正确，两者事实上是以和HCl形成的一庞大错化物存在的： Cu + H2CuCl4 + 2HCl 2H2CuCl3 - (2) 金属铜 铜离子 亚铜离子 其中H2CuCl4 实际是 CuCl2 + 2HCl 2H2CuCl3 实际是 CuCl + 2HCl,内层制作,在反应式(2)中可知HCl是消耗品。即使(2)式已有些复杂，但它仍是以下两个反应式的简式而已。 Cu+ H2CuCl4 2H2CuCl3 + CuCl (不溶) - (3) CuCl + 2HCl 2H2CuCl3 (可溶) - (4)
12、式中因产生CuCl沉淀，会阻止蚀刻反应继续发生，但因HCl的存在溶解 CuCl，维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品，而且是蚀刻速度控制的重要化学品。,内层制作,虽然增加HCl的浓度往往可加快蚀刻速度，但亦可能发生下述的缺点。 1.侧蚀 (undercut ) 增大，或者etching factor降低。 2. 若补充药液是使用氯化钠，则有可能产生氯气，对人体有害。 3.有可能因此补充过多的氧化剂 (H2O2)，而攻击钛金 属H2O2 。,内层制作,c.自动监控添加系统. 目前使用CuCl2酸性蚀铜水平设备者,大半都装置Auto dosing设备,以维持蚀铜速率,控制因子有
13、五点: 1. 比重 2. HCl 3. H2O2 4. 温度 5. 蚀刻速度,内层制作,4.2.4 褪膜 褪膜在PCB制程中，有两个step会使用，一是内层线路蚀后之D/F剥除，二 是外层线路蚀刻前D/F剥除(若外层制作为正片制程)D/F的剥除是一单纯简易的制程，一般皆使用联机水平设备，其使用之化学药液多为NaOH或KOH浓度在13%重量比。,内层制作,注意事项如下： 硬化后之干膜在此溶液下部份溶解，部份剥成片状，为维持药液的效果及后水洗能彻底，过滤系统的效能非常重要. 有些设备设计了轻刷或超音波搅拌来确保剥膜的彻底，尤其是在外层蚀刻后的剥膜, 线路边被二次铜微微卡住的干膜必须被彻底剥下，以免
14、影响线路品质。所以也有在溶液中加入BCS帮助溶解，但有违环保，且对人体有害。 有文献指K(钾)会攻击锡，因此外层线路蚀刻前之剥膜液之选择须谨慎评估。剥膜液为碱性，因此水洗的彻底与否，非常重要，内层之剥膜后有加酸洗中和，也有防铜面氧化而做氧化处理者。,内层制作,4.2.5对位系统 4.2.5.1传统方式 四层板内层以三明治方式，将2.3层底片事先对准,粘贴于一压条上(和内层同厚), 紧贴于曝光台面上，己压膜内层则放进二底片间, 靠边即可进行曝光。见图4.4 内层先钻(6层以上)粗对位工具孔(含对位孔及方向孔，板内监测孔等), 再以双面曝光方式进行内层线路之制作。两者的对位度好坏，影响成品良率极大
15、，也是M/L对关键。,内层制作,4.2.5.2蚀后冲孔(post Etch Punch)方式 （Pin Lam 和Mass Lam System) A、Pin Lam理论 此方法的原理极为简单，内层预先冲出4个Slot孔，见图4.5 ，包括底片， prepreq都沿用此冲孔系统，此4个SLOT孔，相对两组，有一组不对称， 可防止套反。每个SLOT孔当置放圆PIN后，因受温压会有变形时，仍能自由的左右、上下伸展，但中心不变，故不会有应力产生。待冷却，压力释 放后，又回复原尺寸，是一颇佳的对位系统。,内层制作,内层制作,4.2.5.2蚀后冲孔(post Etch Punch)方式,B. Mass
16、Lam System 沿用上一观念Multiline发展出“蚀后冲孔”式的PPS系统，其作业重点如下： 1.透过CAM在工作底片长方向边缘处做两“光学靶点“(Optical Target)以及四 角落之pads见图4.6,内层制作,B. Mass Lam System 2.将上、下底片仔细对准固定后，如三明治做法，做曝光、显影蚀刻， 剥膜等步骤。,内层制作,B. Mass Lam System 3. 蚀刻后已有两光学靶点的内层板，放进Optiline PE机器上，让CCD瞄准该光学靶点，依各厂自行设定，冲出板边4个Slot孔或其它图形工具孔。 如图4.7 4. 若是圆形工具孔、即当做铆钉孔，内层黑化后，即可以铆钉将内层及胶片铆合成册，再去进行无梢压板。,内层制作,
