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探析精細(xì)線路制作技術(shù)

更新時(shí)間:2015-12-22 17:15:48點(diǎn)擊次數(shù):6045次

一、背景

隨著電路板件的精細(xì)化,在原有的設(shè)備的基礎(chǔ)上制造精細(xì)線路,需做出進(jìn)一步的確認(rèn)及初步的探討。

二、分析

2.1 流程制作

平板電鍍→圖形轉(zhuǎn)移→圖形電鍍→堿蝕

2.2 我司設(shè)備條件的分析

1)平板電鍍:業(yè)界多采用水平電鍍保證良好的均勻性。我司目前仍有部分垂直電鍍線,均勻性相對較差;

2)圖形轉(zhuǎn)移:業(yè)界多采用濕法貼膜或者微蝕前處理保證板面的平整度;我司仍大部分采用機(jī)械法進(jìn)行前處理;業(yè)界多采用激光法或者平行光進(jìn)行曝光;我司仍部分曝光機(jī)采用點(diǎn)狀光源進(jìn)行曝光。

2.3 精細(xì)線路的制作難點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)

1)表面銅箔厚度的選擇

盡量選擇銅箔厚度越薄越好,盡量采用0.33OZ的銅箔。按照0.33OZ基銅計(jì)算,以AR為5:1、孔銅要求為1mil的板件為例,成品銅厚約為40um左右。導(dǎo)線線路在設(shè)計(jì)值的下限而且也不均而呈波浪狀。

2)貼膜及其前處理

平板后的銅面在微觀下較為光滑,直接進(jìn)行貼膜,干膜與板面的結(jié)合力不佳,圖形電鍍后滲鍍就造成導(dǎo)線間的短路,而精細(xì)線路線寬線距均很小,很難進(jìn)行手工修板。采用化學(xué)機(jī)械法進(jìn)行前處理-火山灰進(jìn)行板面打磨,以達(dá)到合適的粗糙度增加板面與干膜的結(jié)合力。

在貼膜前,板件最好進(jìn)行預(yù)熱,一般加熱到50-60℃,減少由于與壓輥溫度引起的溫差應(yīng)力,增加與基板銅箔表面的結(jié)合力。因?yàn)樵黾痈赡づc銅層界面溫度和提高干膜的流動性之間存在著很強(qiáng)的相關(guān)。隨著溫度的升高粘度降低,低粘度的膜更容易流入基板表面的凹處。同時(shí)提高結(jié)合力同時(shí), 降低貼膜的速度,相互配合的作用效果較好。

3)提高干膜的解像度

在圖形轉(zhuǎn)移工藝中,為提高分辨率就必須從兩個方面入手即使用膜和采取的工藝對策。通常來說,干膜厚度較低,其解像度就越高。但過低的厚度,容易造成圖形電鍍過程中的夾膜導(dǎo)致短路,因此選取合適的干膜厚度也是保證精細(xì)線路制作的要素之一。

曝光時(shí)選擇合適的光源形式,尤其是對高密度、精細(xì)導(dǎo)線的圖形的光成像,光源的特性直接影響曝光質(zhì)量和效率。光源所發(fā)出的光譜應(yīng)與感光材料的吸收光譜相匹配,能獲得較好的曝光效果。目前干膜的吸收光波長為325-365m,較短的波長的光曝光后成像圖形的邊緣清晰整齊。光能量與光波長的關(guān)系式如下:

ε= h· =h· c/λ

式中:ε:光能量、h:布郎光常數(shù)、r :光的頻率、c:光速、λ:波長。

從關(guān)系式可以看出光的波長越短其能量也就越大,由于300nm 以下波長易被玻璃和聚酯薄膜片基所吸收,所以在曝光機(jī)多數(shù)采用光源波長一般為320-400nm之間。從光源的形式分析:1)發(fā)散光光源,由于光線透過照相底片照射到感光層上的入射角較大(最大時(shí)可達(dá)到400以上)這就很容易使細(xì)導(dǎo)線變形失真,所以發(fā)散光光源多用于較寬的導(dǎo)線圖形曝光。對精細(xì)導(dǎo)線圖形的曝光,最理想的光源是平行光。平行光透過照相底片的圖形透明部分可垂直照射到感光層上,其光的入射角小于100,成像的圖形清晰不容易失真變形。因?yàn)槠叫泄庹斩染鶆?,它與濕膜或較薄干膜配合曝光,只要確保良好的真空度,使底片與感光層緊密貼合,其成像的分辨率可達(dá)到25微米。但使用平行光對環(huán)境條件要求極高,它對空氣中和照相底片及吸真空用的膜上的灰塵比較敏感,只要灰塵的顆粒直徑大于5微米,就會遮擋平行光的照射導(dǎo)致導(dǎo)線圖形產(chǎn)生缺陷。所以,采用平行光曝光機(jī)工藝環(huán)境的凈化度要高,一般工作場地的潔凈度都在1 萬級以下,致使其造價(jià)昂貴,極大地限制了它的應(yīng)用范圍。另一種是點(diǎn)光源曝光機(jī),其光源采用燈泡式的球形光源,照射的入射角小于150接近于平行光的入射角。使用點(diǎn)光源的曝光機(jī),灰塵顆粒對細(xì)導(dǎo)線成像的影響也隨著降低,而成像的的分辨率卻接近于平行光可達(dá)25微米,而對工藝環(huán)境的要求也沒有平行光曝光機(jī)那么不嚴(yán)格,一般工藝環(huán)境較好的印制板制造廠都可以使用,這樣也就大大降低了造凈化間的費(fèi)用。

4)顯影速度

根據(jù)膜分辨率的實(shí)際,掌握適當(dāng)?shù)娘@影速度,使細(xì)線條能均勻的齊正。精細(xì)線條的顯影速度在正常工藝規(guī)范內(nèi),一般要比粗線條的要快一些,以便使露銅的兩邊膜壁少受顯影液的攻擊造成導(dǎo)線變形失真或者附著力下降;但若線距也同時(shí)較小,則要兼顧到小線路圖形的顯影速度要稍微放慢的情況。二者要根據(jù)實(shí)驗(yàn)綜合考慮。

5)圖形電鍍的工藝條件

圖形電鍍時(shí)采用較低的電流密度,以確保鍍層的高質(zhì)量和高品質(zhì)。從原理分析,電流分布卻是對鍍層的均勻一致分布具有重要的影響,它是由電化學(xué)的過電壓引起的,所謂過電壓是:當(dāng)一電極由可逆狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡鏍顟B(tài)時(shí),通過的電流由于板面上的電阻而造成電壓升高,其升高電壓稱為過電壓,用符號表示:(過電壓)Ic=KRT/FJ式中:K:溶液電導(dǎo)率(與[Cu2+]及[H2SO4]有關(guān));R:氣體常數(shù)F:法拉第常數(shù);T:絕對溫度J:陰極電流密度

從上述公式看出IC與K,T,J有關(guān),而過電壓IC較大時(shí),鍍液的分散性能好、金屬分布均勻即鍍層分布較均勻;當(dāng)K和T增大時(shí),過電壓IC也增大,鍍層分布均勻性增加;相反的是當(dāng)J增大時(shí),過電壓IC減小,鍍層分布均勻性也跟著減小。所以,選擇或設(shè)定工藝參數(shù)時(shí),就需要根據(jù)印制電路板的產(chǎn)量、設(shè)計(jì)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)及品質(zhì)要求等因素,全面的考慮,原則上鍍液的溫度稍高些,通常在22-26℃,陰極電流密度稍小,即小電流長時(shí)間電鍍鍍層分散性能要好,鍍層均勻一致。

6)蝕刻的控制

在堿蝕過程中,導(dǎo)線側(cè)蝕或過蝕變量有pH、比重、氯離子含量、溶液溫度等。在控制pH 方面對精細(xì)導(dǎo)線而言,一般控制在8.2-8.6為佳。過高的pH 就可能出現(xiàn)側(cè)蝕更為嚴(yán)重,過低的pH 導(dǎo)致蝕刻速度過慢而導(dǎo)致蝕不凈。在比重方面,蝕刻內(nèi)的銅量多時(shí),一價(jià)銅存在的機(jī)會也比較多,會在流速較小的線壁邊停留,起到護(hù)壁的作用。但一價(jià)銅也不能過多,它會直接影響到蝕刻速度,反而對精細(xì)導(dǎo)線的蝕刻產(chǎn)生負(fù)面影響。必須嚴(yán)格控制二價(jià)銅的含量,它是蝕刻銅的主劑,可以加快蝕刻速度,以減少側(cè)蝕發(fā)生的機(jī)會,使化學(xué)反應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài),對精細(xì)導(dǎo)線的蝕刻至關(guān)重要。為確保數(shù)據(jù)變化在規(guī)定的范圍內(nèi),就需要嚴(yán)格控制蝕刻液的比重、補(bǔ)充液的均勻流量和基板在蝕刻機(jī)內(nèi)的運(yùn)送速度等。蝕刻機(jī)各主要部位的相互配合也是至關(guān)重的,如噴咀,它的角度噴淋交疊均勻度、噴淋上下壓力調(diào)節(jié)適度都需要進(jìn)行測試以選擇最隹的噴淋壓力、傳送速度以通過3/4 噴淋區(qū)時(shí)為適度等。

蝕刻的操作方法也影響著精細(xì)線路的制作。一般線路密集的一面朝下放置進(jìn)行蝕刻,減小水池效應(yīng)。選擇圖形的導(dǎo)線走向與蝕刻機(jī)的傳送方向多的作為放置方向,以起到導(dǎo)流槽導(dǎo)流的作用,以防止導(dǎo)線蝕刻液的流動減緩,會產(chǎn)生嚴(yán)重的側(cè)蝕現(xiàn)象;板件應(yīng)盡量放在傳送帶的中央部位,起到全方位蝕刻的效果,如放置在邊緣會因?yàn)檫吘壍膰娏苄Ч钪苯佑绊懳g刻質(zhì)量。

三、實(shí)驗(yàn)過程

1. 選取特殊菲林進(jìn)行修改,將線寬線距改為3mil/3mil、3mil/3.5mil 及3mil/4mil 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2. 對不同板厚(不同AR值)的板件進(jìn)行試板,驗(yàn)證不同平板條件及電鍍條件。

3. 對不同曝光能量的情況進(jìn)行線寬測試

4. 考究蝕刻條件

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(一)外層圖形條件

1. 菲林設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的圖形中,有環(huán)形線、斜線、豎線及孤立線路。

3mil/3mil 線寬線距:菲林補(bǔ)償0.2mil,保證最小間距為2.8mil;

3mil/3.5mil 線寬線距:菲林補(bǔ)償為0.5mil,保證最小間距為3mil;

3mil/4mil 線寬線距:菲林補(bǔ)償為0.8mil,保證最小間距為3.2mil。

3mil/4.5mil 線寬線距:菲林補(bǔ)償為1mil,保證最小間距為3.5mil;

3mil/5mil 線寬線距:菲林補(bǔ)償為1.2mil,保證最小間距為3.8mil。

2. 前處理及顯影條件

1)貼膜速度:采用2.2m/min貼膜速度,蝕刻后出現(xiàn)線路鉅齒狀;采用1.7m/min的貼膜速度的板件,則正常。因此實(shí)驗(yàn)過程中采用1.7m/min的貼膜速度。

2)顯影點(diǎn)控制在50%-65%之間。

3. 干膜對精細(xì)線路制作的影響

3.1 不同類型干膜解像度對比

從表觀上來看,A干膜的解像度最差,對線寬的損失最大;B干膜2的解像度最佳,對線寬的損失最??;B干膜1介于二者之間。因此,制作精細(xì)線路,對于目前我們生產(chǎn)線的三種干膜,可以考慮采用B干膜1。

3.2 曝光能量對精細(xì)線路線寬的影響

(1)B干膜1采用曝光尺12-13級

采用線寬測試儀測試結(jié)果如下:

測試點(diǎn) 菲林線寬3.2mil 菲林線寬3.8mil 菲林線寬3.8mil(豎線) 菲林線寬3.8mil(角度為45度的斜線) 測試點(diǎn) 菲林線寬3.2mil 菲林線寬3.8mil 菲林線寬3.8mil(豎線) 菲林線寬3.8mil(角度為45度的斜線) 

1  3.174 mil  3.868 mil  3.765mil  3.654mil  

2  3.256 mil  3.737 mil  

3  3.319 mil  3.827 mil  

4  3.390 mil  3.841 mil  

5  3.392 mil  3.864 mil  

6  3.412 mil  3.873 mil  

平均值 3.328 mil  3.835 m

從上表可以看出,采用曝光能量為14級,線寬正常。

(2)B干膜1 選用曝光尺為8-10級采用線寬測試儀測量結(jié)果如下:

測試點(diǎn) 菲林線寬3.2mil 菲林線寬3.5mil 菲林線寬3.8mil(豎線) 菲林線寬3.8mil(角度為45度的斜線)

測試點(diǎn) 菲林線寬3.2mil 菲林線寬3.5mil 菲林線寬3.8mil(豎線) 菲林線寬3.8mil(角度為45度的斜線) 

1  3.349 mil  3.631 mil  3.796mil  3.835mil  

2  3.394 mil  3.659 mil  

3  3.350 mil  3.619 mil  

4  3.399 mil  3.577 mil  

5  3.352 mil  3.606 mil    

6  3.365 mil  3.649 mil  

平均值 3.368 mil  3.625 mil 

從上表可以看出,當(dāng)曝光能量為10-11級,線寬正常。

3)干膜解像度情況

B干膜1在制作精細(xì)線路的時(shí)候,解像度比較好,對曝光能量的要求比較寬松。隨著能量的提高,解像度略有較低。但是變化不是很大。采用曝光尺為11 的時(shí)候,會比曝光尺為14及15的情況下,線寬大0.2mil左右。但是總體來說,采用B干膜1,將曝光級數(shù)控制在8-10級(25級曝光尺)就可以制作3mil/3mil精細(xì)線路,曝光能量過高,不利于較優(yōu)的解像度;曝光能量過低,則對潔凈度的要求增加,使露銅短路的比例上升。

(二)沉銅平板及電鍍條件

1. AR=4:1(板厚為1.2mm的板件)

1)平板電鍍0.3mil,垂直電鍍;

2)圖形電鍍0.6-0.8mil,采用70min分鐘的鍍銅周期(藥水體系1)及60min(藥水體系2)。

3)孔銅測試結(jié)果如下:

相同的電鍍時(shí)間,但設(shè)備的均勻性不同,導(dǎo)致部分板件夾膜。精細(xì)線路的制作,電鍍的均勻性為關(guān)鍵控制點(diǎn),需要盡量滿足滿缸生產(chǎn),同時(shí)在二邊加邊條保證板件較好的電鍍均勻性。

2. AR=6:1(板件厚度為1.8mm)

1)平板電鍍0.3mil,垂直電鍍;

2)電鍍電鍍:均采用1.55ASD*70min的電流條件(藥水體系1);

5)孔銅情況如下:

切片為孔徑0.3mm的小孔

對于AR=6:1的板件,采用平板電鍍0.3mil左右的生產(chǎn)條件,可以滿足品質(zhì)要求。

7.比較平板條件對精細(xì)線路制作的影響

選取板厚為1.6mm的板件。采用二種沉銅平板及對應(yīng)的電鍍條件:

1)平板:加厚至0.5mil;圖形電鍍電鍍:1.7ASD*70min(藥水體系1)。

2 平板:平板加厚至0.7mil,圖形電鍍采用1.2ASD*60min(藥水體系2)。

對于平板加厚至0.7mil的板件,蝕刻后線細(xì),最小線寬僅為1.4mil。因此這種電鍍條件不采用。

對于平板加厚的條件,孔銅條件如下:

按照平板加厚到0.5mil的條件,最小孔的平板鍍層為0.4mil,圖形電鍍層為1mil左右,深鍍能量良好,并未出現(xiàn)點(diǎn)狀孔無銅的問題。

(三)減銅及蝕刻條件

1. 減銅條件

指定采用0.33OZ的基銅。對于其他基銅,需要走減銅流程,將基銅減至8±3um。

2. 蝕刻條件

1)蝕刻線的狀態(tài)

蝕刻線的pH值對側(cè)蝕量的影響比較大。對比當(dāng)蝕刻線pH=9.13時(shí)候的側(cè)蝕量及pH=8.53時(shí)的側(cè)蝕量情況如下(均取蝕刻時(shí)朝上的一面):

2)蝕刻方法

采用二種蝕刻方法比較:對于AR=8:1 的板件,采用上下壓全開,正常的蝕刻速度。另一中采用放快速度,蝕刻傳送二次的方法進(jìn)行比較。蝕刻后的線路如下:

比較而言:采用二次蝕刻,側(cè)蝕較小,線寬的控制較好,特別比較蝕刻時(shí)朝上的一面,容易因?yàn)樗匦?yīng)而導(dǎo)致側(cè)蝕較大,采用二次蝕刻可以比較有效的避免。對于AR 值≥7的板件,平板需適當(dāng)加厚,蝕刻時(shí)可采用二次蝕刻以保證較好的線寬。

3)對不同電鍍條件蝕刻后的線寬條件

1)平板加厚至0.3mil條件板件的線寬情況

線寬測試儀測量結(jié)果如下

2)平板至0.5mil的板件的蝕刻后線寬情況線寬測試儀測量結(jié)果如下:

五、小結(jié)

綜合實(shí)驗(yàn)情況,3mil/3mil 精細(xì)線路的制作方法如下:

1)基銅選擇:盡量選用低盎司的基銅;當(dāng)AR<5時(shí),可采用0.5OZ的基銅,蝕刻后線腳相對較大。當(dāng)AR值>7,則必須采用低盎司的基銅,否則必須減銅處理。

2)線寬補(bǔ)償?shù)倪x擇:3mil/3mil 線寬線距:對于半自動對位方式,線寬補(bǔ)償為0.5mil,保證補(bǔ)償后的最小線距為2.5mil;對于手動對位方式,需保證補(bǔ)償后為3mil以上,且比較容易出現(xiàn)解像不良的情況;對于3mil/4mil 線路:線寬補(bǔ)償為0.5mil-0.8mil。

3)沉銅平板條件:平板選用均勻性較好的垂直平板線:對于AR<7的情況下,平板加厚至0.2 0.3mil;對于710的情況下,需采用二次沉銅平板,蝕刻難度很大,蝕刻線細(xì),仍需要后續(xù)進(jìn)一步引入在平板后削銅厚的作法做探究。

4)外層圖形轉(zhuǎn)移工序:采用解像度較佳的B 干膜,優(yōu)先選用B 干膜1,即可以滿足3mil的解像度,且對夾膜的情況有所改善。對于板件厚度<2.4mm的板件,均采用AT-30生產(chǎn);對于板件厚度超過AT能力的板件,在手動對位機(jī)上的生產(chǎn)情況不穩(wěn)定,采取了單面曝光的方式以減低曝光不良??刹捎蒙a(chǎn)上的正常曝光條件,能量為8-10級(25級曝光尺);

5)圖形電鍍:在均勻性較好的圖形電鍍線電鍍,采用低電流長周期,電鍍時(shí)注意圖形分布,若出現(xiàn)孤立線則需適當(dāng)降低電流。同時(shí)對于孤立線的位置,盡可能避免設(shè)計(jì)在板邊位置,否則需通過考究夾點(diǎn)位置來改善。

6)蝕刻適當(dāng)降低退膜速度,減少夾膜短路的情況。在實(shí)驗(yàn)過程中,退膜速度為0.8-1.2m/min。對于蝕刻,需要保證較好的蝕刻狀態(tài),特別是pH 值需要保證小于8.8,防止側(cè)蝕過大造成的線頂過小。對于平板加厚0.2-0.3mil的板件,可以按照正常條件蝕刻。對于平板加厚至0.5mil的板件,蝕刻過程中需要特別注意,降低蝕刻壓力,改為二次蝕刻,可以獲得較好的線寬,側(cè)蝕量較小,蝕刻后線頂線寬比較有保證。退錫無需特別控制。

存在的問題:

1)蝕刻過程中的均勻性

目前C線蝕刻COV值基本可在95%以上,但對于精細(xì)線路制作,線路朝上的一面仍有明顯的水池效應(yīng),側(cè)蝕較大,需采用二次蝕刻解決。

2)垂直平板電鍍均勻性不足精細(xì)線路制作,對于平板的電鍍要求較高,但實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),即使在均勻性較好的平板線進(jìn)行實(shí)驗(yàn),也會存在夾點(diǎn)二端的線寬相差較大的情況。對于需要提高平板電流的板件,后續(xù)試驗(yàn)改為多次平板電鍍,更換夾點(diǎn)保證均勻性的方式實(shí)驗(yàn)。 

聯(lián)系電話:0755-82815425

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