多层印刷电路板教程——台湾高启清博士课件.ppt

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片文字樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,2007/4/10,*/5,*,高啟清博士,Charles Kao,Ph.D,Tel:[phone],Mobile:[phone],cckao.tw,Multilayer,PCB Image Transfer Technology I,V2.1,2017/4/10,2007/4/10,2,/50,課程綱要,多層板製程,曝光製程,光阻曝光原理,曝光光源系統,曝光量測,多層板製程,2007/4/10,4,/50,多層板,Multilayer,PCB,結構,通孔,Through Hole,孔徑,孔環,Annular Ring,絕緣介質層,Dielectric,線路,線距,線寬,內層,2,內層,1,傳統多層板,增層法多層板,2007/4/10,5,/50,結構術語及尺寸單位,導通孔,Via Hole,目的,:,連接各層電路,孔徑,Ex.,機鑽通孔,0.35,mm,Ex.,雷射盲孔,6,mil,孔環,Annular Ring,Ex.,單邊,+5,mil,縱橫比,Aspect Ratio,板厚,/,孔徑,鑽孔,電鍍能力,孔間距,100,mil=2.54 mm,50 mil=1.27 mm,線路,Power/Ground,層,信號層,Signal layer,線路,Conductor,焊墊,Pad,線寬,/,線距,(,L/S),Line Width/Line Space,6/6=150/150,m,5/5=125/125,m,4/4=100/100,m,孔間,(100 mil),過,几,條導線,8/8,過,2,條,6/6,過,3,條,5/5,過,4,條,2007/4/10,6,/50,外形術語及尺寸單位,多層板,Multi-layer,層數,layer count:Cu,層數,內層,inner layer,Ex.L2/L3,L4/L5,外層,outer layer,零件面,C,omponent side Ex.L1,銲錫面,S,older side Ex.L6,外尺寸,長度寬度,Ex.20,x 16,板厚,Ex.63 mil(,條,)=1.6,mm,尺寸單位,英吋,inch,1 inch=1000 mil=25.4 mm,英絲,mil,1 mil =0.001 inch=0.0254 mm=25.4,m,5 mil =0.005 inch=0.125 mm=125,m,1 mm=39.37 mil,2007/4/10,7,/50,疊板結構,例：,4L,疊板,L1-1 oz:1.4 mil,1080:2.5 mil,7628:7.0 mil,L2/L3-1.0mm,1/1:40 mil,7628:7.0 mil,1080:2.5 mil,L4-1 oz,1.4 mil,Total=61.8 mil=1.569 mm,例：,6L,疊板,L1-1/2 oz:0.7 mil,1080:2.5 mil,7628:7.0 mil,L2/L3-0.38mm,1/1:17.8 mil,2116:4.0 mil,2116:4.0 mil,L4/L5-0.38mm,1/1:17.8 mil,7628:7.0 mil,1080:2.5 mil,L6-1/2 oz,0.7 mil,Total=64 mil=1.6 mm,2007/4/10,8,/50,多層板製程示意,2007/4/10,9,/50,裁板,銅箔基板,磨邊導角,內層剝膜,內層蝕刻,內層顯像,內層曝光,乾膜貼合,前處理,內層,AOI,疊板壓合,黑,/,棕氧化,鍍一次銅,化學鍍銅,除膠渣,去毛邊,鑽孔,乾膜貼合,鍍二次銅,前處理,外層曝光,外層顯像,鍍錫鉛,外層剝膜,外層蝕刻,噴錫,鍍鎳金,文字印刷,文字烘烤,塞孔印刷,防焊後烤,綠漆顯像,防焊預烤,防焊塗佈,前處理,防焊曝光,成品檢查,斜邊,成型,真空包裝,成品清洗,V-Cut,電測,剝錫鉛,外層,AOI,典型多層板製程,Multi-Layer Process,基板處理,內層製程,壓合鑽孔鍍銅,外層製程,防焊製程,表面處理,檢驗成型,2007/4/10,10,/50,曝光製程,2007/4/10,11,/50,印刷電路板影像移轉製程,影像移轉,Image Transfer,將,PCB,設計圖像,(Pattern),的工程資料由,CAD/CAM,上轉移至網板或底片上,使用印刷或曝光方式將底片上影像移轉至阻劑上,再經由蝕刻、電鍍或單純顯像方式製作線路或遮蓋部分板面,曝光製程,內層,Inner Layer Primary Image,外層,Outer Layer Primary Image,防焊,Solder Mask,選擇性鍍金,Secondary Image Transfer,2007/4/10,12,/50,曝光製程,-,內層,內層,Print and Etch,光阻在線路製作製程 中使用，蝕刻完成後除去,內層曝光,光阻抗酸性蝕刻,光阻塗佈,壓膜,Dry Film Lamination,滾塗,Roller Coating,乾膜：壓膜,曝光,顯像,蝕刻,剝膜膜厚,1.0,1.3 mil,，能量,4560,mj,/cm,2,濕膜：塗佈,預烘,曝光,顯像,蝕刻,剝膜,liquid film 1015,m,厚，需,80120,mj,/cm,2,因無,Mylar,層可做較細線路,2007/4/10,13,/50,曝光製程,-,外層,外層,Pattern Plate,光阻在線路製作製程 中使用，電鍍完成後除去,外層曝光,(,負片流程,),光阻抗電鍍，抗鹼性蝕刻,光阻塗佈,壓膜,Dry Film Lamination,乾膜：壓膜,曝光,顯像,電鍍,剝膜,蝕刻膜厚,1.3,1.5,mil,2007/4/10,14,/50,外層正片,/,負片流程,內層曝光,正片,Print and Etch,流程,曝光聚合部分保護線路,曝光,顯像,蝕刻,外層曝光,負片流程,Pattern Plate,曝光聚合部分非線路,曝光,顯像,電鍍,蝕刻,正片,Tenting,流程,Tent and Etch,曝光聚合部分保護線路,曝光,顯像,蝕刻,2007/4/10,15,/50,內層與外層製作比較,內層流程,外層負片電鍍流程,外層正片,Tenting,流程,2007/4/10,16,/50,曝光製程,-,防焊,防焊,LPSM,保護銅面,PCB,上永久性保護層,防焊曝光,光阻塗佈,網印,Flood Screen Printing,簾塗,Curtain Coating,噴塗,Spray Coating,塗佈,預烤,曝光,顯像,後烘烤,UV,硬化約,0.8 mil,厚，能量,400600,mj,/cm,2,曝光時需抽真空使底片密貼板材並隔絕氧氣使聚合反應加速完成,2007/4/10,17,/50,光阻曝光原理,2007/4/10,18,/50,365,nm,光阻聚合,製程,光阻,(,乾膜,/,濕膜,),曝光聚合,(UV),顯像,(,碳酸鈉,),曝光原理及製程,G-line:436 nm,H-line:405 nm,I-line:365 nm,2007/4/10,19,/50,光阻反應機構,Sensitizer,光敏劑,接受初始能量,啟動反應,(,搖旗吶喊,),Photoinitiator,感光起始劑,接受,產生自由基,抓,Monomer,連鎖反應形成聚合物,對,320380 nm,波長敏感,Monomer,單體,Crosslink,Migrate,Inhibitor,遮蔽劑,在未曝光時維持不反應,(,警察,),Migrate,Binder,塑化劑,強度,2007/4/10,20,/50,負型光組基本組成,Polymer,Acrylate,type,Epoxy type,Cross Linker,Tri-,Tetra-,Penta,-functional,Sensitizer,Accept energy,then transfer to photoinitiator,Photoinitiator,Accept energy transferred from sensitizer,Solvent,Control viscosity,and film thickness,Other additives,Leveling agent,Inhibitor,Surfactant,Antioxidant,2007/4/10,21,/50,光阻感光聚合過程,自由基轉移,Transfer Free Radical,聚合,/,交聯,Polymerization/Cross Linking,單體吸收自由基,Monomer+R,形成聚合體,Polymer,顯像,Developing,Na,2,CO,3,紫外線照射,UV Radiation,光啟始劑裂解,Photoinitiator,出現自由基,Free Radical R,PI+h,PI,*,ITX+,h,ITX,*,ITX,*,+PI ITX+PI,*,Monomer&Oligomer,+PI,*,Polymer+PI,2007/4/10,22,/50,曝光對乾膜結構的變化,2007/4/10,23,/50,線路曝光作業的考量因素,反應特性,聚合反應速率與配方、塗佈厚度、,UV,照度及,UV,光源發射光譜分佈等有關。,聚合反應中能量的累積是持續性的，反應開始後如因故,UV,照射受干擾而中斷時，將導致反應不完全。,聚合反應中應儘量隔絕氧氣的接觸，因氧的活性大，會抑制其它自由基的聯結，降低聚合反應速率。,作業要求,提高光阻與銅面附著力,曝光顯像後光阻側壁垂直且殘足短,達到最佳光阻解析能力,曝光能量,時，,解析度,曝光能量時，聚合效果及抗化性,達到光阻最佳工作區間,準確的能量控制,Off Contact,時，解析度,提高底片與板面真空密貼程度,2007/4/10,24,/50,能量對光阻聚合影響,起始階段,部分聚合階段,完全聚合階段,2007/4/10,25,/50,2007/4/10,26,/50,曝光能量與最佳解析度關係,以乾膜曝光而言，為得到最佳乾膜解析能力，曝光能量約有,10%,的容許區間，這也是對能量均勻度的基本要求,當線路愈細及線寬公差要求愈嚴時，對均勻度的要求應更嚴格,2007/4/10,27,/50,曝光方式與吸真空,Hard Contact Exposure,硬式接觸曝光,底片與板面密貼且吸真空,吸真空時在表面產生彩色牛頓環，紋路愈密表示底片與板面密貼程度愈佳,散射光要吸真空,Soft Contact Exposure,軟式接觸曝光,底片與板面密貼但不吸真空或只輕微吸真空,Off Contact Exposure,非接觸曝光,底片與板面間有距離不接觸，不能吸真空,Projection Exposure,投影曝光,鏡組將線路影像聚焦在板面上，不能吸真空,2007/4/10,28,/50,乾膜光阻,乾膜光阻,Dry Film Photoresist,Mylar,蓋膜,(,聚烯,Polyester/PET)+光阻,Photoresist,+PE,分隔膜,(,聚乙烯,Polyethylene/PE),Mylar,厚度,:0.8,mil,光阻厚度,:0.6,1,.0,1.3,1.5,2.0 mil,廠商,杜邦大東,DuPont/Riston,長興,Eternal/Etertec,長春,LongLite,Hitachi/PhoTec,Asahi,Shipley/Morton,2007/4/10,29,/50,光阻作用方式,-,負型與正型,負性光阻,感光聚合，形成高分子，顯像時不會溶解,Soluble vs,Semi-soluble,有殘足問題,常用在,PCB,正性光阻,感光分解，顯像時溶解,Soluble vs,Non-soluble,正性光阻可製作出較細線路,常用在,IC,LCD,2007/4/10,30,/50,油墨光阻劑,濕膜光阻,Liquid Photoresist,光阻,Coating,厚度,:812,m,廠商,MacDermid,Nippon Paint,川裕,.,液態感光防焊綠漆,Liquid Photoimageable,Solder Mask(LPSM),二液型,廠商,Taiyo,Tamura,Hitachi,永聖泰,2007/4/10,31,/50,曝光光源系統,2007/4/10,32,/50,曝光光源種類,散射光,Flood,毛細燈,Capilary,長弧燈,Long Arc,平行光,Collimated,短弧燈,Short Arc,點光源,Point Source,短燈管,UV,無電極點光源,Microwave,激發,UV,燈,2007/4/10,33,/50,各種,UV,曝光燈管,Capillary:,毛細燈,線路曝光用,/3,5,Kw,Short Arc:,汞氙短弧燈,平行光曝光用,/3.5,5,8,Kw,Long Arc:,水銀燈,/,金屬鹵化物燈,防焊曝光用,/7,8,9,10,Kw,2007/4/10,34,/50,各種,UV,燈管光譜分佈比較,水銀燈,金屬鹵化物燈,毛細燈,汞氙燈,光阻聚合,365,nm,2007/4/10,35,/50,水銀的特性光譜線,Energy(,eV,),185,365,5779,313,297,546,436,405,254,0,1,2,6,3,P,6,1,P,1,6,3,D,7,3,S,5,10,Ionization,i-line:365nm,g-line:436nm,h-line:405nm,2007/4/10,36,/50,焦點散漫,UV,均勻分佈,強度較弱,散光型反射燈罩,2007/4/10,37,/50,散射光對曝光影響,2007/4/10,38,/50,不同光源對光阻曝光影響,平行光,CHA;1.52.5,DA:12,點光源,DA:512,散射光,DA:1025,2007/4/10,39,/50,如何產生平行光,平行光產生方式,增加光源至照射面距離,利用拋物體燈罩反射點光源,利用拋物面鏡反射點光源光柱,利用鏡組折射點光源光柱,汞氙短弧燈,2007/4/10,40,/50,平行光曝光系統,平行反射鏡,(,Collimation Mirror),曝光照射面,(,Exposure Surface),反射鏡,(,Reflection Mirror),點光源短弧燈,(,Short Arc Lamp),橢圓集光器,(,Collector),冷鏡,(,Dichroic,Mirror),積光器,(,Integrator),平行光源,:5KW,汞氙短弧燈,平行半角,(,CHA),:1.5,斜射角,(,DA)1,2007/4/10,41,/50,Integrator(Flyeye,),積光器,作用,2007/4/10,42,/50,平行半角與斜射角,平行半角,Collimation half angle,光柱擴散角度,斜射角,Declination angle,光柱與法線夾角,2007/4/10,43,/50,平行半角與斜射角量測,平行半角與斜射角測量,量測規目測,熱感紙測量,UV,光,2007/4/10,44,/50,曝光量測,2007/4/10,45,/50,UV,曝光測量單位,UV,強度,(,照度,),單位,Intensity(Irradiance):watt/cm,2,milli,-watt/cm,2,單位面積上的功率,UV,能量,(,劑量,),單位,Energy(Dose):joule/cm,2,milli,-joule/cm,2,單位面積上所接受的能量，與時間有關,在,1,mw/cm,2,下照射,1 秒,=1,mj,/cm,2,是強度對時間曲線下的總面積,是一般常給的操作參數,UV Range(definition of EIT),UVA:365 nm,UVB:300nm,UVC:254 nm,UVV:420 nm,2007/4/10,46,/50,常用,UV,曝光量表,IL 1400,UVA,單一波段,測量強度,測量能量,ORC 351,UVA,單一波段,測量強度,測量能量,EIT UVIRad,UVA 波段,測量能量,EIT UV Power Puck,UVA/B/C/V,四波段,測量強度,測量能量,2007/4/10,47,/50,曝光格數片,Step Tablets,格數片原理,檢驗曝光能量多少，了解光阻聚合程度,格數片上每一格的光密度,(Optical Density),不同，曝光時透光量每格不同，第一格光密度最低透光量最多使光阻感光最足，每增一格，固定增加一定比例的光密度,以,Stouffer 21,格為例每格增加,41%,光密度,常用格數片,OD=0.15,41%21,格,Stouffer,Kodak(No.2),Hitachi Photec,21,格,OD=0.05,12%,Dupont Riston,25,格,Stouffer 41,格,2007/4/10,48,/50,光密度,Optical Density,OD=log,10,(,入射光強度,I/,穿透光強度,T)=log,10,(I)log,10,(T),21,格數片,-,每格差,OD=0.15,41%,透光率,第一格,:,OD=0.05,第六格,:,OD=0.80,T=0.158*I,第七格,:,OD=0.95,T=0.112*I,第八格,:,OD=1.10,第十二格,:,OD=1.70,第二十一格,:,OD=3.05,10,0.15,=1.41,2007/4/10,49,/50,UV,量表與格數片比較,UV,能量,/,強度量表,誤差,5%,直接測光強度能量,直接讀出數值,不同廠牌差異讀值差異,量均勻度時使用,一般用於,設備檢驗,確認曝光機功能,曝光格數片,誤差,1241%,間接量測,需等待,格數片污染,老化,每班確認曝光條件,一般用於,線上檢驗,確保量產板實際曝光結果,Ex.DF,六滿七殘,2007/4/10,50,/50,曝光均勻度,曝光均勻度,確認有效曝光範圍內各點接受到的能量一致性,Uniformity,或稱,Non-Uniformity,測量方法,有效曝光範圍內量測,9,、,13,、,25,點位置的強度或能量,計算公式,改善,8%5%,改善,90%95%,本單元結束,