[材料科学]PCB制造知识外层图形转移+绿油+外形加工.ppt

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1、1,外层制作流程利用已完成的内层工序板料基材，进行钻孔并贯通内层线路，电镀铜层互连及加厚，图形蚀刻，铜面保护等工序，以及相关的可靠性测试，成品测试，检验后完成整个外层制作流程。,第五部分：外层制作原理阐述,2,钻孔（Drilling),除胶渣/孔内沉铜（PTH),全板电镀（Panel plating),图像转移（Image transter),图形电镀（Pattern plating),线路蚀刻（Circuitry etching),防焊油丝印（Solder mask),表面处理-金/银/锡（surface treatment),外形轮廓加工（profiling),最后品质控制（F.Q.C),

2、第五部分：外层制作原理阐述,外层制作流程：,3,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),显影,曝光,菲林制作,退膜,蚀刻,板面处理,贴干膜,图形电镀,褪锡,整体流程：,4,第五部分：外层制作原理阐述,前处理工序（Surface Pre-Treatment),定义：将镀后铜面机械粗化及超声波孔内清洁，便于之后工序的干膜有效地附着在铜面上。,超声波水洗,水洗+火山灰,酸洗,热风吹干,超声波水洗：提升孔内清洁能力及效果。,水洗+火山灰：粗化板面及孔内清洁。,酸洗：除油脂及减少铜面的氧化。,热风吹干：将板面吹干。,（+水洗）,（+水洗）,5,第五部分：内层制作原理阐述,前

3、处理工序（Surface Pre-Treatment),6,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),辘膜（贴干膜）,菲林制作,菲林检查,曝光,辘膜：以热贴的方式将干膜贴附在板铜面上。,菲林制作：根据客户的要求，将线路图形plot在菲林（底片）上，并进行检查后投入生产。,菲林检查：检查菲林上的杂质或漏洞，避免影像转移出误。,曝光：利用紫外光的能量，使干膜中的光敏物质进行光化学反应，以达到选择性局部桥架硬化的效果，而完成影像转移的目的。,定义：利用感光材料，将设计的线路图形通过曝光/显影/蚀刻的工艺步骤，达至所需铜面线路图形。,7,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移

4、过程图例,贴膜,曝光,显影,蚀刻,褪锡,图电,褪膜,8,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),9,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),贴膜机将干膜通过压辘与铜面附着，同时撕掉一面的保护膜。,贴干膜原理：,10,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),曝光的作用是曝光机的紫外线通过底片使菲林上部分图形感光，从而使图形转移到铜板上。,曝光原理：,11,感光层主体树脂组成,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),12,紫外光能量 光引发剂 R 单体 聚合物 自由基传递 聚合交

5、联反应,感光原理：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),13,曝光操作环境的条件：温湿度要求：202C，50 10%。(干菲林储存的要求，曝光机精度的要求，底片储存减少变形的要求等等。）洁净度要求：达到万级以下。（主要是图形转移过程中完全正确的将图形转移到板面上，而不允许出现偏差。）,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),14,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),显影,蚀刻,褪锡,显影：通过药水碳酸钠的作用下，将未曝光部分的干膜溶解并冲洗后，留下感光的部分。,蚀刻：是将未曝光的露铜部份面蚀刻掉。

6、,褪锡：是通过较高浓度的褪锡水将保护线路铜面的锡层去掉。,图形电镀,图形电镀：用酸铜电镀的方法使线路铜和孔壁铜加厚到可以满足客户要求的厚度，并且以镀锡层来作为下工序蚀刻的保护层。,15,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),16,显影的作用：是将未曝光部分的干菲林去掉，留下感光的部分。,显影的原理：未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应，遇弱碱Na2CO3（1.0%)溶解。而聚合的感光材料则留在板面上，保护下面的铜面不被蚀刻药水溶解。,显影的反应式：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),17,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（

7、Image transter),图形电镀的作用：将合格的，已完成干菲林图形转移工序的板料，用酸铜电镀的方法使线路铜和孔壁铜加厚到可以满足客户要求的厚度，并且以镀锡层来作为下工序蚀刻的保护层.,18,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),图形电镀的流程：,19,图形电镀的反应机理：,电镀铜的溶液中主要是硫酸铜(CuSO4)和硫酸(H2SO4),在直流电压的作用下,在阴极和阳极上分别发生如下反应:阴极:铜离子被还原,正常情况下电流效率可达98%Cu2+2e=Cu 有时溶液中会有一些Cu+,于是会有以下反应：Cu+e=Cu 有很少情况下会发生不完全还原反应：Cu2+e

8、=Cu+,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),20,阳极：阳极反应是溶液中 Cu2+的来源：Cu-2e=Cu2+在极少的情况下，阳极也会发生如下的反应：Cu-e=Cu+溶液中的Cu+在足够量硫酸的情况下，可能会被空气中的氧气氧化成Cu2+:4Cu+0.5O2+4H+=4Cu2+2H2O,图形电镀的反应机理：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),21,药水类型:过硫酸铵,过硫酸钠,过氧化物目的:清除露铜面的氧化物,粗化露铜面.作用:使上下两层铜面结合紧密,避免甩铜.,图形电镀的铜面微蚀（粗化）:,第五部分：外层制作原理阐述,影像

9、转移（Image transter),22,目的及作用:1.去除露铜面上残存的微量氧化物;2.避免板上的露铜面氧化;3.使制板在硫酸溶液中预先浸润,为下一步酸铜电镀作好准备.,图形电镀的硫酸预浸：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),23,硫酸铜是镀液中的主盐，它在水溶液中电离出铜离子，铜离子在阴极上获得电子沉积成铜镀层，硫酸铜的浓度一般控制在55100克/升，提高硫酸铜的浓度可以提高允许的电流密度，避免高电流区 烧焦；但是，硫酸铜（CuSO4)浓度过高，会降低镀液的分散能力。,图形电镀的硫酸铜（CuSO4）：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image

10、 transter),24,硫酸的主要作用是增加溶液的导电性.硫酸的浓度对镀液的分散能力和镀层的机械性能均有影响:1.若硫酸的浓度太低，镀液的分散能力下降；2.若硫酸的浓度过高，虽然镀液的分散能力较好，但是，镀层的延展性会降低.,图形电镀的硫酸（H2SO4）：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),25,为什么要使用磷铜阳极？因为使用磷铜阳极时，1.阳极在镀液中溶解速度较慢（形成黑色的阳极膜），使其阳极电流效率接近阴极电流效率；2.可以避免大量的Cu+进入溶液，形成铜粉或Cu2O，而导致镀层粗糙，产生节瘤；3.避免生成大量的阳极泥。所以，使用的铜球阳极必须为磷铜

11、阳极。但是，磷铜中的含磷量要有一定值，若含磷量过高，会导致阳极膜过厚，阳极屏蔽性钝化，使溶液中的铜离子减少。,图形电镀的铜球（角）阳极-磷铜阳极：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),26,1.任何硫酸盐镀铜液，如果没有添加剂，都不能镀出满意的镀层；2.添加剂所包含的整平剂能强烈地吸附在微观的凸起部位，从而对电沉积有抑制作用，达到电镀整平性；3.注意，只有在Cl-与添加剂的协同作用下，才能达到添加剂预期的作用效果，也才能够使镀层的内部应力减至最小。,图形电镀的铜光亮剂：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),27,图形电镀的磺酸

12、预浸：,目的及作用：使制板在磺酸溶液中预先浸润，为下一步电镀锡做好准备，同时避免带入水进去镀锡缸将其稀释。,目的及作用：在镀铜层上加镀一薄层锡（约 0.20.4mil），来作为下工序蚀刻时铜线路的保护层。,图形电镀的镀锡：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),28,1.循环过滤；2.打气；3.摇摆；4.阳极袋.,图形电镀的辅助设施（机械部分）：,图形电镀的镀锡直接物料：,1.磺酸锡；2.磺酸；3.锡球阳极（钛篮）；4.锡光亮剂.,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),29,褪膜的原理：是通过较高浓度的NaOH（1-4%）将保护线

13、路铜面的菲林溶解并清洗掉。,Mn+：Li+，Na+，k+，Ca+Ki：扩散速度常数（KaKb干膜碎片小）（KaKb干膜碎片大）扩散速度：K+Na+,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),30,外层蚀刻的作用：是将露铜的铜面蚀刻掉，被锡覆盖的铜面被保留。,外层蚀刻的原理：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),Cu2+4 NH3+2Cl-Cu（NH3）4Cl2 Cu（NH3）4Cl2+Cu 2 Cu（NH3）2Cl 2 Cu（NH3）2Cl+2 NH4Cl+1/2O2 Cu（NH3）4Cl2+H2O蚀刻反应实质就是铜离子的氧化还原反

14、应：Cu2+Cu 2 Cu1+,31,蚀刻因子的表述：蚀铜除了要做正面向下的溶蚀（Downcut)之外，蚀液也会攻击线路两侧无保护的腰面，称之为侧蚀，经常造成如蘑菇般的蚀刻缺陷，即为蚀刻品质的一种指标（Etch Factor)。,Etch Factor:r=2H(D-A)r=H/(B-),第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),32,褪锡的原理：,第五部分：外层制作原理阐述,影像转移（Image transter),锡与褪锡水中HNO3反应，生成Sn（NO3）2，反应式：Sn+2HNO3 Sn（NO3）2+NO2,33,丝印也叫防焊或阻焊，其作用在于保护PCB表面

15、的线路。白字也叫字符，其作用在于标识PCB表面粘贴或插装的元件。,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),丝印的表述：,34,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),丝网印刷（Screen Print)：,在已有负性图案的网布上，用刮刀刮挤出适量的绿油油墨，透过网布形成正形图案，印在基面或铜面上。,涂布印刷（Curtain Coating)：,即将已调稀的非水溶性绿油油墨，以水帘方式连续流下，在水平输送前进的板面上均匀涂满一层绿油，待其溶剂挥发半硬化之后，再翻转做另一面涂布的施工方式。,35,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),喷

16、涂印刷（Spray Coating)：,利用压缩空气将调稀绿油以雾化粒子的方式喷射在板面的绿油印制方式。绿油印制技术已由早期手工丝网印刷或半自动丝印发展为连线型（In-Line)涂布或喷涂等施工方式，但丝网印刷技术以其成本低，操作简便，适用性强特点，尤其能满足其他印刷工艺所无法完成的诸如塞孔、字符印刷，导电油印刷（碳油制作）等制作要求，故而仍为业界广泛采用。,36,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),丝印流程(Process flow)：,37,第五部分：外层制作原理阐述,显影,曝光,丝印,UV紫外,UV紫外：使印由进一步的表面固化。,显影：通过药水碳酸钠的作用下，将未

17、曝光部分的干膜溶解并冲洗后，留下感光的部分。,板面处理：通过酸洗，除油，清除铜面的氧化。,字符：按客户要求、印刷指定的零件符号。,丝印（Solder Mask),板面处理,低温锔,字符,高温锔,丝印：通过印机的作用，涂刮上印油于板面保护PCB表面的线路。,低温锔：通过锔炉的处理，将印油进行半固化的状态。,曝光：利用紫外光的作用，使干膜中的光敏物质进行光化学反应，以达到选择性局部硬化的效果，而完成影像转移目的。,高温锔：将绿油硬化、烘干。,38,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),39,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),40,第五部分：外层制作原

18、理阐述,丝印（Solder Mask),板面前处理：,去除板面氧化物及杂质，粗化铜面以增强绿油的附着力。,板面前处理方式：,-机械磨板。（如：刷辘+火山灰磨板）-化学处理。（如：CZ8100）,41,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),绿油的印制（Screen print）：,通过丝印方式按客户要求，绿油均匀涂覆于板面。,丝印的方式：,丝网，涂布，涂喷。,42,一般来讲，T数过低，则绿油丝印后厚度不平均，板面 直观效果极差；T数过高，绿油透过网眼的量很少，厚 度偏薄，不足以保护板面。,网纱T数:43T、51T：,丝印速度：通常在1.6-5.5m/min：,胶刮硬度：通常

19、在65-70度,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),43,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),网纱工具的制作：,丝印网版制网流程：,44,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),丝网的选择：,网目表示丝网的孔密度，即每平方单位的网孔数量，通常采用欧制，即每平方厘米的网孔数。一般网目越大，网纱厚度越薄，其丝印精度，均匀性越好，但透墨量越差。常用网纱使用:43T，51T孔点网及线路网制作 90T，120T字符网的制作,45,将湿绿油内的溶剂蒸发掉，板面绿油初步硬化，为准备曝光提供条件。,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solde

20、r Mask),低温锔板：,低温锔板方法：,采用隧道锔炉的方式。温度一般设定在7075度。,46,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),操作区间温、湿度控制：温度-202;湿度50-60%.,操作间温、湿度控制很重要，温度低于18搅好的绿油粘度会越来越低，高于22。网上的绿油极易风干，给印板造成困难，而且板面也极易氧化。湿度低于50%时，绿油易干网；而当湿度高于60%时，绿油粘度越来越低，难以控制。,47,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),根据客户要求制作特定的曝光底片贴在板面上，在紫外光下进行曝光，设有遮光区域的绿油最终将被冲掉裸露出铜面，受紫

21、外光照射的部分将硬化，并最终着附于板面。,曝光（Exposure）：,曝光的要求：,每种绿油有不同的曝光能量及时间要求，一般由21格曝光尺进行检验Z26K7-9格 EMP110-13999-12格SD-24678-10格 PSR4000MP10-12格,48,通过Na2CO3（1.0%)溶解的作用下，未曝光部分的感光材料发生聚合反应。将曝光时设有遮光区域的绿油冲洗掉，显影后板面将完全符合客户的要求：盖绿油的部位盖绿油，要求铜面裸露的部位铜面裸露。,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),冲板显影（Developing）：,冲板显影的主要测试项目：,显影露铜点的测试。一般范围

22、：5060%,49,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),UV 固化（UV Bumping）：,将板面绿油初步硬化，避免在后续的字符印刷等操作中擦花绿油面。,UV 固化主要控制项目：,光的能量大小，速度。,50,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),字符印刷（Component mark）：,按照客户要求在指定区域印制元件符号和说明。,字符印刷控制要素：,对位准确度。丝印前应仔细检查网，以避免定位漏油或漏印。,51,将绿油硬化、烘干。,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),高温终锔（Thermal curing）：,高温终锔控制

23、要素：,硬度：铅笔测试应在5H以上为正常。,52,1.0.65MM通孔,采用丝印兼塞,即丝印时,塞 孔位不设挡油垫,一般要求连续拖印2-3次,以保证孔内绿油塞至整个孔深度的2/3以上.2.0.65MM通孔,一般采用二次塞孔方式,即丝 印表面绿油时,孔位设置挡油垫,在曝光显影 后或喷锡加工之后,再进行塞孔.二次塞孔油 墨一般采用SR1000热固型油墨.,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),其他丝印技术（塞孔）：,53,第五部分：外层制作原理阐述,丝印（Solder Mask),丝印一般工艺要求：,绿油厚度 线路绿油厚度：0.4MIL 0.8MIL 基板绿油厚度：0.8MI

24、L 1.2MIL绿油桥 SMT方垫：3MIL，其他：5MIL其他：生产板边缘至少应留0.20“宽,保证板能放在插板车（如下图）。,54,在一块制作完成的线路板上，按客户要求的轮廓外形大小，把外形加工制作出来。,第五部分：外层制作原理阐述,外形加工工艺,外形加工：,55,第五部分：外层制作原理阐述,外形加工工艺,外形加工工艺流程：,锣板或啤板,资料确认,检查,清洗,干板,定位孔,V坑,斜边,56,第五部分：外层制作原理阐述,外形加工工艺,57,由DNC数控电脑系统控制机台移动,按所输入电脑的资料,制作出客户所要求的轮廓及外形。控制方面分别有X.Y轴坐标及Z轴坐标，电脑控制机台XY轴移动及Z轴锣头

25、带动的锣刀,通过输入锣板资料及适当的参数,F.N.D.R.C等,机器会自动按照资料,把所需的轮廓形状制作出来。,第五部分：外层制作原理阐述,外形加工工艺,锣板工作原理：,58,锣头的转速 N(rpm/min)进给速度 F(feed rate/min)锣刀直径 D(diameter)锣刀半径补偿值 RC(radius compensation)叠板块数 PL/STK(panel/stack),第五部分：外层制作原理阐述,外形加工工艺,锣板工艺主要控制要素：,59,外形尺寸-最底的一件100%测量外形的尺寸坑槽尺寸-使用塞规100%测量坑槽的宽度锣刀直径-用卡尺测量锣刀的直径板面质量-有否被管位钉擦花及有胶迹板边质量-板边是否有未锣穿现象,板边有披 锋及尘粉,第五部分：外层制作原理阐述,外形加工工艺,锣板检查项目：,