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PCB板外层线路制作方法

  外层线路制程

  外层线路制作依电镀的次数而有异,基本上分为全板(Panel)ai()9电镀法及线路(Pattern)电镀法两种制程。送入外层线路制作的电路板,会分为化学铜处理后与全板电镀处理后两种电路板。此制程与内层制程相当类似,至于高密度增层板是属于序列式的制作法,每增加一层都算是外层线路制作。

  外层线路的制作法基本上与内层相同,但底片的使用却与是否要电镀有关,若为不电镀直接蚀刻者,则底片必需是作成能使光阻留下线路区的做法,这是因为光阻有正负型之分。至于要电镀的制程,则线路区必须显影去除,作为线路电镀的基地。

  外层线路制作流程,如图1所示。基本上为前处理、光阻涂布、曝光、显影、蚀刻或电镀再蚀刻,就形成外部的线路。图中所谓的全板电镀制程,就是在化学铜导通通孔后就进行整面电路板的电镀,当铜达到足够的厚度后直接进行线路蚀刻的做法。至于线路电镀的做法则是在化学铜导通孔后,就进行影像转移的工作在电路板面作出光阻,形成线路区域露出的线形,之后进完成电镀后,将电镀用的光阻剥去并进行线路蚀这样就是线路电镀制作的方法。

  蚀刻外层线路时孔铜必须加以保护,保护的方法有:帐棚式遮蔽(Tenting)、油墨填充(ViaPlugging)或以电着涂装的方式在孔内附上一层保护膜来保护等。目前多数的业者以Tenting方式制作较多,但日本市场则有不少的廉商使用所谓的EIKElectroDeposit)光阻,对孔内作保护膜,由于此类做法对全板电镀制程制作细线有利因此被采用。

  图1所示外层线路制作流程

  6.6.1外层线路制程的前处理

  电路板制作有许多的前处理作业,主要的目的都是为了要适应下一个步骤的处理所作的准备。对全板电镀的电路板而言,其线路制程前处理大致上与内层线路制作相当,只是多数的电路板在到达外层线路制程时多已有相当的厚度,所以刷磨粗化多数都可执行。由于全板电镀后,电路板未必会即刻进行线路影像转移,因此电镀的最后程序会作防氧化处理,因此确认电路板面的清洁去除防氧化层也是重点之一。虽然某些厂商仅经刷磨就将电路板送往压膜制程,但机械终究会产生机械应力,因此对较精细的电路板而言,使用化学处理或许是较佳的选择。化学处理所使用的药液中,过硫酸钠fillQ、硫酸双氧水等都是典型用于进行微蚀及酸洗的药品,目的在于清洁及粗化。

  线路电镀制程的前处理,因为孔内铜厚度仅约2mm的化学铜,为防止孔破,蚀刻量的控制应该特别小心。某些厂商为了避免控制上的风险,也有先用全板电镀将铜镀到高于7ym厚,再进行线路电镀的影像处理制程。电镀光阻形成后,放置的时间不要太长且储存环境也要注意,否则线路电镀时容易发生渗镀的问题。

  一般前处理所用的设备是水平传输设备,前处理完成的电路板会先在缓冲的区域静置到水气确实排除时,才进行压膜制程。这是因为外层制程处理的电路板通孔非常的多,孔内水气不易排除干净。一旦进入压膜制程,工作已进入无尘室,所有作业板面都应保持最佳的洁净状态。

  6.6.2外层线路使用的光阻

  全板电镀制做法所使用的光阻,基本上和内层线路制作相类似,只是因为外层线路的制作比内层多了一些通孔,因此在膜厚方面会使用较厚的干膜,以免在压膜及蚀刻时干膜破裂失去保护的功能。至于线路电镀制做法,采用的光阻目的是用于镀出铜线路,而电镀时光阻必须能承受电镀所产生的各种化学药液的考验,因此用于内层线路蚀刻用的光阻未必适用于这样的用途。

  —般较常用于外层的光阻形式有以下几种:液态光阻简称LPI(LiquidPhotoimagibleInk)、电着光阻简称ED(ElectroDepositResist)、感光性干膜简称DF(DryFilmQrPhotoSensitiveDryFilmResist)。由于ED光阻可以在导通孔内直接形成保护层而所需的厚度又薄,因此特别适合全板电镀的制程作法,为考虑光阻的剥离性以探用正型光阻为佳。液态光阻若使用于外层线路,由于涂布时会流入孔内但却不保证一定形成完整保护,因此若用于全板电镀做法,事先的塞孔就是必要的工作。干膜因为可以横跨在通孔上方,只要对位没有问题基本上通孔是被保护着的,因此不论使用全板或线路电镀制作法干膜都可适用,这也是何以干膜制程是最普遍的制程。

  6.6.3外层线路光阻的制作

  良好的光阻是形成良好线路的基础,空气中的尘埃会造成电路板短断路的问题,因此无尘室的操作环境是必要的设施。即使有无尘室的设施,仍会面对来自电路板、人员作动、机械作动等所引起的尘埃干扰,因此洁净的环境要依赖洁净的设备、物料的处理、人员的管制等等强化,才能将尘埃降至最低。

  一般用的感光性干膜有三层式的构造,直接在无尘室内的压膜机上压合,;先将覆盖聚乙烯膜去除,用热滚轮贴合干膜,因此洁净度是最容易控制的。为使压合排出空气并均匀进行,电路板的温度、压膜速度、滚轮压力、滚轮温度、滚轮硬度等条件都应搭配。

  ED光阻的想法与汽车业电着涂装的观念类似,只是所使用的材料是感光|性的。它是用电镀的方法进行胶体电析,设备与电镀类似但清洁度要求更高。I电路板挟持完成后,做好前处理再放入电析ED光阻槽中,对电流、时间、温度、浓度、溶液补充等管理都应注意。完成析出膜后水洗、干燥,准备进行曝光制程。

  6.6.4曝光

  完成光阻涂布的电路板,就可以藉UV曝光进行影像转栘。线路影像的形成,目前多数仍以电路板与底片密接进行整体曝光为主。虽然有不少的文件讨论正负片、正负膜、正负制程,但对要了解如何使用的人,更简单的方法就是去问,何者是要留下来?何者又是要去除的?见光后何者会留下来?所以要用何种底片?何种光阻?当熟悉之后再来详细了解所谓的正负观念会较容易。

  常见的手动曝光机是以双面同时进行曝光,机械装有两套曝光框,设定条件后就进行批次曝光。对位系统多数以人工、基准梢或辅助人工对位系统进行。自动曝光机则以固态摄影机,读取底片及电路板的基准位置,自动进行套位的动作,经过系统比对偏差量进入允许范围后曝光,操作方式以一次一面进行曝光。图2所示,为手动与自动曝光机的范例。自动曝光机一般有较多的参数设定,但设定完成后就可以自动操作了。

  图2所示为手动与自动曝光机的范例

  曝光机的光源分为点光源及平行光源两类,要制作微细图案时用平行光源有较佳的效果。曝光能量及时间的设定,要采用曝光量测定式的定期校正管理,其操作及保养观念与内层曝光机类似,所不同的是外层线路探取一次一面曝光较多,板厚一般也较厚,因此必须注意辅助排气的设施。图3所示为一般外层曝光时排气条配置应注意事项。排气条厚度大致和电路板相同,就不会使真空作业影响底片的贴附性。

  图3所示为一般外层曝光时排气条配置应注意事项

  6.6.5显影

  曝光所产生的影像必须经过显影才能将影像呈现出来,负型光阻为见光聚合的光阻,而正型光阻则是见光分解的光阻。显影是去除光阻较弱的区域,因此负型光阻的见光区与正型光阻的非见光区都会在显影后留下来。

  由于环保的考量有机溶剂显影已不多见,现在多数仍在使用的显影系统是以碳酸盐水溶液为主,尤其是碳酸钠系统。虽然碱性显影光阻的耐碱性弱,但是因为电镀铜的镀液为硫酸铜镀液,因此并没有使用上的问题。

  显影设备是水平传动式装置,以喷洒进行显影工作,作业的方式和内层线路的做法相当。显影时间、显影液浓度、操作温度、喷压等,都须依据光阻的特性作调整。之后进行适当的水洗及烘干,就可以进行接下来的线路电镀工作,当然如果是用全板电镀制程做法,则会在显影后直接进行蚀刻线路、去膜、水洗、烘干的做法,和内层线路制作相同。

  6.6.6外层线路蚀刻

  若电路板采行全板电镀制程,则所采行的蚀刻模式基本上与内层线路无异,所不同的是要蚀除的铜厚度较高,同时由于是经过全板电镀的处理,铜均匀性也受到影响,因此如何保持良好的蚀刻成果是必须注意的课题。

  若电路板采行线路电镀制程,则电路板经过线路电镀后,将电镀光阻剥除并以蚀阻金属做为蚀刻阻绝层进行蚀刻。由于蚀阻(EtchResist)本身就是金属,因此蚀刻液必须有选择性蚀刻的特性。在外层线路蚀刻液方面,探用碱性蚀刻系统,虽然对金属蚀阻仍有小量的伤害但与蚀铜速度相比微乎其微,因此用于探行线路电镀的制程法。虽然外层线路蚀刻的状态与内层线路的做法略有不同,但操作及控制的做法相当类似。

  6.6.7蚀阻剥除

  电路板蚀刻后线路已然成形,蚀阻成为多余之物必须去除。剥除的方式是以高压喷洒药液的方式进行,对全板电镀的制程而言是属于连续的制程,线路电镀板在蚀刻后则进行剥锡或锡铅制程。蚀阻剥除后要进行充分的水洗、热水洗、干燥,由于电路板在此会作较多的检查工作,因此收集、存放、分隔的各种器材及用品都应保持干燥、洁净以免造成检验的困扰及质量的问题。

  6.6.8外层线路检查

  外层线路制作完毕的电路板,会探取全数检查的做法。由于电路板到_此已用掉了不少的物料与人力,其价值已相当的高,必须再一次进行质量确认并作适度的修补重工,以进行接下来的止焊漆涂布制程。

  此处的检查仍以外观检查为主,除目视检查外,如内层线路一样会引用工具及自动检查系统进行检查。

  主要的外观检查的项目如后:(a)线路方面:短断路、线细、刮撞伤、曝偏、间距不足、残铜、污染、孔内缺点、线路缺口等等。(b)基材方面:基材破损、异物混入、污染、织纹显露、粉红圈等等?

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