1 外層線路制作制程目的
經
鉆孔及通孔電鍍后, 內外層已連通, 本制程在制作PCB外層線路, 以達電性的完整.
2 外層線路制作流程
銅面處理 - 壓膜 - 曝光 - 顯像
2.1 銅面處理
內層制作.
2.2 壓膜
2.2.1干膜介紹
干膜(dry film)的構造，1968年由杜邦公司開發出來這種感旋光性聚合物的干膜后PCB的制作就進入另一紀元, 到1984年末杜邦的專利到期后日本的HITACHI也有自己的品牌問世爾后就陸續有其它廠牌加入此一戰場. 依干膜發展的歷史可分下列三種Type: 溶劑顯像型 半水溶液顯像型 堿水溶液顯像型
現在幾乎是后者的天下,所以本章僅探討此類干膜.
A. 干膜之組成
水溶性干膜主要是由于其組成中含有機酸根會與強堿反應使成為有機酸的鹽類可被水溶掉。 水溶性干膜最早由Dynachem 推出, 以碳酸鈉顯像用稀氫氧化鈉剝膜當然經不斷改進才有今日成熟而完整的產品線.
B. 制程步驟
干膜作業的環境需要在黃色照明,通風良好,溫濕度控制的無塵室中操作以減少污染增進阻劑之品質其主要的步驟如下壓膜─停置─曝光─停置─顯像
2.2.2 壓膜(Lamination)作業
A. 壓膜機壓膜機可分手動及自動兩種,有收集聚烯類隔層的卷輪干膜主輪加熱輪抽風設備等四主要部份, 進行連續作業。
一般壓膜條件為：
壓膜熱輪溫度 12010 板面溫度 5010 壓膜速度 1.5~2.5米分 壓力 15-40 psi
a. 傳統手動壓膜機須兩人作業一人在機前送板一人在機后收板并切斷干膜此方式用在樣品小量多料號適合對人力物料的耗用浪費頗多。
b. 自動壓膜機市面上HAKUTOCEDALSCHMID等多種廠牌其機構動作在板前緣黏壓干膜方式及壓膜后緣切膜動作多有不同但都朝產速加快節省干膜以及黏貼能力上在改進。
c. 國內志勝幾年前開發自動壓膜機頗為成功國內多家大廠均有使用。
d. 干膜在上述之溫度下達到其玻璃態轉化點而具有流動性及填充性而能覆蓋銅面但溫度不可太高否則會引起干膜的聚合而造成顯像的困難壓膜前板子若能預熱,可增強其附著力。
e. 為達細線路高密度板之高品質必須從環境及設備上著手干膜之壓膜需要在無塵室中進行10K 級以上環境溫度應控制在233相對濕度應保持50RH5左右操作人員也要帶手套及抗靜電之無塵衣帽。
2.3 曝光 Exposure
2.3.1 曝光機種類
手動與自動 平行光與非平行光 LDI雷射直接暴光
A. 手動曝光機是將將欲曝板子上下底片以手動定PIN對位后送入機臺面吸真空后曝光。
B. 自動曝機一般含Loading/unloading須于板子外框先做好工具孔做初步定位再由機臺上之CCDCheck底片與孔的對位狀況并做微調后入曝光區曝光依目前的精密須求程度不以視覺機器自動對位恐怕做不到好品質的板子。
C. 如何量測及評估曝光機的平行度:
定義:從平行度(collimate)字面的意思就是使直向行進而從光的眼光而言則是讓光行進同時垂直于照射面。
平行度的影響:而研判平行直進的方法有兩個值可供參考平行羊角 (Collimate Half Angle)及偏斜(Declination Angle)此二值可大略判斷曝光機的平行度及曝光可能造成的側向偏移也因此若使用非平行曝光機曝光其影像會有偏料及底部側向顯像的問題。
量測方法及工具:
一般量測平行度的方法是用一種叫平行度像機(Collimation Camera) 其量測方式是以此工具置于感光紙或感光物上曝光之后再量偏移度。
D. 非平行光與平行光的差異平行光可降低Under-Cut 其差異點可見圖5 顯影后的比較做細線路(4mil以下)非得用平行光之曝光機。
E. 另有一種LDI(Laser Direct Imaging)激光直接感光之設備與感光方式是利用特殊之感光膜coating在板面，不須底片直接利用激光掃描曝光其細線可做到2mil以內利用多beam方式，18in24in的板子已有號稱曝光時間僅30 秒。
2.3.2 作業注意事項
A. 偶氮棕片的使用手動曝光因仰賴人目視對位因此棕片是有必要的但自動曝光機由機器負責對位所以一般黑白底片即可棕片的壽命較短。
B. 能量的設定曝光機中有光能量之累積計算器光能量子 (以焦耳或毫焦耳為單位)是指光強度瓦特或毫瓦特與時間的乘積即 mili - Joule = mili Watt ╳ Sec. 焦耳瓦特╳秒曝光機上有可以調動的光能量數字鍵并有測光強度之裝置，當設定某一光能量數字后即可做定能量之曝光每當光源紫外燈老化而光強度衰減時，該設定系統即會自動延長時間以達到所需的光能量定期以"Photometer" 或"Radiometer"做校正工作。
C. Stouffer 21 Step Tablet Stouffer 21 step tablet是IN-process監測曝光顯像后的條件是否正常，它是放于板邊與正常板一樣曝光停置及顯像后其21格上之干膜殘留有顏色漸淡至完全露銅的變化最重要視其已顯像及仍殘存板面之交界是落于第幾格一般標準是8~10格Follow各廠牌所給的Data Sheet。
D. 吸真空的重要
非平行光的作業中吸真空的程度是影響曝光品質的重大因素，因底片與膜面有間隙會擴大under-cut。一般判斷貼緊程度是從光罩上之Mylar面出現的牛頓環(Newton Ring)的狀況，以手碰觸移動若牛頓環并不會跟著移動，則表吸真空良好。手動作業時常作業員尚要以"刮刀"輔助刮除空氣，此小動作事實上極易影響對位及底片的壽命平行光源，則此問題可降至最低。
E. 對位對于自動曝光機來說，偏位不是大問題，只要評估好設備的制程能力以及維護工作底片的準確度即可，但手動曝光機作業影響對準度的變量就很多。
<1> PIN孔大小的選擇
<2> 上制程通孔電鍍的厚度分析
<3> 孔位準確度
<4> 底片套板的方式
<5> 人目視誤差
上述僅舉常見因素各廠應就產品層次來提升干膜作業的制程能力。
F. 靜置曝光后板子須問隔板置放10~15分鐘，讓吸收UV能量后的resist Film聚合更完全。
G.高強度的UV光對細線路而言是十分重要的，因為所有的光阻都含有遮蔽劑 (Inhibitor)而此遮蔽劑遇UV光時會在數秒內大量消耗。因此如果用弱光曝光則須用較長時間來達到必須的能量，如此有較多的時間讓未見光區的遮蔽劑擴散至曝光區。如此只要有一點折光或散射就會形成聚合產生殘膠顯影不潔等問題，因此使用強光曝光機有助于細線的制作有殘膠并不是代表只是顯影不潔或水洗不良的問題。一般而言，5mW/cm2能量密度對一般的線路已有不錯的效果。如果要有更佳的分辨率則高一些的光強度有助于改善之。
H. 影響分辨率的因子互動關系有:(1)曝光時間長短(2)未曝光區遮蔽劑的量 (3)散射折射光的多少.其中第二項是來自供貨商的調配較無法調整第(1)項可考慮控制光強度來改善其品質第(3)項則使用平行曝光機及加強曝光前真空作業會有幫助。
2.4. 顯像Developing
2.4.1槽液成份及作業條件
溶液配方 之碳酸鈉重量比 溫度 30 +_2 噴壓 1520 PSI 水洗 2729水壓40 PSI pH 10.5 10.7 Break point 50~70% Auto dosing
2.4.2作業注意事項
A. 顯像是把尚未發生聚合反應的區域用顯像液將之沖洗掉，已感光部份則因已發生聚合反應而洗不掉，仍留在銅面上成為蝕刻或電鍍之阻劑膜。注意在顯像前不可忘記把表面玻璃紙撕掉。
B. 顯像點Break point ( 從設備透明外罩看到已經完全顯現出圖樣的該點的距離稱之 )應落于50~70%間不及,銅面有scun殘留,太過,則線邊有膜屑或 undercut過大. 最好有自動添加系統(auto-dosing). 另外噴灑系統設計良否也會影響顯像點.
C. 顯像良好的側壁應為直壁式者，顯像不足時容易發生膜渣(Scum) 造成蝕刻板的短路銅碎及鋸齒突出之線邊。顯像機噴液系統之過濾不良時，也會造成此種缺點。檢查Scum的方法可用之氯化銅溶液(Cupric Chloride CuCl 2) 或氯化銨溶液浸泡，若銅面上仍有鮮亮的銅色時即可判斷有 Scum殘留。
D. 顯像完成板子切記不可疊放,須用Rack插立.
3. 干膜環境的要求
線路板之細線及高密度要求漸嚴，其成功的契機端賴各種精密的控制。干膜轉移影像之精準除了上述各種生產技術外，環境的完善也占有很大的比重。
A. 首先要注意到的是無塵室(Clean Room) 的建立。一般常說的無塵室是以美國聯邦標準Fed. STD 209 做為分級的規范，是以每立方呎的空氣中所含大于0.5微米的塵粒之數目(PPCF) 作為分級的。可分為三級，三者間之維護與安裝費用相差極大。class 100 級多用在集成電路程(IC) 之晶圓制造上，至于精密線路板之干膜壓膜及曝光區，則10,000級已夠。
B. 無塵室品質之控制有三要件。防止外界塵埃之進入避免內部產生及清除內部既有之塵量，需在環境系統上加裝進氣之過濾設備，工作人員穿戴不易起塵之工作服鞋手套頭罩，室內裝配則應采表面平滑的墻板無縫地板。氣密式之照明及公共設施進出口之 Air Shower室內送風則采水平層流(Laminar Flow) 及垂直層流方式以消除氣流的死角, 避免塵埃的聚積。
C. 干膜區之照明為黃色光源，以避免干膜于正式曝光前先感光此種黃光波長必須在500 n m(naro-meter為10 m或5000A)，比500nm短的光源中含有紫外線而導致干膜之局部感光，市面上有金黃色日光燈管出售在一般日光燈外加裝橘黃色燈罩也可使用。
4 高密度細線路技桁
電路板的密度以往主要受限于鉆孔的尺寸，因此似乎線路密度成長的迫切性也就沒有那么高細。線路由于鉆孔技術的進步及MCM-L技術的需求，近來備受重視，而運用傳統的Tenting & Etching技術想作到小于1OOm的線路十分困難。Additive process能降低甚至避免蝕刻的問題只是必須使用特定的物料與流程，因此在電子封裝領域較少被運用。
A. Additive Process其銅線路是用電鍍光阻定義出線路區以電鍍方式填入銅來達形成線路。此類制程分為Semi Additive與Fully Additive兩類。Semi Additive 利用壓合薄銅于各類樹脂上再以電鍍及蝕刻達到形成線路的目的。Fully Additive則是利用樹脂表面粗化其后涂布加強黏合層以改善無電銅與板面連結強度之后以無電解銅長出線路典型的線形式。
B. 無電解銅在Additive制程方面是極為重要的，尤其是高品質高選擇性的無電解銅是高密度高信賴度板使用該制程的必要條件。然而一般無電解銅析出速率約為2~2.5m/Hr，其析鍍時間相對可縮短為2~4分之一。
C. 對無電解銅而言，抗鍍光阻的剝離是最嚴苛的問題。由于光阻會操作在70的堿性化學銅液中接口間的應力及光阻，膨松是被認為剝離的主要動力。化學銅反應產生的氫氣，原有的薄氧化銅表層因還原反應而失去鍵結力都是剝離的可能原因。
D. 較有效的防止剝離方式可以考慮對表面施以不同的金屬處理。底銅的化學電位相對于氫為-600mV，氧化銅相對于氫的還原位為-355mV。由于還原電位高于電化反應，因此還原反應極易產生剝離。若要保持良好的鍵結力就必須找一個更低電位的金屬覆于其上以防止反應，Zn/Sn/Ni都是有機會的金屬。以鋅而言，經實驗證明適當的覆蓋厚度可得到承受，浸泡化學銅40Hr仍不會剝離的結合效果，其經驗厚度約為0.50.1mg/cm2。金也是可選擇加強結合力的金屬。
E. 傳統的光阻是以溶劑型為主，但因環保問題而使業界對配方有所調整。加入親水性物質光阻可使用水溶液顯影，但一般水溶性光阻由于是堿性顯影系統用化學銅抗電鍍將因親水分子過多而產生膨松問題。因此有新系統發展出來親水分子調整至最佳狀況后，以低堿性鹽及高揮發點溶劑組合成顯影液。顯影液之最大成份仍為水，如此不會有燃燒的危險。而此光阻劑可承受約40小時化學銅浸泡不致有問題，只是光阻難免有溶出物會影響鍍液析出速度及鍍出品質，因此其配方是必須考慮以減少影響為目標一般負型光阻其本身會吸收光源能量。因此改善光阻透光性以獲得良好筆直的壁面是光阻改善的方向有部份光阻已可作到光阻厚度76m厚度以下,30m線寬間距的分辨率。
F. 電鍍過程中如何防止雜質顆粒的產生，對細線路而言將是一大課題。對Semi additive制程而言，電鍍若先使用高溫鍍銅(化學或電鍍)再以較冷的鍍錫槽鍍保護層。由于光阻會因熱脹冷縮而在銅線路與光阻頂端產生約1m的空隙，因此鍍錫時線邊緣也會大部份被錫鍍上，因此可加強保護效果獲得更好的線路。
G. 薄膜技術也可用于細線制程。一薄層Cr-Cu底層金屬以濺鍍鍍于底材上，以22 m厚的光阻作業以Semi additive制程化學銅浸約4Hr，去除光阻后由于底層薄膜很薄，因此用Ion milling即可不必作錫保護。
H. Fully additive是另一種方式其作業是以UV型干膜式增黏劑(Adhesive)壓覆于樹脂面，UV聚合后鉆孔粗化再以活化劑(觸媒)覆于表面，其后以光阻定義出備鍍區。為使光阻能抗堿可用UV光將光阻固化再以化銅填入備鍍區其后光阻本身也保留成板面的一部份觸媒，一般多用錫鈀膠體若附以適當厚度既可啟始化銅反應同時能保有一定絕緣電阻。
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