PCB之微影工程(影像轉移)

1.前處理流程(Preclean or Pretreatment):一般使用微蝕處理,也有使用磨刷+微蝕處理,其主要作用是:適度物理或者化學粗化銅面,以增加銅面與濕膜間的附著力。在銅面粗化效果監控和管理中,日常使用微蝕速率及量測銅面粗糙度Ra,Rz來滿足品質要求。

2.濕膜塗布及烘乾:在此介紹流程之前,需要先對濕膜成份進行說明。

2.1感光濕膜的化學組成與功用:感光濕膜只宜在無孔的內層大銅面上塗布作為抗蝕阻劑。因為內層板使用的使用的濕膜塗布很薄無蓋膜,故光能要強感光且快才能避免氧氣干擾,另濕膜需自動化其環境需求也比干膜更嚴。

2.2Binder(塑黏劑)之分類與含酸協助水溶解像:塑黏劑為成膜之骨幹,可區分為(1)非感光型與(2)可感光型兩類骨幹,未聚合部份可被顯像的弱鹼鈉鹽所沖洗水解而溶走。

2.3Acrylates(可感光之丙烯酸單體)其用量多少之影響:單體用量多其感光雖快但聚合後卻硬度不足,用量少則硬度高脆性大又導致解像與剝膜的困難,必須與用戶密切配合調整配方。

感光濕膜的附著力來源有二,其一是銅面微蝕粗化的機械連鎖,其二是Binder的某些官能基可與銅面形成錯合反應(Complexing,需足夠的靜置時間)之附著力。

以上部分是對於濕膜成份及功用相關內容的介紹,接下來主要講解濕膜塗布製程。

濕膜塗布:感光濕膜的塗布以滾塗法為主.

失效分析:Roller Coater部分影響因素之一為滾輪表面橡皮溝帶墨量異常,如下左圖所示,帶墨量異常時易造成板面油墨不足 , 導致空氣於塗刮時進入墨體內。對於滾輪帶墨量的管控 , 可透過 Dial的調整及油墨添加時機進行改善。

濕膜乾燥

濕膜熱烘乾燥後其大部分溶劑均將逸走膜厚將明顯減薄.

3.濕膜曝光

曝光區膜材中之光敏劑首先吸收能量產生自由基,並迅速轉給光啟劑,而PI本身也會吸收光能亦可裂解成自由基。此等活化的PI會促使單體或寡體發生光聚合與交聯反應而呈現固化性皮膜。曝光量以Stouffer 21 Step曝光階段表之NO.5-8半殘格見銅者為宜。

補充說明:光啟劑(Photo-Initiator)與光敏劑(Photosensitiser)

由於現行UV光源其光譜之有效能峰多半集中在365nm,因而需藉助光敏劑的特長最早吸收光能並首先形成自由基,然後再轉給PI ,而PI本身,也可吸收光能使成為活性的PI進而再推動單體之聚合。日本業界宣稱405nm的光阻對細線的解像要比365nm更好,但由於現行曝光機與產線的配合不易,目前仍未流行。

負型(Negative-Working)光阻(Photo-Resist)感光聚合之過程

感光聚合反應之機理

•光阻膜中之光敏劑首先吸收UV能量分裂為自由基並傳給光啟劑

•光啟劑(PI)自己也會吸收UV能量進而分裂成自由基(Free Radical)

•具活性的PI會攻擊單體與寡體而產生聚合反應,但需要時間去完成,故曝光後的停置時間(Hold Time)須在15分鐘以上,但不可超過12小 時,以減少阻劑殘足。

•反應中未感光區的單體會往感光區擴散,因而容易發生阻劑殘足的煩惱。

感光後發生之聚合反應盡量減少氧氣的干擾搗亂


為了產線容易分辨是否已曝光起見,刻意設計「感光褪色」(Photofugitive)與「感光增色」(Phototropic)兩種顏色變化,做為防呆與避錯的功用。

內層濕膜之密接式曝光應采平行光機種

通常濕膜之曝光厚度約10-15μm,所需能量高達80-120mj/cm2比厚度25-35μm干膜的45-60mj/cm2要高出一倍。為了減少微塵對平行光所造成的各種臟點起見,內層的濕膜環境必須要潔凈到1000級以減少細線的缺失。

補充說明:小孔照相機原理

4.顯像(Development)

顯像的動作是針對未發生聚合反應的皮膜,利用弱鹼而將之沖洗掉,而只在銅面上留下已聚合固化的皮膜當成阻劑(Resist) 。

5.酸性蝕刻

由於所形成的阻劑不溶於酸,故可采氯化銅氯化鐵之酸性蝕刻以成線。氯化銅槽液容易自動化管理且只要提供鹽酸即可自給自足,但蝕刻因子卻較差,至於氯化鐵則自動化管理(Aqua)設備較貴且槽液還需外購。

常規無通孔的大型內層板,在水平噴蝕中頂面會先產生水池效應,當密線區半蝕後又出現更討厭的水溝效應。也可利用間歇噴打(Impact)出現法去改善

氧化還原電位ORP:不管光阻是濕膜或干膜,其直接蝕刻(Print and Etch)只能採用酸性槽液以避免阻劑遭到鹼溶。酸性蝕銅只有FeCl3CuCl2兩種,前者蝕刻因子雖好但卻不能回收再利用且蝕銅量也不高,故業者多采CuCl2進行直接蝕刻。槽液中藍色的Cu++扮演氧化劑,在Cl --協助下可將板面的Cu0氧化成Cu+並再到Cu++而溶入液中。然而此種可逆反應中Cu0也會把Cu++還原成Cu+而妨礙蝕刻,故需控制Cu++/Cu+之氧化還原電位(Oxidation Reduction Potential , ORP),且須超過500mv(550±50mv),其蝕刻速率才能符合量產的要求。凡ORP高時其Cu++濃度也會高,ORP太低不但蝕刻慢而且還可能產生有毒的氯氣Cl2。

氯化銅蝕刻槽液的通常管理要點是:(1)ORP>500mv,(2)Temp>40℃,(3)塩酸濃度1.5-3.0N,此等條件下蝕刻速率可達25μm/min以上。

採用CuCl2槽液蝕刻者,必須搭配日商Aqua的多功能控制器對槽液進行比重,ORP,塩酸濃度(導電液),溫度,Cu++濃度等參數自動管理。

6.剝膜(Stripping):濕膜之剝膜是利用強鹼(NaOHKOH;3%)針對Binder及Acrylic兩者進行攻擊,在水解反應中使之降解成為鈉鹽,強鹼區還可同時攻入膜體使發生腫脹與破裂,進而又再形成碎片狀剝離而得到清晰的銅線。

以上為濕膜光阻的內容介紹,如果大家有任何問題,歡迎一起交流探討。

最後有一些曝光知識的拓展: