1 PCBA加工制程目的
经钻孔及通孔电镀后,内外层已连通,本制程在制作外层线路,以达电性的完整。
2 制作流程
铜面处理→压膜→曝光→显像。
PCBA加工打孔 首先选择好合适的钻头,以钻普通接插件孔为例,选择0.95mm的钻头,安装好钻头后,将电路板平放在钻床平台上,打开钻床电源,将钻头压杆慢慢往下压,同时调整电路板位置,使钻孔中心点对准钻头,按住电路板不动,压下钻头压杆,这样就打好一个孔。提起钻头压杆,移动电路板,调整电路板其它钻孔中心位置,以便钻其它孔,注意此时钻孔为同型号。对于其它型号的孔,更换对应规格的钻头后,按上述同样的方法钻孔。
特别提示:
打孔前,最好将FeCl3 腐蚀后的电路板喷上透明漆,以防止电路板被氧化。
不需用沉铜环的孔选用0.95mm的钻头,PCBA加工需沉铜环的孔用1.2mm的钻头,过孔用0.4钻头
PCBA加工干膜介绍
干膜(dry film)的构造见图8.1,1968年由杜邦公司开发出来这种感旋光性聚合物的干膜后,PCB的制作就进入另一纪元,到1984年末杜邦的专利到期后日本的HITACHI也有自己的品牌问世。尔后就陆续有其它厂牌加入此一战场。
依干膜发展的历史可分下列三种Type:
-溶剂显像型
-半水溶液显像型
-碱水溶液显像型
现在几乎是后者的天下PCBA加工,所以本章仅探讨此类干膜。
A. 干膜之组成
水溶性干膜主要是由于其组成中含有机酸根,会与强碱反应使成为有机酸的盐类,可被水溶掉。其组成见图8.1 水溶性干膜最早由Dynachem 推出,以碳酸钠显像,用稀氢氧化钠剥膜,当然经不断改进才有今日成熟而完整的产品线。
B. 制程步骤
干膜作业的环境,需要在黄色照明,通风良好,温湿度控制的无尘室中操作,以减少污染增进阻剂之品质。其主要的步骤如下:
压膜─停置─曝光─停置─显像。
2.2.2 压膜(Lamination)作业
A. 压膜机 压膜机可分手动及自动两种,有收集聚烯类隔层的卷轮,干膜主轮,加热轮,抽风设备等四主要部份,进行连续作业,其示意见图8.2
一般压膜条件为:
压膜热轮温度 120°±10℃
板面温度 50±10℃
压膜速度 1.5~2.5米/分
压力 15-40 psi
a. 传统手动压膜机须两人作业,一人在机前送板,一人在机后收板并切断干膜,此方式用在样品、小量多料号适合,对人力、物料的耗用浪费颇多。
b. 自动压膜机市面上HAKUTO,CEDAL,SCHMID等多种厂牌,其机构动作在板前缘黏压干膜方式及压膜后缘切膜动作多有不同,但都朝产速加快,节省干膜以及黏贴能力上在改进。
c. 国内志胜几年前开发自动压膜机颇为成功国内多家大厂均有使用。
d. 干膜在上述之温度下达到其玻璃态转化点而具有流动性及填充性,而能覆盖铜面。PCBA加工但温度不可太高,否则会引起干膜的聚合而造成显像的困难。压膜 前板子若能预热,可增强其附着力。
e. 为达细线路高密度板之高品质,必须从环境及设备上着手,干膜之压膜需要在无尘
室中进行(10K 级以上),环境温度应控制在
23°±3℃,相对湿度应保持50%RH±5%左右。
PCBA加工操作人员也要带手套及抗静电之无尘衣帽。
PCBA加工曝光机种类 -手动与自动
-平行光与非平行光
-LDI雷射直接暴光
A. 手动曝光机,是将将欲曝板子上下底片以手动定PIN对位后,送入机台面, 吸真空后曝光。
B. 自动曝机一般含Loading/unloading,须于板子外框先做好工具孔,做初步定位再由机台上之CCD,Check底片与孔的对位状况,并做微调后入曝光区曝光。依目前的精密须求程度,不以视觉机器自动对位,恐怕做不到好品质的板子。
C. 如何量测及评估曝光机的平行度:
-定义:从平行度(collimate)字面的意思就是使直向行进,而从光的眼光而言则是让光行进同时垂直于照射面。
图8.3是平行光与非平行光之比较。
-平行度的影响:而研判平行直进的方法有两个值可供参考,平行羊角 (Collimate Half Angle)及偏斜(Declination Angle)。此二值可大略判断 曝光机的平行度及曝光可能造成的侧向偏移,也因此若使用非平行曝光机 曝光其影像会有偏料及底部侧向显像的问题。
-量测方法及工具:
一般量测平行度的方法是用一种叫平行度像机(Collimation Camera) 其量测方式是以此工具置于感光纸或感光物上曝光,之后再量偏移度,其示意图如下(图8.4(a,b)):
D. 非平行光与平行光的差异,平行光可降低Under-Cut。其差异点,可见图8.5,显影后的比较。做细线路(4mil以下)非得用平行光之曝光机。
E. 另有一种LDI(Laser Direct Imaging)激光直接感光之设备与感光方式。是利用 特殊之感光膜coating在板面,不须底片直接利用激光扫描曝光。其细线可做到2mil以内,利用多beam方式18in×24in的板子,已有号称曝光时间仅30秒。
PCBA加工作业注意事项
A. 偶氮棕片的使用
手动曝光因仰赖人目视对位,因此棕片是有必要的,但自动曝光机由机器负责对位所以一般黑白底片即可。棕片的寿命较短。
B. 能量的设定
曝光机中有光能量之累积计算器,光能量子 (以焦耳或毫焦耳为单位)是指光强度(瓦特或毫瓦特)与时间的乘积,即
mili - Joule = mili Watt ╳ Sec. 焦耳=瓦特╳秒
曝光机上有可以调动的光能量数字键,并有测光强度之装置,当设定某一光能量数字后即可做定能量之曝光,每当光源紫外灯老化而光强度衰减时,该设定系统即会自动延长时间以达到所需的光能量。定期以"Photometer" 或"Radiometer"做校正工作。
C. Stouffer 21 Step Tablet
Stouffer 21 step tablet是IN-process监测曝光显像后的条件是否正常,见图8.6。它是放于板边与正常板一样曝光,停置及显像后,其21格上之干膜残留有颜色渐淡,至完全露铜的变化,最重要视其已显像及仍残存板面之交界是落于第几格。一般标准是8~10格,Follow各厂牌所给的Data Sheet。
D. 吸真空的重要
非平行光的作业中,吸真空的程度是影响曝光品质的重大因素。因底片与膜面有间隙会扩大under-cut。一般判断贴紧程度是从光罩上之Mylar面出现的 牛顿环(Newton Ring)的状况,以手碰触移动,若牛顿环并不会跟着移动,则表吸真空良好。手动作业,时常作业员尚要以"刮刀"辅助刮除空气,此小动作事实上极易影响对位及底片的寿命。平行光源则此问题可降至最低。
E. 对位
对于自动曝光机来说,偏位不是不问题,只要评估好设备的制程能力以及维护工作底片的准确度即可,但手动曝光机作业影响对准度的变量就很多:
<1> PIN孔大小的选择
<2> 上制程通孔电镀的厚度分析
<3> 孔位准确度
<4> 底片套板的方式
<5> 人目视误差
上述仅举常见因素,各厂应就产品层次来提升干膜作业的制程能力。
F. 静置
曝光后板子须问隔板置放10~15分钟让吸收UV能量后的resist Film聚合更完全。
G.高强度的UV光对细线路而言是十分重要的,因为所有的光阻都含有遮蔽剂 (Inhibitor),PCBA加工而此遮蔽剂遇UV光时会在数秒内大量消耗。因此如果用弱光曝 光,则须用较长时间来达到必须的能量,如此有较多的时间让未见光区的遮蔽剂扩散至曝光区,如此只要有一点折光或散射就会形成聚合,产生残胶显影不洁等问题。因此使用强光曝光机有助于细线的制作,有残胶并不是代表只是显影不洁或水洗不良的问题。
PCBA加工一般而言5mW/cm2能量密度对一般的线路已有不错的效果,如果要有更佳的分辨率则高一些的光强度有助于改善之。
H. 影响分辨率的因子互动关系有:(I)曝光时间长短(2)未曝光区遮蔽剂的量 (3)散射折射光的多少。其中第二项是来自供货商的调配较无法调整,第(1)项可考虑控制光强度来改善其品质,第(3)项则
PCBA加工使用平行曝光机及加强曝光前真空作业会有帮助。。