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【摘 要】随着PCB制作中精细化线路发展的要求, 提高良率和线路质量越来越重要。在掩孔蚀刻流程中,线路板图形转移工序是影响最大的工序之一,而贴膜工艺则是重中之重。本文研究了掩孔蚀刻流程中贴膜参数的优化方法,并使用Minitab软件设计正交试验分析了各种影响因素对做板品质的影响,得出了最优的外层贴膜参数,以供同行参考。
【关键词】掩孔蚀刻;精细线路;参数优化
一、引言
作为电子设备的基本部件,印制电路板(PCB)广泛应用于电子通信、科学仪器、航空航天和消费电子产品等技术领域[1][2]。
在PCB制造工艺中,贴膜是一道重要工序,好的贴膜效果是得到好的图像转移质量的关键因素之一。贴膜是指在加热加压的条件下将干膜抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上,干膜中的抗蚀剂层受热后变软,流动性增加,再借助于热压辘的压力和抗蚀剂中粘结剂的作用完成贴膜。贴膜技术不受基体大小、形状等的影响,但贴膜后的板面质量却受到许多因素的影响,如贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度等,因此,要获得一个最佳的工艺条件并非易事。在掩孔蚀刻流程中,贴膜效果更是全流程的重中之重,贴膜效果的好坏直接决定着掩孔流程报废率的高低。本文讨论了掩孔蚀刻流程中贴膜参数对开路、缺口的影响,并着重探讨了掩孔蚀刻流程中贴膜参数的优化方法。
二、试验原理分析
在掩孔蚀刻流程中,影响开路、缺口的因素有多种,如垃圾、曝光条件、贴膜参数、前处理板面粗糙度等,本文主要针对贴膜参数进行讨论,讨论了不同前处理微蚀量、贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度时的制板品质,从而提出较优的贴膜参数。
通过设计了四因素三水平的正交试验,研究不同参数的主效应和各种参数间的交互作用,确定影响掩孔蚀刻流程中开路、缺口的主要因素,并从多种参数组合中,找出最优的参数组合。同时以此为依据对贴膜参数进行了优化。
三、试验方法及过程
3.1 试验设计方案
设计试验分析掩孔蚀刻流程中贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度对精细线路板面品质的影响;蚀刻后线路品质由开路、缺口等缺陷的点数来表征;用Minitab软件对所得缺陷点数的数据进行分析。具体方案如下:
3.1.1 流程
正常的前流程→板电→外层前处理→贴膜→曝光(外层图片图形)→DES(外层负片蚀刻)→统计缺陷→用Minitab软件对数据进行分析→得出结论
3.1.2 物料及工具
使用同一种干膜贴膜,采用的相同的图形资料(包含线宽为3mil和4mil的线路,图为完整资料的一部分)如图1。
3.1.3 参数
曝光参数和蚀刻参数固定;贴膜参数及前处理微蚀量使用四因素三水平的正交试验法设计。
3.2 试验确定各影响因素的影响趋势
按以上试验方案做板后用Minitab软件对所得数据进行分析,以确定各组参数对制板品质的影响。
3.2.1 数据分析
最佳子集回归分析和回归分析得出回归方程:
开路 = - 2.49 - 1.00 贴膜压力 - 1.31 贴膜速度 + 0.117 贴膜温度 - 2.50 前处理微蚀量
分析表明:影响因素主次关系为贴膜温度>贴膜压力>贴膜速度>前处理微蚀量。
3.2.2 确定贴膜参数
以上分析发现,前处理微蚀量对制板品质的影响最小,且考虑到在实际生产中保证做板品质的同时要保证生产效率,故再次通过正交试验对贴膜参数进行优化(使用Minitab设计试验方案),以贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度做一个3个因素3水平正交试验,试验安排。
(1) 开路点数分析
最佳子集回归:开路与温度,速度,压力
响应为开路
回归分析:开路与温度,速度,压力
回归方程为:
开路 = 31.9 - 0.201 温度 + 9.6 速度 - 6.97 压力
开路点数与贴膜压力、贴膜速度、贴膜温度间关系如下图2~图3,图2中压力、温度、速度的主效应是图形中的低设置和高设置之间的差异。
以上分析可以看出,影响因素主次关系为贴膜温度>贴膜压力>贴膜速度;尽管贴膜温度对开路点数的影响似乎比压力和速度更大,但查看交互作用(如图3)是很重要的。因为交互作用可以放大或抵消主效应。
● 贴膜压力高有利于减少开路点数;
● 温度在一定的范围内时,减小贴膜速度有利于减少开路点数;
● 压力和温度在上述范围内时,升高贴膜温度有利于减少开路点数。
(2) 缺口点数分析
缺口点数分析方法与开路点数的分析方法相同,缺口点数与贴膜压力、贴膜速度、贴膜温度间关系如图4~图5,图中可以看出,对缺口点数的影响因素与开路点数的相同。可以得出如下贴膜参数为优:贴膜温度120℃时,贴膜压力4.0kg/cm2,贴膜速度2.0m/min。
四、结论
本文通过Minitab软件设计正交试验对掩孔蚀刻流程中,前处理微蚀量及贴膜温度、速度、压力及其对制板品质的影响进行了分析,同时从各种贴膜参数组合中得出了最优的贴膜参数。具体改善方案总结如下:(1) 提高贴膜压力高有利于减少开路/缺口点数;(2) 温度在一定的范围内时,减小贴膜速度有利于减少开路/缺口点数;(3) 压力和温度在上述范围内时,升高贴膜温度有利于减少开路/缺口点数。
参考文献:
[1] 何为等.用正交试验法优化挠性多层板层压工艺参数[J].印制电路信息,2005,(6).
[2] Shan Xue Chuan, etal.Process Development of Negative Tone Dry film Photoresist for MEMS Applications[J].2004.
【关键词】掩孔蚀刻;精细线路;参数优化
一、引言
作为电子设备的基本部件,印制电路板(PCB)广泛应用于电子通信、科学仪器、航空航天和消费电子产品等技术领域[1][2]。
在PCB制造工艺中,贴膜是一道重要工序,好的贴膜效果是得到好的图像转移质量的关键因素之一。贴膜是指在加热加压的条件下将干膜抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上,干膜中的抗蚀剂层受热后变软,流动性增加,再借助于热压辘的压力和抗蚀剂中粘结剂的作用完成贴膜。贴膜技术不受基体大小、形状等的影响,但贴膜后的板面质量却受到许多因素的影响,如贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度等,因此,要获得一个最佳的工艺条件并非易事。在掩孔蚀刻流程中,贴膜效果更是全流程的重中之重,贴膜效果的好坏直接决定着掩孔流程报废率的高低。本文讨论了掩孔蚀刻流程中贴膜参数对开路、缺口的影响,并着重探讨了掩孔蚀刻流程中贴膜参数的优化方法。
二、试验原理分析
在掩孔蚀刻流程中,影响开路、缺口的因素有多种,如垃圾、曝光条件、贴膜参数、前处理板面粗糙度等,本文主要针对贴膜参数进行讨论,讨论了不同前处理微蚀量、贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度时的制板品质,从而提出较优的贴膜参数。
通过设计了四因素三水平的正交试验,研究不同参数的主效应和各种参数间的交互作用,确定影响掩孔蚀刻流程中开路、缺口的主要因素,并从多种参数组合中,找出最优的参数组合。同时以此为依据对贴膜参数进行了优化。
三、试验方法及过程
3.1 试验设计方案
设计试验分析掩孔蚀刻流程中贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度对精细线路板面品质的影响;蚀刻后线路品质由开路、缺口等缺陷的点数来表征;用Minitab软件对所得缺陷点数的数据进行分析。具体方案如下:
3.1.1 流程
正常的前流程→板电→外层前处理→贴膜→曝光(外层图片图形)→DES(外层负片蚀刻)→统计缺陷→用Minitab软件对数据进行分析→得出结论
3.1.2 物料及工具
使用同一种干膜贴膜,采用的相同的图形资料(包含线宽为3mil和4mil的线路,图为完整资料的一部分)如图1。
3.1.3 参数
曝光参数和蚀刻参数固定;贴膜参数及前处理微蚀量使用四因素三水平的正交试验法设计。
3.2 试验确定各影响因素的影响趋势
按以上试验方案做板后用Minitab软件对所得数据进行分析,以确定各组参数对制板品质的影响。
3.2.1 数据分析
最佳子集回归分析和回归分析得出回归方程:
开路 = - 2.49 - 1.00 贴膜压力 - 1.31 贴膜速度 + 0.117 贴膜温度 - 2.50 前处理微蚀量
分析表明:影响因素主次关系为贴膜温度>贴膜压力>贴膜速度>前处理微蚀量。
3.2.2 确定贴膜参数
以上分析发现,前处理微蚀量对制板品质的影响最小,且考虑到在实际生产中保证做板品质的同时要保证生产效率,故再次通过正交试验对贴膜参数进行优化(使用Minitab设计试验方案),以贴膜温度、贴膜压力、贴膜速度做一个3个因素3水平正交试验,试验安排。
(1) 开路点数分析
最佳子集回归:开路与温度,速度,压力
响应为开路
回归分析:开路与温度,速度,压力
回归方程为:
开路 = 31.9 - 0.201 温度 + 9.6 速度 - 6.97 压力
开路点数与贴膜压力、贴膜速度、贴膜温度间关系如下图2~图3,图2中压力、温度、速度的主效应是图形中的低设置和高设置之间的差异。
以上分析可以看出,影响因素主次关系为贴膜温度>贴膜压力>贴膜速度;尽管贴膜温度对开路点数的影响似乎比压力和速度更大,但查看交互作用(如图3)是很重要的。因为交互作用可以放大或抵消主效应。
● 贴膜压力高有利于减少开路点数;
● 温度在一定的范围内时,减小贴膜速度有利于减少开路点数;
● 压力和温度在上述范围内时,升高贴膜温度有利于减少开路点数。
(2) 缺口点数分析
缺口点数分析方法与开路点数的分析方法相同,缺口点数与贴膜压力、贴膜速度、贴膜温度间关系如图4~图5,图中可以看出,对缺口点数的影响因素与开路点数的相同。可以得出如下贴膜参数为优:贴膜温度120℃时,贴膜压力4.0kg/cm2,贴膜速度2.0m/min。
四、结论
本文通过Minitab软件设计正交试验对掩孔蚀刻流程中,前处理微蚀量及贴膜温度、速度、压力及其对制板品质的影响进行了分析,同时从各种贴膜参数组合中得出了最优的贴膜参数。具体改善方案总结如下:(1) 提高贴膜压力高有利于减少开路/缺口点数;(2) 温度在一定的范围内时,减小贴膜速度有利于减少开路/缺口点数;(3) 压力和温度在上述范围内时,升高贴膜温度有利于减少开路/缺口点数。
参考文献:
[1] 何为等.用正交试验法优化挠性多层板层压工艺参数[J].印制电路信息,2005,(6).
[2] Shan Xue Chuan, etal.Process Development of Negative Tone Dry film Photoresist for MEMS Applications[J].2004.