湿膜的应用技巧

   摘要:本文结合我公司的实际情况,探讨了湿膜在高精密度PCB的图形转移过程中的应用,介绍了湿膜的特点,对湿膜的操作工艺及操作过程中应该注意的问题进行了研究;并且湿膜在我公司解决问题起到了立竿见影的效果。

  一 前言

  最早PCB生产过程的图形转移材料采用湿膜,随着湿膜的不断使用和PCB的技术要求提高,湿膜的缺点也显露出来了,主要聚中在生产周期长、涂膜厚度不均、涂膜后板面针眼和杂物太多、孔中显影困难。导致了湿膜的后续生产问题较多,过程控制起来困难,最终湿膜被干膜取代了。

  随着PCB装配技术发展,以及PCB的线条和线间距愈来愈小、精度和密度要求也提高了,传统干膜在这样的PCB图形转移过程中问题出现,主要体现在干膜的分辨率不能再提高(主要是干膜的聚酯覆盖膜造成的),已不能满足特殊PCB生产的需要,而基材的针眼、凹坑、划伤影响了贴膜的效果,从而造成成品的沙眼、缺口、断线等。先进的湿膜为这些问题的解决提供了一种途径。

  二 问题的出现

  我公司在图形转移(也含有内层的图形转移)过程中一直使用的是干膜,效果也不错,没出现什么问题。但在今年的四、五月,我们生产的线路板内外层线条和线间距均达到了0.15mm,在使用干膜图形转移时造成内层大批量的报废、外层在显影后多次出现沙眼、缺口、断线造成返工,内层在黑化后更严重;接着又出现了单面板焊盘严重脱落,报废也很多,这严重影响了生产。针对这些问题我和同事作了相应的试验查找原因,对清洗、刷板的效果进行了跟踪,最后贴膜前的板子都达到了最佳效果;我们又改变了贴膜的方法,对贴膜机的参数进行了优化,改变显影液的参数,针对单面板我们又对打磨效果进行了跟踪。最后,单面板的问题解决了,但要求较高的内外层的问题没有解决。根据市场的需要,为提高我公司的技术水平,为解决这个问题,我们采用了先进的湿膜来进行图形转移。

  三 湿膜的特点

  1. 附着力、覆盖性好

  湿膜本身是由感光性树脂合成,添加了感光剂、色料、填料及溶剂的一种蓝色粘稠状液体。基材上的凹坑、划伤部分与湿膜的接触良好,且湿膜主要是通过化学键的作用与基材来粘合的,从而湿膜与基材铜箔间有优良好的附着力,使用丝网印刷能得到很好的覆盖性,这为高密度的精细线条PCB的加工提供条件。通过表一可以说明湿膜的附着力:

表一 干膜、湿膜附着力试验对比表

涂层类型 模 块 脱 落 比 例(%)  
6*6mil 7*7mil 8*8mil 9*9mil  
干膜 0.06
0.01 0.02 0  
湿膜 0 0 0 0  

表一的数据表明了湿膜的附着力比干膜好得多,相对于精细线条的制作湿膜要好得多。

  2.优良的分辨率

  湿膜与基材的接触性、覆盖性好,又采用底片接触式曝光,缩短了光程,减少了光的能损失、光散射引起的误差。这使湿膜的分辨率的一般在25μm以下,提高了图形制作的精密度,而实际生产中干膜的分辨率很难达到50μm。

  3.成本低廉

  湿膜的厚度可控,一般来说比干膜较薄,包装费用也低,相对来讲湿膜成本要低点。湿膜在精细线条的内层制作过程中合格率大大提高,同干膜相比节约20%的材料成本。显影湿的速度要快30%,蚀刻速度也可提高10—20%,褪膜的速度也可增加,从而节约了能源、提高设备的利用率,最终成本降低了。

  4.消除板边发毛

  贴干膜板边易发毛、易产生膜碎,在生产过程中会影响板子的合格率,印湿膜的板子边缘没有膜碎和发毛现象。

  四 湿膜的工艺流程

  我们公司根据自身条件,使用了多种湿膜,最后选用了北京力拓达的湿膜。其内层工艺操作流程如下:
刷板(基板前处理) → 丝网印刷 → 烘干 → 曝光 →显影 →蚀刻 → 去膜 
一般的双面板工艺流程:
刷板(基板前处理) → 丝网印刷 → 烘干 → 曝光 →显影 →电镀 → 去膜 → 蚀刻 

  五 湿膜应用时的操作要点

  1.刷板

  对前工序提供的材料(即生产板)要求板面无严重的的氧化、油污、折皱。我们采用酸洗(5%硫酸)喷淋,除去有机杂质和无机污物,然后使用500目的尼龙刷辊磨刷。刷板后要达到:铜表面无氧化、铜表面被均匀粗化、铜表面具有严格的平整性,还要铜表面无水迹。这种效果增强了湿膜与铜箔表面的结合力,以满足后续工序工艺的要求。刷板后的铜箔表面状态直接影响PCB的成品率。

  2.丝网印刷

  为达到需要厚度的湿膜,丝印前要选丝网,要注意丝网的厚度、目数(即单位长度上的线数)。膜厚同丝网的透墨量有关,油墨的理论透墨量(Uth)为:
Uth=Dw2 \(w+d)2 ×1000  
( D ─ 网沙厚度 d ─ 线径 w ─ 开口宽)

  实际透墨量还与湿膜粘度、刮胶压力、刮胶移动速度有关,为达到均匀覆盖,刮刀口要轫磨好。印后板面膜厚度要控制在15-25μm之间,膜过厚容易产生曝光不足、显影不好,预烘难控制,易造成战地片,操作困难。膜过薄易产生曝光过度,耐蚀性好,电镀时的绝缘性差,去膜也困难。制造0.15μm以下的精细线条,膜后应小于20μm.

  湿膜在用前要调好粘度,并充分搅拌均匀,静止十五分钟,丝印房间的环境要保持洁净,以免外来杂物落在面上影响板子的合格率,温度要控制在20℃左右,相对湿度要在50%上下。

  3.预烘  

  预烘参数使用第一面在80-100℃烘7-10分钟,第二面也在80-100℃烘10-20分钟。预烘主要是蒸发油墨中的溶剂,预烘关系到湿膜应用的成败。预烘不足,在贮存、搬运过程中易粘板,曝光时易粘底片,最终造成断线或短路;预烘过度,易显影不净,线条边缘由锯齿状。预烘直接影响到PCB的质量,所以在平时的操作重要经常测试湿膜厚度,并根据环境温度的变化调节烘箱的参数,经常检查烘箱的鼓风和循环系统是否良好。烘干后的板子要尽快曝光,最好不要超过12小时。

  4.曝光

  曝光是在紫外线的作用下,湿膜中的单体分子在吸收光能量后产生的光聚合反应过程。选用功率大的曝光机,以减少曝光时间和热量的累积,保证曝光图形的稳定性和减少粘底片。每班要保持曝光间洁净,以免杂物附着在版面造成沙眼、缺口、断线,做曝光尺来调整曝光时间,避免造成曝光量过大或曝光量不足,最后曝光级数要控制在6-8级之间。曝光时同一种印制单板尽量在同一位置曝光,尽量保证同一种板子棘手的能量相同。曝光量过大,抗蚀刻、抗电镀的效果较好,但存在去膜效果不理想及图形线路缩小(使用正片)或扩大(使用负片),曝光不足,造成显影不良,耐蚀性差,线条边缘发毛,线间距增大或减小,在蚀刻时易造成短路或断线。  

  5.显影

  显影是将没有曝光的湿膜层部分除去得到所需电路图形的过程。严格控制显影液的浓度(10-12g/l)、温度(30-34℃),显影液浓度太高或太低都易造成显影不净。优化显影速度使其与曝光量匹配,经常清洗喷嘴,让喷嘴的压力及分布一致。显影时间过长或显影温度过高,会对湿膜表面造成劣化,在电镀或酸性蚀刻时出现严重的渗度或侧蚀,降低了图形制作的精度要求。

  6.蚀刻和去膜

  蚀刻最终得到我们需要的电路图形,蚀刻液可以选用碱性三氯化铁、酸性氯化铜和氨水。蚀刻时不同铜箔厚度要使用不同的蚀刻速度,蚀刻速度还要与蚀刻液的温度、浓度匹配,经常维护蚀刻机的喷嘴,保持压力和喷液分布均匀,不然最后造成蚀可不均和边缘起铜丝,影响PCB的品质。去膜我公司采用4-7%的氢氧化钠溶液在50-60℃进行,主要是氢氧化钠使膜层膨胀再细分的过程,控制好参数孔内的湿膜也能褪掉。我们在特殊的双面板使用湿膜做图形转移达到了很好的效果。

  六 问题得到解决

  选用适当的湿膜,调整了大量的参数,根据不同的需要调整板面湿膜的厚度,使半成品的合格率达到99%,基本上解决了出现的问题。我们继续跟踪了三个月,没有什么大的波动,有时会因环境温、湿度的变化起一点变化,经我们调整参数,问题很轻松就解决了。由于湿膜能节约材料成本、设备成本、能源成本,给公司带来了经济利益,我公司在内层及单面板中使用湿膜。


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