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印制電路板,印制板加工
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高精度印制板關鍵加工工藝改進
來源:廣州煌牌自動設備有限公司    日期:2011-03-09    瀏覽量:

  1前言

  隨著電子產品向小型化、多功能化發展,印制電路板的設計密度更高、導線更細、孔徑更小,加工難度不斷增大。如果按照傳統工藝來加工,生產出的印制板不僅質量差,而且報廢多。要保證加工出滿足設計要求的高品質、高精度的印制板,降低報廢,應對印制板的圖形制作、蝕刻過程等關鍵環節的工藝進行有效控制。

印制電路板,印制板加工

  在印制板加工中,一般來說,報廢產生最多的環節就是蝕刻過程。出現報廢的最主要原因:(1)蝕刻過程參數控制不良,出現圖形部分線條變細、蝕刻不干凈造成短路;(2)圖形轉移不良,造成斷線、線條缺口、粗細不一致等。

  1印制板圖形制作環節控制

  印制板的加工流程是根據用戶的電路設計圖進行光繪,制作出照相底版后,再經過絲印感光膜、圖形曝光轉移,完成印制板的圖形轉移。圖形轉移品質的好壞直接影響印制板質量,尤其是精細線條的印制板。在圖形轉移中需要控制底版質量、絲印濕膜、曝光及顯影等環節。

  1.1控制底版質量是圖形轉移質量的前提

  在印制電路板的圖形轉移加工工藝控制中,底版的質量是保證電路板圖形轉移質量的關鍵環節之一。照相底版的品質直接影響電路板的圖形質量。

  底版是由電路設計的原圖,通過激光光繪機制版后制作而成的。底版的片基材料一般是175um厚的PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯),片基的要求是平整、無劃傷、無折痕,并在保質期內。

  經激光光繪后的底版,技術質量要求為:(1)符合設計原圖的技術要求;(2)電路圖形準確;(3)黑白強度比大即黑白反差大;(4)導線齊整、無變形:(5)經過拼版的底版圖形無變形或失真現象;(6)黑度均勻一致,黑的部分無針孔、缺口、毛邊、劃傷等缺陷;(7)透明部分無黑點及其它雜質。

  以上任意一個要求不符,在進行圖形轉移時將會產生印制板圖形制作不良,造成印制板加工的不良品甚至報廢。

  為保證圖形制作質量,特別是高精度、高品質的印制板,首先對光繪底版的制作、存放環境進行改進,保證環境的溫濕度,減少底版因溫濕度變化造成的變形。其次在光繪工段設有專職底版檢驗員,嚴格控制底版的品質,并且要求對圖形轉移使用的菲林底版,操作者在曝光前、中、后均需檢查所使用的底版是否有劃傷、雜質。全面控制底版質量。

  1.2絲印環節對圖形轉移質量的影響

  圖形轉移前覆銅板表面必須經過前處理,保證油墨絲印層與銅箔有良好的結合力。通常使用機械/化學聯合處理的磨板生產線,去除板面的氧化層及雜物。絲印感光膜的印刷厚度、預烘時間控制是本環節的控制關鍵。

  一般液態抗蝕感光油墨(俗稱濕膜)絲印的厚度,由所選用的絲網的目數來決定。根據加工經驗,選用絲印目數為120目一160目,刮板的硬度選用700—750來進行絲印,效果比較好。絲印后預烘的過程控制,嚴格按工藝參數操作。絲印環境要求無塵,防止灰塵、雜物落入絲印的板面,影響精細圖形的質量。

  由于絲印板面臟、油墨進孔、預烘過度或不足的板子均作退洗板處理。對剛絲印預烘完的板子,應靜置10min-15min后再轉到下道工序。

  1.3曝光、顯影環節對圖形轉移質量的影響

  印制板的圖形轉移真正實現是通過曝光和顯影工序。

  曝光工序首先控制環境清潔度、曝光機清潔、工作臺的清潔(按規定的清潔頻率)。在曝光過程中定時檢查清潔菲林底版、曝光機、臺面。對檢查過程中發現的問題及時改正、修補。

  圖形轉移還須對曝光參數、對位的準確度嚴格控制。曝光的能量、時間等參數控制,依據工藝參數嚴格執行。對絲印轉來的板子須冷卻至室溫后再進行曝光,并注意在印制板曝光后,靜置15min以上再進行顯影。同時注意顯影藥水、溫度、效果等環節對圖形轉移的影響。

  圖形轉移的最后是修板檢查,即全面檢查圖形的正確性、完整性,對不足地方進行修板。重點檢查圖形線路上有無可能造成斷線缺口的潛在缺陷;檢查濕膜層是否有露銅、針孔;是否有偏孔、掉膜;檢查圖形線路的顯影質量,線條是否有斷線、線細等問題,不合格板返洗,重新做。

  2蝕刻過程的質量控制

  印制板圖形蝕刻后,圖形線寬等的精度控制對印制板的質量至關重要。故在蝕刻過程中,如何控制影響蝕刻品質的各參數、蝕刻溶液等對印制板圖形精度質量影響比較關鍵。

  2.1蝕刻參數對印制板圖形精度的影響

  印制板的蝕刻工藝所用的蝕刻液種類較多,針對我們使用的堿性蝕刻液來說,影響其蝕刻效果的因素有銅離子濃度、pH值、氯離子濃度及溫度等。蝕刻液中Cu:+濃度、pH值、NH4Cl濃度和蝕刻液的溫度,都影響著蝕刻速率。要保證良好的蝕刻質量,需控制好上述各因素。

  2.1.1銅離子濃度

  蝕刻液中Cuz+起著氧化劑作用,其濃度的高低是影響蝕刻速率的主要因素。在印制板蝕刻過程中,隨著銅的不斷溶解,溶液的比重將不斷升高。經實踐證實:隨著銅離子濃度增加,蝕刻速率逐漸加快,但溶液中銅離子增加到一定程度時蝕刻速率反而下降。通過控制比重,來保證蝕刻液中銅離子的濃度。最佳的銅量濃度為90g/l-125g/I之間。

  2.1.2pH值

  由于氨水濃度大小直接影響蝕刻液的pH值,因此pH值影響即是氨水濃度對蝕刻的影響。通常控制蝕刻液的pH值在8.3—8.8之間。pH值低于8.0時,蝕刻速率減慢,且對金屬抗蝕層有侵蝕;而且蝕刻液容易出現沉淀,堵塞噴嘴,造成蝕刻困難。DH值高于9.0時,蝕刻的側蝕增大,影響蝕刻精度。當pH值保持在8.3—8.8時,蝕刻速率較理想,而且不會使錫變黑。

  2.1.3氯離子

  氯離子是以氯化銨(NH4Cl)形式加入蝕刻液中的。隨著蝕刻的進行,須不斷補加蝕刻鹽,其主要成分為NH4Cl,保證Cl-的含量,防止蝕刻速率降低。但Cl-含量過高時,又會引起金屬抗蝕層被侵蝕。經試驗證明,Cl-的含量為160g/L—175g/L時,蝕刻速率比較好;當低于140g/L時,則蝕刻速率較慢。

  2.1.4溫度

  一般來說,蝕刻速率隨溫度的升高而加快,而對側蝕與穩定pH值來講,溫度低則有利。但低于40℃時,蝕刻速率太慢,并會增大側蝕量,影響蝕刻精度。一般印制板的蝕刻溫度保持在45℃-50℃,對精細線路的蝕刻,則應保持在42℃-46℃范圍內,蝕刻速率快,且效果理想。高于50℃蝕刻,由于溶液蒸發快,氨氣加速逸出,致使蝕刻液不穩定,此時銅含量、氯離子含量增加,pH值下降,蝕刻速率反而變慢,造成“欲速則不達”。

  2.1.5蝕刻方式

  印制板蝕刻的質量與所選用設備的蝕刻方式關系密切。常用的蝕刻方式為噴淋蝕刻。蝕刻效果與設備的抽風速度、添加排放系統、噴嘴的形狀及噴灑壓力、輸送速率等有關。印制板在蝕刻傳輸中其上下兩面及左右兩邊的蝕刻速率也會有一定的差異,在按常規蝕刻時經常會出現上下蝕刻不均勻現象。

  通過試驗所獲得的經驗,即通過分別調節上下噴嘴的噴淋壓力、噴嘴的分布、角度進行改善,或者增加上噴嘴或下噴嘴的數量,來改善上下板面蝕刻不均的問題。

  對于印制板中心與其邊緣蝕刻不均勻的現象。通過采取壓力差的工藝方法或采用間歇式噴淋的蝕刻工藝方法來解決。

  對于小批量的高精細導電圖形的印制板,在蝕刻時還可采用單面蝕刻的方法。

  2.2蝕刻液的維護

  蝕刻是氧化還原反應,蝕刻液在使用時會消耗氨水。當氨量(pH值)減小時,會失去蝕刻能力,且會堵塞噴嘴。因此在對蝕刻液進行維護時,補充氨水使其溶液的pH值維持在8.0~9.0之間。

  通過維護使蝕刻液始終處于較佳的蝕刻狀態。在對印制板進行蝕刻時,應最大限度地減少側蝕、過蝕,提高蝕刻速率,提高印制板的圖形蝕刻質量。

  2.3側蝕的控制

  除了底版本身的質量要求,為保證圖形線條的制作精度,在光繪照相底版前,對所光繪的圖形線條,按所使用的材料、設計精度要求等進行工藝補償,以彌補蝕刻中因側蝕造成的印制板圖形中線條、焊環寬度的減少。

  印制板加工蝕刻后,普遍存在側蝕。由于側腐蝕造成線條普遍變細的情況,工藝制作上采取了在繪制底版時對線條進行工藝處理。根據多次試驗經驗,對線條進行加寬0.03mm-0.05mm的補償處理,使蝕刻時的側腐蝕得到了一定的彌補。經過蝕刻后板子的線寬比較接近規定值。

  2.4蝕刻設備的維護保養

  大家都知道,印制板加工是七分設備三分技術,設備在其中的位置是相當高的。蝕刻過程的質量控制也是與蝕刻過程的去膜機、蝕刻機等設備有關。

  從去膜效果檢查,去膜不徹底就會造成蝕刻后線條毛糙,細小間距的印制板連線等,影響蝕刻圖形精度與質量。對去膜機、蝕刻機等設備,根據運行現狀,進行定期清理、維護,特別是噴嘴清理。

  2.5蝕刻注意事項

  蝕刻時,必須堅持首件加工。通過首件加工來確定蝕刻的參數(速率、溫度等),判定所加工的板子經蝕刻后,圖形精度、線寬等是否符合要求。蝕刻首件檢查合格后,再進行批量加工。

  蝕刻工段配置了檢查工具一一刻度顯微鏡,加強蝕刻前后的檢查。對蝕刻前后的板子使用刻度顯微鏡檢查微帶線寬,及時發現問題,提高加工、檢驗質量。

  對于導線走向比較密集的圖形,應與蝕刻機的傳動方向相一致,防止蝕刻液在板面產生堆積問題,且在蝕刻時將導線比較密的一面朝下,導線疏的面朝上,也可改善印制板電路圖形兩面蝕刻的均勻性。

  蝕刻過程中,應隨時對蝕刻機進行檢查,檢查噴嘴的噴淋狀態,注意噴嘴是否堵塞、傳送帶運轉是否正常,防止蝕刻中機械故障、擦花線路和廢板發生。

  3結語

  高精度印制板制作環節涉及多個方面,其制作能力不僅是衡量生產設備、工藝水平和材料的配合能力,而且是反映員工素質、工序控制和生產管理的綜合水平。本文僅就工藝加工環節進行了討論。如何提高高精度印制板的制作合格率,只有各個環節做到位才能制作出性能可靠的高品質印制板。

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