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如何制作PCB板模版

  1、导语
  印制电路板的模版制作,是印制电路板生产的首道工序。印制电路板模版的质量,将直接影响到印制电路板的制作质量。在制作加工某个品种印制电路板时,必须具有一套与之相应的模版,它包括印制电路板每层导电图形(信号层电路图形和地、电源层图形)和非导电图形(阻焊膜制作图形和字符制作图形)。
  这里,让我们简单回顾一下多层印制电路板的制作工艺流程:
  (1) 生产前工具准备
  (2) 内层板制作
  (3) 外层板制作
  由上可见,印制电路板的模版使用,是贯穿于整个多层印制电路板的制作加工过程的。它包括生产工具中重氮片模版的翻制、内层图形的转移制作、外层图形的转移制作、阻焊膜图形制作和字符图形的制作。
  
        2、印制模版制作工艺技术及要求
  2.1 印制电路板模版的制作工艺流程如下:
  2.2  质量要求:
  (1)  模版的尺寸精度必须与印制电路板设计图纸所要求的精度相一致。考虑到各厂家印    制板制作能力的不同,有时需根据生产工艺造成的偏差进行补偿:
  (2)  模版的图形应符合设计要求,图形、符号完整;
  (3)  图形边缘应平直,不发虚;
  (4)  模版的黑白反差要大,满足感光工艺之要求(用光密度仪测试,银盐片密度应≥    2.76):
  (5)  双面和多层印制电路板的模版,要求焊盘的重合精度要好;
  (6)  模版各层应有明确的标志;
  (7)  在图形边框线外,按工艺要求添加定位孔图形、电镀夹具带、电镀用图形面积、    流胶槽图形和附联板图形;
  (8)  多层印制电路板之导电图形模版应尽量选择具有良好尺寸稳定性的材料。
  2.3  光绘设备
  采用的是RP312—NT(3000,6000andl2000dpi)(SWISSFirstEIESA)
  
        3、印制电路板模版的检验及品质控制
  3.1模版的检验
  印制电路板模版的检验,一般采用目检和自动光学检测(A01)等两种方法进行。目检模版的内容主要有以下几个方面:
  (1)模版胶片的外观检验
  模版胶片的外观检验一般不用放大,应定性检查模版的标记、外观、工艺质量和图形等方面。所谓目检,应为用肉眼在最有利的观察距离和合适的照明条件下,不用放大而进行的检验。检验合格的模版胶片,应是经过精细加工处理的、外观平整、无褶皱、破裂和划痕,且清洁无灰尘和指纹。
  (2)细节和细节之尺寸检验
  细节检验,一般通过使用线性放大约10倍的光学仪器,如光学投影仪进行。主要检察导线是否有缺陷、导线间是否有污点。其中,导线的缺陷包括针孔和边缘缺口等。
  细节之尺寸检验,须使用带有测量刻度并可进行读数的线性放大约10倍或线性放大约100倍的专用光学仪器,如读数显微镜进行。仪器的测量误差不能大于5%。
  (3)光密度检验
  光密度检验,指透射光密度检验。检验时,可以使用光密度计测量模版之透明部分和不透明部分,测量面积为lmm直径。
  3.2重氮底片(diazo film)的来料控制(IQC)
  由前所述,在多层印制电路板的制作过程中,分内层板制作和外层板制作两部分。根据内层图形转移和外层图形转移各自的特点,加之银盐片模版和重氮片模版各自之优势,行业内普遍采用下列手段进行:
  (1)多层印制电路板制作所需内层板之图形转移时,采用银盐片模版(silver film)进行。    具体为,我们采用多层印制电路板前定位系统之四槽定位孔进行图形转移制作;
  (2)对于多层印制电路板之外层或双面印制电路板之图形转移,采用重氮片模版(diazo film)进    行。
  鉴于多层印制电路板加工过程中,经常发生之重氮片模版变形的问题,有时需对重氮片底片进行来料质量控制,具体做法如下:
  ①掌握库房之重氮底片送达时间,并注意需立即将其运至温湿度控制之存货区;
  ②待重氮底片尺寸稳定后,每盒(50张)取样一张,并做上记号;
  ③选取某一图号之印制电路板银盐片模版,并按工艺要求进行翻版制作;
  ④采用专用之印制电路板两维坐标测量仪,进行图形尺寸之度量;
  ⑤对照照相底图(artwork)或银盐片模版之相应坐标数据,进行重氮片模版之变形性检查。具体结果请参见下表1和2:
  ⑥视上述结果,决定该盒重氮底片之接受或退货。
  此外,对于质量稳定且供应商资信度高之情况,可采取“STS”方式收货。
  重氮底片之来料检查结果,由表1和表2中之数据可得出以下处理意见:
  表1中,Diazo Film(1)之偏差超出要求值,故不予接受,作退货处理;Diazo Film(2)之偏差符合要求,可接收(略)
  2中,Diazo Film(A)和(C)可接收,Diazo Film(B)作退货处理。(略)
  对印制电路板模版的温湿度控制
  在印制电路板制程中,环境条件之温度和湿度的变动,主要会对模版之照相底片的尺寸稳定性产生一定的影响。若采用玻璃基材,可解决照相底片这一先天性不足,但玻璃基材照相底版的其他特性又不合适于印制电路板的生产。
  为了减少模版变形对印制电路板质量的影响,广大印制电路板制作厂家不得不花费高昂的代价来控制环境的变化,尽量减少环境对模版尺寸的影响。但随着现代印制电路板加工向高密度、高精度、高层数方向之发展,上述之努力仍不一定能满足其需求。
  环境温度和相对湿度是影响印制电路板模版尺寸变化的两个主要因素。模版尺寸偏差的大部分是由环境温度和相对湿度所决定的,总偏差中受环境温度和相对湿度影响的偏差与底片的尺寸成正比,模版之尺寸越大,总偏差越大。
  此外,在使用印制电路板模版时,应对底片的尺寸稳定性作测试,选择尺寸稳定性好的底片用于生产。其中,厚胶片(0.175mm—0.25mm)对环境变化的敏感程度要比薄胶片(0.1mm)小一些。
  与模版使用有关的工序之温湿度控制要求,参见下表3(略)
  温湿度要求进行控制外,还需注意下列几点:
  (1)一般情况下,对于未开封的原装底片,应保持在相对湿度50%,温度20的条件下储存和运输。
  (2)在底片使用前,应对底片作尺寸稳定处理(将底片开封并除去内包装,使其与环境空气接触24小时以上。)。
  (3)在底片曝光、冲洗后,应对底片作尺寸稳定处理,使其尺寸恢复到偏差允许之范围内。
  (4)在采用照相原版复制生产底片时,应先检查照相原版的尺寸,复制完成后再对复制的每一张底片进行检查,并在环境中搁置一段时间,以保证底片的尺寸稳定。
  (5)针对印制电路板内、外层制作之图形转移中,反复曝光对印制电路板模版的温度影响,可能致使模版变形。因此,在选择高质量曝光机的基础上,尚需对每副印制电路板模版的曝光使用次数进行控制。一般情况下,对于内层图形转移所用之银盐片模版,控制曝光使用次数为300次;对于外层图形转移所用之重氮片模版,控制曝光使用次数为200次。
  3.4模版使用对洁净度的控制
  众所周知,印制电路板发展的总趋势是导线宽度、线间距越来越小。因而,生产场所空气中所传播的尘粒污染物,成为造成产品缺陷的主要原因之一。
  (1)对模版制作的影响
  若当模版制作间内之环境较脏时,会有灰尘降落或被静电吸附到片基上,往往造成底片上图形缺陷。如在正片模版上,线条间附有尘粒,会造成翻版所得底片图形产生间距缩小,甚至短路的缺陷;反之,负片模版上,线条上沾污有灰尘,会造成翻版所得底片之图形导线会有缺口、针孔甚至断路的缺陷。
  (2)对干膜(或湿膜)和阻焊膜图形转移的影响
  若当环境脏污出现在干膜(或湿膜)和阻焊膜图形转移之工序时,生产模版、曝光框架或基板上会有灰尘杂物附著,又会增加图形缺陷的产生几率。由于灰尘粒的影响,在显影出的图形上,将会有针孔、麻点、缺口、残余甚至短路和断路等缺陷的存在。
  因此,需对与模版使用相关的工序,进行操作场所之净化程度的控制。参见下表4。
  表4相关工序净化等级要求(略)
  
        4、模版使用中常见问题分析及对策
  在印制电路板的制作过程中,由于多种原因的综合影响,会出现与模版有关的问题。其中,最多发生的是图形转移过程(干膜制板、湿膜制板和阻焊膜制作)中,出现模版与待加工板之一致性偏差。一旦发生此类问题,需视具体情况进行处理,以下将进行简单介绍。
  4.1重氮片模版之变形性度量
  鉴于多层印制电路板外层图形转移之特点,目前,采用后定位体系进行生产的广大印制电路板厂家,都采用通过由银盐片模版翻制重氮片模版,进行外层图形转移中曝光前之模版与待加工板的定位问题。
  在生产过程中,一旦发生模版与待进行图形转移板存在位置偏差问题时,首先想到且可以立即实施的是,对正使用之重氮片模版进行其变形性度量。将度量结果与原始银盐片模版之数据进行比较,以断定其是否有问题。参见下表5。
  (1)由上表可见,所度量之重氮片模版与其原始银盐片模版相较,其变形性超出了可接受值,说明在该模版之使用过程中,由于受环境之温湿度影响或该模版使用次数太多,造成了模版变形。解决办法很简单,可重新翻制该图号之重氮片模版,经检验合格后,直接用于生产。
  (2)若所度量之重氮片模版与其原始银盐片模版相较,其变形性未超出可接受值,需进一步对所用之银盐片模版进行变形性度量,并与该图号之照相底图数据进行对比,以确定其是否发生了变形。
  (3)综合上述两种情况,也可直接对需确定其变形状况之重氮片模版对照其照相底图数据,进行其变形性度量,且可省去对银盐片模版之度量。参见下表6。
  (4) 若通过对有疑问之重氮片模版进行度量,并将度量结果与其照相底图数据对比后,其变形性符合质量控制的要求时,需对待进行图形转移之印制电路板,进行钻孔位置精度的度量,从而决定下一步之对策。
  (5) 对于模版未发生超规定之变形或该图号生产板量较大时,可重新对该图号板按照实物板孔位进行光绘模版制作,并用于生产。
  4.2银盐片模版之变形性度量
  鉴于多层印制电路板内层图形转移之特点,目前,无论采用何种定位体系进行生产的广大印制电路板厂家,都采用银盐片模版直接进行多层印制电路板中内层图形转移之制作。
  在生产过程中,一旦发生内层图形与数控钻孔板出现位置偏差问题时,首先想到且可以立即实施的是,对正使用之银盐片模版进行其变形性度量。将度量结果与其照相底图数据进行比较,以断定其是否有问题。参见下表7。
  表7银盐片模版与其照相底图数据相比之变形性度量(单位:英寸)
  (1) 由上表可见,所度量之银盐片模版与其照相底图数据相较,其变形性超出了可接受值,说明在该模版之使用过程中,由于受环境之温湿度影响或该模版使用次数太多,造成了模版变形。解决办法很简单,可重新光绘该图号之银盐片模版,经检验合格后,直接用于生产。
  (2) 对于外层图形转移用之银盐片模版出现变形疑问时,也可通过上述相同之方法进行其变形性之度量,以确定相应之应对措施。
  (3)若对银盐片模版进行其变形性之度量后,确认其未发生变形。可对数控钻孔板进行其钻孔位置精度之度量,查出问题之正在产生原因,避免此类问题的再次发生。
  4.3待加工板之尺寸位置精度度量
  当发生重氮片模版或银盐片模版使用过程中,与待加工板之尺寸位置精度不相一致时,一方面需对所使用之模版进行其变形性度量,同时还需对钻孔之生产板进行其钻孔位置精度之度量,参见下表8。
  表8银盐片模版(重氮片模版)与其照相底图数据相比之变形性度量及生产板钻孔位置精度之度量(单位:英寸)
  由上表可见,银盐片模版与其照相底图数据相比,未发生变形;而重氮片模版与其照相底图数据相比,则有轻微变形发生。此外,通过对钻孔后生产板的度量,未出现严重之钻孔位置偏差。
  若经过对钻孔后生产板的钻孔位置精度之度量,出现较严重之偏差,可视生产板的数量、待加工板的性质(双面、多层印制版)、交货周期等因数进行处理。具体方法,前面已提及,在此不再重复。
  
        5、结论
  印制电路板加工过程之模版制作过程及品质控制看似简单,实则较复杂,整个过程涉及到诸方面的知识和技术。若想得到质量好、效益高的多层印制电路板,必须做好下述几点:
  (1)加强模版制作后的质量检查,有可能的情况下,采用AOI进行;
  (2)严格模版使用中的版本之唯一性控制,杜绝同一图号不同版本之模版同时出现于生产场所;
  (3)加强模版使用中表观质量控制,避免划伤所造成之缺陷的产生;
  (4)加强模版使用次数的控制,严格记录,并及时报废;
  (5)强化模版使用现场之温、湿度及净化程度控制;
  (6)时刻关注模版使用中可能出现之模版变形,并及时采取措施,为生产部门提供质量合格的模版。
  随着多层印制电路板向高层数、高密度、薄型化方向发展,加之HDI板的日益普遍,对模版的制作及品质控制提出了更高的要求。具体的应对措施有:改进曝光机的结构,采用全自动曝光机进行图形转移,并可对模版之轻微变形进行修正:采用激光直接成像技术,减少采用胶片模版之变形等问题。