DES技术发展介绍

講議大綱流程介紹製程原理品質控制異常及對策細線路製程發展方向結語前言“減成法”（Tenting&Etching）即保留需要的而去除不需要的加工方法;而與之對應“加成法”（additiveprocess）即將為將需要的部分添加上去的加工方法.目前葉界(包括PCB與FPC)絕大多數的生產仍以傳統的“減成法”為生產方式.在“減成”的製程中,DES作為線路形成(“減成”)的關鍵製程,一直是製程中的瓶頸.DES的製程能力直接決定了全製程的製程能力。因此，改善和提昇DES的製程能力，亦是改善和提昇全製程製程能力的前提。第一部份-流程介紹(一)DES全流程干膜來料顯影水洗蝕刻水洗剝膜水洗化學洗水洗烘乾轉CVL第一部份-流程介紹(一)顯影：顯影前段顯影後段水洗１水洗２吸干冷風吹干熱風烘干顯影前段：未感光干膜在此產生溶漲。顯影後段：未感光干膜在此被顯影液溶解帶走。二次水洗：防止顯影液及干膜污染板面。吸干：主要吸干板面水分和孔內部分水分。冷風吹干：主要吹脫板面水分和孔內部分水分。熱風烘干：烘乾板面水分和孔內水分。第一部份-流程介紹(二)蝕刻：蝕刻水洗蝕刻：形成線路。水洗:防止蝕刻液殘留板面造成污染。第一部份-流程介紹(三)剝膜：剝膜水洗酸洗水洗冷風吹干熱風烘干剝膜:剝去板面干膜。水洗:防止上流程藥液殘留板面造成污染。酸洗:中和剝膜鹼液。第二部分-制程原理（顯影）D/FCCLPI+ADA/WorMASKUVLIGHTD/FCCLPI+ADPI+ADCCLD/F顯影流程示意圖曝光顯影蝕刻剝暯基材乾膜曝光之乾膜銅箔DES流程示意圖第二部分-制程原理（顯影）在前面干膜製程的介紹里我們已經了解干膜係由一種負型自由基式的聚合物組成.未經過曝光光線照射並發生聚合反應之干膜之主要成分:Resist-COOH與顯影液的主要成分CO32－發生如下的反應:Resist-COOH+CO32－HCO3－+Resist-COO-本反應實際為一種皂化作用，故於程中會產生類似肥皂狀的泡沫,未聚合之干膜中負型自由基式的聚合物溶入溶液H20+CO32-HCO3-+OH–反應的平衡式為:K=[HCO3-][OH-]/[CO32-]PH=14+log｛K．[CO32-]/[HCO3-]｝第二部分:製程原理(顯影)為掌握顯影之品質，製程中需嚴格控制[CO32-]/[HCO3-]的濃度比值(PH值控制)，以得最佳之線路顯影效果,亦即可以通過控制PH值進而控制顯影之效果.生產中所需的CO32-通常由Na2CO3來提供,並通過更換槽液來維持顯影液中的[CO32-]/[HCO3-]濃度比值——這也是我們生產中保持每生產固定量產品需換槽的原因.當然,隨著工藝的更新,以的K2CO3代替Na2CO3用于顯影也逐步為行業所接受.K2CO3顯影相對於Na2CO3有著許多優點,在顯影品質上和操作上均較Na2CO3容易控制,以K2CO3顯影容易完成顯影液的自動添加.但是在生產成本上K2CO3顯影高于Na2CO3顯影.第二部分:製程原理(顯影)K2CO3與Na2CO3比較如下：對照項目K2CO3自動添加Na2CO3控制添加方式以PH值自動控制依照生產板數換槽控制顯影點固定60~62%變動48~60%配槽濃縮液體粉末主槽配槽頻率1次/5000m290次/1個月添加槽配槽頻率每月45次每月180次清槽頻率5000m21次每月多次停線管理每5000m22～4小時45小時以上每月槽液管理每周校正一次方便管理因配置當槽次數多,變數大粘稠懸浮物及硬水污垢沒有許多軟水減少到1/3~1/4廢液量54.6噸270噸產量增加20%第二部分:製程原理(蝕刻)蝕刻的原理是:利用氧化-還原反應(主要酸性蝕刻)或者是絡合反應(主要鹼性蝕刻)消耗無抗蝕刻層(Resist)之板面銅層,剩下所需線路銅層.反應的方程式如下:酸性蝕刻:Cu°+Cu2+→2Cu+-------------------(1)鹼性蝕刻:為何富葵不用鹼性蝕刻?第二部分:製程原理(蝕刻)在鹼性環境溶液中，銅離子非常容易形成氫氧化銅之沉澱，需加入足夠的氨水使產生氨銅的錯離子團，則可抑制其沉澱的發生，同時使原有多量的銅及繼續溶解的銅在液中形成非常安定的錯氨銅離子，此種二價的氨銅錯離子又可當成氧化劑使零價的金屬銅被氧化而溶解，不過氧化還原反應過程中會有一價亞銅離子)出現;鹼性蝕刻反應之中間態亞銅離子之溶解度很差，必須輔助以氨水、氨離子及空氣中大量的氧使其繼續氧化成為可溶的二價銅離子，而又再成為蝕銅的氧化劑週而復始的繼續蝕銅直到銅量太多而減慢為止。故一般蝕刻機之抽風除了排除氨臭外更可供給新鮮的空氣以加速蝕銅。因為鹼性蝕刻主要用于以電鍍層(PLATEDRESIST)為抗蝕刻層的PCB外層線路的生產,在這裡不做過多描述.第二部分:製程原理(蝕刻)a.CuCl2酸性蝕刻反應過程之分析銅可以三種氧化狀態存在，原子形成Cu°,藍色離子的Cu2+以及較不常見的亞銅離子Cu+。金屬銅可在銅溶液中被氧化而溶解，見下面反應式（1）Cu°+Cu2+→2Cu+在酸性蝕刻的再生系統，就是將Cu+氧化成Cu2+,因此使蝕刻液能將更多的金屬銅咬蝕掉。直覺的聯想，在氯化銅酸性蝕刻液中，Cu2+及Cu+應是以CuCl2及CuCl存在才對，即離子方程式(1)可知:Cu(銅箔)+CuCl2（二价銅）2CuCl(一價銅)(2)但事實非完全正確，兩者事實上是以和HCl形成的一龐大錯化物存在的:Cu°+H2CuCl4+2HCl→2H2CuCl3------(3)金屬銅銅離子亞銅離子其中H2CuCl4實際是CuCl2+2HCl2H2CuCl3實際是CuCl(不溶)+2HCl在反應式(3)中可知HCl是消耗品。式中因產生CuCl沉澱，會阻止蝕刻反應繼續發生，但因CL2的存在溶解CuCl，維持了蝕刻反應的循環進行。由此可看出HCl是氯化銅蝕刻中的消耗品，而且是蝕刻速度控制的重要化學品。雖然增加HCl的濃度往往可加快蝕刻速度，但亦可能發生下述的缺點。1.側蝕(undercut)增大，或者etchingfactor降低。2.若補充藥液是使用氯化鈉或HCL過量，則有可能產生氯氣，對人體有害。CL2是怎麼產生的???第二部分:製程原理(剝膜)氯酸鈉再生反應式:NaClO3+6HClNaCl+3Cl2+3H2O(4)Cl2+2CuCl2CuCl2(5)干膜曝光時的聚合是Resist-基團內的鏈狀(短鏈)斷開並在基團間鏈接形成高分子化合物的反應.此反應的生成物(即感光後干膜)是含-COOH的高聚物,該高聚物結構相對比較穩定,不溶于弱鹼[CO32-],但受-COOH基團的作用,仍呈弱酸性,可溶解于強鹼(NaOH).根據干膜的這一特性,在蝕刻後可以使用強鹼NaOH剝除殘餘干膜,即剝膜(stripping).第三部分:品質控制(顯影)根據顯影制程的原理,通過控制顯影液中的[CO32-]/[HCO3-]濃度比值保障顯影品質.銅箔D/F線路區CD上圖是對顯影側蝕的圖例,與蝕刻類似,當出現“水池效應”時顯影出現顯影側蝕.造成顯影不潔或膜渣.以最快速度的讓欲顯影的干膜表面接觸愈多新鮮的顯影液是保障顯影品質的方法。因為作用之顯影液溶解干膜濃度增高降低了溶解速度，須迅速補充新液以維持速度,否則則會出現水池效應造成側蝕的速度成倍增長并導致側蝕。因此,顯影時要保證顯影液的噴淋壓力.顯影噴淋壓力的控制可以避免出現顯影側蝕.第三部分:品質控制(藥水線別藥水槽名稱功能藥液組分管控指標供應商名稱評估報告(有/無)無無無異丙醇無丁基溶劑0.5-0.9mol/L無無抗氧化劑防止銅箔氧化甲醇0.8%-1.2%無無無DES1#,2#碳酸钠1#2#線顯影碳酸钠0.85%-1.1%無3#4#5#線顯影12%碳酸鉀0.85%-1.1%無5%乳化劑無10%安定劑無50%硫酸洗槽1%無微蝕槽濃度2%-5%無無鹽酸蝕刻槽配藥30%鹽酸3#2.0-2.6mol/L無4#2.0-2.6mol/L無5#2.0-2.6mol/L無蝕刻槽配藥鹽酸(5%)20-40cap無氯酸鈉(30)無無氫氧化鈉剝膜30%NaoH2.0%-3.0%無無無ME1#,2#,4#過硫酸鈉微蝕槽配藥98%過硫酸鈉50-90g/L無無無名泰化工原料行硫酸保養洗槽,及微蝕槽配藥信泰電子材料商行蝕刻液MT-101賀泰科技信泰電子材料商行名泰化工原料行顯影液MT-868名泰化工原料行信泰電子材料商行界面活性劑/洗滌助劑(醚類)名泰化工原料行銅面脫脂清潔劑CAU-71AKDES1#,2#,3#,4#,5#DES1#,2#,3#,4#,5#信泰電子材料商行消除顯影剝膜內泡沫DES1#,2#,3#,4#,5#DES1#,2#,3#,4#,5#消泡劑MT-4868DES1#,2#,3#,4#,5#及微蝕1#,2#,4#DES1#,2#,3#,4#,5#DES3#,4#,5#及ME1#2#4#DES3#,4#,5#第三部分:品質控制(顯影)顯像點Breakpoint(從設備透明外罩看到已經完全顯現出圖樣的該點的距離稱之)應落於50~70%間，不及,銅面有scun殘留,太過,則線邊有膜屑或undercut(與C/D值有關)過大.最好有自動添加系統(auto-dosing).另外噴灑系統設計良否也會影響顯像點.顯像良好的側壁應為直壁式者，顯像不足時容易發生膜渣(Scum)造成蝕刻板的短路、銅碎、及鋸齒突出之線邊，顯像機噴液系統之過濾不良時也會造成此種缺點。檢查Scum的方法可用５％之氯化銅溶液(CupricChlorideCuCl2)或氯化銨溶液浸泡，若銅面上仍有鮮亮的銅色時，即可判斷有Scum殘留.第三部份:品質控制(蝕刻)兩種Etchant對大部份的金屬都是具腐蝕性，所以蝕刻槽通常都用塑膠，如PVC(PolyVinylchloride)或PP(PolyPropylene)。唯一可使用之金屬是鈦(Ti)。為了得到很好的蝕刻品質－最筆直的線路側壁(衡量標準為蝕刻因子etchingfactor其定義見圖)第三部份:品質控制(蝕刻)不同的理論有不同的觀點，且可能相衝突。但有一點卻是不變的基本觀念，那就是以最快速度的讓欲蝕刻銅表面接觸愈多新鮮的蝕刻液。因為作用之蝕刻液Cu+濃度增高降低了蝕刻速度，須迅速補充新液以維持速度。同樣,這也是蝕刻必須保證壓力的原因.同樣,生產中的品質控制主要是通過調整蝕刻時間——即調整蝕刻速度製作初件來尋找達到最佳蝕刻效果的蝕刻條件.根據各料號所用干膜不同,且不同的時刻人、機、物、法、環的差異,蝕刻的品質會有一定的變化,在批良生產前,必須做初件進行確認,以保證蝕刻的質量.第三部份:品質控制(蝕刻)自動監控添加系統的使用,使蝕刻液各成分濃度維持在系統要求範圍內,以保證蝕刻品質.目前使用CuCl2酸性蝕銅水平設備者,大半都裝置Autodosing設備,以維持蝕銅速率,控制因子有五:1.比重2.HCl3.H2O24.溫度5.蝕刻速度第三部份:品質控制(剝膜)A.硬化後之乾膜在此溶液下部份溶解，部份剝成片狀，為維持藥液的效果及後水洗能徹底，過濾系統的效能非常重要.B.有些設備設計了輕刷或超音波攪拌來確保膜的徹底，尤其是在外層蝕刻後的剝膜,線路邊被二次銅微微卡住的乾膜必須被徹底剝下，以免影響線路品質。也有在溶液中加入BCS幫助溶解，但有違環保，且對人體有害。C.有文獻指K(鉀)會攻擊錫，因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹慎評估。剝膜液為鹼性，因此水洗的徹底與否，非常重要，內層之剝膜後有加酸洗中和，也有防銅面氧化而做氧化處理者。剝膜注意事項第四部分:異常及對策蝕刻速度過慢依照線寬規格要求,調快蝕刻速度,執行初件制度,初件量測線寬合格后方可生產;曝光時底片上有臟點沒清洁干凈按標準作業方式清潔曝光底片;顯影蝕刻藥液反應過快造成溫度過高停止生產,用冰水降溫到條件設定表規定范圍內再生產;顯影/蝕刻藥液濃度不在條件設定范圍內依化驗員分析結果,調整顯影/蝕刻藥水濃度合格后再生產;機台保養未落實(如:滾輪結晶刮傷基材造成斷線)用水清洗滾輪結晶;不良原因斷線及缺口不良狀況改善措施第四部分:異常及對策殘膜或蝕刻速度過快