胡友作 薛衛(wèi)東 何 為 黃雨薪

（電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院，四川 成都 610054）

呂文驅(qū) 羅 旭 劉振華 李啟軍

（梅州博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514000）

撓性印制電路板具備輕、薄、短、小、結(jié)構(gòu)靈活的特點(diǎn)，可以同時(shí)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)撓曲。其安裝和連結(jié)的撓性特征、高密度電路的精確性、耐熱性、電路終端選擇的多樣性以及材料和空間的有效使用等特性，使得撓性印制電路板得到了廣泛的應(yīng)用[1]。尤其是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的COF封裝技術(shù)[2]，大大的推動(dòng)了撓性印制板精細(xì)線路的制作。其中，撓性單面板是用途最多、用量最大的撓性印制版種類。

精細(xì)線路的制作是印制電路板制成能力的重要考量因素。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的電路板行業(yè)和集成度不斷提高的封裝技術(shù)，精細(xì)線路的制作顯得尤為重要。由于精細(xì)線路的制作受到材料和設(shè)備的很大限制[3][4]，很有必要對(duì)其中各因素對(duì)線路精細(xì)度的影響進(jìn)行探索。

本論文是在博敏電子股份有限公司公司原有的制成能力為70μm/70μm的設(shè)備基礎(chǔ)上，對(duì)即將投入生產(chǎn)的撓性板的精細(xì)線路進(jìn)行初步試驗(yàn)，擬用正交試驗(yàn)法制作理論線寬為40μm的線路時(shí)，曝光能量、顯影速度和蝕刻速度等因素的影響及其優(yōu)化參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

微蝕減銅線，自動(dòng)干膜壓合機(jī)，平行曝光機(jī)，DES線，線寬測(cè)量?jī)x。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

旭化成干膜YQ-40SD，生益SF302單面有膠壓延銅箔，聚酯菲林，蝕刻液，顯影液，退膜液。

2 精細(xì)線路制作優(yōu)化工藝

2.1 精細(xì)線路制作流程

原有的制成能力為70μm/70μm的設(shè)備的線路制作流程包括：開料、前處理、貼干膜、曝光、顯影、蝕刻、退膜和IPQC工序。針對(duì)制作理論線寬為40μm的精細(xì)線路，我們采用了制作流程如圖1。

圖1 40μm/40μm精細(xì)線路工藝流程圖

2.2 試驗(yàn)因素的選擇

本實(shí)驗(yàn)選用基材是撓曲性能更好的壓延銅箔，厚度為18μm。由于精細(xì)線路制作時(shí)，較薄的面銅可以減少線路的側(cè)蝕和水溝效應(yīng)，即不會(huì)出現(xiàn)有過(guò)多的蝕刻液聚集在比較精細(xì)的線路間而造成新舊蝕刻液互相轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。為此，本實(shí)驗(yàn)采用減銅法先將銅箔厚度減至13μm。同時(shí)，經(jīng)過(guò)了減銅后的銅面已經(jīng)處于粗糙的狀態(tài)，可以很好的與干膜結(jié)合，因此不用再對(duì)板面進(jìn)行貼干膜前處理工序。對(duì)于干膜厚度，精細(xì)線路的制作選用分辨率較好的薄干膜較好。在精細(xì)線路的制作中，影響線間距的因素很多，比如銅箔厚度、銅箔類型、蝕刻壓力、顯影壓力等。

由于曝光時(shí)，干膜中的感光劑會(huì)吸收相應(yīng)波長(zhǎng)的光波而發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)。對(duì)高密度、精細(xì)導(dǎo)線的成像,光源的特性會(huì)直接影響曝光的質(zhì)量。曝光完畢的板在放置15分鐘后進(jìn)行顯影，顯影過(guò)程中未參加交聯(lián)聚合反應(yīng)的光致抗蝕劑會(huì)與顯影液中的Na+作用，生成親水性集團(tuán)-COONa，從而被溶解下來(lái)。因此顯影時(shí)得防止顯影速度過(guò)慢而使露銅的兩邊膜受到顯影液的腐蝕，造成導(dǎo)線變形失真。顯影速度過(guò)快則會(huì)使顯影液不能達(dá)到精細(xì)線路的線間，造成顯影不凈，產(chǎn)生大量的余膠。蝕刻工藝時(shí)是將未被抗蝕劑遮蓋的銅用蝕刻液蝕刻掉，此次試驗(yàn)用的蝕刻液是H2SO4/H2O2。除了水池效應(yīng)外，蝕刻速度精細(xì)線路制作的影響最大。所以本文重點(diǎn)考察對(duì)精細(xì)線路制作影響較大的曝光能量、顯影速度和蝕刻速度三因素。

2.3 實(shí)驗(yàn)的參數(shù)水平

本文采用正交試驗(yàn)法[5]對(duì)影響線間距的因素——蝕刻速度、顯影速度和曝光能量進(jìn)行正交試驗(yàn)，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，具體見表1。

表1 因素-水平表

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)步驟與安排

剪裁9張規(guī)格為150 mm×250 mm的的單面撓性板，從1號(hào)至9號(hào)分別編號(hào)，每個(gè)號(hào)對(duì)應(yīng)表2中的試驗(yàn)號(hào)。用H2SO4/H2O2蝕刻液進(jìn)行減銅，將銅箔厚度減至13μm。減銅后不再對(duì)板件進(jìn)行貼膜前處理，直接用自動(dòng)貼膜機(jī)進(jìn)行貼膜。在保證曝光機(jī)真空度達(dá)到90%以上后，用聚酯菲林進(jìn)行曝光。放置15分鐘后調(diào)整相應(yīng)的顯影速度進(jìn)行顯影。顯影后的板用線寬儀進(jìn)行線路檢測(cè)。然后進(jìn)行蝕刻、退膜工藝，用線寬儀進(jìn)行第二次線路檢測(cè)，分析數(shù)據(jù)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

精細(xì)線路的制作中，每個(gè)因素都會(huì)對(duì)線路的最終成型起著一定的作用。其中顯影后的線路質(zhì)量能夠很好的反應(yīng)出曝光和顯影工藝對(duì)線路的影響。試驗(yàn)在設(shè)定指標(biāo)時(shí)選用了由兩因素三水平進(jìn)行全面試驗(yàn)得到的顯影后線寬，獨(dú)立對(duì)顯影和曝光兩個(gè)工藝進(jìn)行研究。這樣以來(lái)，正交試驗(yàn)不僅能夠優(yōu)化出適合精細(xì)線路的的指標(biāo)、因素。還能進(jìn)一步說(shuō)明在不同階段，不同因素、水平所起的作用。

由表2可知，試驗(yàn)6、8在顯影后的線寬最接近理論值，但是線路都有不同程度的干膜起翹和顯影不凈的問(wèn)題。9號(hào)試驗(yàn)線間距仍然在誤差范圍內(nèi)，由圖3可以直觀的看到試驗(yàn)6、8和9號(hào)的兩種試驗(yàn)指標(biāo)下的線路形狀。其中9號(hào)試驗(yàn)在顯影后線路筆直，沒有干膜起翹或者曝光過(guò)度而產(chǎn)生余膠等現(xiàn)象。而6號(hào)試驗(yàn)的線路邊緣露的兩邊受到了顯影液的攻擊造成干膜起翹，從對(duì)應(yīng)的蝕刻結(jié)果可知過(guò)度顯影造成了干膜附著力的下降，容易造成過(guò)度蝕刻。9號(hào)試驗(yàn)在蝕刻后線間距達(dá)到理論值，線路形狀良好，無(wú)嚴(yán)重側(cè)蝕等問(wèn)題。

表2 試驗(yàn)安排及其結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果由全面試驗(yàn)法得到的顯影后線寬和正交試驗(yàn)法得到的蝕刻后線寬組成，其中只由曝光能量和顯影速度組成的全面試驗(yàn)法較精確的得出在曝光能量為60 mj/cm2，顯影速度為2.8 m/min時(shí)得到的線路最接近理論值，形狀最好。

圖2 6、8和9號(hào)試驗(yàn)的試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)比圖

由蝕刻后線寬的試驗(yàn)指標(biāo)的極差分析可知，各因素對(duì)精細(xì)線路的影響順序是B＞A＞C。其指標(biāo)-因素如圖3所示。按照實(shí)際線寬與理論線寬的差值不大于20%的原則，線寬值在32μm ～ 48μm時(shí)為最佳值。由試驗(yàn)結(jié)果可得出最佳的試驗(yàn)組合是A1B3C2。即5.5 m/min的蝕刻速度、2.8 m/min的顯影速度和60 mj/cm2的曝光能量。由試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)顯影速度對(duì)精細(xì)線路影響最大。在顯影后線路較筆直，無(wú)余膠殘留和干膜起翹的線路，在蝕刻后得到的線路線間距最接近理論值，并且線路無(wú)嚴(yán)重的側(cè)蝕。相反在顯影時(shí)已經(jīng)有過(guò)顯的線路在蝕刻后，即使選用較大的蝕刻速度也會(huì)出現(xiàn)果實(shí)可的現(xiàn)象，原因是過(guò)顯影導(dǎo)致干膜附著力下降，在蝕刻過(guò)程中，蝕刻液很容易蝕刻到干膜覆蓋著的線路。因此，在制備精細(xì)線路的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)控制好顯影的參數(shù)。

圖3 精細(xì)線路試驗(yàn)指標(biāo)-因素圖

5 結(jié)論

本文通過(guò)在正交試驗(yàn)中安排全面試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)進(jìn)一步探討了精細(xì)線路制作工藝的參數(shù)優(yōu)化。通過(guò)9次試驗(yàn)得到了兩個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)，由顯影后的線寬得出，當(dāng)曝光能量過(guò)大時(shí)會(huì)使得線路過(guò)度曝光，從而即使選用較小的顯影速度也會(huì)有余膠停留在線間。曝光能量過(guò)小的話，因?yàn)楣庵驴刮g劑沒有得到完全的反應(yīng)，所以在顯影速度很大時(shí)也會(huì)有有線路被沖掉。反之，在曝光能量適當(dāng)時(shí)，顯影速度過(guò)快或過(guò)慢都會(huì)引起線路的變形。由此可知，精細(xì)線路制作的每一步都該確保參數(shù)的正確。由蝕刻后的線寬可知，在曝光和顯影都選用最佳的參數(shù)值時(shí)，用較快的蝕刻速度對(duì)精細(xì)線路的制作更有利一些。由正交試驗(yàn)得出試驗(yàn)的最佳工藝參數(shù)是A1B3C2，影響精細(xì)線路的主要因素是顯影速度。

[1]Joseph Fjelstad, Flexible Circuit Technology[M]. BR Publishing, Inc, 2006.

[2]劉尊奇, 張勝濤. RTR(Roll to Roll)方式制作25μm/25μm COF精細(xì)線路的參數(shù)優(yōu)化[J]. 印制電路信息,2009, NO9, p41～45.

[3]Fuhan liu,Venky Sundaram.Ultra-Fine photoresisit image formation for next generation high-density PWB substrate.International microelectronics and packaging society.2000,NO3, p339～345.

[4]何為. 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)法及其在化學(xué)中的應(yīng)用[M]. 電子科技大學(xué)出版社, 2004.

[5]張懷武, 何為, 胡文成, 唐先忠. 現(xiàn)代印制電路原理與工藝[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.