DES技术发展介绍

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1、講議大綱n流程介紹流程介紹n製程原理製程原理n品質控制品質控制n異常及對策異常及對策n細線路製程發展方向細線路製程發展方向n結語結語 前前 言言 “減成法減成法”（Tenting&Etching）即保留即保留需要的而去除不需要的加工方法需要的而去除不需要的加工方法;而與之對應而與之對應“加成法加成法”（additive process）即將為將需要即將為將需要的部分添加上去的加工方法的部分添加上去的加工方法.目前葉界目前葉界(包括包括PCB與與FPC)絕大多數的生絕大多數的生產仍以傳統的產仍以傳統的“減成法減成法”為生產方式為生產方式.在在“減減成成”的製程中的製程中,DES作為線路形成作為線

2、路形成(“減成減成”)的的關鍵製程關鍵製程,一直是製程中的瓶頸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的製程能力直接決定了全製程的製程能力。因此，能力。因此，改善和提昇改善和提昇DES的製程能力，亦的製程能力，亦是改善和提昇全製程製程能力的前提。是改善和提昇全製程製程能力的前提。第一部份第一部份-流程介紹流程介紹(一一)DES全流程全流程干膜來料干膜來料顯影顯影水洗水洗蝕刻蝕刻水洗水洗剝膜剝膜水洗水洗化學洗化學洗水洗水洗烘乾烘乾轉轉CVL第一部份第一部份-流程介紹流程介紹(一一)顯影：顯影前段顯影前段顯影後段顯影後段水洗水洗水洗水洗吸干吸干冷風吹干冷風吹干熱風烘干熱風烘干顯影

3、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。第一部份第一部份-流程介紹流程介紹(二二)蝕刻：蝕刻蝕刻水洗水洗蝕刻：形成線路。水洗:防止蝕刻液殘留板面造成污染。第一部份第一部份-流程介紹流程介紹(三三)剝膜：剝膜剝膜水洗水洗酸洗酸洗水洗水洗冷風吹干冷風吹干熱風烘干熱風烘干剝膜: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。第二部分第二部分-制程原理（顯影）制程原理（顯影）D/FCCLPI+ADA

4、/W or MASKUV LIGHTD/FCCLPI+ADPI+ADCCLD/F顯影流程示意圖顯影流程示意圖曝光曝光顯影顯影蝕刻蝕刻剝暯剝暯 基材乾膜曝光之乾膜銅箔DES流程示意圖流程示意圖第二部分第二部分-制程原理（顯影）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

5、 +CO32-HCO3-+OH 反應的平衡式為:K=HCO3-OH-/CO32-PH=14+logKCO32-/HCO3-第二部分第二部分:製程原理製程原理(顯影顯影)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

6、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.第二部分第二部分:製程原理製程原理(顯影顯影)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6062%變動4860%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5000m224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

7、許多軟水減少到1/31/4 廢液量54.6噸270噸產量增加20%第二部分第二部分:製程原理製程原理(蝕刻蝕刻)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+2 Cu+-(1)鹼性蝕刻:為何富葵不用鹼性蝕刻?第二部分第二部分:製程原理製程原理(蝕刻蝕刻)在鹼性環境溶液中，銅離子非常容易形成氫氧化銅氫氧化銅之沉澱，需加入足夠 的氨水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

8、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(PLATED RESIST)為抗蝕刻層的PCB外層線路的生產,在這裡不做過多描述.第二部分第二部分:製程原理製程原理(蝕刻蝕刻)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

9、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+2 Cu+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(Cu(銅箔銅箔)+CuCl)+CuCl2 2（二价銅）（二价銅）2CuCl(2CuCl(一價銅一價銅)(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 +2H

10、Cl 2H2CuCl3實際是CuCl(不溶不溶)+2HCl 在反應式(3)中可知HCl是消耗品。式中因產生CuClCuCl沉澱沉澱，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.側蝕側蝕(undercut)增大，或者增大，或者etching factor降低。降低。2.若補充藥液是使用氯化鈉或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。過量，則有可能產生氯氣，對人體有害。CL2 是怎麼產生的是怎

11、麼產生的?第二部分第二部分:製程原理製程原理(剝膜剝膜)氯酸鈉再生反應式氯酸鈉再生反應式:NaClONaClO3 3+6HCl NaCl+3Cl+6HCl NaCl+3Cl2 2+3H+3H2 2O (4)O (4)ClCl2 2+2CuCl 2CuCl+2CuCl 2CuCl2 2 (5)(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N

12、aOH剝除殘餘干膜,即剝膜(stripping).第三部分第三部分:品質控制品質控制(顯影顯影)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.銅箔銅箔D/F線路區線路區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.第三部分第三部分:品

13、質控制品質控制(藥水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ME

14、1#,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#

15、,5#及ME1#2#4#DES3#,4#,5#第三部分第三部分:品質控制品質控制(顯影顯影)顯像點Break point(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5070%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的方法可用之氯化銅溶液(Cupric Chloride CuCl 2)

16、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.第三部份第三部份:品質控制品質控制(蝕刻蝕刻)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(Poly Vinyl chloride)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 etching factor其定義見圖)第三部份第三部份:品質控制品質控制(蝕刻蝕刻)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

17、+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.第三部份第三部份:品質控制品質控制(蝕刻蝕刻)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Auto dosing設備,以維持蝕銅速率,控制因子有五:1.比重 2.HCl 3.H2O2 4

18、.溫度 5.蝕刻速度 第三部份第三部份:品質控制品質控制(剝膜剝膜)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第四部分:異常及對策異常及對策蝕

19、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第四部分:異常及對策異常及對策殘膜或蝕刻速度過快,曝光吸真空不良1.依照線寬規格要求,調慢蝕刻速度后做初件,量測線寬合格后再生產.;2.清理物料筐內之殘膜;3.使曝光机內真空值到

20、-700mmHg以 上蝕刻速度過快銅箔邊緣鍍銅太厚調慢蝕刻速度并量測線寬O K后,檢 測蝕刻無連線殘銅后再生產;顯影不潔或過度,顯影藥液超標或顯影速度過快過慢1.分析濃度并依照結果進行調整;2.依 照 條件設定表确定顯影速度是否在設定范圍內;3以 上都不行則做顯影B P點實驗确定顯影最佳速度範不良狀況不良原因改善措施連線第四部分第四部分:異常及對策異常及對策折痕1.滾輪或風刀位置不對;2.噴 壓不均造成薄板皺折;3 人 員動作不規范4.單 面 板前拉導板脫落;1.對滾輪風刀進行檢查及調整;2.在條件設定范圍內調整噴壓到無折傷;3.依照SOP標准糾正;4.前拉導板貼雙層不殘膠帶刮傷機台保養未落實

21、造成滾輪藥液結晶用水清洗滾輪結晶;側蝕蝕刻藥液濃度不當干膜附著不良1.依化驗員分析結果,調整藥水濃度;2.重 新 确 定壓膜條件不良狀況不良原因改善措施第四部分第四部分:異常及對策異常及對策藥液殘留剝膜液濃度過高或溫度過高1.加水后再分析并調整;2.待冰水降溫正常后再生產線寬過細或過寬蝕刻速度過快或過慢1.依照線寬規格要求及條件設定表進行初件檢查及抽樣檢測,線寬合格后才可以生產2.初件檢查及抽樣用二次元量測線寬線寬用SPC剝膜不淨剝膜速度過快或干膜剝膜前被烘乾1.按SOP條件控制剝膜速度;2.嚴格控制剝膜前干膜板不經過烘乾;不良狀況不良原因改善措施第五部分第五部分:結語結語高密度細線路高密度細

22、線路之無之無DES技桁技桁 電路板的密度以往主要受限於鑽孔的尺寸，因此似乎線路密度成長的迫切性也就沒有那麼高。細線路由於鑽孔技術的進步及MCM-L技術的需求，近來備受重視。而運用傳統的Tenting&Etching(“減減成法成法”)技術，想作到小於1OOm的線路走十分困難的。Additive process(“加成法加成法”)能降低甚至避免蝕刻的問題，只是必須使用特定的物料與流程，因此在電子封裝領域較少被運用。A.Additive Process其銅線路是用電鍍光阻定義出線路區，以電鍍方式填入銅來 達形成線路。此類製程分為Semi Additive與Fully Additive兩類，Semi

23、 Additive 利用壓合薄銅於各類樹脂上，再以電鍍及蝕刻達到形成線路的目的。Fully Additive則是利用樹脂表面粗化，其後塗布加強黏合層以改善無電銅與板面連 結強度，之後以無電解銅長出線路。(問題點問題點:製程複雜,設備成本高,在部分COF上應用)典型的線形式Subtractive/Semi Additive/Fully Additive示意如下圖:相對於相對於“減成法減成法”來說來說,“加成法加成法”的方法的方法在業界使用尚少在業界使用尚少,介紹給大家以提供一介紹給大家以提供一種製程的思路種製程的思路.第五部分第五部分:結語結語高密度細線路高密度細線路之無之無DES技桁技桁 B.

24、無電解銅在Additive製程方面是極為重要的尤其是高品質高選擇性的無電解銅，是高密度高信賴度板使用該製程的必要條件。然而一般無電解銅析出速率約為22.5m/Hr其析鍍時間相對可縮短為24分之一。目前問題點:對無電解銅而言，抗鍍光阻(鍍孔銅的 shelter-mask干膜)的剝離是最嚴苛的問題，由於光阻會操作在70的 鹼性化學銅液中，介面間的應力及光阻膨鬆是被認為剝離的主要動力。化學銅反 應產生的氫氣，原有的薄氧化銅表層因還原反應而失去鍵結力，都是剝離的可能 原因。第五部分第五部分:結語結語高密度細線路高密度細線路之無之無DES技桁技桁 改善方法:1.較有效的防止剝離方式可以考慮對表面施以不同

25、的金屬處理。底銅的化學電位相 對於氫為-600mV，氧化銅相對於氫的還原位為-355mV，由於還原電位高於電化反 應因此還原反應極易產生剝離。若要保持良好的鍵結力就必須找一個更低電位的 金屬覆於其上以防止反應。Zn/Sn/Ni都是有機會的金屬，以鋅而言經實驗證明 適當的覆蓋厚度可得到承受浸泡化學銅40Hr仍不會剝離的結合效果，其經驗厚 度約為0.50.1mg/cm2，金也是可選擇加強結合力的金屬。2.傳統的光阻(D/F)是以溶劑型為主，但因環保問題而使業界對配方有所調整，加入親水 性物質，光阻可使用水溶液顯影。但一般水溶性光阻由於是鹼性顯影系統，用 化學銅抗電鍍將因親水分子過多而產生膨鬆問題。

26、因此有新系統發展出來，親水 分子調整至最佳狀況後以低鹼性鹽及高揮發點溶劑組合成顯影液，顯影液之最大 成份仍為水，如此不會有燃燒的危險。而此光阻劑可承受約40小時化學銅浸泡 不致有問題，只是光阻難免有溶出物會影響鍍液析出速度及鍍出品質，因此其配 方是必須考慮以減少影響為目標。一般負型光阻其本身會吸收光源能量，因此改 善光阻透光性以獲得良好筆直的壁面，是光阻改善的方向。有部份光阻已可作到 光阻厚度76m厚度以下,30m線寬間距的解析度。第五部分第五部分:結語結語高密度細線路高密度細線路之無之無DES技桁技桁 其它問題:電鍍過程中如何防止雜質顆粒的產生，對細線路而言將是一大課題。對Semi addi

27、tive製程而言，電鍍若先使用高溫鍍銅(化學或電鍍)，再以較冷的鍍錫槽 鍍保護層，由於光阻會因熱脹冷縮而在銅線路與光阻頂端產生約1m的空隙，因此鍍錫時線邊緣也會大部份被錫鍍上，因此可加強保護效果獲得更好的線路。C.薄膜技術也可用於細線製程，一薄層Cr-Cu底層金屬以濺鍍鍍於底材上，以22 m厚的光阻作業，(類似:直接電鍍形成線路)以Semi additive製程化學銅浸約4Hr，去除光阻後由於底 層薄膜很薄，因此用Ion milling即可，不必作錫保護。Fully additive是另一種方式，其作業是以UV型乾膜式增黏劑(Adhesive)壓覆 於樹脂面，UV聚合後鑽孔粗化再以活化劑(觸媒)覆於表面，其後以光阻定義出 備鍍區，為使光阻能抗鹼可用UV光將光阻固化，再以化銅填入備鍍區，其後光 阻本身也保留成板面的一部份。觸媒一般多用錫鈀膠體，若附以適當厚度既可啟 始化銅反應同時能保有一定絕緣電阻。