乾膜掩孔破裂問題探討

乾膜掩孔破裂問題探討 HKPCA Journal No. 8 乾膜掩孔破裂問題探討 廣州市豪冠貿易有限公司 吳少凡 前言 線路板的製作複雜,問題多,常有“莫名其妙來,莫名其妙去”的說法。而乾膜掩孔破裂問題也經常來無影,去無蹤;問題來時,工程師和問題解決的參與者一般從以下幾方面著手: 1( 降低貼膜溫度、壓力; 2( 改善鑽孔披鋒狀況; 3( 提高暴光能量; 4( 降低顯影壓力,增大顯影點; 5( 檢查顯影的噴淋效果並調整。 通常上述的方法是有效的;但有時上述或更多的方法都已試過,問題仍無大的改善;不知何時何故,又恢復了原來的低缺陷率。 筆者對曾跟進此“莫名其妙”的問題,發現有一個重要因素——張力太大,往往被忽略。本文從張力的角度作,有不當之處敬請提出寶貴意見。 張力對乾膜掩孔的影響分析 圖:一:為貼膜後暴光前孔的截面圖,由於存在以下幾種情況的作用: 图(一) 1( 為防止貼膜起皺,給熱轆與乾膜卷之間的乾膜一個張緊力; 2( 自動貼膜機的真空吸盤與乾膜之間存在較大的摩擦力; 3( 貼膜瞬間熱轆的鐵氟龍材料在壓力下變形而令乾膜隨之變形產生拉伸力; 4( 貼膜後被封在孔內的熱空氣的溫度逐漸下降至環境溫度,形成低壓區; 5( 空氣中含有大約1/4體積的O2,將與相對於它裸露的藥膜反應而絕大部分被消 耗掉,進一步形成低壓區; 從而使乾膜的保護膜在掩孔的範圍內受到較大的“拉力”,這就是作用於乾膜保護膜上的“張力”:δ1=δ2:。此時乾膜保護膜本身有強烈的收縮傾向,但由於未暴光的的D/F為半 Page 1 of 6 HKPCA Journal No. 8 流體,其延展性很好,幾乎不存在“張力”。 图(二) 圖:二:所示的是暴光後,顯影前撕保護膜的瞬間,未被撕起的保護膜仍維持著原有的張力δ2,由於保護膜與乾膜之間存在著靜摩擦力,則乾膜也存在著張力δ1' δ1' =δ2 也就是說,乾膜的保護膜撕掉後,原先保護膜上的張力轉移到已光致固化的藥膜上去。 如果乾膜所承受的最大張力δb,安全係數為n,即 δ'1?δb/n :1: 時,掩孔乾膜將不會破裂。當 δb ?δ1, :2: 則圖:二:的A部分會馬上破裂,也就是說,撕保護膜的瞬間,D/F即會破裂,當 δb/n?δ1'?δb :3: 時,掩孔的已暴光的乾膜處於不穩定狀態,仍會破裂。細心的生產和技術人員會發現有時顯影前就會有掩孔乾膜破裂的現象,就是這個道理。 分析到這兒,或許有人問:本來撕保護膜前乾膜幾乎是沒有張力的,撕保護膜的過程中是由於保護膜的作用才會有張力,撕完保護膜了,其張力便自動消失,應該不會有什麼影 图(三) Page 2 of 6 HKPCA Journal No. 8 響。 事實上,由於暴光後的乾膜已較大程度固化,張力不可能完全消失。如圖:三:所示,由於張力δ1’的存在,使保護膜有一個向外的作用力F F=:P0-P:*A :4: 其中P,P0為掩孔內外的氣壓,A為掩孔的截面積。 图(四) 保護膜被撕掉後,若要維持平衡的狀態,則乾膜應朝圖:四:所示的虛線方向變形,也就是說,乾膜受到拉伸,即存在著張力 δ1’,δ1’會令乾膜產生向外的合力F’, F’= :P0-P’:*A :5: 形成新的平衡。由前面的分析可知,張力δ仍然存在。 图(五) 如圖:五:所示,厚度為t掩孔的D/F變形為近似缺球面,虛線部分表示補全後的球體,P0,P分別為大氣壓和掩孔內的氣壓;D,d分別表示虛球徑,孔徑;ª為掩孔乾膜與孔壁之間的夾角,則乾膜張力δ δ=:P0-P:*D/4t :6: ------:*參1: Page 3 of 6 HKPCA Journal No. 8 =:P0-P:*d/:4t* cosª: :7: 噴淋狀態的應力計算較為複雜,簡單化地考慮,假設作用在膜面的噴淋壓強為PP,在乾膜未被鹼性溶液:NaCO3溶液:軟化時有以下的關係: δ??P * D/4t=:PP+P0-P:* d/:4t*cosª: :8: 由:8:可見,乾膜厚度t,PP, d,ª越大,或P越小,則δ越大,也就越容易造成掩孔破裂。 影響掩孔乾膜破裂的具體因素 1( 乾膜的厚度t 根據公式:8:,乾膜越薄,δ越大,掩孔乾膜越容易破裂。另外,以下因素也會 令到實際上t變小: 1) 來料乾膜的厚度偏薄; 2) 由於貼膜壓力過大; 3) 貼膜溫度或預熱溫度過高,速度太慢; 4) 貼膜後停放時間太長等原因,導致拐角部位半流體狀的藥膜在壓力的作 用下擴散變薄; 5) 藥膜本身的流動性過高; 6) 貼膜過程中乾膜張得太緊; 7) 孔口披鋒較大,等等。 图(六) 上述的情況都會令到孔口部位的藥膜變薄,如圖:六:所示,孔口部位給乾膜一個反作用力F。 需要注意的是,實際的情況表明孔口部位藥膜:因壓力,披鋒等原因:變薄對掩孔破裂的影響並不象公式:8:計算的大;如圖:七:所示,乾膜在暴光之前與孔側壁銅層是粘在一起的,暴光後也相對牢固地接合,其影響的大小很大程度上決定於乾膜的粘性和接合的程度:相對於乾膜本身的抗拉強度:。 2. 乾膜的抗拉強度δb/n Page 4 of 6 HKPCA Journal No. 8 图(七) 根據公式:1:,提高乾膜的抗拉強度δb/n,可以減少掩孔乾膜破裂的機會。通 常有以下的影響因素: 1) 不同的乾膜在其他相同的條件下有不同的δb及δb/n; 2) 一般地,暴光能量越高,δb越大,δb/n也就越大,從而提高乾膜掩孔的能 力;但隨著能量的提高,其脆性也會增加,安全係數n需要增大,δb/n反 而減小;另外,由於它的韌性下降,圖:四:所示的掩孔乾膜的形變量極少, 則公式:7:中的:P0-P:和ª均增大,從而導致乾膜的切應力:張力:增大, 掩孔乾膜更容易破裂。這需要工程人員針對不同的乾膜應進行測試方能得到 合理的資料。 3) 目前市場上應用得最多的是水溶性乾膜,採用鹼性:碳酸鹽:溶液顯影,而 乾膜在鹼性溶液將會軟化,這將降低δb,但其韌性提高,δb/n一般不會下 降;事實上也可以證明:將已撕保護膜但無掩孔乾膜破裂的准問題板手動顯 影幾乎未見有較大的問題。 4) 但如果因為板子在顯影段停留時間過長等原因導致乾膜軟化特別嚴重,δb 下降到接近零,這時噴淋產生的張力達到公式:2:的情況,乾膜即破裂, 3. 顯影噴淋的壓力 由公式:8:可知,無論是顯影或是顯影後的水洗的噴淋,作用在掩孔乾膜表面上的壓力越大,它就越容易破裂。對於設計上或由於噴嘴損壞等原因造成的柱狀噴射,對掩孔乾膜的危害極大。 4. 掩孔乾膜的跨度 公式:8:亦表明,被掩孔的跨度越大,越容易破裂。對於圓形的的孔,亦即孔徑越大,掩孔乾膜破裂的機會越大。一般來說是成正比的。 5. 乾膜本身的張力 乾膜本身的張力是個很容易被人忽視的因素。前面提到,乾膜的張力會令到乾膜變薄及會增大貼膜後掩孔部分的張力,都會使掩孔乾膜容易破裂。張力的來源主要有: 1) 乾膜來料的問題。如乾膜在分條時卷膜的功率太大,卷膜的作用力過大 或膜卷的直徑越來越大時未能調整等,都會使這過程中乾膜處於拉伸狀 態,這個張力最終作用到掩孔乾膜上; 2) 一般的貼膜機都有調節乾膜張力(Tension)的功能,這有利於防止“貼 膜起皺”。但調得過大就會導致掩孔乾膜破裂; 3) 自動貼膜機通常有抽真空吸附系統,如抽真空作用過大,或真空吸盤太 髒等原因導致乾膜與吸盤之間的摩擦力很大,從而壓轆與抽真空吸盤之 間的乾膜有強烈的拉張作用; 4) 機械等原因導致膜卷與壓轆之間的乾膜有較大的摩擦力; Page 5 of 6 HKPCA Journal No. 8 5) 機械故障或認為調節不當會使得貼膜時左右兩頭的張緊不一致,松的一 頭易起皺,緊:張力大:的一端容易掩孔破裂。 結束語 當然,造成乾膜掩孔破裂的原因不限於上述的情況。眾所周知,如暴光底片掩孔部位有擋光:垃圾,斑點等:,薄板兩層乾膜粘在一起的撕扯,顯影時兩層乾膜軟化粘在一起的撕扯,暴光前後保護膜被撕起,等等。可見影響的因素多種多樣。 在處理問題的過程中,必須仔細觀察和分析,以找到問題的關鍵,方能有的放矢,在短時間內解決問題。 參1:參考華中理工大學1990年版《材料力學》。 Page 6 of 6