Nyomtatott huzalozású lemezek technológiája

Átírás

1 NYÁK, PCB (Printed Circuit Board), NYHL, PWB (~ Wiring ~) Nyomtatott huzalozású lemezek technológiája Vezetőhálózat + mechanikai tartás + szerelési alap Előnyök: Nagyobb terhelhetőség, jobb disszipáció (felület/keresztmetszet nagy) Szerelés, mérés, hibakeresés automatizálható Megbízhatóság jobb 1 2 NYHL típusok Hordozó: merev hajlékony Vezetősávok száma: egyoldalas, kétoldalas, furatfémezett, többrétegű Rajzolatfinomság: vezető szigetelő vastagság normál: 0,4 0,6 mm >16mil finom: 0,3 0,4 mm ~12 16 mil igen finom: 0,1 0,2 mm ~ 4 8 mil (1 raszter = 2,54mm, 1 mil = 0,001 inch = 0,01raszter) 3 Fő lépések Anyagválasztás (hordozó, fólia) Mechanikai megmunkálás (fúrás,darabolás) Rajzolat kialakítás Maszk készítés: fotolitográfia, szitanyomtatás Maratás Fémbevonatok: Cél Megoldás Forrasztásgátló bevonat Ellenőrzés Furatfémezés Maszkolás Felület kikészítés Galvanikus Árammentes (redukciós) Immerziós 4 A folírozott lemez anyagai Szigetelő hordozó Követelmények: Villamos: Térfogati ellenállás Felületi ellenállás Dielektromos jellemzők (ε, tgδ) Mindezek hő és frekvencia-függése Termikus, hőállóság Forrasztás, joule-hő Hőtágulási együttható (x,y,z) Hővezető képesség Vízfelvétel a technológia és a használat során Mechanikai: Szilárdság Megmunkálhatóság (darabolható, fúrható) Nem vetemedik A hordozó nagy hőtágulása miatt a furatok fémezése sérülhet: Függ a rétegek számától, a rézréteg vastagságától és a hordozó vastagságától 5 6 1

2 A hordozó anyagai Műanyag Társító nélkül, flexibilis NYHL Társított, kompozit: merev NYHL Kerámia különleges célokra Erősítő: Felelős a szilárdságért, rugalmasságért Javítja a hőállóságot, villamos jellemzőket. Papír, Üvegszál, Üvegszövet, Kerámiaszál -szövet Alapváz (mátrix): műgyanta Felelős a felületi, villamos, hőtani tulajdonságokért. Fenolgyanta (bakelit) hőállóság, nedvességfelvétel Epoxigyanták: tapadás, szigetelés Fejlesztés: poliimid, (polikarbonát), teflon, folyadékkristályos polimer Rogers cég hordozó választéka 7 8 Hordozó típusok XXXP 790: papírvázas fenolgyanta ~10 MHz-ig, kis vízfelvétel, sárga FR-2: papírvázas fenolgyanta Lágálló, jó mérettartás, sötétsárga FR-3: papírvázas epoxigyanta Jó el. tulajdonságok, ~furatfémezhető, krémszinű FR-4: üvegszövetvázas epoxi Jól megmunkálható, furatfémezhető, jó el. tulajdonságok, kis vízfelvétel, áttetsző zöld FR-5: mint FR-4, javított hőállóság, nagyobb T g CEM 1: papír, üvegszövet, epoxi FR: flame retardant, környezeti követelmény: halogénmentes 9 Vizsgálati módszerek Villamos paraméterek: Térfogati ellenállás; R Felületi ellenállás; R Permittivitás;ε rel Veszteségi tényező;tgδ Átütési szilárdság Elektródaelrendezés az R és a felületi R mérésére 10 Vizsgálati módszerek Tapadásvizsgálat Késsel bevágás, lefejtés Forrszemre forrasztott rézhuzal szakítógép Hőállóság 120 o C - 30perc felhólyagosodás nélkül Lángállóság: bunsenlángba 10sec Forraszállóság: 250 o C 5sec Vízfelvétel: 24 óra tömegnövekedés A transzformációs hőmérséklet különböző hordozóanyagoknál (A hőtágulás is a Tg-nél változik) 11 Tulajdonság FR-3 FR-4 FR-5 R térf, Ωcm (40 o C) R, Ω (40 o C) ε rel, (1 MHz) 4,9 4,7 4,6 tgδ (1 MHz) (GHz) 0,04 0,02 0,015 Forrasztófürdő tűrés (sec) 25 >120 >120 Vízadszorpció (mg) na 15 na Tg, üvegesedési hőmérséklet Hőtágulás (z irány %) C (Tg fölött) 150 >

3 Rézfólia BT: Bismaleimide-Triazine 13 Vastagság: 17,5µm, 35µm, (70µm, 105µm,) féladditív: 5µm védőréteggel Speciális, (pl. autóipari 400 µm) Gyártás: galvanoplasztika elektrolizálás forgó acélhengerre, fél fordulat után lefejtés Ragasztás: ragasztófólia vagy oldószeres, melegre térhálósodó műgyanta 14 A szigetelőcsík szélessége az alkalmazott feszültség függvényében A vezetőréteg terhelhetősége: a jelölt hőmérséklet az emelkedést jelenti a külső rétegek terhelhetősége kb. kétszerese a belsőknek Lemez előkészítési, tisztítási műveletek Darabolás, fúrás, zsírtalanítás, oxidmentesítés 17 Mechanikai műveletek Darabolás: Technológiai méretre (~ cm-es táblák) Technológiai sáv Utólag: kivágás, kontúrmarás Fúrás: egyoldalas: a műveletsor végén - nem kritikus kétoldalas, többrétegű: elején - nagyon fontos. Furat belső fala fémezhető legyen. Méretarány (aspect ratio) átmérő/furathossz fúrószár terhelhetősége, furat fémezhetősége Pakett, koordináta-fúró 18 3

4 Fúrók Anyag: wolfram-karbid Menetemelkedés: o Kúpszög: ~140 o Fordulatszám: /min minél kisebb furat, annál nagyobb fordulatszám Min. d =0,2 0,15 mm Felülettisztítás Mechanikai: dörzshenger, habkőpor (nedves) Zsírtalanítás: új réteg egyenletes tapadása Vizes bázisú zsírtalanítók: Lúgos: NaOH, Na 2 CO 3, Na 3 PO 4 Felületaktív anyag: szappanszerű vegyületek Bemerítéssel vagy permetezéssel Szerves oldószeres zsírtalanítás Nagyrészt mérgező, tűzveszélyes gőzök Klórozott szénhidrogének (széntetraklorid, triklóretilén) mérgező Freonok ózonkárosítók Emulziós : o/v (durva zsírtalanítás) Gőzfázisú tisztítás: zárt térben, a hideg hordozót a melegen telített gőzbe helyezik, a tiszta oldószer lecsapódik, lecsorog. (inkább félvezető) Ultrahangos tisztítás A hang longitudinális hullám - nyomásváltozás Kavitációs üreg keletkezik - összeomlik, p = Pa, (folyadék szilárd határfelületen) Fellazítja, letépi a szennyeződést a felületről Hatása függ: az oldószer Hőmérsékletétől, Felületi feszültségétől Gőznyomásától, Viszkozitásától Ultrahangos tisztítás f = 20 40kHz Idő: 2 3 perc, (max. 10perc) Forgatni kell Oldószer: tiszta víz (meleg), lúgos zsírtalanító oldat, szerves oldószer, pl. aceton Oxidmentesítés Felületi oxidréteg, ill. más korróziós bevonat eltávolítása fémtiszta állapotig -dekapírozás- Általában savas pácoldatok Rézen: Cu 2 O, Cu(OH) 2 CuCO 3, 10 20% -os kénsav, sósav, szobahőmérsékleten, 0,5-1 perc

5 Ábrakialakítási módszerek Foto készítés Fotolitográfia Szitanyomtatás 25 Fotomaszk készítés Foto technológiai szerepe: minta átvitele Mesterábra készítése: Kézi: tusrajz, sablonkészlet (chartpack) kontakt foto Gépi: Ák. tervező program NYHL tervező program minden réteg huzalozási rajza furatok, forrasztásgátló bevonat rajza NYHL ellenőrző program 26 x;y koordináták Fototechnikai alapok Gerber fájl: fény nyit/zár apertura mérete Fekete-fehér film Laser levilágító: Ábra pontokból mint mátrixnyomtató Felbontás jó, de ferde vonalak széle lépcsős Laserplotter: Folytonos minden irányban Felbontás jó Lassú 27 Fényérzékeny réteg: Zselatinban eloszlatott finomszemcsés ezüst-halogenid szemcsék (emulzió) Emulzió + fényérzékeny anyag Hordozó Fényvédő Emulzió réteg + fényérzékeny anyag Hordozó Fényvédő réteg Film szerkezete 28 Exponálás - előhívás Exponálás: AgBr + hν Ag + Br latens kép Előhívás: a redukció teljessé tétele a fényt kapott szemcsékben AgBr kristály elektronmikroszkópos képe Exponált, részben előhívott AgBr szemcsék

6 Fixálás: Az exponálatlan AgBr kioldása Fixírsó: Na 2 S 2 O 3 AgBr-ból vízoldható komplex só Fotók jellemző tulajdonságai Negatív működésű Fényérzékenység: ISO/DIN 100/21, 200/24, 400/27 Denzitás: (feketeség mértéke) D = I 0 /I Kontraszt, alapfátyol Felbontóképesség: A fényérzékenységgel fordítottan változik Jó technológiai foto: dpi Maszkolási módszerek Maszkolás célja: A felület meghatározott területeit v.milyen fizikai / kémiai hatással szemben megvédeni Különálló maszk, pl. szita Maszk a felületen Foto minősége döntő: Pontosság Rétegfotók illesztettsége Fotoreziszt technológia = fotolitográfia fényérzékeny és ellenálló tulajdonságú polimer réteg használatos: NYHL, hibrid IC, félvezető felbontás, ~vonalfinomság (40 nm) típusok: pozitív negatív folyékony szilárd Fotokémiai alapok A reakcióhoz szükséges aktiválási- kötési energiát egy elnyelt foton szolgáltatja. W = hc/λ a reakcióhoz egy adott értéknél kisebb λ kell. 35 Fotorezisztek fajtái Pozitív: fény hatására depolimerizáció, csökken a molekulatömeg. Ezek oldhatósága megnő. Negatív: fény hatására polimerizálódik a monomer gyanta, és/vagy a lineáris polimer láncok keresztkötésekkel egymásba kapaszkodva oldhatatlanná teszik a rezisztet az előhívó anyag számára. Folyékony Szilárd 36 6

7 Pozitív rezisztek Érzékenység: UV, láthatóra alig Megvilágítás: UV Előhívó: híg NaOH Leoldás szerves oldószerben Pontos rajzolat, könnyű technológia Negatív rezisztek Fényérzékenység: ~540 nm alatt (sárga lámpa a munkahelyen!) Megvilágítás: UV Előhívó: gyengébb lúg, pl. 1 2% Na 2 CO 3 Leoldás: erősebb lúg, pl. 5% NaOH Pontos rajzolat, könnyű technológia Szilárd rezisztek +, - negatív elterjedtebb Vastagabb furatgalvánnál fontos Kevesebb technológiai lépés Egyenletes rétegvastagság Reziszt film Mylar (poliészter) 37 PE 38 Technológiai lépések (folyékony reziszt) 1. Tiszta, zsírtalan, száraz felület 2. Rétegfelvitel Centrifugálás (d ~ v k ~ r ) Kenőhenger Szitanyomás Függönyöntés 3. Szárítás o C oldószer elpárolog (oldószer csökkenti a fényérzékenységet) filmképződés Technológiai lépések 2 Technológia 3 - szilárd reziszt 4. Megvilágítás Emulziós oldal a rezisztre szorítva UV - nagynyomású Hg-gőzlámpa (365nm) Távolság, idő kisérleti beállítása (dózisból számítható) 5. Előhívás Előhívóban oldódási sebesség-különbség Ált. permetezéssel együtt változik, nem lehet csak egyiket módosítani 6. Beégetés 7. Maratás Du Pont Riston fólia Felhengerlés, laminálás 100 o C, (lemez előmelegítve), felület mikroérdesítve Megvilágítás: egyszerre 2 oldal, pontos pozícionálás! Előhívás: mylar fólia le, hívó gyengén lúgos (1 2%-os Na 2 CO 3 ), permetező, erős mechanikai hatás is kell

8 Levilágítási technológiák Érintkezéses levilágítás (Contact Imaging) Lézeres vetítő módszer (Laser Projection Imaging, LPI) Lézeres közvetlen levilágítás (Laser Direct Imaging, LDI) Ismétlő levilágítás (Step and Repeat Imaging) Érintkezéses levilágítás (Contact Imaging) Bejáratott, kipróbált eljárások, olcsó, könnyen beszerezhető eszközök, nagy áteresztőképesség, Relatív alacsony kihozatal, pontatlan helyezés, pozícionálás, kis felbontás, maszk kopás, szemcsés szennyezés veszélye Lézeres vetítő módszer Nagy felbontás nagy felületű hordozón is, nagy pontosságú helyezés, pozícionálás, nagy áteresztőképesség hagyományos rezisztekkel, nincs maszk-panel kontaktus magas kihozatal, viát lehet vele fúrni polimer rétegbe Lézeres közvetlen levilágítás Előhívott rezisztminták lézeres levilágítás után

9 nincs szükség maszkra, kis sorozatú gyártásra ideális, nagy pontosságú helyezés, pozícionálás, függetlenül beállítható X és Y irányú korrekciós skála panel deformációkhoz alkalmazkodik, kiváló kihozatal, különleges, nagyérzékenységű és gyorsan exponálható rezisztet igényel, az áteresztőképesség függ a felbontástól. Ismétlő levilágítás (step and repeat) IC fotoreziszt technológia Nincs maszk-panel kontaktus magas kihozatal, pontos helyezés, hagyományos rezisztek használhatók, olcsó, a léptetés-helyezés-ismétlés módszer behatárolja az áteresztőképességet, korlátozott méret. Vonalfinomság: >0,1µm Megvilágítás: mély UV, 93nm, monokromatikus, excimer laser Step ad repeat Ehhez illeszkedő optikai anyagok pl. CaF 2, Ezen a λ-n érzékeny fotoreziszt Maszkolási módszerek Szitanyomtatás Alkalmazás: közepes sorozat közepes rajzolatfinomság maratásálló maszk forrasztópaszta forrasztásgátló maszk felvitelére 53 feliratok készítésére 54 9

10 Szita jellemző tulajdonságai Szitanyomó maszk Szál: Szakítószilárdság Rugalmasság Kopásállóság Vegyszerállóság Szövet: Szitafinomság (mesh:csomó/inch) Szabad felület % ~ 1 mm Keret Emulziós maszk Tömítő festék Maszk fajtái, készítése Direkt (emulziós) Folyékony fényérzékeny emulzió: mártás, szárítás, exponálás Jó tapadás, ~ Speciális megvilágító (kerettel együtt) Indirekt (fotostencil) Negatív fényérzékeny fólia (PVA, PVOH) Exponálás hordozó oldalról! Hívás: meleg víz Behengerlés a szitaszövetbe Mikroszkópi kép indirekt direkt Fémfólián a nyílások kivágása Laserrel (elektrokémiai) maratással Előnyök: nagyobb pontosság, nagyobb felbontás ( µm- es lábkiosztás) nagyobb élettartam Fémmaszk

11 Stencilmaszk kivágás Elektrokémiailag maratott maszk profilja Lézerrel kivágott maszk Lézeres maszk kivágás Elektrokémiai maszk készítés 61 Fotolitográfia maszk maratás vagy galvanizálás Nincs foto, vegyszer, nagyobb megbízhatóság 62 Nyomtatás Festék Asztal: rögzítés, pozícionálás, gyors lemezcsere Kés: (rakel, squeegee) éles, vegyszerálló, kopásálló szilikongumi dőlésszög: o, sebesség közepes Fő tulajdonságok viszkozitás; kicsi-nagy? nyomtatás könnyű legyen az átpréselt pöttyök összefolyjanak a nyomtatott minták ne folyjanak össze tixotrop felületi feszültség Típusok maratásálló, forrasztásgátó, forraszpaszta, vastagréteg áramköri elemek, felirat Maratás Cél: a réz eltávolítása a maszk által nem védett területről. Maratószer: Oxidáló: Cu Cu e - Savas/lúgos ph: a Cu 2+ oldatban tartására Típusok: Savas: szulfátos kloridos Lúgos: kénsav-hidrogénperoxid ammónium-perszulfát vas(iii)klorid réz(ii)klorid réztetrammin-komplex nátrium-klorit nátrium/kálium-perszulfát

12 Maratószer jellemzők Marási sebesség (µm/perc) hőmérséklet, koncentráció függés Marási kapacitás (m 2 NYHL/kg maratószer) Alámarás (v /v ) Szelektivitás (Sn maszk esetén) Regenerálhatóság, Egészségi, környezeti hatás Maratási módszerek Bemerítés Permetezés Folyadéksugaras mindig friss maratószer jut a felületre erős áramlás lemossa az oldott rezet folyamatos regenerálás (Cu kinyerés, redoxpotenciál, ph visszaállítása) Öblítés minimális kihordás (levegőlefúvó, gumihenger) első öblítővíz nem önthető ki! kaszkád öblítés