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
NYHL típusok
2
Fő lépések • Anyagválasztás (hordozó, fólia) • Mechanikai megmunkálás (fúrás,darabolás) • Rajzolat kialakítás – Maszk készítés: fotolitográfia, szitanyomtatás – Maratás • Fémbevonatok: Cél Megoldás
• 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
Furatfémezés
Galvanikus
Maszkolás
Árammentes (redukciós)
Felület kikészítés
Immerziós
• Forrasztásgátló bevonat • Ellenőrzés
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
• 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
– a technológia és a használat során
1
A hordozó anyagai
Alapváz (mátrix): műgyanta
Erősítő:
• Felelős a felületi, villamos, hőtani tulajdonságokért.
• Felelős a szilárdságért, rugalmasságért • Javítja a hőállóságot, villamos jellemzőket. – Papír, – Üvegszál, – Üvegszövet, – Kerámiaszál -szövet
• Műanyag – Társító nélkül, flexibilis NYHL – Társított, kompozit: merev NYHL
• Kerámia különleges célokra
Rogers cég hordozó választéka
– Fenolgyanta (bakelit) hőállóság↓ ↓, nedvességfelvétel↑ ↑ – Epoxigyanták: tapadás↑ ↑, szigetelés ↑ – Fejlesztés: poliimid, (polikarbonát), teflon, folyadékkristályos polimer
7
Hordozó típusok
8
Vizsgálati módszerek
• 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 Tg • CEM 1: papír, üvegszövet, epoxi
• Villamos paraméterek: – Térfogati ellenállás; R – Felületi ellenállás; R – Permittivitás;εεrel – Veszteségi tényező;tgδ δ – Átütési szilárdság
•
FR: flame retardant, környezeti követelmény: halogénmentes
9
Vizsgálati módszerek • Tapadásvizsgálat – Késsel bevágás, lefejtés – Forrszemre forrasztott rézhuzal –szakítógép
• Hőállóság – 120oC - 30perc felhólyagosodás nélkül – Lángállóság: bunsenlángba 10sec – Forraszállóság: 250oC 5sec
• Vízfelvétel: 24 óra tömegnövekedés
A transzformációs hőmérséklet különböző hordozóanyagoknál (A hőtágulás is a Tg-nél változik)
11
Elektródaelrendezés az R és a felületi R mérésére
10
Tulajdonság
FR-3
FR-4
FR-5
Rtérf, Ωcm (40oC)
4 1012
8.1014
8.1014
R , Ω (40oC)
4 1012
3 1012
3 1015
εrel, (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
150
>165
Hőtágulás (z irány %) 25-275°C (Tg fölött)
5.5 12
2
Rézfólia • Vastagság: 17,5µ µm, 35µ µm, (70µ µm, 105µ µm,) – féladditív: 5µ µm védőréteggel – Speciális, (pl. autóipari 400 µm)
• Gyártás: galvanoplasztika – elektrolizálás forgó acélhengerre, fél fordulat után lefejtés
• Ragasztás: – ragasztófólia vagy oldószeres, melegre térhálósodó műgyanta 13
14
BT: Bismaleimide-Triazine
A szigetelőcsík szélessége az alkalmazott feszültség függvényében
A vezetőréteg terhelhetősége: • a jelölt hőmérséklet
az emelkedést jelenti • a külső rétegek
terhelhetősége kb. kétszerese a belsőknek 15
16
Mechanikai műveletek
Lemez előkészítési, tisztítási műveletek
• Darabolás:
Technológiai méretre
(~ 50–80 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
•Darabolás, •fúrás, •zsírtalanítás, •oxidmentesítés
fúrószár terhelhetősége, furat fémezhetősége 17
Pakett, koordináta-fúró
18
3
Felülettisztítás
Fúrók • • • •
• Mechanikai: dörzshenger, habkőpor (nedves) • Zsírtalanítás: új réteg egyenletes tapadása – Vizes bázisú zsírtalanítók: • Lúgos: NaOH, Na2CO3, Na3PO4 • Felületaktív anyag: szappanszerű vegyületek Bemerítéssel vagy permetezéssel
Anyag: wolfram-karbid Menetemelkedés: 30 – 40o Kúpszög: ~140o Fordulatszám: 10-90000/min
minél kisebb furat, annál nagyobb fordulatszám • Min. d =0,2 – 0,15 mm
19
• Szerves oldószeres zsírtalanítás
20
Ultrahangos tisztítás
– 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)
• A hang longitudinális hullám nyomásváltozás • Kavitációs üreg keletkezik - összeomlik, • p = 108–109Pa, (folyadék – szilárd határfelületen) • Fellazítja, „letépi” a szennyeződést a felületről • Hatása függ: az oldószer – Hőmérsékletétől, – Gőznyomásától,
– Felületi feszültségétől – Viszkozitásától
21
Ultrahangos tisztítás • • • •
22
Oxidmentesítés
f = 20 – 40kHz Idő: 2 – 3 perc, (max. 10perc) Forgatni kell Oldószer: tiszta víz (meleg), – lúgos zsírtalanító oldat, – szerves oldószer, pl. aceton
• Felületi oxidréteg, ill. más korróziós bevonat eltávolítása fémtiszta állapotig -dekapírozás• Általában savas pácoldatok • Rézen: Cu2O, Cu(OH)2·CuCO3, • 10 – 20% -os kénsav, sósav, szobahőmérsékleten, 0,5 - 1 perc
23
24
4
Ábrakialakítási módszerek
Foto technológiai szerepe: minta átvitele
Foto készítés Fotolitográfia Szitanyomtatás
Mesterábra készítése: • Kézi: tusrajz, sablonkészlet (chartpack) → kontakt foto • Gépi: Ák. tervező program NYHL tervező program – minden réteg huzalozási rajza – furatok, forrasztásgátló bevonat rajza 25
•fény nyit/zár
26
Fekete-fehér film
•apertura mérete
Laser levilágító:
Laserplotter:
•Ábra pontokból mint mátrixnyomtató
•Folytonos minden irányban
•Felbontás jó, de ferde vonalak széle lépcsős
– NYHL ellenőrző program
Fototechnikai alapok
•x;y koordináták Gerber fájl:
Fotomaszk készítés
•Felbontás jó
Fényérzékeny réteg: Zselatinban eloszlatott finomszemcsés ezüst-halogenid szemcsék (emulzió)
Emulzió + fényérzékeny anyag Hordozó Emulzióréteg + fényérzékeny anyag Fényvédő Hordozó
•Lassú Fényvédő réteg
Film szerkezete
27
Exponálás - előhívás
28
AgBr kristály elektron-
Exponált, részben előhívott
mikroszkópos képe
AgBr szemcsék
• Exponálás: AgBr + hν → Ag + Br latens kép • Előhívás: a redukció teljessé tétele a fényt kapott szemcsékben
29
30
5
Fixálás:
Fotók jellemző tulajdonságai
Az exponálatlan AgBr kioldása Fixírsó: Na2S2O3 ⇒ AgBr-ból vízoldható komplex só
• Negatív működésű • Fényérzékenység: – ISO/DIN
100/21, 200/24,
400/27
• Denzitás: (feketeség mértéke) D = I0/I – Kontraszt, alapfátyol
• Felbontóképesség: – A fényérzékenységgel fordítottan változik – Jó technológiai foto: 8 – 10000 dpi
31
32
Fotoreziszt technológia = fotolitográfia
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
„fényérzékeny és ellenálló tulajdonságú” polimer réteg használatos: NYHL, hibrid IC, félvezető felbontás, ~vonalfinomság (40 nm) típusok: – pozitív negatív – folyékony szilárd
33
34
Fotorezisztek fajtái
Fotokémiai alapok
Pozitív: fény hatására
depolimerizáció, csökken a molekulatömeg. Ezek oldhatósága megnő.
• A reakcióhoz szükséges aktiválási- kötési energiát egy elnyelt foton szolgáltatja. • W = hc/λ ⇒ a reakcióhoz egy adott értéknél kisebb λ kell.
Negatív: fény hatására
polimerizálódik a monomer gyanta, és/vagy a lineáris polimer láncok keresztkötésekkel egymásba kapaszkodva oldhatatlanná teszik a rezisztet az előhívó anyag számára.
35
Folyékony Szilárd
36
6
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% Na2CO3 • Leoldás: erősebb lúg, pl. 5% NaOH • Pontos rajzolat, könnyű technológia
Szilárd rezisztek • „+” , „-”
negatív elterjedtebb • Vastagabb → furatgalvánnál fontos • Kevesebb technológiai lépés • Egyenletes rétegvastagság Mylar (poliészter) Reziszt film
PE
37
38
Technológiai lépések (folyékony reziszt) 1. Tiszta, zsírtalan, száraz felület 2. Rétegfelvitel – – – –
Centrifugálás (d ~ vk ~ r ) Kenőhenger Szitanyomás Függönyöntés
3. Szárítás - 60…80oC – oldószer elpárolog (oldószer csökkenti a fényérzékenységet) – filmképződés 39
Technológiai lépések 2
Technológia 3 - szilárd reziszt • Du Pont – Riston fólia
4. Megvilágítás – – –
Emulziós oldal a rezisztre szorítva UV - nagynyomású Hg-gőzlámpa (365nm) Távolság, idő kisérleti beállítása (dózisból számítható)
5. Előhívás – –
40
Előhívóban oldódási sebesség-különbség Ált. permetezéssel
• Felhengerlés, laminálás 100oC, (lemez előmelegítve), felület mikroérdesítve • Megvilágítás: egyszerre 2 oldal, pontos pozícionálás! • Előhívás: – mylar fólia le, – hívó gyengén lúgos (1 – 2%-os Na2CO3), – permetező, erős mechanikai hatás is kell
2. – 5. együtt változik, nem lehet csak egyiket módosítani 6. Beégetés 7. Maratás 41
42
7
Érintkezéses levilágítás
Levilágítási technológiák
(Contact Imaging)
• Érintkezéses levilágítás (Contact Imaging) • Lézeres vetítő módszer (Laser Projection Imaging, LPI) • Lézeres közvetlen levilágítás (Laser Direct Imaging, LDI) • Ismétlő levilágítás (Step and Repeat Imaging)
• • • • • • • •
Bejáratott, kipróbált eljárások, olcsó, könnyen beszerezhető eszközök, nagy áteresztőképesség, Relatív alacsony kihozatal, pontatlan helyezés, pozícionálás, kis felbontás, maszk kopás, szemcsés szennyezés veszélye
43
44
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
45
46
Lézeres közvetlen levilágítás
Előhívott rezisztminták lézeres levilágítás után
47
48
8
• • • •
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)
49
50
IC fotoreziszt technológia • Vonalfinomság: >0,1µ µm • Megvilágítás: mély UV, 93nm, monokromatikus, excimer laser • Step ad repeat • Ehhez illeszkedő optikai anyagok pl. CaF2, • Ezen a λ-n érzékeny fotoreziszt
• Nincs maszk-panel kontaktus → magas kihozatal, • pontos helyezés, • hagyományos rezisztek használhatók, • olcsó, • a léptetés-helyezés-ismétlés módszer behatárolja az áteresztőképességet, • korlátozott méret. 51
52
Alkalmazás:
Maszkolási módszerek
közepes sorozat közepes rajzolatfinomság •maratásálló maszk
Szitanyomtatás
•forrasztópaszta •forrasztásgátló maszk felvitelére 53
•feliratok készítésére
54
9
Szitanyomó maszk
Szita jellemző tulajdonságai Szál:
Szövet:
• Keret
•Szakítószilárdság •Rugalmasság
•Szitafinomság (mesh:csomó/inch)
• Emulziós maszk
•Kopásállóság
•Szabad felület %
•Vegyszerállóság
• Tömítő festék
~ 1 mm 55
56
Indirekt (fotostencil)
Maszk fajtái, készítése • Direkt (emulziós)
• Negatív fényérzékeny fólia (PVA, PVOH) • Exponálás hordozó oldalról! • Hívás: meleg víz • Behengerlés a szitaszövetbe
• Folyékony fényérzékeny emulzió: – mártás, – szárítás, – exponálás
• Jó tapadás, ~ 20000 • Speciális megvilágító (kerettel együtt)
57
58
Fémmaszk
Mikroszkópi kép indirekt direkt
• Fémfólián a nyílások kivágása – Laserrel – (elektrokémiai) maratással
• Előnyök: – nagyobb pontosság, – nagyobb felbontás (127 – 65 µm- es lábkiosztás) – nagyobb élettartam
59
60
10
Elektrokémiailag maratott maszk profilja
Stencilmaszk kivágás
Lézeres maszk kivágás
Elektrokémiai maszk készítés 61
Lézerrel kivágott maszk
Fotolitográfia – maszk –
Nincs foto, vegyszer,
maratás vagy galvanizálás
nagyobb megbízhatóság 62
Festék
Nyomtatás • Asztal: rögzítés, pozícionálás, gyors lemezcsere • Kés: (rakel, squeegee) – éles, vegyszerálló, kopásálló – szilikongumi – dőlésszög: 45 – 60o, sebesség közepes
Fő tulajdonságok • viszkozitás; kicsi-nagy? – nyomtatás könnyű legyen – az átpréselt pöttyök összefolyjanak – a nyomtatott minták ne folyjanak össze
⇒ tixotrop
Típusok • maratásálló, • forrasztásgátó, • forraszpaszta, • vastagréteg áramköri elemek, • felirat
• felületi feszültség
63
Maratás
64
Típusok: • Savas: szulfátos kloridos
• Cél: a réz eltávolítása a maszk által nem védett területről. • Maratószer: – Oxidáló: Cu → Cu2+ + 2e– Savas/lúgos pH: a Cu2+ oldatban tartására 65
• Lúgos:
kénsav-hidrogénperoxid ammónium-perszulfát vas(III)klorid réz(II)klorid réztetrammin-komplex nátrium-klorit nátrium/kálium-perszulfát
66
11
Maratási módszerek
Maratószer jellemzők
• Bemerítés • Permetezés • Folyadéksugaras
• Marási sebesség (µm/perc) – hőmérséklet, koncentráció függés
• Marási kapacitás (m2NYHL/kg maratószer) • Alámarás (v ⊥/v )
– mindig friss maratószer jut a felületre – erős áramlás lemossa az oldott rezet – folyamatos regenerálás (Cu kinyerés, redoxpotenciál, pH visszaállítása)
• Öblítés
• Szelektivitás (Sn maszk esetén) • Regenerálhatóság, • Egészségi, környezeti hatás
– minimális kihordás (levegőlefúvó, gumihenger) – első öblítővíz nem önthető ki! – kaszkád öblítés 67
68
12
