Определение «брейк-поинта» (момента окончания) проявления сухого пленочного резиста

Обсуждаемый в статье процесс определения "брейк-поинта проявления" является одним из важнейших составляющих процесса изготовления печатных плат, от которого зависит качество изготовленных плат.

Сухие пленочные фоторезисты водощелочного проявления очень чувствительны к перепроявлению. При перепроявлении происходит дополнительное химическое воздействие раствора проявления, которое приводит к частичному разрушению фоторезиста. Поэтому для операции проявления обычно устанавливаются ограничения по времени проявления. Косвенное временное ограничение – это и есть «брейк-поинт» или «момент удаления» фоторезиста (процент полезной длины модуля проявления, необходимый для удаления неэкспонированного резиста). Чем больше брейк-поинт, тем меньше время дополнительного воздействия раствора проявления на экспонированный резист. Для водощелочных резистов обычно рекомендуется брейк-поинт 50% или больше. Это косвенное ограничение по времени прежде всего относится к боковым стенкам канала резиста, подвергаемым воздействию раствора проявления. Боковые стенки, и особенно основание (подошва) резиста, чаще всего меньше заполимеризованы, чем верх и поэтому легко уязвимы. Независимо от брейк-поинта, общее время проявления следует рассматривать как важную переменную величину. Для выяснения этого максимального временного ограничения (обычно одна минута или меньше) должны быть проверены такие показатели эффективности проявления, как химический состав раствора, давление на форсунках, конструкция распылителей в форсунках.

Нижеприведенные термины часто встречаются в технических данных, описывающих водощелочное проявление:
Время очистки (ВО): - время в секундах, необходимое для удаления неполимеризованного резиста с заготовки. Удаление оценивается с помощью визуальной проверки при использовании одного из методов, описанных ниже. Время удаления фоторезиста с поверхности заготовки – это важная характеристика фоторезиста.

Время удаления – не абсолютная константа для данного резиста, а может быть установлена лишь в контексте определенных составляющих процесса и характеристик оборудования.

Брейк-поинт (БП), также называемый моментом смывания: После входа заготовки в проявочную камеру наступает момент, когда неэкспонированный резист удаляется с медной поверхности. Брейк-поинт – это термин, используемый для обозначения месторасположения этого удаления в проявочной камере. Он измеряется от входа в проявочную камеру и обозначается как процент ее используемой длины. Например, если заготовка входит в проявочную камеру, и неэкспонированный резист окончательно удаляется на половине пути между входом и выходом из нее, то брейк-поинт будет определен как БП=50%.

Используемая длина проявочной камеры (ИДПК): Если смотреть на проявочную ма-шину снаружи, то можно решить, что длина проявочной камеры определяется ее наружными размерами. Это неверно, потому что внутри камеры находятся перегородки и валики входа и выхода, которые занимают место, где нет полезного проявления. Поэтому ИДПК – это только та длина проявочной камеры, где происходит полезное проявление.

Общее время проявления: Это все время, в течение которого заготовка с нанесенным фоторезистом находится в проявочной камере, когда скорость конвейера установлена правильно для достижения наилучшего брейк-поинта.

Существует простое математическое соотношение между брейк-поинтом, ВО (временем смывания резиста) и общим временем проявления:
Общее время проявления = ВО х 100/БП.

Определение и контроль брейк-поинта

Соотношение между брейк-поинтом и дополнительным временем, проведенным заготовкой в проявителе после того, как резист уже проявлен, имеет очень большое значение. Так как брейк-поинт представляет собой процент длины проявочной камеры, можно подумать, что изменение брейк-поинта проявления в прямой зависимости оказывает влияние на проявление резиста и потенциально на перепроявление. К сожалению, это не так.

Критическим фактором является не брейк-поинт, а интервал времени, в течение которого резист находится в проявочной камере после брейк-поинта - «Время пребывания после брейк-поинта».

Боковые стенки и основание резиста в течение этого времени подвергаются дополни-тельному воздействию раствора проявления и распылителей, что в конечном счете может приводить к разрушению проэкспонированного резиста.

Нижеследующее равенство описывает соотношение между изменением времени пребывания после брейк-поинта (ВППБ) и изменением брейк-поинта (БП) для заданного времени очи-стки (ВО):
ВППБ = (ВО х 100/%БП) – ВО
Изменение брейк-поинта влечет за собой серьезное изменение ВППБ.

Предположим, что на данный фоторезист указано значение брейк-поинт в размере 50%, и ВО составляет 20 секунд. Если мы увеличиваем брейк-поинт на 15% до 65%, ВППБ сократится примерно наполовину (10,8 секунд), таким образом, у проявочного раствора останется лишь половина времени для дополнительного воздействия на полностью проявленную боковую стенку резиста.

А если брейк-поинт уменьшен на 15% и составляет 35%, ВППБ примерно удваивается (37,1 секунды), удлиняя вдвое дополнительное действие проявочного раствора, и примерно в 3,5 раза увеличивается дополнительное действие раствора по сравнению с 65%-ным брейк-поинтом.

К счастью, более современные резисты пригодны для использования с более широким диапазоном проявителей, но все же полезно не забывать о том, как изменяется время дополнительного проявления (ВППБ), когда изменяется брейк-поинт.

Определение брейк-поинта

Существует несколько методов определения БП.

1. Старый простой метод осмотра через крышку проявочной машины для определения расположения брейк-поинта не очень точен, особенно когда контраст цвета резиста к меди не очень резко выражен. Новые разработки резистов тоньше старых, и это еще больше усложняет процесс визуального осмотра.
2. Наиболее предпочтительный метод - использование маркера с водорастворимой краской.
3. Более старый и менее элегантный метод – это метод «касания заготовки». Для определения БП лучше всего использовать размер заготовки (18”x 24”). Это позволяет про-контролировать брейк-поинт по всей ширине камеры проявления.

Использование маркера с водорастворимыми чернилами – это наилучший метод. Эти маркеры можно приобрести с официального склада поставщика с пометкой «водорастворимые», «смываемые» или «не перманентные».

Очистите поверхность фольгированной заготовки также, как очищается рабочая заготовка. Нарисуйте маркером на поверхности медной фольги плотную сетку (рис.1).

 
Рис.1

В течение нескольких минут дайте краске высохнуть и затем нанесите фоторезист, который используется в производстве (рис.2).


Рис. 2

Не экспонируйте. Перед проявлением заготовки решите, следует ли выключать нижние форсунки проявочной машины. Проявление с включением только верхних форсунок облегчит определение брейк-поинта. Удалите защитную пленку и положите заготовку на конвейер проявочной машины. Следите за тем, как заготовка проходит через проявочную камеру. Желтый цвет смытой (очищенной от фоторезиста) поверхности (рис.3)


Рис. 3

сильно упрощает наблюдение. Если наблюдение через крышку проявочной машины невозможно, отключите форсунки и конвейер, поднимите крышку и выясните месторасположение брейк-поинта.

По мере того, как резист начинает смываться, он становится тоньше и почти невидимым. Тем не менее чернильная сетка под резистом будет оставаться видимой. По мере того, как весь резист будет окончательно смываться с медной поверхности, маркировочные линии сетки немедленно исчезнут с поверхности заготовки. Между поверхностью, на которой отметки в виде сетки все еще видны под резистом, и поверхностью, где резист и чернильные отметки уже смыты, можно будет увидеть четкую границу раздела (рис.3). Отметьте на крышке проявочной машины точку, в которой резист смывается с заготовки. Измерьте расстояние в проявочной камере от начальной точки попадания проявочного раствора на заготовку до брейк-поинта.

Расчет брейк-поинта:
(Р x 100%) / ДП
Где:
Р – Расстояние от входа в проявочную камеру до брейк-поинта в метрах (дюймах).
Дп – Используемая длина проявочной камеры в метрах(дюймах).

Установите новую скорость конвейера, необходимую для достижения брейк-поинта в желаемом месте, вычисленную в соответствии со следующим равенством:

Новая скорость конвейера = = старая скорость конвейера x желаемый БП% / старый БП%

Метод маркера, как описано выше, не может использоваться при влажном ламинировании, так как увлажнение поверхности перед ее ламинированием приведет к растворению или размазыванию чернильной сетки. Тем не менее этот метод может быть использован для применения при влажном ламинировании путем использования чернил, сделанных на основе канифоли, которые не растворяются в воде, но растворяются в проявочном растворе. Другой способ – использование чернил, которые содержат кислотные красители, то есть красители, содержащие такие кислотные группы как сульфоновые кислотные группы. Такие красители не растворимы в их кислой форме в воде, но они растворяются в щелочи.

Метод касания.

Метод касания заготовки используется для нахождения разделительной линии между очищенной медью (смытым резистом) и нерастворенным резистом на заготовке путем исследования «ощущений» от очищенной меди против скользких на ощупь остатков резиста на влажной поверхности панели. Так как этот метод требует открытия проявочной камеры и ощупывания тестируемой заготовки, следует подчеркнуть необходимость использования при этом персонального защитного оборудования, защитных очков, перчаток и лабораторного халата.

Предварительно очистите и ламинируйте медную заготовку. Удалите защитную пленку и запустите неэкспонированную заготовку в проявочную машину до достижения передним краем заготовки предполагаемого места брейк-поинта. Отключите конвейер и форсунки. Поднимите крышку проявочной камеры и, если у вас на руках надеты латексные перчатки, начните ощупывать поверхность заготовки, начиная с первоначально очищенного переднего края. Медь не должна быть скользкой. Перемещайте ваш палец по направлению к заднему краю заготовки, пока поверхность не станет скользкой на ощупь. Подвигайте палец взад-вперед, пока не сможете точно сказать, где находится разделительная линия между скользкой и нескользкой поверхностью. Так же, как и в «методе маркера», отметьте месторасположение брейк-поинта и измерьте расстояние от входа. Используйте вышеприведенное уравнение для расчета брейк-поинта и новой скорости конвейера, необходимой для достижения другого брейк-поинта.

Определение брейк-поинта с помощью перекрывающих друг друга заготовок или длинных полосок покрытого резистом базового материала.

У этого метода есть преимущество – возможность установления брейк-поинта путем обследования тестируемой заготовки вне проявочной камеры. Частично проявленная тестируемая заготовка удаляется из проявочной камеры и кладется снаружи на проявочную камеру в соответствии с положением, которое она занимала внутри проявочной камеры в момент отключения проявляющих форсунок.

Длинная полоска базового материла, покрытая фоторезистом, проходит через проявитель. В момент попадания в проявитель заднего края полоски форсунки выключаются. Для наилучшего определения положения заднего края в момент выключения форсунок рядом с входом в проявочную камеру можно установить специальное устройство. Это устройство имеет плунжер (например, тонкий пластиковый стержень), который скользит по поверхности проходящей мимо полосы базового материла. Когда мимо плунжера проходит задний конец полоски, плунжер падает. Это сигнал для оператора, которому следует отключить форсунки проявителя. После выхода из машины положить полоску на поверхность проявочной камеры и ее задний край должен лежать на уровне плунжера. Таким образом, полоска занимает такое же положение, как и внутри проявочной камеры в момент выключения форсунок. Точка (граница), где происходит смывание резиста четко видна и может быть представлена в виде процентной величины длины проявочной камеры.

Этот тест также может быть проведен с помощью использования заготовок стандартных размеров. Защитная пленка удаляется с покрытых резистом заготовок, и заготовки перекрывают друг друга, образуя непрерывный поток, достаточный для покрытия длины проявочной камеры. В момент попадания заднего края этого непрерывного потока в проявочную камеру, форсунки выключаются, и тестирование брейк-поинта продолжается как описано выше (см. рис.4).


Рис. 4

Перекрывающие друг друга заготовки достаточно хорошо держатся вместе и сохраняют это положение во время их выстраивания для проведения измерений вне проявочной машины.

Автор: Karl H. Dietz. Перевод статьи из американского журнала "CIRCUITREE" из рубрики "Обеспечение высокого процента выхода годной продукции при изготовлении ПП с тонкими проводниками (часть LXII)"

Мы всегда рады сотрудничеству с новыми авторами. Если у вас есть уникальная экспертиза или просто качественный материал, полезный инженерам-разработчикам электроники, мы с удовольствием поделимся им на страницах раздела Авторские статьи. Присылайте свои статьи на почту articles@rezonit.ru