關于印制電路板模版制作知識
1、導語
印制電路板的模版制作，是印制電路板生產的首道工序。印制電路板模版的質量，將直接影響到印制電路板的制作質量。在制作加工某個品種印制電路板時，必須具有一套與之相應的模版，它包括印制電路板每層導電圖形(信號層電路圖形和地、電源層圖形)和非導電圖形(阻焊膜制作圖形和字符制作圖形)。
這里，讓我們簡單回顧一下多層印制電路板的制作工藝流程：
(1) 生產前工具準備
(2) 內層板制作
(3) 外層板制作
由上可見，印制電路板的模版使用，是貫穿于整個多層印制電路板的制作加工過程的。它包括生產工具中重氮片模版的翻制、內層圖形的轉移制作、外層圖形的轉移制作、阻焊膜圖形制作和字符圖形的制作。
2、印制模版制作工藝技術及要求
2.1 印制電路板模版的制作工藝流程如下：
2.2 質量要求：
(1) 模版的尺寸精度必須與印制電路板設計圖紙所要求的精度相一致。考慮到各廠家印 制板制作能力的不同，有時需根據生產工藝造成的偏差進行補償：
(2) 模版的圖形應符合設計要求，圖形、符號完整；
(3) 圖形邊緣應平直，不發虛；
(4) 模版的黑白反差要大，滿足感光工藝之要求(用光密度儀測試，銀鹽片密度應≥ 2.76)：
(5) 雙面和多層印制電路板的模版，要求焊盤的重合精度要好；
(6) 模版各層應有明確的標志；
(7) 在圖形邊框線外，按工藝要求添加定位孔圖形、電鍍夾具帶、電鍍用圖形面積、 流膠槽圖形和附聯板圖形；
(8) 多層印制電路板之導電圖形模版應盡量選擇具有良好尺寸穩定性的材料。
2.3 光繪設備
采用的是RP312—NT(3000，6000andl2000dpi)(SWISSFirstEIESA)
3、印制電路板模版的檢驗及品質控制
3.1模版的檢驗
印制電路板模版的檢驗，一般采用目檢和自動光學檢測(A01)等兩種方法進行。目檢模版的內容主要有以下幾個方面：
(1)模版膠片的外觀檢驗
模版膠片的外觀檢驗一般不用放大，應定性檢查模版的標記、外觀、工藝質量和圖形等方面。所謂目檢，應為用肉眼在最有利的觀察距離和合適的照明條件下，不用放大而進行的檢驗。檢驗合格的模版膠片，應是經過精細加工處理的、外觀平整、無褶皺、破裂和劃痕，且清潔無灰塵和指紋。
(2)細節和細節之尺寸檢驗
細節檢驗，一般通過使用線性放大約10倍的光學儀器，如光學投影儀進行。主要檢察導線是否有缺陷、導線間是否有污點。其中，導線的缺陷包括針孔和邊緣缺口等。
細節之尺寸檢驗，須使用帶有測量刻度并可進行讀數的線性放大約10倍或線性放大約100倍的專用光學儀器，如讀數顯微鏡進行。儀器的測量誤差不能大于5％。
(3)光密度檢驗
光密度檢驗，指透射光密度檢驗。檢驗時，可以使用光密度計測量模版之透明部分和不透明部分，測量面積為lmm直徑。
3.2重氮底片(diazo film)的來料控制(IQC)
由前所述，在多層印制電路板的制作過程中，分內層板制作和外層板制作兩部分。根據內層圖形轉移和外層圖形轉移各自的特點，加之銀鹽片模版和重氮片模版各自之優勢，行業內普遍采用下列手段進行：
(1)多層印制電路板制作所需內層板之圖形轉移時，采用銀鹽片模版(silver film)進行。 具體為，我們采用多層印制電路板前定位系統之四槽定位孔進行圖形轉移制作；
(2)對于多層印制電路板之外層或雙面印制電路板之圖形轉移，采用重氮片模版(diazo film)進 行。
鑒于多層印制電路板加工過程中，經常發生之重氮片模版變形的問題，有時需對重氮片底片進行來料質量控制，具體做法如下：
①掌握庫房之重氮底片送達時間，并注意需立即將其運至溫濕度控制之存貨區；
②待重氮底片尺寸穩定后，每盒(50張)取樣一張，并做上記號；
③選取某一圖號之印制電路板銀鹽片模版，并按工藝要求進行翻版制作；
④采用專用之印制電路板兩維坐標測量儀，進行圖形尺寸之度量；
⑤對照照相底圖(artwork)或銀鹽片模版之相應坐標數據，進行重氮片模版之變形性檢查。具體結果請參見下表1和2：
⑥視上述結果，決定該盒重氮底片之接受或退貨。
此外，對于質量穩定且供應商資信度高之情況，可采取“STS”方式收貨。
重氮底片之來料檢查結果，由表1和表2中之數據可得出以下處理意見：
表1中，Diazo Film(1)之偏差超出要求值，故不予接受，作退貨處理；Diazo Film(2)之偏差符合要求，可接收（略）
2中，Diazo Film(A)和（C）可接收，Diazo Film(B)作退貨處理。（略）
對印制電路板模版的溫濕度控制
在印制電路板制程中，環境條件之溫度和濕度的變動，主要會對模版之照相底片的尺寸穩定性產生一定的影響。若采用玻璃基材，可解決照相底片這一先天性不足，但玻璃基材照相底版的其他特性又不合適于印制電路板的生產。
為了減少模版變形對印制電路板質量的影響，廣大印制電路板制作廠家不得不花費高昂的代價來控制環境的變化，盡量減少環境對模版尺寸的影響。但隨著現代印制電路板加工向高密度、高精度、高層數方向之發展，上述之努力仍不一定能滿足其需求。
環境溫度和相對濕度是影響印制電路板模版尺寸變化的兩個主要因素。模版尺寸偏差的大部分是由環境溫度和相對濕度所決定的，總偏差中受環境溫度和相對濕度影響的偏差與底片的尺寸成正比，模版之尺寸越大，總偏差越大。
此外，在使用印制電路板模版時，應對底片的尺寸穩定性作測試，選擇尺寸穩定性好的底片用于生產。其中，厚膠片(
與模版使用有關的工序之溫濕度控制要求，參見下表3(略）
溫濕度要求進行控制外，還需注意下列幾點：
(1)一般情況下，對于未開封的原裝底片，應保持在相對濕度50％，溫度20的條件下儲存和運輸。
(2)在底片使用前，應對底片作尺寸穩定處理(將底片開封并除去內包裝，使其與環境空氣接觸24小時以上。)。
(3)在底片曝光、沖洗后，應對底片作尺寸穩定處理，使其尺寸恢復到偏差允許之范圍內。
(4)在采用照相原版復制生產底片時，應先檢查照相原版的尺寸，復制完成后再對復制的每一張底片進行檢查，并在環境中擱置一段時間，以保證底片的尺寸穩定。
(5)針對印制電路板內、外層制作之圖形轉移中，反復曝光對印制電路板模版的溫度影響，可能致使模版變形。因此，在選擇高質量曝光機的基礎上，尚需對每副印制電路板模版的曝光使用次數進行控制。一般情況下，對于內層圖形轉移所用之銀鹽片模版，控制曝光使用次數為300次；對于外層圖形轉移所用之重氮片模版，控制曝光使用次數為200次。
3.4模版使用對潔凈度的控制
眾所周知，印制電路板發展的總趨勢是導線寬度、線間距越來越小。因而，生產場所空氣中所傳播的塵粒污染物，成為造成產品缺陷的主要原因之一。
(1)對模版制作的影響
若當模版制作間內之環境較臟時，會有灰塵降落或被靜電吸附到片基上，往往造成底片上圖形缺陷。如在正片模版上，線條間附有塵粒，會造成翻版所得底片圖形產生間距縮小，甚至短路的缺陷；反之，負片模版上，線條上沾污有灰塵，會造成翻版所得底片之圖形導線會有缺口、針孔甚至斷路的缺陷。
(2)對干膜(或濕膜)和阻焊膜圖形轉移的影響
若當環境臟污出現在干膜(或濕膜)和阻焊膜圖形轉移之工序時，生產模版、曝光框架或基板上會有灰塵雜物附著，又會增加圖形缺陷的產生幾率。由于灰塵粒的影響，在顯影出的圖形上，將會有針孔、麻點、缺口、殘余甚至短路和斷路等缺陷的存在。
因此，需對與模版使用相關的工序，進行操作場所之凈化程度的控制。參見下表4。
表4相關工序凈化等級要求（略）
4、模版使用中常見問題分析及對策
在印制電路板的制作過程中，由于多種原因的綜合影響，會出現與模版有關的問題。其中，最多發生的是圖形轉移過程(干膜制板、濕膜制板和阻焊膜制作)中，出現模版與待加工板之一致性偏差。一旦發生此類問題，需視具體情況進行處理，以下將進行簡單介紹。
4.1重氮片模版之變形性度量
鑒于多層印制電路板外層圖形轉移之特點，目前，采用后定位體系進行生產的廣大印制電路板廠家，都采用通過由銀鹽片模版翻制重氮片模版，進行外層圖形轉移中曝光前之模版與待加工板的定位問題。
在生產過程中，一旦發生模版與待進行圖形轉移板存在位置偏差問題時，首先想到且可以立即實施的是，對正使用之重氮片模版進行其變形性度量。將度量結果與原始銀鹽片模版之數據進行比較，以斷定其是否有問題。參見下表5。
(1)由上表可見，所度量之重氮片模版與其原始銀鹽片模版相較，其變形性超出了可接受值，說明在該模版之使用過程中，由于受環境之溫濕度影響或該模版使用次數太多，造成了模版變形。解決辦法很簡單，可重新翻制該圖號之重氮片模版，經檢驗合格后，直接用于生產。
(2)若所度量之重氮片模版與其原始銀鹽片模版相較，其變形性未超出可接受值，需進一步對所用之銀鹽片模版進行變形性度量，并與該圖號之照相底圖數據進行對比，以確定其是否發生了變形。
(3)綜合上述兩種情況，也可直接對需確定其變形狀況之重氮片模版對照其照相底圖數據，進行其變形性度量，且可省去對銀鹽片模版之度量。參見下表6。
(4) 若通過對有疑問之重氮片模版進行度量，并將度量結果與其照相底圖數據對比后，其變形性符合質量控制的要求時，需對待進行圖形轉移之印制電路板，進行鉆孔位置精度的度量，從而決定下一步之對策。
（5） 對于模版未發生超規定之變形或該圖號生產板量較大時，可重新對該圖號板按照實物板孔位進行光繪模版制作，并用于生產。
4.2銀鹽片模版之變形性度量
鑒于多層印制電路板內層圖形轉移之特點，目前，無論采用何種定位體系進行生產的廣大印制電路板廠家，都采用銀鹽片模版直接進行多層印制電路板中內層圖形轉移之制作。
在生產過程中，一旦發生內層圖形與數控鉆孔板出現位置偏差問題時，首先想到且可以立即實施的是，對正使用之銀鹽片模版進行其變形性度量。將度量結果與其照相底圖數據進行比較，以斷定其是否有問題。參見下表7。
表7銀鹽片模版與其照相底圖數據相比之變形性度量(單位：英寸)
(1) 由上表可見，所度量之銀鹽片模版與其照相底圖數據相較，其變形性超出了可接受值，說明在該模版之使用過程中，由于受環境之溫濕度影響或該模版使用次數太多，造成了模版變形。解決辦法很簡單，可重新光繪該圖號之銀鹽片模版，經檢驗合格后，直接用于生產。
(2) 對于外層圖形轉移用之銀鹽片模版出現變形疑問時，也可通過上述相同之方法進行其變形性之度量，以確定相應之應對措施。
(3)若對銀鹽片模版進行其變形性之度量后，確認其未發生變形。可對數控鉆孔板進行其鉆孔位置精度之度量，查出問題之正在產生原因，避免此類問題的再次發生。
4.3待加工板之尺寸位置精度度量
當發生重氮片模版或銀鹽片模版使用過程中，與待加工板之尺寸位置精度不相一致時，一方面需對所使用之模版進行其變形性度量，同時還需對鉆孔之生產板進行其鉆孔位置精度之度量，參見下表8。
表8銀鹽片模版(重氮片模版)與其照相底圖數據相比之變形性度量及生產板鉆孔位置精度之度量(單位：英寸)
由上表可見，銀鹽片模版與其照相底圖數據相比，未發生變形；而重氮片模版與其照相底圖數據相比，則有輕微變形發生。此外，通過對鉆孔后生產板的度量，未出現嚴重之鉆孔位置偏差。
若經過對鉆孔后生產板的鉆孔位置精度之度量，出現較嚴重之偏差，可視生產板的數量、待加工板的性質(雙面、多層印制版)、交貨周期等因數進行處理。具體方法，前面已提及，在此不再重復。
5、結論
印制電路板加工過程之模版制作過程及品質控制看似簡單，實則較復雜，整個過程涉及到諸方面的知識和技術。若想得到質量好、效益高的多層印制電路板，必須做好下述幾點：
(1)加強模版制作后的質量檢查，有可能的情況下，采用AOI進行；
(2)嚴格模版使用中的版本之唯一性控制，杜絕同一圖號不同版本之模版同時出現于生產場所；
(3)加強模版使用中表觀質量控制，避免劃傷所造成之缺陷的產生；
(4)加強模版使用次數的控制，嚴格記錄，并及時報廢；
(5)強化模版使用現場之溫、濕度及凈化程度控制；
(6)時刻關注模版使用中可能出現之模版變形，并及時采取措施，為生產部門提供質量合格的模版。
隨著多層印制電路板向高層數、高密度、薄型化方向發展，加之HDI板的日益普遍，對模版的制作及品質控制提出了更高的要求。具體的應對措施有：改進曝光機的結構，采用全自動曝光機進行圖形轉移，并可對模版之輕微變形進行修正：采用激光直接成像技術，減少采用膠片模版之變形等問題。