PCB溼製程槽液微粒子線上監測系統：材料世界網

莊俊德、陳志仁、王玉琳、陳胤霖、蔡詠安、林宗翰、蔡秉修、周明杰 / 工研院感測系統中心

隨著先進封裝(CoWoS、FOPLP)、ABF載板（HPC、B5G產品）溼製程精度提升，溼製程槽液中的微粒子若附著於線路上，將造成結瘤或短路等不良品。雖然國外大廠PMS/RION/Lighthouse研發了純水系統監測用的微粒子計數器(Liquid-borne Particle Counter)，但鮮少用於線上溼製程槽液使用。主因是感測器對槽液成份與顏色有諸多限制，且不易於製程設備整合，大多只能用在實驗室檢測或後端清洗製程監測。因此，工研院開發PCB溼製程槽液微粒子線上監測系統，內建彈性化大範圍粒徑感測範圍(1~20 μm)、槽液成份色度補償以及微粒子圖譜辨識技術，提供正確的水中微粒子計數與粒徑分布。遵循ISO-21501-2的指引，本研究之微粒子線上監測系統採用標準粒徑與濃度微粒子試劑(NIST Traceable)進行出廠測試與校正，在10 ml/min的流量設定與粒子濃度調配為1,200 counts/ml的情況下，2~10 μm粒子計數效率>90%，1 μm及20 μm的計數效率也有>75%，符合ISO-21501-2的規定。經實際布建於國內PCB廠商的ABF載板化鍍產線進行β Site驗證，透過與參考儀器（RION品牌）的同步量測比對，線上微粒檢測數量器差介於0.23%~8.1%之間，可滿足廠商需求進行廣布，有機會將PCB廠的槽液檢測時間將由4小時（人工）縮短至3分鐘（線上自動），透過及早發現槽液異常，有機會減少不良品數量20%。

【內文精選】

溼製程槽液微粒子線上監測系統

為了滿足PCB溼製程電鍍、化鍍及清洗等多種槽液潔淨度線上監控，本計畫研發之水中微粒子線上監測系統直接裝設於產線槽體旁，透過蠕動幫浦與管材吸取槽液，進入微粒子感測模組內部量測微粒子高速光學散射訊號，即時分析計算微粒子粒徑分布與數量。當偵測到微粒子數量與粒徑分布異常時，即時提供警示讓人員及早介入，減少不良品產出機率與數量，應用情境如圖一所示，實機架設樣態如圖二所示。

圖一、PCB溼製程槽液監控應用情境

圖二、溼製程線上槽液潔淨度監控系統

1.微粒子高速光學散射感測模組

為獲得高訊雜比的微粒子散射訊號，工研院自主開發光機模組，包含先運用鞘流機構進行粒子排列後進行光學檢測區域，檢測區內採用雷射集中光束照射移動中的微粒子，並以光電二極體以每秒200K次的頻率接收微粒子的散射光學訊號。雷射光有打到微粒子時感測的散射訊號會較強，沒打到時感測的散射訊號會較弱，兩者的訊號強度比例（訊雜比）至少要大於2倍以上，後續微粒子訊號識別(Particle Identification)會較容易。工研院的光機模組採用5 μm的標準粒子測試，微粒子感測訊號平均為0.25 V，背景雜訊（無粒子時）感測訊號為0.03 V，訊雜比(SNR)>8，微粒子很容易被識別出來，如圖三。

圖三、自主光機設計與粒子排列機構，訊雜比>8

2.微粒子訊號識別與圖譜辨識處理流程

由於感測訊號為高訊雜比，識別出微粒子的訊號處理流程就相對容易，基本流程為將原始電壓訊號先以低通濾波器處理，直接以閥值(Threshold)為判斷啟動偵測波峰，每個波峰識別為1顆微粒子，波峰電壓值後續以校正對照表判斷其粒徑大小，定時統計粒徑大小與數量（粒徑分布圖），整體訊號處理如圖四所示 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。