曝光原理與曝光機(jī)

1、Multilayer PCB Image Transfer Technology I11/5011/50課程綱要 多層板製程 曝光製程 光阻曝光原理 曝光光源系統(tǒng) 曝光量測(cè)多層板製程11/5011/50多層板Multilayer PCB 結(jié)構(gòu)通孔Through Hole孔徑孔環(huán)Annular Ring絕緣介質(zhì)層Dielectric線路線距線寬內(nèi)層2內(nèi)層1傳統(tǒng)多層板增層法多層板11/50結(jié)構(gòu)術(shù)語(yǔ)及尺寸單位 導(dǎo)通孔Via Hole 目的: 連接各層電路 孔徑 Ex. 機(jī)鑽通孔 0.35 mm Ex. 雷射盲孔 6 mil 孔環(huán) Annular Ring Ex. 單邊 + 5 mil 縱橫比 Asp

2、ect Ratio 板厚/孔徑 鑽孔, 電鍍能力 孔間距 100 mil = 2.54 mm 50 mil = 1.27 mm 線路 Power/Ground層 信號(hào)層 Signal layer 線路 Conductor 焊墊 Pad 線寬/線距 (L/S) Line Width / Line Space 6/6 = 150/150 m 5/5 = 125/125 m 4/4 = 100/100 m 孔間(100 mil)過(guò)幾條導(dǎo)線 8/8 過(guò) 2 條 6/6 過(guò) 3 條 5/5 過(guò) 4 條11/50外形術(shù)語(yǔ)及尺寸單位 多層板 Multi-layer 層數(shù) layer count: Cu層數(shù)

3、內(nèi)層 inner layer Ex. L2/L3, L4/L5 外層 outer layer 零件面 Component side Ex. L1 銲錫面 Solder side Ex. L6 外尺寸 長(zhǎng)度寬度 Ex. 20 x 16 板厚 Ex. 63 mil (條) = 1.6 mm 尺寸單位 英吋 inch 1 inch = 1000 mil = 25.4 mm 英絲 mil 1 mil = 0.001 inch = 0.0254 mm= 25.4 m 5 mil = 0.005 inch = 0.125 mm= 125 m 1 mm = 39.37 mil11/50疊板結(jié)構(gòu) 例：4L 疊

4、板L1 - 1 oz: 1.4 mil1080: 2.5 mil 7628: 7.0 milL2/L3-1.0mm, 1/1: 40 mil7628: 7.0 mil1080: 2.5 milL4 - 1 oz, 1.4 mil Total = 61.8 mil = 1.569 mm 例：6L 疊板L1 - 1/2 oz: 0.7 mil1080: 2.5 mil 7628: 7.0 milL2/L3 - 0.38mm, 1/1: 17.8 mil2116: 4.0 mil2116: 4.0 milL4/L5 - 0.38mm, 1/1: 17.8 mil7628: 7.0 mil1080:

5、2.5 milL6 - 1/2 oz, 0.7 mil Total = 64 mil = 1.6 mm11/50多層板製程示意11/50裁板銅箔基板磨邊導(dǎo)角內(nèi)層剝膜內(nèi)層蝕刻內(nèi)層顯像內(nèi)層曝光乾膜貼合前處理內(nèi)層AOI疊板壓合黑/棕氧化鍍一次銅化學(xué)鍍銅除膠渣去毛邊鑽孔乾膜貼合鍍二次銅前處理外層曝光外層顯像鍍錫鉛外層剝膜外層蝕刻噴錫鍍鎳金文字印刷文字烘烤塞孔印刷防焊後烤綠漆顯像防焊預(yù)烤防焊塗佈前處理防焊曝光成品檢查斜邊成型真空包裝成品清洗V-Cut電測(cè)剝錫鉛外層AOI典型多層板製程Multi-Layer Process基板處理 內(nèi)層製程內(nèi)層製程 壓合鑽孔鍍銅 外層製程外層製程 防焊製程防焊製程 表面處

6、理 檢驗(yàn)成型11/50曝光製程11/50印刷電路板影像移轉(zhuǎn)製程 影像移轉(zhuǎn) Image Transfer 將PCB設(shè)計(jì)圖像(Pattern)的工程資料由CAD/CAM上轉(zhuǎn)移至網(wǎng)板或底片上 使用印刷或曝光方式將底片上影像移轉(zhuǎn)至阻劑上 再經(jīng)由蝕刻、電鍍或單純顯像方式製作線路或遮蓋部分板面 曝光製程 內(nèi)層 Inner Layer Primary Image 外層 Outer Layer Primary Image 防焊 Solder Mask 選擇性鍍金 Secondary Image Transfer11/50曝光製程 - 內(nèi)層 內(nèi)層 Print and Etch 光阻在線路製作製程 中使用，蝕刻完

7、成後除去 內(nèi)層曝光 光阻抗酸性蝕刻 光阻塗佈 壓膜 Dry Film Lamination 滾塗 Roller Coating 乾膜：壓膜曝光顯像蝕刻剝膜膜厚 1.0,1.3 mil，能量 4560 mj/cm2 濕膜：塗佈預(yù)烘曝光顯像蝕刻剝膜liquid film 1015m厚，需80120 mj/cm2因無(wú)Mylar層可做較細(xì)線路11/50曝光製程 - 外層 外層 Pattern Plate 光阻在線路製作製程 中使用，電鍍完成後除去 外層曝光 (負(fù)片流程) 光阻抗電鍍，抗鹼性蝕刻 光阻塗佈 壓膜 Dry Film Lamination 乾膜：壓膜曝光顯像電鍍剝膜蝕刻膜厚 1.3, 1.5

8、 mil11/50外層正片 / 負(fù)片流程 內(nèi)層曝光 正片 Print and Etch 流程 曝光聚合部分保護(hù)線路 曝光顯像蝕刻 外層曝光 負(fù)片流程 Pattern Plate 曝光聚合部分非線路 曝光顯像電鍍蝕刻 正片Tenting 流程 Tent and Etch 曝光聚合部分保護(hù)線路 曝光顯像蝕刻11/50內(nèi)層與外層製作比較內(nèi)層流程外層負(fù)片電鍍流程外層正片Tenting流程11/50曝光製程 - 防焊 防焊 LPSM 保護(hù)銅面 PCB上永久性保護(hù)層 防焊曝光 光阻塗佈 網(wǎng)印 Flood Screen Printing 簾塗 Curtain Coating 噴塗 Spray Coating

9、 塗佈預(yù)烤曝光顯像後烘烤UV硬化約0.8 mil厚，能量 400600 mj/cm2 曝光時(shí)需抽真空使底片密貼板材並隔絕氧氣使聚合反應(yīng)加速完成11/50光阻曝光原理11/50365nm 光阻聚合 製程 光阻(乾膜/濕膜)曝光聚合(UV)顯像(碳酸鈉)曝光原理及製程G-line: 436 nmH-line: 405 nm I-line: 365 nm11/50光阻反應(yīng)機(jī)構(gòu) Sensitizer 光敏劑 接受初始能量, 啟動(dòng)反應(yīng) (搖旗吶喊) Photoinitiator 感光起始劑 接受, 產(chǎn)生自由基, 抓Monomer, 連鎖反應(yīng)形成聚合物 對(duì) 320380 nm 波長(zhǎng)敏感 Monomer 單

10、體 Crosslink, Migrate Inhibitor 遮蔽劑 在未曝光時(shí)維持不反應(yīng) (警察), Migrate Binder 塑化劑 強(qiáng)度11/50負(fù)型光組基本組成 Polymer Acrylate type, Epoxy type Cross Linker Tri-, Tetra-, Penta-functional Sensitizer Accept energy, then transfer to photoinitiator Photoinitiator Accept energy transferred from sensitizer Solvent Control visc

11、osity, and film thickness Other additives Leveling agent, Inhibitor, Surfactant, Antioxidant11/50光阻感光聚合過(guò)程自由基轉(zhuǎn)移Transfer Free Radical聚合/交聯(lián)Polymerization / Cross Linking單體吸收自由基Monomer + R形成聚合體Polymer顯像DevelopingNa2CO3紫外線照射UV Radiation光啟始劑裂解Photoinitiator出現(xiàn)自由基Free Radical R PI + h PI* ITX + h ITX* ITX*

12、+ PI ITX + PI* Monomer & Oligomer + PI* Polymer + PI11/50曝光對(duì)乾膜結(jié)構(gòu)的變化11/50線路曝光作業(yè)的考量因素 反應(yīng)特性 聚合反應(yīng)速率與配方、塗佈厚度、UV照度及UV光源發(fā)射光譜分佈等有關(guān)。 聚合反應(yīng)中能量的累積是持續(xù)性的，反應(yīng)開(kāi)始後如因故UV照射受干擾而中斷時(shí)，將導(dǎo)致反應(yīng)不完全。 聚合反應(yīng)中應(yīng)儘量隔絕氧氣的接觸，因氧的活性大，會(huì)抑制其它自由基的聯(lián)結(jié)，降低聚合反應(yīng)速率。 作業(yè)要求 提高光阻與銅面附著力 曝光顯像後光阻側(cè)壁垂直且殘足短 達(dá)到最佳光阻解析能力 曝光能量曝光能量 時(shí)，時(shí)，解析度解析度 曝光能量曝光能量時(shí)，聚合效果時(shí)，聚合

13、效果及及抗抗化性化性 達(dá)到光阻最佳工作區(qū)間 準(zhǔn)確的能量控制 Off Contact時(shí)，解析度 提高底片與板面真空密貼程度11/50能量對(duì)光阻聚合影響起始階段部分聚合階段完全聚合階段11/5011/50曝光能量與最佳解析度關(guān)係 以乾膜曝光而言，為得到最佳乾膜解析能力，曝光能量約有10% 的容許區(qū)間，這也是對(duì)能量均勻度的基本要求 當(dāng)線路愈細(xì)及線寬公差要求愈嚴(yán)時(shí)，對(duì)均勻度的要求應(yīng)更嚴(yán)格11/50曝光方式與吸真空 Hard Contact Exposure 硬式接觸曝光 底片與板面密貼且吸真空 吸真空時(shí)在表面產(chǎn)生彩色牛頓環(huán)，紋路愈密表示底片與板面密貼程度愈佳 散射光要吸真空 Soft Contact

14、Exposure 軟式接觸曝光 底片與板面密貼但不吸真空或只輕微吸真空 Off Contact Exposure 非接觸曝光 底片與板面間有距離不接觸，不能吸真空 Projection Exposure 投影曝光 鏡組將線路影像聚焦在板面上，不能吸真空11/50乾膜光阻 乾膜光阻 Dry Film Photoresist Mylar蓋膜(聚烯 Polyester/PET) + 光阻 Photoresist + PE分隔膜(聚乙烯 Polyethylene/PE) Mylar 厚度: 0.8 mil 光阻厚度: 0.6, 1.0, 1.3, 1.5, 2.0 mil 廠商 杜邦大東 DuPont

15、/Riston 長(zhǎng)興 Eternal/Etertec 長(zhǎng)春 LongLite Hitachi/PhoTec Asahi Shipley/Morton11/50光阻作用方式-負(fù)型與正型 負(fù)性光阻 感光聚合，形成高分子，顯像時(shí)不會(huì)溶解 Soluble vs Semi-soluble 有殘足問(wèn)題 常用在PCB 正性光阻 感光分解，顯像時(shí)溶解 Soluble vs Non-soluble 正性光阻可製作出較細(xì)線路 常用在IC, LCD11/50油墨光阻劑 濕膜光阻Liquid Photoresist 光阻 Coating 厚度: 812 m 廠商 MacDermid Nippon Paint 川裕.

16、液態(tài)感光防焊綠漆 Liquid Photoimageable Solder Mask (LPSM) 二液型 廠商 Taiyo, Tamura, Hitachi 永聖泰11/50曝光光源系統(tǒng)11/50曝光光源種類(lèi) 散射光 Flood 毛細(xì)燈 Capilary 長(zhǎng)弧燈 Long Arc 平行光 Collimated 短弧燈 Short Arc 點(diǎn)光源 Point Source 短燈管 UV 無(wú)電極點(diǎn)光源 Microwave 激發(fā) UV 燈11/50各種 UV 曝光燈管Capillary: 毛細(xì)燈線路曝光用/ 3, 5 KwShort Arc:汞氙短弧燈平行光曝光用/ 3.5, 5, 8 KwLon

17、g Arc: 水銀燈/金屬鹵化物燈防焊曝光用/ 7, 8, 9, 10 Kw11/50各種UV燈管光譜分佈比較水銀燈金屬鹵化物燈毛細(xì)燈汞氙燈光阻聚合365nm11/50水銀的特性光譜線Energy (eV)185365577931329754643640525401263P61P163D73S510Ionizationi-line:365nmg-line:436nmh-line:405nm11/50焦點(diǎn)散漫, UV 均勻分佈, 強(qiáng)度較弱散光型反射燈罩11/50散射光對(duì)曝光影響11/50不同光源對(duì)光阻曝光影響 平行光 CHA; 1.52.5 DA: 12 點(diǎn)光源 DA: 512 散射光 DA:

18、102511/50如何產(chǎn)生平行光 平行光產(chǎn)生方式 增加光源至照射面距離 利用拋物體燈罩反射點(diǎn)光源 利用拋物面鏡反射點(diǎn)光源光柱 利用鏡組折射點(diǎn)光源光柱 汞氙短弧燈11/50平行光曝光系統(tǒng)平行反射鏡(Collimation Mirror)曝光照射面(Exposure Surface)反射鏡(Reflection Mirror)點(diǎn)光源短弧燈(Short Arc Lamp)橢圓集光器(Collector)冷鏡(Dichroic Mirror)積光器(Integrator) 平行光源: 5KW汞氙短弧燈 平行半角(CHA): 1.5 斜射角(DA) 111/50Integrator (Flyeye) 積

19、光器作用11/50平行半角與斜射角 平行半角 Collimation half angle 光柱擴(kuò)散角度 斜射角 Declination angle 光柱與法線夾角11/50平行半角與斜射角量測(cè) 平行半角與斜射角測(cè)量 量測(cè)規(guī)目測(cè) 熱感紙測(cè)量UV光11/50曝光量測(cè)11/50UV曝光測(cè)量單位 UV強(qiáng)度(照度)單位 Intensity (Irradiance): watt/cm2, milli-watt/cm2 單位面積上的功率 UV能量(劑量)單位 Energy (Dose): joule/cm2, milli-joule/cm2 單位面積上所接受的能量，與時(shí)間有關(guān) 在 1 mw/cm2 下照射

20、 1 秒 = 1 mj/cm2 是強(qiáng)度對(duì)時(shí)間曲線下的總面積 是一般常給的操作參數(shù) UV Range (definition of EIT) UVA: 365 nm, UVB:300nm, UVC: 254 nm UVV: 420 nm11/50常用UV曝光量表 IL 1400 UVA 單一波段 測(cè)量強(qiáng)度 測(cè)量能量 ORC 351 UVA 單一波段 測(cè)量強(qiáng)度 測(cè)量能量 EIT UVIRad UVA 波段 測(cè)量能量 EIT UV Power Puck UVA/B/C/V 四波段 測(cè)量強(qiáng)度 測(cè)量能量11/50曝光格數(shù)片 Step Tablets格數(shù)片原理檢驗(yàn)曝光能量多少，了解光阻聚合程度格數(shù)片上每一格的光密度(Optical Density)不同，曝光時(shí)透光量每格不同，第一格光密度最低透光量最多使光阻感光最足，每增一格，固定增加一定比例的光密度以Stouffer 21格為例每格增加