曝光原理与曝光机

MultilayerPCBImageTransferTechnologyI11/5011/50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•曝光量測多層板製程11/5011/50多層板MultilayerPCB結構通孔ThroughHole孔徑孔環AnnularRing絕緣介質層Dielectric線路線距線寬內層2內層1傳統多層板增層法多層板11/50結構術語及尺寸單位•導通孔ViaHole–目的:連接各層電路–孔徑•Ex.機鑽通孔0.35mm•Ex.雷射盲孔6mil–孔環AnnularRing•Ex.單邊+5mil–縱橫比AspectRatio•板厚/孔徑•鑽孔,電鍍能力–孔間距•100mil=2.54mm•50mil=1.27mm•線路–Power/Ground層–信號層Signallayer•線路Conductor•焊墊Pad–線寬/線距(L/S)LineWidth/LineSpace•6/6=150/150m•5/5=125/125m•4/4=100/100m–孔間(100mil)過几條導線•8/8→過2條•6/6→過3條•5/5→過4條11/50外形術語及尺寸單位•多層板Multi-layer–層數layercount:Cu層數–內層innerlayer•Ex.L2/L3,L4/L5–外層outerlayer•零件面ComponentsideEx.L1•銲錫面SoldersideEx.L6•外尺寸–長度寬度•Ex.20x16–板厚•Ex.63mil(條)=1.6mm•尺寸單位–英吋inch•1inch=1000mil=25.4mm–英絲mil•1mil=0.001inch=0.0254mm=25.4m•5mil=0.005inch=0.125mm=125m•1mm=39.37mil11/50疊板結構•例：4L疊板–L1-1oz:1.4mil–1080:2.5mil–7628:7.0mil–L2/L3-1.0mm,1/1:40mil–7628:7.0mil–1080:2.5mil–L4-1oz,1.4mil–Total=61.8mil=1.569mm•例：6L疊板–L1-1/2oz:0.7mil–1080:2.5mil–7628:7.0mil–L2/L3-0.38mm,1/1:17.8mil–2116:4.0mil–2116:4.0mil–L4/L5-0.38mm,1/1:17.8mil–7628:7.0mil–1080:2.5mil–L6-1/2oz,0.7mil–Total=64mil=1.6mm11/50多層板製程示意11/50裁板銅箔基板磨邊導角內層剝膜內層蝕刻內層顯像內層曝光乾膜貼合前處理內層AOI疊板壓合黑/棕氧化鍍一次銅化學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電測剝錫鉛外層AOI典型多層板製程Multi-LayerProcess基板處理內層製程壓合鑽孔鍍銅外層製程防焊製程表面處理檢驗成型11/50曝光製程11/50印刷電路板影像移轉製程•影像移轉ImageTransfer–將PCB設計圖像(Pattern)的工程資料由CAD/CAM上轉移至網板或底片上–使用印刷或曝光方式將底片上影像移轉至阻劑上–再經由蝕刻、電鍍或單純顯像方式製作線路或遮蓋部分板面•曝光製程–內層InnerLayerPrimaryImage–外層OuterLayerPrimaryImage–防焊SolderMask–選擇性鍍金SecondaryImageTransfer11/50曝光製程-內層•內層PrintandEtch–光阻在線路製作製程中使用，蝕刻完成後除去•內層曝光–光阻抗酸性蝕刻–光阻塗佈•壓膜DryFilmLamination•滾塗RollerCoating–乾膜：壓膜→曝光→顯像→蝕刻→剝膜膜厚1.0,1.3mil，能量45~60mj/cm2–濕膜：塗佈→預烘→曝光→顯像→蝕刻→剝膜liquidfilm10~15m厚，需80~120mj/cm2因無Mylar層可做較細線路11/50曝光製程-外層•外層PatternPlate–光阻在線路製作製程中使用，電鍍完成後除去•外層曝光(負片流程)–光阻抗電鍍，抗鹼性蝕刻–光阻塗佈•壓膜DryFilmLamination–乾膜：壓膜→曝光→顯像→電鍍→剝膜→蝕刻膜厚1.3,1.5mil11/50外層正片/負片流程•內層曝光–正片PrintandEtch流程•曝光聚合部分保護線路•曝光顯像蝕刻•外層曝光–負片流程PatternPlate•曝光聚合部分非線路•曝光顯像電鍍蝕刻–正片Tenting流程TentandEtch•曝光聚合部分保護線路•曝光顯像蝕刻11/50內層與外層製作比較內層流程外層負片電鍍流程外層正片Tenting流程11/50曝光製程-防焊•防焊LPSM–保護銅面–PCB上永久性保護層•防焊曝光–光阻塗佈•網印FloodScreenPrinting•簾塗CurtainCoating•噴塗SprayCoating–塗佈→預烤→曝光→顯像→後烘烤→UV硬化約0.8mil厚，能量400~600mj/cm2–曝光時需抽真空使底片密貼板材並隔絕氧氣使聚合反應加速完成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:436nmH-line:405nmI-line:365nm11/50光阻反應機構•Sensitizer光敏劑–接受初始能量,啟動反應(搖旗吶喊)•Photoinitiator感光起始劑–接受,產生自由基,抓Monomer,連鎖反應形成聚合物–對320~380nm波長敏感•Monomer單體–Crosslink,Migrate•Inhibitor遮蔽劑–在未曝光時維持不反應(警察),Migrate•Binder塑化劑–強度11/50光阻感光聚合過程自由基轉移TransferFreeRadical聚合/交聯Polymerization/CrossLinking單體吸收自由基Monomer+R’形成聚合體Polymer顯像DevelopingNa2CO3紫外線照射UVRadiation光啟始劑裂解Photoinitiator出現自由基FreeRadicalR’•PI+hPI*•ITX+hITX*•ITX*+PIITX+PI*•Monomer&Oligomer+PI*Polymer+PI11/50曝光對乾膜結構的變化11/50線路曝光作業的考量因素•反應特性–聚合反應速率與配方、塗佈厚度、UV照度及UV光源發射光譜分佈等有關。–聚合反應中能量的累積是持續性的，反應開始後如因故UV照射受干擾而中斷時，將導致反應不完全。–聚合反應中應儘量隔絕氧氣的接觸，因氧的活性大，會抑制其它自由基的聯結，降低聚合反應速率。•作業要求–提高光阻與銅面附著力–曝光顯像後光阻側壁垂直且殘足短•達到最佳光阻解析能力–曝光能量↓時，解析度↑–曝光能量↑時，聚合效果及抗化性↑–達到光阻最佳工作區間→準確的能量控制–OffContact↑時，解析度↓→提高底片與板面真空密貼程度11/50能量對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%的容許區間，這也是對能量均勻度的基本要求•當線路愈細及線寬公差要求愈嚴時，對均勻度的要求應更嚴格11/50曝光方式與吸真空•HardContactExposure–硬式接觸曝光–底片與板面密貼且吸真空–吸真空時在表面產生彩色牛頓環，紋路愈密表示底片與板面密貼程度愈佳–散射光要吸真空•SoftContactExposure–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•OffContactExposure–非接觸曝光–底片與板面間有距離不接觸，不能吸真空•ProjectionExposure–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DryFilmPhotoresist–Mylar蓋膜(聚烯Polyester/PET)+光阻Photoresist+PE分隔膜(聚乙烯Polyethylene/PE)–Mylar厚度:0.8mil–光阻厚度:0.6,1.0,1.3,1.5,2.0mil–廠商•杜邦大東DuPont/Riston•長興Eternal/Etertec•長春LongLite•Hitachi/PhoTec•Asahi•Shipley/Morton11/50光阻作用方式-負型與正型•負性光阻–感光聚合，形成高分子，顯像時不會溶解–SolublevsSemi-soluble–有殘足問題–常用在PCB•正性光阻–感光分解，顯像時溶解–SolublevsNon-soluble–正性光阻可製作出較細線路–常用在IC,LCD11/50油墨光阻劑•濕膜光阻LiquidPhotoresist–光阻Coating厚度:8~12m–廠商•MacDermid•NipponPaint•川裕….•液態感光防焊綠漆LiquidPhotoimageableSolderMask(LPSM)–二液型–廠商•Taiyo,Tamura,Hitachi•永聖泰…11/50曝光光源系統11/50曝光光源種類•散射光Flood–毛細燈Capilary–長弧燈LongArc•平行光Collimated–短弧燈ShortArc•點光源PointSource–短燈管UV•無電極點光源–Microwave激發UV燈11/50各種UV曝光燈管Capillary:毛細燈線路曝光用/3,5KwShortArc:汞氙短弧燈平行光曝光用/3.5,5,8KwLongArc:水銀燈/金屬鹵化物燈防焊曝光用/7,8,9,10Kw11/50各種UV燈管光譜分佈比較水銀燈金屬鹵化物燈毛細燈汞氙燈光阻聚合365nm11/50水銀的特性光譜線Energy(eV)185365577~931329754643640525401263P61P163D73S510Ionizationi-line:365nmg-line:436nmh-line:405nm11/50焦點散漫,UV均勻分佈,強度較弱散光型反射燈罩11/50散射光對曝光影響11/50不同光源對光阻曝光影響•平行光–CHA;1.5~2.5–DA:1~2•點光源–DA:5~12•散射光–DA:10~2511/50如何產生平行光•平行光產生方式–增加光源至照射面距離–利用拋物體燈罩反射點光源–利用拋物面鏡反射點光源光柱–利用鏡組折射點光源光柱•汞氙短弧燈11/50平行光曝光系統平行反射鏡(CollimationMirror)曝光照射面(ExposureSurface)反射鏡(ReflectionMirror)點光源短弧燈(ShortArcLamp)橢圓集光器(Collector)冷鏡(DichroicMirror)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)111/50Integrator(Flyeye)積光器作用11/50平行半角與斜射角•平行半角–Collimationhalfangle–光柱擴散角度•斜射角–Declinationangle–光柱與法線夾角11/50平行半角與斜射角量測•平行半角與斜射角測量–量測規目測–熱感紙測量UV光11/50曝光量測11/50UV曝光測量單位•UV強度(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，與時間有關–在1mw/cm2下