曝光原理与曝光机

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 曝光量測多層板製程11/5011/50多層板Multilayer PCB 結構通孔Through Hole孔徑孔環Annular Ring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Via Hole 目的: 連接各層電路 孔徑 Ex. 機鑽通孔 0.35 mm Ex. 雷射盲孔 6 mil 孔環 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 layer count: Cu層數

3、內層 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疊板結構 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-Layer Process基板處理 內層製程內層製程 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 Image Transfer 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 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 - 內層 內層 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：塗佈預烘曝光顯像蝕刻剝膜liquid film 1015m厚，需80120 mj/cm2因無Mylar層可做較細線路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 / 負片流程 內層曝光 正片 Print and Etch 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 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 Flood Screen Printing 簾塗 Curtain Coating 噴塗 Spray Coating

9、 塗佈預烤曝光顯像後烘烤UV硬化約0.8 mil厚，能量 400600 mj/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: 436 nmH-line: 405 nm I-line: 365 nm11/50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 320380 nm 波長敏感 Monomer 單

10、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負型光組基本組成 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光阻感光聚合過程自由基轉移Transfer Free Radical聚合/交聯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 曝光能量曝光能量 時，時，解析度解析度 曝光能量曝光能量時，聚合效果時，聚合

13、效果及及抗抗化性化性 達到光阻最佳工作區間 準確的能量控制 Off Contact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 Hard Contact Exposure 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 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 Soluble vs Semi-soluble 有殘足問題 常用在PCB 正性光阻 感光分解，顯像時溶解 Soluble vs Non-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Liquid Photoresist 光阻 Coating 厚度: 812 m 廠商 MacDermid Nippon Paint 川裕.

16、液態感光防焊綠漆 Liquid Photoimageable Solder Mask (LPSM) 二液型 廠商 Taiyo, Tamura, Hitachi 永聖泰11/50曝光光源系統11/50曝光光源種類 散射光 Flood 毛細燈 Capilary 長弧燈 Long Arc 平行光 Collimated 短弧燈 Short Arc 點光源 Point Source 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, 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; 1.52.5 DA: 12 點光源 DA: 512 散射光 DA:

18、102511/50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(Collimation Mirror)曝光照射面(Exposure Surface)反射鏡(Reflection Mirror)點光源短弧燈(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 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 1 mw/cm2 下照射

20、 1 秒 = 1 mj/cm2 是強度對時間曲線下的總面積 是一般常給的操作參數 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 測量強度 測量能量 ORC 351 UVA 單一波段 測量強度 測量能量 EIT UVIRad UVA 波段 測量能量 EIT UV Power Puck UVA/B/C/V 四波段 測量強度 測量能量11/50曝光格數片 Step Tablets格數片原理檢驗曝光能量多少，了解光阻聚合程度格數片上每一格的光密度(Optical Density)不同，曝光時透光量每格不同，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