曝光原理与曝光机.ppt

MultilayerPCBImageTransferTechnologyI 11 50 11 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 50 11 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 35mmEx 雷射盲孔6mil孔環AnnularRingEx 單邊 5mil縱橫比AspectRatio板厚 孔徑鑽孔 電鍍能力孔間距100mil 2 54mm50mil 1 27mm 線路Power Ground層信號層Signallayer線路Conductor焊墊Pad線寬 線距 L S LineWidth LineSpace6 6 150 150 m5 5 125 125 m4 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innerlayerEx 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 20 x16 板厚Ex 63mil 條 1 6mm 尺寸單位英吋inch1inch 1000mil 25 4mm英絲mil1mil 0 001inch 0 0254mm 25 4 m5mil 0 005inch 0 125mm 125 m1mm 39 37mil 11 50 疊板結構 例 4L疊板L1 1oz 1 4mil1080 2 5mil7628 7 0milL2 L3 1 0mm 1 1 40mil7628 7 0mil1080 2 5milL4 1oz 1 4milTotal 61 8mil 1 569mm 例 6L疊板L1 1 2oz 0 7mil1080 2 5mil7628 7 0milL2 L3 0 38mm 1 1 17 8mil2116 4 0mil2116 4 0milL4 L5 0 38mm 1 1 17 8mil7628 7 0mil1080 2 5milL6 1 2oz 0 7milTotal 64mil 1 6mm 11 50 多層板製程示意 11 50 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SecondaryImageTransfer 11 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 5mil 11 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 50 365nm 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 365nm 11 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 MigrateInhibitor遮蔽劑在未曝光時維持不反應 警察 MigrateBinder塑化劑強度 11 50 負型光組基本組成 PolymerAcrylatetype EpoxytypeCrossLinkerTri Tetra Penta functionalSensitizerAcceptenergy thentransfertophotoinitiatorPhotoinitiatorAcceptenergytransferredfromsensitizerSolventControlviscosity andfilmthicknessOtheradditivesLevelingagent Inhibitor Surfactant Antioxidant 11 50 光阻感光聚合過程 自由基轉移TransferFreeRadical 聚合 交聯Polymerization CrossLinking PI h PI ITX h ITX ITX PI ITX PI Monomer Oligomer PI Polymer PI 11 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 50 11 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DryFilmPhotoresistMylar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LongLiteHitachi PhoTecAsahiShipley Morton 11 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 LCD 11 50 油墨光阻劑 濕膜光阻LiquidPhotoresist光阻Coating厚度 8 12 m廠商MacDermidNipponPaint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 5Kw ShortArc 汞氙短弧燈平行光曝光用 3 5 5 8Kw LongArc 水銀燈 金屬鹵化物燈防焊曝光用 7 8 9 10Kw 11 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365nm 11 50 水銀的特性光譜線 i line 365nm g line 436nm h line 405nm 11 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 平行光源 5KW汞氙短弧燈平行半角 CHA 1 5 斜射角 DA 1 11 50 Integrator 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 50 UV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下照射1秒 1mj cm2是強度對時間曲線下的總面積是一般常給的操作參數UVRange definitionofEIT UVA 365nm UVB 300nm UVC 254nmUVV 420nm 11 50 常用UV曝光量表 IL1400UVA單一波段測量強度測量能量ORC351UVA單一波段測量強度測量能量 EITUVIRadUVA波段測量能量EITUVPowerPuckUVA B C V四波段測量強度測量能量 11 50 曝光格數片StepTablets 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 OpticalDensity 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Stouffer21格為例每格增加41 光密度常用格數片OD 0 15 41 21格Stouffer Kodak No 2 HitachiPhotec21格OD 0 05 12 DupontRiston25格Stouffer41格 11 50 光密度OpticalDensity OD log10 入射光強度I 穿透光強度T log10 I log10 T 21格數片 每格差OD 0 15 41 透光率第一格 OD 0 05第六格 OD 0 80 T 0 158 I第七格 OD 0 95 T 0 112 I第八格 OD 1 10第十二格 OD 1 70第二十一格 OD 3