曝光原理与曝光机

曝光原理与曝光机第1页，共49页。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第2页，共49页。多層板製程11/50第3页，共49页。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第4页，共49页。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第5页，共49页。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第6页，共49页。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第7页，共49页。11/50多層板製程示意第8页，共49页。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

檢驗成型第9页，共49页。11/50曝光製程

第10页，共49页。11/50印刷電路板影像移轉製程第11页，共49页。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層可做較細線路第12页，共49页。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第13页，共49页。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第14页，共49页。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流程第15页，共49页。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第16页，共49页。11/50光阻曝光原理

第17页，共49页。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:365nm第18页，共49页。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塑化劑強度第19页，共49页。11/50負型光組基本組成PolymerAcrylatetype,EpoxytypeCrossLinkerTri-,Tetra-,Penta-functionalSensitizerAcceptenergy,thentransfertophotoinitiatorPhotoinitiatorAcceptenergytransferredfromsensitizerSolventControlviscosity,andfilmthicknessOtheradditivesLevelingagent,Inhibitor,Surfactant,Antioxidant第20页，共49页。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+hPI*ITX+hITX*ITX*+PIITX+PI*Monomer&Oligomer+PI*Polymer+PI第21页，共49页。11/50曝光對乾膜結構的變化第22页，共49页。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第23页，共49页。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第24页，共49页。11/50第25页，共49页。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第26页，共49页。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，不能吸真空第27页，共49页。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第28页，共49页。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第29页，共49页。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…第30页，共49页。11/50曝光光源系統

第31页，共49页。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燈第32页，共49页。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/7,8,9,10Kw第33页，共49页。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第34页，共49页。11/50水銀的特性光譜線Energy(eV)185365577~931329754643640525401263P61P163D73S510Ionizationi-line:365nmg-line:436nmh-line:405nm第35页，共49页。11/50焦點散漫,UV

均勻分佈,強度較弱散光型反射燈罩第36页，共49页。11/50散射光對曝光影響第37页，共49页。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

第38页，共49页。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第39页，共49页。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

第40页，共49页。11/50Integrator(Flyeye)積光器作用第41页，共49页。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光柱與法線夾角第42页，共49页。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光第43页，共49页。11/50曝光量測

第44页，共49页。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第45页，共49页。11/50常用UV曝光量表