曝光原理与曝光机

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片文字樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,2007/4/10,*,Multilayer PCB Image Transfer Technology I,1,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,2,多層板製程,3,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,4,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,Aspect 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,5,外形術語及尺寸單位,多層板,Multi-layer,層數,layer count: Cu,層數,內層,inner layer,Ex. L2/L3, L4/L5,外層,outer layer,零件面,C,omponent side Ex. L1,銲錫面,S,older 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 mil,6,疊板結構,例：,4L,疊板,L1 - 1 oz: 1.4 mil,1080: 2.5 mil,7628: 7.0 mil,L2/L3-1.0mm, 1/1: 40 mil,7628: 7.0 mil,1080: 2.5 mil,L4 - 1 oz, 1.4 mil,Total = 61.8 mil = 1.569 mm,例：,6L,疊板,L1 - 1/2 oz: 0.7 mil,1080: 2.5 mil,7628: 7.0 mil,L2/L3 - 0.38mm, 1/1: 17.8 mil,2116: 4.0 mil,2116: 4.0 mil,L4/L5 - 0.38mm, 1/1: 17.8 mil,7628: 7.0 mil,1080: 2.5 mil,L6 - 1/2 oz, 0.7 mil,Total = 64 mil = 1.6 mm,7,多層板製程示意,8,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,壓合鑽孔鍍銅,外層製程,防焊製程,表面處理,檢驗成型,9,曝光製程,10,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 Transfer,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/cm,2,濕膜：塗佈預烘曝光顯像蝕刻剝膜,liquid film 1015,m,厚，需,80120 mj/cm,2,因無,Mylar,層可做較細線路,12,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 mil,13,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,14,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,15,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,塗佈預烤曝光顯像後烘烤,UV,硬化約,0.8 mil,厚，能量,400600 mj/cm,2,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,16,光阻曝光原理,17,365nm,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: 436 nm,H-line: 405 nm,I-line: 365 nm,18,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,19,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 viscosity, and film thickness,Other additives,Leveling agent, Inhibitor, Surfactant, Antioxidant,20,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,Developing,Na,2,CO,3,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,*,+ PI ITX + PI,*,Monomer & Oligomer + PI,*, Polymer + PI,21,曝光對乾膜結構的變化,22,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,Off Contact,時，解析度 提高底片與板面真空密貼程度,23,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,24,25,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,26,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 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,27,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/Riston,長興,Eternal/Etertec,長春,LongLite,Hitachi/PhoTec,Asahi,Shipley/Morton,28,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, LCD,29,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,.,液態感光防焊綠漆,Liquid Photoimageable Solder Mask (LPSM),二液型,廠商,Taiyo, Tamura, Hitachi,永聖泰,30,曝光光源系統,31,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,32,各種,UV,曝光燈管,Capillary:,毛細燈,線路曝光用,/ 3, 5 Kw,Short Arc:,汞氙短弧燈,平行光曝光用,/ 3.5, 5, 8 Kw,Long Arc:,水銀燈,/,金屬鹵化物燈,防焊曝光用,/ 7, 8, 9, 10 Kw,33,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,34,水銀的特性光譜線,Energy (eV),185,365,5779,313,297,546,436,405,254,0,1,2,6,3,P,6,1,P,1,6,3,D,7,3,S,5,10,Ionization,i-line:365nm,g-line:436nm,h-line:405nm,35,焦點散漫,UV,均勻分佈,強度較弱,散光型反射燈罩,36,散射光對曝光影響,37,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: 1025,38,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,39,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) 1,40,Integrator (Flyeye),積光器,作用,41,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,42,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,43,曝光量測,44,UV,曝光測量單位,UV,強度,(,照度,),單位,Intensity (Irradiance): watt/cm,2, milli-watt/cm,2,單位面積上的功率,UV,能量,(,劑量,),單位,Energy (Dose): joule/cm,2,milli-joule/cm,2,單位面積上所接受的能量，與時間有關,在,1 mw/cm,2,下照射,1,秒,= 1 mj/cm,2,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 nm,45,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,46,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,41%,光密度,常用格數片,OD = 0.15, 41% 21,格,Stouffer, Kodak (No.2), Hitachi Photec 21,格,OD = 0.05, 12%,Dupont Riston 25,格,Stouffer 41,格,47,光密度,Optical Density,OD = log,10,(,入射光強度,I /,穿透光強度,T) = log,10,(I) log,10,(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 = 3.05,10,0.15,= 1.41,48,UV,量表與格數片比較,UV,能量,/,強度量表,誤差,5%,直接測光強度能量,直接讀出數值,不同廠牌差異讀值差異,量均勻度時使用,一般用於,設備檢驗,確認曝光機功能,曝光格數片,誤差,1241%,間接量測,需等待,格數片污染,老化,每班確認曝光條件,一般用於,線上檢驗,確保量產板實際曝光結果,Ex. DF,六滿七殘,49,曝光均勻度,曝光均勻度,確認有效曝光範圍內各點接受到的能量一致性,Uniformity,或稱,Non-Uniformity,測量方法,有效曝光範圍內量測,9,、,13,、,25,點位置的強度或能量,計算公式,改善 ,8% 5%,改善,90% 95%,50,本單元結束,51,