曝光原理与曝光机.ppt

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1、,Multilayer PCB Image Transfer Technology I,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 mmEx.雷射盲孔 6 mil 孔環 Annular RingEx.單邊+5 mil縱

2、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 Space6/6=150/150 m5/5=125/125 m4/4=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層數內層 inner layerEx.L2/L3,

3、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 inch1 inch=1000 mil=25.4 mm英絲 mil1 mil=0.001 inch=0.0254 mm=25.4 m5 mil=0.005 inch=0.125 mm=125 m1 mm=39.37 mil,11/50,疊板結構,例：4L 疊板L1-1 oz:1.4 mil1080:2.5 mil 7628:7.0 milL2/L3-1.0mm,1/1:40 m

4、il7628:7.0 mil1080:2.5 milL4-1 oz,1.4 milTotal=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 mil1080:2.5 milL6-1/2 oz,0.7 milTotal=64 mil=1.6 mm,11/50,多層板製程示意,11/50,典型多層板製程Multi-Layer Process,基板處理

5、 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 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,11/50,曝光製程-內層,內層 Print and

6、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/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

7、.3,1.5 mil,11/50,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塗佈預烤曝光

8、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,11/50,365nm,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:436 nmH-line:405 nm I-line:365 nm,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 320380 nm 波長敏感Monomer 單體Crosslink,Migr

9、ate Inhibitor 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,PolymerAcrylate type,Epoxy typeCross LinkerTri-,Tetra-,Penta-functionalSensitizerAccept energy,then transfer to photoinitiatorPhotoinitiatorAccept energy transferred from sensitizerSolventControl viscosity,and film thicknessOther add

10、itivesLeveling agent,Inhibitor,Surfactant,Antioxidant,11/50,光阻感光聚合過程,自由基轉移Transfer Free Radical,聚合/交聯Polymerization/Cross Linking,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

11、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,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

12、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 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 PhotoresistMylar蓋膜(聚烯 Polyester/PET)+光阻 P

13、hotoresist+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 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,11/

14、50,油墨光阻劑,濕膜光阻Liquid Photoresist光阻 Coating 厚度:812 m廠商MacDermidNippon 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,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

15、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,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;1.52.5DA:12點光源DA:512散射光DA:1

16、025,11/50,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,11/50,UV曝光測量單位,

17、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 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 nm,11/50,常用UV曝光量表,IL 1400UVA 單一波段測量強度測量能量ORC 351UVA 單一

18、波段測量強度測量能量,EIT UVIRadUVA 波段測量能量EIT UV Power PuckUVA/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 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 R

19、iston 25格Stouffer 41格,11/50,光密度Optical Density,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=3.05100.15=1.41,11/50,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,11/50,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%,本單元結束,11/50,