曝光原理與曝光機

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1、高啟清博士 Charles Kao, Ph.D Tel: 02-2601-0700 Mobile: 0939-268-725 .tw,Multilayer PCB Image Transfer Technology II,V2.1 2007/4/10,2004/4/5,2/58,課程綱要,多層板曝光製程 內層曝光顯影蝕刻 內層壓膜曝光設備 外層曝光電鍍蝕刻 外層曝光設備 防焊綠漆曝光製程及設備,多層板曝光製程,2004/4/5,4/58,多層板結構,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

2、層法多層板,2004/4/5,5/58,多層板製程示意,2004/4/5,6/58,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,2004/4/5,7/58,曝光底片,底片Artwork種類 鹵化銀(黑白片) 偶氮(棕片) 金屬底片 玻璃底片(Glass Photo-mask),底片內容 CAD/CAM (Gerber File) 排板 PCB Layout Tooling Holes Date Code 經緯向尺寸補償 補償壓合收縮值 X: 1.000225, Y: 1.000625 線路補償 補償蝕刻 Ex

3、. L/S: 4.5/3.5 (內層),2004/4/5,8/58,曝光底片特性,鹵化銀底片(黑白片) 厚度 7 mil 常用尺寸 底片漲縮 Kodak ARX7在20C, 50%RH時 溫度: 0.0018% / C 溼度: 0.0009% / %RH,母片工作片 使用期限 黑白片 1500 棕片 800 底片保護膜 壓在藥膜面 Film Liquid - 3M, 導靜電 Artwork Punch 沖pin孔,2004/4/5,9/58,底片製作,Barco/SilverWriter雷射繪圖機 解析度: 400025400 dpi 底片尺寸: 18“x24“, 28“x 32“ 幾何精度:

4、 0.16 mil, 4 m 幾何再現性: 0.08 mil, 2 m 底片上幾何精度: 0.5 mil, 12.7 m 底片上幾何再現性: 0.58 mil, 12.7 m 產能 Throughput: PCB 18“x24“, 4000 dpi, 2 min/pcs Kodak ARX7底片規格 厚度: 7 mil 尺寸: 18“x24“28“x 32“(一般規格) 常用: 20“x24“, 20“x26“, 22“x26“, 22“x28“, 24“x28“, 24“x30“,2004/4/5,10/58,底片上製程用各式對位靶Toolings,底片 Artwork 自動曝光機用 Pin

5、 孔 內層曝光用對位靶 外層曝光用對位靶 內層 沖孔機用靶孔 壓合用卯合孔 鑽孔 鑽孔機用對位孔 x 3,外層 曝光用對位孔 防焊 曝光用對位孔/Pad 成型 成型機用對位孔 組裝 SMT組裝用對位孔 各式測試Coupon,內層曝光顯影蝕刻,2004/4/5,12/58,內層板與壓合製程 Inner Layer Image Transfer & Lamination,2004/4/5,13/58,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

6、 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,2004/4/5,14/58,內層板曝光對位作法,三明治式曝光方式 上底片 PCB內層板-Cu CCL 下底片 手動對位 檢查上下底片四角對位檢查靶 自動對位 中線左右二點對位,2004/4/5,15/58,內層曝光製程重點 - Resolution,Resolution底片補償 L/S = 3/3 mil 0.45 mil L/S Tolerance Conve

7、ntional 20% Impedance control 15%, 10%, 7.5% 繪製曝光顯影 蝕刻 Ex. 1 oz Cu: 4/4 5/3底片 Ex. 0.5 oz Cu: 3/3 3.5/2.5 Error Budget Example Artwork DPI resolution Positioning error Compensation factor error,Resist Thickness Thick uniformity Exposure Energy uniformity 10%, 5% Light angle: CHA + DA Developing Break

8、 point position Uniformity Etching Uniformity Etching time Etching factor,2004/4/5,16/58,內層曝光製程重點 - Registration,Registration Requirement: Align Top and Bottom side patterns Specification: 4 Layer PCB: 1mil 6 Layer PCB: 0.5 mil Alignment mark Position: On far left and right along center line of artw

9、ork Manual alignment Solid cross and edge Automatic alignment Solid circle and Ring,Error Budget Artwork target position error Plotting error Distance shrinkage error CCD capture error (back light angle) Image processing software error Mechanical adjustment error Exposure error,2004/4/5,17/58,內層影像移轉

10、 -內層曝光,光阻壓膜/塗佈 抗蝕刻、抗酸 乾膜: 膜厚 1.0, 1.3 mil 濕膜: 膜厚 8 12 m 內層曝光 Exposure 乾膜: 45 60 mj/cm2 濕膜: 80 120 mj/cm2 UVE-M500, M550, UVE-A220, A280 靜置 Holding 15 min 撕 Mylar 膜,2004/4/5,18/58,內層影像移轉 - 顯像蝕刻剝膜 DES,顯像 Developing 1 2% Na2CO3 碳酸鈉/鉀 30 32 C 顯像點 (Break Point) 50 75% 殘膜 (Scum) 內層蝕刻 Etching CuCl2 氯化銅蝕刻 (

11、酸性) FeCl3 氯化鐵蝕刻 剝膜 Stripping 3 5% NaOH 氫氧化鈉 45 55 C,內層底片,2004/4/5,19/58,顯影的機構原理,2004/4/5,20/58,Etch Progression,Etch 3/3 on 1 oz Cu Undercut = (R-T)/2 Etch factor=2t/(B-T) Extent of etch = R/B,2004/4/5,21/58,蝕刻結果與時間關係,Etch 3/3 on 1 oz Cu Spec: 3/3 0.45 mil (15%),Unit: mil,2004/4/5,22/58,內層顯影蝕刻後規格需求,

12、內層壓膜曝光設備,2004/4/5,24/58,板面前處理 Pre-Treatment,刷磨 Scrubbing 較粗線路及厚板 尼龍刷輪, 不織布刷輪 機械應力大造成變形 刷輪狗骨頭 Now 砂帶研磨薄板 噴砂 較細線路及薄板 Pumice浮石, 氧化鋁 Pumice處理,化學噴蝕 細線路, 軟板, 薄板 H2SO4+H2O2 微蝕 Micro Etch,2004/4/5,25/58,CSL-A25T Dry Film Laminator,Automatic cut sheet laminator PCB: Max. width: 24 Thickness: 0.053.2 mm Capac

13、ity: 3 m/min for outer layer 2.5 m/min for inner layer Induction heater Up to 120 3 C Outfeed temperature sensor Option: 1000 ft dry film,2004/4/5,26/58,內層影像移轉 乾膜壓膜,預熱 Pre Heat 板面 40 50 C 壓膜 Dry Film Lamination Tacking溫度 4550 C 熱壓輪溫度 100 120 C 熱壓輪壓力 3 5 Kg/cm2 速度 2 3.5 m/min CSL-A25, CSL-M25 冷卻 Cool

14、ing 10 15 min,2004/4/5,27/58,Horizontal Roller Coater Line,PCB: Max. width: 24” Thickness: 0.1 1.6 mm,For inner layer liquid photo resist coating Capacity: 6 8 pnl/min Speed: Max. 4 m/min Drying zone: IR with Hot-Air, Class1000 Coating thickness: 812 m 1 m Temperature: 100 3 C,2004/4/5,28/58,內層影像移轉

15、濕膜塗佈,水平式 Roller Coating 上下二支Roller Coating 油墨 812 m Oven烘烤段 Roller 送出 PCB 後 Oven段夾爪開啟銜接 夾爪夾兩側邊 IR或熱風加熱,2004/4/5,29/58,手動曝光機 UVE-M500,5KW毛細燈 有效範圍: 740 x 610, 均勻度:85% Mylar 對玻璃雙檯框,2004/4/5,30/58,雙面自動曝光機 UVE-A220,自動對位 上框移動 對位CCDx2 在下框 可選擇 n片對位一次,底片安裝 底片不需定位pin 依CCD影像粗定位 CCD自動微調細定位 PCB吸真空固定孔x2,2004/4/5,

16、31/58,UVE-A220/A280底片及 PCB Layout,PCB可在正中或靠邊曝光,底片尺寸: 23.5 x 26.5 上底片圓: 1 mm 下底片環: 1.42 mm,2004/4/5,32/58,內層線路品質檢測,檢測 外觀檢測 Open/Short 電測 AOI自動光學檢測Automatic Optical Inspection Inline Off-Line,L/S, 線寬,間距,公差 Registration 對準度 Co-circle and target hole同心圓靶標鑽孔 靶距尺寸 Nik 缺口, Open 斷路 Pin hole 針孔 線路鋸齒,外層曝光電鍍蝕刻,2004/4/5,34/58,外層板製程 Outer Layer Image Transfer,