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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 mm Ex. 雷射盲孔 6 mil 孔環 Annular Ring E
2、x. 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,11/50,外形術語及尺寸單位,多層板 Multi-laye
3、r 層數 layer count: Cu層數 內層 inner layer Ex. L2/L3, 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 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
4、= 39.37 mil,11/50,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
5、- 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,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 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、
6、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 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
7、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 1.3, 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T
8、enting 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
9、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,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, Migrate Inhibitor 遮蔽劑 在未曝光時維持不反應 (警察), Migrate Binder 塑化劑 強度,11/50,負型光組基本組成,Polym
10、er 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
11、,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，
12、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，對均勻度的要求應更嚴格,11/50,曝光方式與吸真
13、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 Photoresist Mylar蓋膜(聚烯 Polyester/PET) + 光阻 Photores
14、ist + 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,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
15、出較細線路 常用在IC, LCD,11/50,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,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
16、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, 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; 1.52.5 DA: 12 點光源 DA: 512 散射光 DA: 1025,
