高精密度平行光曝光机图形转移技术

2012-07-31黄志远张建军梁四连

印制电路信息 2012年3期

关键词：底片粗糙度平行

黄志远张建军梁四连

（铜陵市超远精密电子科技有限公司，安徽铜陵 244000）

杨小健王泽宇朱萌何为

（电子科技大学微电子与固体电子学院，四川成都 610054）

1 前言

目前电子行业中PCB线路制作的图形转移曝光设备大多数为非平行光，属于散射光源，照射角度一般为3°～15°角，致使图形转移失真，对于精度要求高的高密度电路板及液晶显示板，加工精度达不到高端水平[1][2]。

只有掌握核心图形转移设备技术，才能生产出高品质电器及高清晰显示器。为此研发出平行光曝光设备。其主要特点：点光源配合反光镜镀膜技术，将宽光波长改变，将多余可见光滤出，UV光控制在350 nm ～ 420 nm，将其光反射在蜂镜上，将点光打散后，将光束改变成1°～1.5°平行光，而且通过控制图像软件将对位方式变成数控转换自动对位[3]，达到对位精度在0.025 mm以内，精度一次性好，节省劳动力，大大提高生产效率及品质。此项技术达到国外技术水平。在细密线路制作上，平行光更显优势：平行光在干膜抗蚀剂成像的应用，显影后侧蚀控制较散光方式大有改善，可确保线路制作线宽/线距合乎规范；使用高强度高功率光源可缩短曝光时间提高产量。

为迎合PCB、LCD行业向密集细线路发展趋势，本文旨在研究生产过程中高精密度平行光曝光机图形转移技术，由原来0.127 mm/0.127 mm（5 mil/5 mil）线路能力提升到0.05 mm/0.05 mm（2 mil/2 mil）能力，实现了向精细线路的大跨越。

2 平行光曝光机工作原理

2.1 光源

图1是高压水银弧光灯构造图。印刷电路板制程中干膜曝光所需的光源大致而言以近紫外光为主，波长范围为：400 nm ～ 300 nm；紫外光源是以水银弧光灯为主。当电流通过一个内部充满惰性气体和金属蒸气的玻璃封管时，就会产生弧光。简单的原理为封管内游离电子经电场加速后本身具有足够的能量，可将被其碰撞的惰性气体（例如氖）使其发生离子化反应。碰撞后，带正电的氖离子往相反电极方向走，再碰到电子时发生互相结合，而成中性。因其之碰撞以及正负结合的能量，使产生一种激发态的氖原子。这种激发态的氖原子寿命较长，可再将激发能移给封管内同时存在的金属蒸气（例如汞原子），使其也被激发。此种激发态汞再以放出光能的方式将能量放出，以回到安定状态。这就是弧光灯发光的原理。如下反应式：

2.2 光路

图2是平行光原理示意图，光源发出来的光，部份经过聚光器，然后再经过介质性的冷光面镜或双向铝镜，而反射出来；此两种镜面也可当作红外线滤光器双向铝镜，让光源中的红外光透过，其中之热量则被散热座所吸收。剩下的冷光成90°折射透过另外一个双凸透镜的组合（一般称为光线整合器Light Integrator），此时红外光被滤走，剩下来几乎都是很纯的紫外光，是一种外观为蓝色的光，其波长在320 nm ～ 405 nm之间。然后再到达另两个反射表面，一般称此为平行光反射镜，变成平行光线反射出来，到达工作区域上。

3 图形转移技术原理

3.1 干膜

感光材料介质，由聚酯片基、光敏抗蚀胶膜和聚乙烯保护膜三层构成。片基是光敏抗蚀剂胶膜的载体，使抗蚀干膜保持良好的尺寸稳定性，还可保护抗蚀膜不被磨损；光敏抗蚀剂胶膜由具有光敏性抗蚀树脂组成；聚丙烯或聚乙烯薄膜是覆盖在抗蚀胶层另一面的保护层。

3.2 底片

底片是图形转移媒介，如图3。

3.3 图形转移技术原理

紫外光透过图形转移媒介（黑片）与感光材料（干膜）发生光化学反应，使高分子内部或高分子之间的化学结构发生变化，从而导致感光性高分子的物性发生变化，其化学活性较差。未照射的不发生化学反应，活性不变，发生反应部分化学活性较低，利用这一特性，采用溶解或剥离方法形成导电图形。

3.4 干膜图形转移流程

4 高精密度平行光曝光机图形转移技术要点

实验以制作0.05 mm/0.05 mm（2 mil/2 mil）密集线路做说明。

4.1 PCB板面粗糙度控制

控制PCB板面粗糙度主要为增加干膜与PCB覆铜箔表面结合力。主要指标为：Rz值≥1.5 mm，控制范围：1.5 mm ～ 2.5 mm。磨痕测试为上面12 mm、12 mm、12 mm；下面12 mm、12 mm、12 mm。实验测试位置如图4，测试结果Rz值记录见表1。

表1 PCB板面粗糙度Rz值

实验表明PCB板面粗糙度在磨板之前，Rz最小值为1.054μm，最大值为1.872μm，平均值为1.391 mm，均匀性比较差而且不满足实验指标。而打磨后的PCB两面的粗糙度比较均匀，平均在1.751 mm左右。图5是磨板前后PCB板面的SEM图片，未经过磨板之前（图5a），表面不够粗糙，没有峰状起伏的沟槽；经过磨板之后（图5b），表面粗糙、均匀、沙粒化、多峰状，满足粗糙度要求。

4.2 贴膜技术控制

用印刷电路板干膜，利用由内而外的加热方式，加热两支压膜滚轮，由两组红外线测温感应器探测压膜轮的表面温度，再由精密电子温度控制器，控制加热器的加热，使得压膜轮外表的温度在压膜过程中能过于稳定，使整个感光膜牢牢的沾附在板上。实验要求压膜速度为1.3 m/min，压力为0.49 MPa（5.0 kg/cm2），热压轮负载温度≥105 ℃。温度测量位置如图5，测量数据见表2。表明贴膜过程中，温度设定在125时，过半数量在100以内，上下压膜温度基本稳定而且温度≥105 ℃，保障干膜均匀紧密的沾附在PCB覆铜箔表面上。