PCB曝光工艺及其成像影响因素分析

　　

　　 一、曝光

      曝光即在紫外光照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的体型大分子结构。曝光一般在自动双面曝光机内进行，现在曝光机根据光源的冷却方式不同，可分风冷和水冷式两种。

       二、曝光定位

　　1)目视定位 目视定位通常适用于使用重氮底版，重氮底版呈棕色或桔红色的半透明状态；但不透紫外光，透过重氮图像使底版的焊盘与印制板的孔重合对准，用胶带固定即可进行曝光。

　　2)脱销定位系统定位 脱销定位系统包括照相软片冲孔器和双圆孔脱销定位器。定位方法是：首先将正面、反面两张底版药膜相对在显微镜下对准；将对准的两张底版用 软片冲孔器于底版有效图像外任冲两个定位孔，把冲好定位孔的底版任取一张去编钻孔程序，便能得到同时钻出元件孔及定位孔的数据带，一次性钻出元件孔及定位孔，印制板金属化孔及 预镀铜后，便可用双圆孔脱销定位器定位曝光。

　　3)固定销钉定位

　　此固定销钉分两套系统，一套固定照相底版，另一套固定印制板，通过调整两销钉的位置，实现照相底版与印制板的重合对准。曝光后，聚合反应还要持续一段时间，为保证工艺的稳定性，曝光后不要立即揭去聚酯膜，以使聚合反应持续进行。待显影前再揭去聚酯膜。

三、影响曝光成像质量的因素

影响曝光成像质量的因素除干膜光致抗蚀剂的性能外，光源的选择、曝光时间(曝光量) 的控制、照相底版的质量等都是影响曝光成像质量的重要因素。

　　1)光源的选择

　　任何一种干膜都有其自身特有的光谱吸收曲线，而任何一种光源也都有其自身的发射光 谱曲线。如果某种干膜的光谱吸收主峰能与某种光源的光谱发射主峰相重叠或大部分重叠，则两者匹配良好，曝光效果最佳。

　　国产干膜的光谱吸收曲线表明，光谱吸收区为310-440nm(毫微米)。从几种光源的光谱 能量分布可看出，镐灯、高压汞灯、碘镓灯在310-440nm波长范围均有较大的相对辐射强度，是干膜曝光较理想的光源。氙灯不适应于干膜的曝光。

　　光源种类选定后，还应考虑选用功率大的光源。因为光强度大，分辨率高，而且曝光时间 短，照相底版受热变形的程度也小。

　　此外灯具设计也很重要，要尽量做到使入射光均匀性好，平行度高，以避免或减少曝光后

　　2)曝光时间(曝光量)的控制

　　在曝光过程中，干膜的光聚合反应并非“一引而发”或“一曝即成”，而是大体经过三个阶段。

　　干膜中由于存在氧或其它有害杂质的阻碍，因而需要经过一个诱导的过程，在该过程内引 发剂分解产生的游离基被氧和杂质所消耗，单体的聚合甚微。但当诱导期一过，单体的光聚合反应很快进行，胶膜的粘度迅速增加，接近于突变的程度，这就是光敏单体急骤消耗的阶段，这 个阶段在曝光过程中所占的时间比例是很小的。当光敏单体大部分消耗完时，就进入了单体耗尽区，此时光聚合反应已经完成。

　　正确控制曝光时间是得到优良的干膜抗蚀图像非常重要的因素。当曝光不足时，由于单体 聚合的不彻底，在显影过程中，胶膜溶涨变软，线条不清晰，色泽暗淡，甚至脱胶，在电镀前处理或电镀过程中，膜起翘、渗镀、甚至脱落。当曝光过头时，会造成难于显影，胶膜发脆、留下残胶 等弊病。更为严重的是不正确的曝光将产生图像线宽的偏差，过量的曝光会使图形电镀的线条变细，使印制蚀刻的线条变粗，反之，曝光不足使图形电镀的线条变粗，使印制蚀刻的线条变细。

　　如何正确确定曝光时间呢?

　　由于应用于膜的各厂家所用的曝光机不同，即光源，灯的功率及灯距不同，因此干膜生产 厂家很难推荐一个固定的曝光时间。国外生产干膜的公司都有自己专用的或推荐使用的某种光密度尺，干膜出厂时都标出推荐的成像级数、我国干膜生产厂家没有自己专用的光密度尺， 通常推荐使用瑞斯顿帜iston)17级或斯图费(stouffer)21级光密度尺。

　　瑞斯顿17级光密度尺第一级的光密度为0.5，以后每级以光密度差AD为0.05递增，到第17级光密度为1.30。 斯图费2l级光密度尺第一级的光密度为0.05，以后每级以光密度差△D为0．15递增， 到第2l级光密度为3.05。 在用光密度尺进行曝光时，光密度小的(即较透明的)等级，干膜接受的紫外光能量多，聚 合的较完全，而光密度大的(即透明程度差的)等级，干膜接受的紫外光能量少，不发生聚合或 聚合的不完全，在显影时被显掉或只留下一部分。这样选用不同的时间进行曝光便可得到不同的成像级数。现将瑞斯顿17级光密度尺的使用方法简介如下：a．进行曝光时药膜向下；b．在覆铜箔板 上贴膜后放15分钟再曝光；c．曝光后放置30分钟显影。 任选一曝光时间作为参考曝光时间，用Tn表示，显影后留下的最大级数叫参考级数，将 推荐的使用级数与参考级数相比较。　　

　　当使用级数与参考级数相比较需增加时，使用级数的曝光时间T＝KTR。当使用级数与 参考级数相比较需降低时，使用级数的曝光时间T＝TR/K。这样只进行一次试验便可确定最佳 曝光时间。 在无光密度尺的情况下也可凭经验进行观察，用逐渐增加曝光时间的方法，根据显影后干膜的光亮程度、图像是否清晰、图像线宽是否与原底片相符等来确定适当的曝光时间。

　　严格的讲，以时间来计量曝光是不科学的，因为光源的强度往往随着外界电压的波动及灯 的老化而改变。光能量定义的公式E＝IT，式中E表示总曝光量，单位为毫焦耳／平方厘米；I表示 光的强度，单位为毫瓦／平方厘米；T为曝光时间，单位为秒。从上式可以看出，总曝光量E随光强I 和曝光时间T而变化。当曝光时间T恒定时，光强I改变，总曝光量也随之改变，所以尽管严 格控制了曝光时间，但实际上干膜在每次曝光时所接受的总曝光量并不一定相同，因而聚合程度也就不同。 为使每次曝光能量相同，使用光能量积分仪来计量曝光。其原理是当光强I发生变化时， 能自动调整曝光时间T，以保持总曝光量E不变。

　　3)照相底版的质量

　　照相底版的质量主要表现在光密度和尺寸稳定性两方面。

　　关于光密度，要求最大光密度Dmax大于4，最小光密度Dmin小于0．2。最大光密度是指底版 左紫外光中，其表面挡光膜的挡光下限，也就是说，底版不透明区的挡光密度Dmax超过4时，才 能达到良好的挡光目的。最小光密度是指底版在紫外光中，其挡光膜以外透明片基所呈现的挡光上限，也就是说，当底版透明区之光密度Dmin小于0.2时，才能达到良好的透光目的。照相底版的尺寸稳定性(指随温度、湿度和储存时间的变化)将直接影响印制板的尺寸精度和图像重合度，照相底版尺寸严重胀大或缩小都会使照相底版图像与印制板的钻孔发生偏 离。原国产SO 硬性软片受温度和湿度的影响，尺寸变化较大，其温度系数和湿度系数大约在 (50-60)×10－6／℃及(50-60)×10－6／％，对于一张长度约400mm的S0底版，冬季和夏季 的尺寸变化可达0.5-1mm，在印制板上成像时可能偏半个孔到一个孔的距离。因此照相底 版的生产、使用和储存最好均在恒温恒湿的环境中。

　　采用厚聚酯片基的银盐片(例如0.18mm)和重氮片，可提高照相底版的尺寸稳定性。 除上述三个主要因素外，曝光机的真空系统及真空框架材料的选择等也会影响曝光成像的质量。