JPS6385561A - プリント基板製作の露光方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子部品の実装等で用いられるプリント基板
製作の露光方式に関する。

〔従来技術とその問題点〕

一般にプリント基板と呼ばれているものには、コンピュ
ーター、テレビ、ステレオ等で用いられるプリンティソ
ドワイヤードボード（以下ＰＷＢという。）や、カメラ
、電卓、ＶＴＲ等で用いられるフレキシブルプリンティ
ッドサーキイット　（以下ＦＰＣという。）などが知ら
れている。ＰＷＢは基盤素材としてエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、セラミックス等を使用し、厚さが０．８か
ら３゜２ｍｍ程度、ＦＰＣは基盤素材としてポリエステ
ルフィルム、ポリイミドフィルム等を使用し厚さが２５
から１２５μｍ程度である。

これらプリント基板の製作には、基板の表面に液状レジ
スト、ドライフィルムレジストなどの薄いフォトレジス
ト層を設け、プリントすべきパターンが描かれたフォト
マスクを通して該フォトレジストの感光波長で露光する
工程を経て所望のパターンを該フォトレジスト層に設け
る。

この際、基板素材とフォトマスクの位置関係の違いによ
り、従来方式として密着方式とプロキジミティ方式の二
つの方式が知られている。前者はフォトレジスト層の設
けられた基板素材とフォトマスクとを密着させて配置す
る露光方式であるのに対し、後者は基板素材とフォトマ
スクとの間に一定のわずかな間隙を設けて配置する露光
方式である。また、これら二つの方式ともフォトマスク
と露光されるパターンの倍率は実質上等倍である。

ところが最近、ＩＣ等と同じように、プリント基板も組
み込まれる製品・装置の精密化に伴い、パターンの微細
化が要求されるようになってきている。例えば、電卓や
時計等で用いられるＦＰＣ製プリプリント基板００から
５０μｍ程度のパターン線幅が要求されている。

また他方では、−枚のプリント基板が大型化する傾向も
みられる。例えば、コンピューターメモリーボード等で
用いられるプリント基板は５００×６００ｍｍ程度の大
きさを有し、この様な基板を一度に露光することが必要
となってきている。　ここにおいて従来方式として掲げ
た前述の二つの露光方式は、以下の諸点において問題点
を抱えており改良が望まれている。

まず第一に、前述の通り等倍率を採る従来の密着方式及
びプロキシミティ方式においては、製作すべきプリント
基板の微細化に伴い、微細化に比例してフォトマスクも
微細なものを用意しなげればならず、製作がしにくくて
コスト上昇の原因となる。

第二に、プリント基板が大型化すると、等倍率を採る従
来の二つの方式においては、大型化に比例してフォトマ
スクも大型のものを用意しなければならずコスト上昇の
原因となる。

第三に、前述のプロキシミティ方式は、フォトレジスト
層の設けられた面とフォトマスクとがいずれの場所にお
いても同一の間隙を有すること即ち平行度が要求される
が、製作すべきプリント基板の大型化に伴い大型のフォ
トマスクを使用するようになると、フォトマスクの反り
によりどうしても平行度が悪くなる。その結果露光され
る像が歪んだり、ひどい場合はフォトマスクとフォトレ
ジストとが接触し、フォトマスクが汚れたリキズがつい
たりして、密着方式と同じように不良品を発生させる原
因となる。

そこで最近では、ＩＣ等の製作における露光方式と同様
に、プリント基板製作の露光方式においても投影方式を
採用することが検討されるに至っている。なぜなら投影
方式によるならば、製作すべきプリント基板が微細化も
しくは大型化しても作りやすい寸法、大きさにフォトマ
スクを製作して、後は拡大露光したり、縮小露光したり
して所定の露光ができる長所があり、またフォトマスク
の反りによる像の歪みやフォトレジストとの接触による
フォトマスクの汚れ、キズの心配もなくなるからである
。

ところが、従来プリント基板には厚さがＦＰＣで２５か
ら　１２５μｍＳ　ＰＷＢで０．８から３．２ｍｍ　と
様々なものがあり、これら厚さの異なるプリント基板が
同一の生産ラインで製作されている。この場合等倍率の
従来方式ならば、厚さが変化しても焦点位置からのズレ
により像がボケる心配がないが投影方式の場合は、厚さ
の変化により露光面の位置が変化すると、露光面が焦点
位置からズして像がボケてしまう。これを避けるために
は、プリント基板の厚さが異なるたびにその都度投影レ
ンズを調整して焦点を合わせ直さなければならなくなる
。従って、どうしても投影方式の導入には一定の技術的
不利益が伴う。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、この技術的不利益を克服して投影方式
の導入による新しいプリント基板製作の露光方式を提供
することを目的とする。

〔発明の構成とその作用〕

かかる目的を達成するため本発明の構成は、フォトレジ
スト層の設けられたプリント基板素材にフォトマスクの
パターンを投影レンズで投影して上記プリント基板素材
を露光するにあたって、必要に応じて、投影レンズとプ
リント基板素材の間に露光波長を透過するガラス板もし
くはプラスチック板を挿入することにある。

まずフォトマスクはプリント基板素材から離れた所に配
置され、結像レンズがフォトマスクとプリント基板素材
との間に配置される。そしてフォトマスクをフォトレジ
ストの感光波長を含む光束で照射しフォトマスク面を透
過した光束は投影しンズを透過後露光面に達し、露光面
に設けらｎたフォトレジスト層にフォトマスクのパター
ンの像を結像する。

この際当然のことながら、露光面は前記結像レンズの焦
点の位置に配置されねばならない。従って前述のように
搬送されるプリント基板素材の厚さが異なることにより
露光面の位置が変化すると焦点の位置を合わせ直さなけ
ればならなくなる。

本発明は投影レンズの位置調整という煩雑な方法による
ことなく、以下の方法で焦点の位置合わせを行う。

叩ち第一図に示す如く、焦点Ｆに向かって集光する光束
１００中に一定の厚さの透過板９を光軸に直交するよう
に挿入すると、該光束の集光点が若干長くなりＦｌに移
る。前記透過板９の厚さをｄ屈折率をｎとし変化した焦
点距離をΔＦとすると集光角度θが６０度以内であれば
ｄ−ｎ・ΔＦの間には次の近似式が成立することが知ら
れている。

そこで、最初結像レンズ２の焦点を厚いプリント基板素
材の場合の露光面Ｈ１に合わせておき、薄いプリント基
板素材が搬送されたときは、該基板素材の露光面Ｈ２の
位置まで結像レンズの焦点距離を長くさせるようなガラ
ス板もしくはプラスチック板９を、結像レンズとプリン
ト基板素材の間に挿入する。具体的には式（１）より、
を成立させるｄ、ｎを有するガラス板もしくはプラスチ
ック板を挿入すれば良い。

そして、搬送されるすプリント基板素材の厚さが何種類
か分かっていれば、最初に焦点を合わせた最も厚いプリ
ント基板素材の場合の露光面ＨＩと比較して前記ΔＦを
算出し、適宜曲成を成立させるｄ、ｎを有するガラス板
もしくはプラスチック板を選択して挿入すれば良い。

尚当然のことながら、該ガラス板もしくはプラスチック
板は、その挿入により露光波長が遮蔽されないようフォ
トレジストの感光波長たる露光波長の光を透過する性質
を有することを要する。

〔実施例〕

次に、図面に従い本発明の詳細な説明する。

第二図は、片面露光の場合の本発明の実施例の光学系概
略説明図である。１は光源、２は集光鏡、３及び５は反
射ミラー、４はインテグレータレンズ、６はコンデンサ
ーレンズユニット、７はフォトマスク、８は結像レンズ
、９はガラス板もしくはプラスチック板、１０はプリン
ト基板素材である。

露光するプリント基板素材は、厚さが３５μｍ乃至１２
５μｍのＦＰＣ用であり、送り出し及び巻き取り機構を
具えたロールツーロール方式により搬送する。

フォトレジストはノボラック系ポジレジストを用い感光
露光波長は５００ｎｍ以下である。該フォトレジストを
前記プリント基板素材の表面に厚さ２μｍ程度に塗布し
フォトレジスト層（図示せず）を形成させる。

光源１には、感光露光波長である３６５ｎｍ・４０５ｎ
ｍ４３６ｎｍの紫外線又は可視光を効率良（放射するウ
シオ電機株式会社製超高圧放電灯ＵＳＩ！−５０００を
用いる。インテグレータレンズ４は露光面にほぼ均一な
照度分布を得るために用いられる。コンデンサーレンズ
ユニット６は結像レンズに適性に光束を入射せしめるた
めのものであって、特に図に示した構成に限られるわけ
ではない。結像レンズ８は言うまでもなくフォトマスク
から出射された光を露光面に集光してフォトマスクのパ
ターンの像を結像させるためのものであり、搬送される
プリント基板素材のうち最も厚い、厚さ１２５μｍのプ
リント基板素材の露光面に該レンズの焦点が位置するよ
うに配置される。

寸法例を示すと、フォトマスクの被照明部分の大きさは
１１４ｍｍ　Ｘ　５３ｍｍ、基板素材−コマの大きさは
５７ｍｎ＋　Ｘ　２６．５ｍｍである。従って、倍率約
４分の１倍の縮小露光であり、投影されるパターンの線
幅は５０μｍ程度である。

光源１から放射された露光波長を含む光束は、前記光学
系を経た後フォトマスクを照明する。その後の作用は発
明の構成による作用と同一である。

本実施例に係るプリント基板素材の厚さは前述の通り３
５μｍ乃至１２５μｍのものまで数種ある。

従って、例えば搬送される基板素材の厚さが１００μｍ
であった場合、前記当初の焦点を２５μｍだけ長く変化
するように位置させる。そこで、式（１）となるガラス
板もしくはプラスチック板を用意する。本実施例及び以
下の実施例では、３６５ｎｍ・４０５ｎｍ・４３６ｎｍ
の露光波長を良く透過するという条件から石英ガラスを
用いると良い。石英ガラスの屈折率は１．５であるので
、曲成を満たすｄの値は７５μｍであり厚さ７５μｍの
石英ガラス板を挿入すれば良いことになる。

挿入する手段としては、手動により挿入しても良いし、
厚さの種類を外部信号として入力し該信号により自動的
に石英ガラスを選択挿入するＮＣ制御ロボット等を使用
しても良い。挿入する場所は投影レンズとプリント基板
素材の間であればどこでも良いが、当然のことながら投
影レンズ及びプリント基板素材と平行になるように挿入
するのが一番良い。

本実施例では、搬送されるプリント基板素材の厚さに応
じた所定の石英ガラス板の挿入により、プリント基板素
材の露光面には常にフォトマスクのパターンがきちんと
結像される。

次に、他の実施例として両面露光の場合について説明す
る。

第三図は、第二図と同様ＦＰＣ用プリプリント基板素材
−ルツーロール方式で搬送する、本発明の両面露光の場
合の実施例の光学系概略説明図である。第二図に示す光
学系と同様のものをプリント基板素材の下方にもう一組
配置し、プリン）ｌ＆板素材の両面を同時に露光してし
まうためのものである。

この場合、搬送レベルＸ−Ｘにプリント基板素材の厚み
の中央を一致させる。従って、基板素材の厚さが異なっ
たものが搬送される場合、露光面の位置はプリント基板
の両面で変化するから二枚の石英ガラス板を用意する。

具体的には、基板素材の厚さが１２５μｍの場合、上方
及び下方のそれぞれの光学系の結像レンズ８の焦点を搬
送レベルＸ−Ｘから１２５／２μｍつまり約６３μｍだ
け上方及び下方の位置に合わせておき、実際の作業では
、薄い基板素材ｌＯＯμｍが搬送される場合、１００／
２μｍ＝５０μｍが露光面となるから、結局的１３μｍ
だけそれぞれの光学系の焦点が移動するように石英ガラ
ス板を挿入すれば良い。

更に第四図を用いて他の実施例について説明する。この
場合プリント基板素材の下面を搬送レベルＸ−Ｘとして
いる。従って、基板素材の厚さが異なったものが送られ
てきても下面の露光面は位置が変化しないから、鉄面を
露光する露光系には石英ガラス板の挿入は不要であり、
上方の露光系にのみ挿入すれば良い。そして、第二図に
示した片面露光の場合の実施例と同じように、最も厚い
プリント基板素材の露光面に結像レンズの焦点を合わせ
ておき露光面の変化に応じて所望の石英ガラス板を挿入
する。

いずれの実施例においても、画面露光の露光方式におい
て、雨露光面とも簡易に結像レンズの焦点の位置に配置
させることができる。

以上説明してきた実施例はＦＰＣ用プリプリント基板素
材るが、本発明は比較的厚さのあるＰＷＢ用プリプリン
ト基板素材いても実施可能である。

第五図及び第六図は本発明をＰＷＢ用プリプリント基板
素材施した実施例の説明図である。光学系は同一である
が、搬送手段としてはコンベア１３を用いている。コン
ベアには具体的には次の三つの方式が使用可能である。

まず第一は被露光面以外の部分をワイヤー等で支持して
搬送する方式、第二は吸着チャックに固定して移動する
方式、第三は幅広ベルトの上に載置して移動する方式で
ある。幅広ベルトを用いる場合は、ベルトの材質は３６
５ｎｍ・４０５ｎｍ−４３６ｎｍなどのの露光波長の光
束を透過するものであれば、当然両面同時露光方式が採
用できる。

搬送されるＰＷＢ用プリプリント基板素材さが０．８ｍ
ｍ乃至３．２ｆｆ１ｍ　、　　フォトレジストの材質は
ドライフィルムレジスト、塗布するフォトレジスト層の
厚さは３０μｍ程度である。基板素材−コマの大きさは
５０（至）Ｘ　５０ｃｍ、フォトマスクの被照明部分の
大きさは約２３ｃｍ　Ｘ　２３ｃｍ、従って約５倍の拡
大撮影露光である。露光されるパターン線幅は１００μ
ｍ程度である。

前述のコンベアの幅広ベルトが露光波長を透過しないと
きは、第六図に示すように反転機１４を設けて、最初片
面のみを露光し次に反転して他の片面を露光するという
時間差露光を行う。

例えば、主に処理するＰＷＢ用プリプリント基板素材さ
が１．０１であるときは、結像レンズ８の焦点を該ＰＷ
Ｂ用プリプリント基板素材光面に合わせておき、露光処
理する基板素材の厚さがたまたま０．５ｍｍのものにな
ったときは、焦点距離が０゜５ｍｍ長くなるように厚さ
１　、５ｍｍの石英ガラス板を挿入する。図かられかる
ように、反転後において露光面の搬送レベルＸ−Ｘに対
する位置関係は反転前と変わりはないから、挿入する石
英ガラス板は二つとも同じ厚さのもの挿入すれば良い。

〔発明の効果〕

以上説明してきた実施例からも理解できる通り本発明の
構成により、厚さの異なるプリント基板素材を投影方式
により露光するにあたって、片面露光の場合も画面露光
の場合も、厚さの変化にかかわらず露光面が常に投影レ
ンズの焦点の位置に保たれ、像のボケのない高精度の露
光が可能となる。そして、フォトマスクとしては、縮小
もしくは拡大できる投影方式にによるため、微細な線幅
のフォトマスクや大面積のフォトマスクを用意すること
が不要となり、作り易い線幅のフォトマスクや適度の大
きさのフォトマスクを作れば良いからコストの上昇が抑
制される他、またフォトマスクとフォトレジストの接触
によるフォトマスクの汚れやキズ及びフォトマスクの反
りによる像の歪みの心配もなくなる。

【図面の簡単な説明】

第一図は透過板の挿入による焦点距離の伸長についての
原理説明図、第二図はＦＰＣ用プリプリント基板素材面
露光で露光する場合の実施例の光学系概略説明図、第三
図及び第四図はＦＰＣ用プリプリント基板素材面露光で
露光する場合の実施例の光学系概略説明図、第五図はＰ
ＷＢ用プリプリント基板素材面同時露光で露光する場合
の実施例の概略図、第六図はＰＷＢ用プリプリント基板
素材面時間差露光で露光する場合の実施例の概略図であ
る。 １は光源、２は集光鏡、３及び５は反射ミラー４はイン
テグレータレンズ、６はコンデンサーレンズユニット、
７はフォトマスク、８は結像レンズ、９は透過板として
のガラス板もしくはプラスチック板、１０は露光するプ
リント基板素材、１３はコンベア、１４は反転機、ｄは
ガラス板もしくはプラスチック板の厚さ、Ｈ＋　は厚い
プリント基板素材の場合の露光面、Ｈ２は薄いプリント
基板素材の場合の露光面、Ｘ−Ｘは搬送レベルをそれぞ
れ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フォトレジスト層の設けられたプリント基板素材にフォ
   トマスクのパターンを投影レンズで投影結像して上記プ
   リント基板素材を露光するにあたって、必要に応じて、
   投影レンズとプリント基板素材との間に露光波長を透過
   するガラス板もしくはプラスチック板を挿入することを
   特徴とするプリント基板製作の露光方式。