TWI547222B - 適用傳統顯像型液態防焊油墨之雷射直接曝光設備及其方法 - Google Patents

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Description

適用傳統顯像型液態防焊油墨之雷射直接曝光設備及其方法
本發明係關於一種雷射曝光設備及方法，尤指能夠適用於傳統顯像型液態防焊油墨(或稱綠漆)之雷射曝光設備及方法。
印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)之表面通常會形成有一防焊層，以保護電路板的線路不被氧化。傳統PCB之防焊層的製備是採用光蝕刻技術(Photo Lithography)，如下所述。
首先，對已完成線路之電路板9(第六圖)上塗佈一層製作綠漆之光阻材料91，如第七圖所示。接著，將電路板9放進烘箱烘烤，以去除大部分的溶劑。烘烤後，再將電路板9架上底片(或稱光罩)並放進傳統的超高壓汞燈曝光機進行曝光，未被光罩覆蓋住的部分(也就是受光的部分)，將因鍵結而稍微硬化。隨後，將曝光後之電路板送入顯影機以鹼液沖洗，未鍵結硬化的綠漆將被沖掉，留下剩餘的綠漆91’，並露出焊墊90，如第八圖所示。最後，再將電路板9放進烘箱，使綠漆完全硬化，已完成電路板上綠漆的製作。
傳統在進行曝光製程時，是利用超高壓汞燈所發出之包含多波段的紫外線(波長320nm至410nm)對光阻材料進行曝光，進而使曝光部分聚合固化，形成具有高光澤度之綠漆。近來，另一種利用雷射進行的直接描畫的技術(Laser Direct Imaging,LDI)，即不需要底片的無光罩曝光方式，正在廣泛地被使用，以取代傳統利用光罩的汞燈曝光模式。此種雷射直接曝光雖是選用波長為350nm至410nm的雷射光作為光源，但由於是 選用單一波長(例如405nm)的雷射光，與超高壓汞燈等的曝光相比，雷射直接曝光所製成的綠漆大大失去光澤性，無法與傳統汞燈曝光的相比，不符合客戶要求。
有鑑於此，本發明提供一種能提升綠漆光澤度之雷射曝光設備，其能沿用傳統顯像型液態防焊油墨的綠漆材料，且所製作出來的綠漆光澤度能媲美傳統汞燈曝光所製作出來之綠漆光澤度。
具體而言，本發明之雷射曝光設備大致包括一機台、一雷射裝置及一減氧裝置。該機台具有一檯面，供放置一待曝光基板。該雷射裝置係設於該機台，用以輸出一或多道雷射光束。該減氧裝置係用以在一待曝光基板之表面建造一減氧環境，以使該雷射裝置得以在減氧環境下對該基板進行曝光。
較佳地，該減氧裝置包括一氣體供應源及一集氣腔體。該氣體供應源提供一惰性的氣體，例如氮氣。該集氣腔體連接該氣體供應源，且界定有至少一進氣口及一出氣口。該集氣腔體之進氣口係供該氣體供應源之氣體注入該集氣腔體內；而該集氣腔體之出氣口係對著該待曝光基板之表面，以使該集氣腔體內之氣體得以吹向該待曝光基板之表面，建造該減氧環境。
較佳地，該雷射裝置之輸出光束亦是從該集氣腔體之出氣口射出，而對該待曝光基板進行曝光，如此可確保該基板表面是在該減氧環境下進行曝光。
本發明更提供一種提升防焊油墨光澤度之雷射曝光的方法，其包括下列步驟：(a).將一塗有一層傳統顯像型液態防焊油墨之待曝光基板放置於大氣環境中之一工作檯面上；(b).提供一雷射裝置及與該雷射裝置連動的一減氧裝置，其中該減氧裝置能夠同步且持續地只對該雷射裝置正在掃描的區域輸出一惰性的氣體，以將該正在掃描的區域所處的環境從該大氣環境轉變成一減氧環境；(c).使該雷射裝置逐步地掃描該塗有防焊油墨之基板的各個區域，其中該雷射裝置之雷射光的波長係介於350nm至410nm；以及(d).在該雷射裝置掃描的過程中，同步使該減氧裝置只對該雷 射裝置正在掃描之區域持續地通入該惰性的氣體，以確保該正被掃描之區域上之傳統顯像型液態防焊油墨是在減氧環境被曝光。
經過實驗證實，待曝光基板上之防焊油墨在刻意營造之貧氧或無氧的環境下(也就是減氧環境)進行雷射直接曝光後所產生的綠漆之光澤度比在正常空氣環境下(也就是沒有減氧的環境)的光澤度顯然提升，甚至媲美傳統汞燈曝光機的曝光效果。因此，本發明之雷射直接曝光設備雖然使用單一波長仍可在不改變綠漆材料下取代傳統的超高壓汞燈曝光機，而不會造成產製之綠漆光澤度不足的問題。
100、200‧‧‧曝光設備
1‧‧‧機台
10‧‧‧檯面
2‧‧‧雷射裝置
20‧‧‧鏡組
21‧‧‧雷射光束
3‧‧‧減氧裝置
30‧‧‧集氣腔體
301‧‧‧進氣口
302‧‧‧出氣口
303‧‧‧入光口
31‧‧‧連接管
4‧‧‧曝光基板
5‧‧‧減氧裝置
50‧‧‧集氣腔體
502‧‧‧出氣口
51‧‧‧連接管
52‧‧‧出氣口
第一圖係本發明雷射直接曝光設備的第一較佳實施例之立體結構示意圖。
第二圖係第一圖之雷射直接曝光設備的局部立體結構的放大示意圖。
第三圖係第二圖之雷射直接曝光設備的部分斷面示意圖。
第四圖係本發明雷射直接曝光設備的第二較佳實施例之局部立體結構示意圖。
第五圖係第四圖之雷射直接曝光設備的部分斷面示意圖。
第六至八圖係顯示習知之印刷電路板的綠漆之製造過程。
第一圖顯示本發明之雷射直接曝光設備100的第一較佳實施例，其大致包括一機台1、一雷射裝置2及一減氧裝置3。該機台1具有一檯面10(第三圖)，供放置一待曝光基板4。其中，該檯面10係暴露於大氣環境中，使得其上之該基板4亦會暴露於大氣環境中。
參閱第一及二圖，該雷射裝置2(例如：二極體雷射)係設於該機台1，用以輸出一雷射光束21，以在該基板4的表面進行掃描，其波長可選自350nm至410nm，以通用於傳統汞燈曝光機所使用之傳統顯像型液態防焊油墨或綠漆。該減氧裝置3係用以在一待曝光基板4之其中一表面區域建造一減氧環境，以使該雷射裝置2透過直接掃描而得以在減氧環 境下對該基板4進行全面曝光。換言之，該減氧裝置3能同步地在該雷射裝置2正在掃描之區域持續地通入一惰性的氣體，例如氮氣，以確保該基板4之每一正在掃描的區域是在減氧環境下進行曝光。
在印刷電路板的綠漆製程中，該待曝光基板4係指已塗佈有防焊油墨的電路板。一般而言，防焊油墨是由光起始劑、寡聚物、反應性稀釋單體及其他添加劑等所組成。光起始劑的主要功能是在於吸收紫外光後，若光能大於分子結合能，分子會解離而產生活化自由基進而引發交聯聚合反應。而在另一方面，空氣中的氧氣會與自由基反應而形成過氧自由基(peroxyl radicals)，其過氧自由基會阻礙聚合反應的進行，使得反應終止或不完全。據此，本發明雷射直接曝光設備及方法即是刻意在待曝光基板4的表面營造一減氧環境，並在當下輸出雷射光束，使該基板4進行雷射直接曝光。
附帶說明的是，上述之減氧環境指的是刻意除去空氣中少量或多量的氧氣所營造之貧氧或無氧的環境，其具體的作法可以是對整個曝光設備抽真空，或是透過持續通入惰性氣體(例如氮氣或鈍氣)以驅逐空氣中的氧氣。因此，本發明雷射直接曝光設備之減氧裝置可以是一抽真空系統；或是如在本較佳實施例所述之減氧裝置是在大氣環境下利用持續通入氮氣的方式，以只在該基板的其中一表面區域建造該減氧環境，如第一圖所示。
參閱第三圖，該減氧裝置3包括一氣體供應源(未圖示)及一集氣腔體30。在本較佳實施例中，該氣體供應源供應的是氮氣，例如純度99.5%的普通氮氣或是純度99.995%的高純度氮氣。該集氣腔體30的頂部界定有兩進氣口301，且底部界定有一出氣口302。該集氣腔體30係透過兩連接管31連接至該氣體供應源。如此，該氣體供應源之氮氣可從該集氣腔體30之進氣口301注入該集氣腔體30內；而該集氣腔體30之出氣口302係對著該待曝光基板4之表面，以使該集氣腔體30內之氮氣得以吹向該基板4之表面，驅逐表面上的空氣或氧氣，藉以建造一貧氧或無氧的環境。
復參閱第三圖，本較佳實施利之集氣腔體30之兩進氣口301之中央界定有一入光口303，該入光口303是正對下方之出氣口302。該雷射裝置2之一鏡組20恰設於該集氣腔體30之入光口303，以與該集氣腔體 30連接，使得該集氣腔體30得以與該雷射裝置2連動。此外，該雷射裝置2之輸出光束21係被安排穿過該鏡組20而從該集氣腔體30之入光口303進入該集氣腔體30，並從該集氣腔體30之出氣口302射出。換言之，該雷射裝置2之輸出光束21亦是與氮氣一樣係從該集氣腔體30之出氣口302射出，而對該待曝光基板4進行曝光。如此，無論該雷射裝置2掃描到該基板4的哪個表面區域，該減氧裝置3之集氣腔體30會同步移動到該表面區域的上方對其下方的區域進行減氧，以確保最終該基板4之所有被掃描的區域皆是在貧氧或無氧環境下進行曝光，藉以降低綠漆之光硬化反應時之氧氣抑制效應。
為驗證本發明之雷射直接曝光之效果，今以傳統的汞燈曝光機曝光為對照組，並選用波長405nm之二極體雷射在(1).一般空氣環境中、(2)注入普通氮氣的減氧環境中及(3).注入高純度氮氣的減氧環境中，進行雷射直接曝光為實驗組做實驗。經光澤度計量測發現，傳統汞燈曝光機曝光後之綠漆的光澤度為96.86光澤單位(Gloss Unit，GU)；而在一般空氣環境中曝光後之綠漆的光澤度降為31.64GU；而在注入普通氮氣及高純度氮氣的減氧環境中曝光後之綠漆的光澤度分別為78.29GU及79.29GU。經過數據分析後可以發現，在不改變綠漆材料的情況下，相較於傳統的汞燈曝光機，使用單一波長之雷射直接曝光設備透過以氮氣製造的氧氧或無氧環境可以將綠漆光澤度提高到傳統汞燈曝光機的百分之八十，且附著度和表面硬度經測試也均符合一般電路板綠漆之規格。換言之，本發明之雷射直接曝光設備雖然使用單一波長仍可在不改變綠漆材料下可以取代傳統的超高壓汞燈曝光機，而不會造成產製之綠漆光澤度不足的問題。
第四及五圖係局部地顯示本發明之雷射直接曝光設備200的第二較佳實施例，其大體上相同於第一較佳實施例100，同樣包括一雷射裝置2及一減氧裝置5，惟該減氧裝置5之集氣腔體50與第一較佳實施例100的集氣腔體30在型態上有所差異。
該雷射裝置2(例如：二極體雷射)，用以輸出一雷射光束21，其波長可選自350nm至410nm，以通用於傳統汞燈曝光機所使用之傳統顯像型液態防焊油墨或綠漆。該減氧裝置5係用以在一待曝光基板4之表面建造一減氧環境，以使該雷射裝置2得以在減氧環境下對該基板4進 行曝光。
該減氧裝置5包括一氣體供應源(未圖示)及一集氣腔體50。該集氣腔體50呈圓柱形，且其側面界定有一進氣口(未圖示)，而底面界定有一出氣口52。該集氣腔體50係透過一連接管51連接至該氣體供應源。如此，該氣體供應源之氮氣可從該集氣腔體50之進氣口注入該集氣腔體50內；而該集氣腔體50之出氣口502係對著該待曝光基板4之表面，以使該集氣腔體50內之氮氣得以吹向該基板4之表面，驅逐表面上的空氣或氧氣，藉以建造一貧氧或無氧的環境。
特別的是，圓柱形的該集氣腔體30係與該雷射裝置2之輸出光束21同軸，使得該輸出光束21同樣從該集氣腔體30之出氣口302射出，而對該待曝光基板4進行曝光。如此，可確保該基板4之表面是在貧氧或無氧環境下進行曝光，藉以降低綠漆之光硬化反應時之氧氣抑制效應。
綜上，本發明之雷射直接曝光設備雖然使用單一波長仍可在不改變綠漆材料下可以取代傳統的超高壓汞燈曝光機，而不會造成產製之綠漆光澤度不足的問題。
無論如何，任何人都可以從上述例子的說明獲得足夠教導，並據而了解本發明內容確實不同於先前技術，且具有產業上之利用性，及足具進步性。是本發明確已符合專利要件，爰依法提出申請。
200‧‧‧曝光設備
2‧‧‧雷射裝置
5‧‧‧減氧裝置
51‧‧‧連接管

Claims (10)

  1. 一種雷射直接曝光設備，包括：一機台，具有一檯面，供放置一待曝光基板，其中該檯面係暴露於大氣環境中；一雷射裝置，設於該機台，用以輸出雷射光束，以在該基板的表面進行掃描；以及一減氧裝置，與該雷射裝置同步，用以只對該雷射裝置正在掃描之區域持續地輸出一惰性的氣體，以確保該基板之正在被掃瞄的區域是在減氧環境下進行曝光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射直接曝光設備，其中該減氧裝置包括：一氣體供應源，以提供該惰性的氣體；一集氣腔體，其連接該氣體供應源，且界定有至少一進氣口及一出氣口；該集氣腔體之進氣口，供該氣體供應源之氣體注入該集氣腔體內；而該集氣腔體之出氣口係對著該待曝光基板之表面，以使該集氣腔體內之氣體得以吹向該待曝光基板之表面，建造該減氧環境。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射直接曝光設備，其中該氣體供應源所提供之惰性的氣體是氮氣。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之雷射直接曝光設備，其中該雷射裝置之輸出光束亦是從該集氣腔體之出氣口射出，而對該待曝光基板進行曝光。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射直接曝光設備，其中該集氣腔體呈圓柱形，且該集氣腔體與該雷射裝置之輸出光束同軸。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之雷射直接曝光設備，其中該集氣腔體更界定有一入光口，以使該雷射裝置之輸出光束從該入光口進入該集氣腔體，並從該集氣腔體之出氣口射出。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射直接曝光設備，其中該雷射裝置更包括一鏡組，設於該集氣腔體之入光口。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之雷射直接曝光設備，其中該減氧裝置之集氣腔體係被安排與該雷射裝置連動。
  9. 一種雷射直接曝光方法，其包括下列步驟：(a).將一塗有一層顯像型液態防焊油墨之待曝光基板放置於大氣環境中之一檯面上；(b).提供一雷射裝置及與該雷射裝置連動的一減氧裝置，其中該減氧裝置能夠同步且持續地只對該雷射裝置正在掃描的區域輸出一惰性的氣體，以將該正在掃描的區域所處的環境從該大氣環境轉變成一減氧環境；(c).使該雷射裝置逐步地掃描該塗有防焊油墨之基板的各個區域，其中該雷射裝置之雷射光的波長係介於350nm至410nm；以及(d).在該雷射裝置掃描的過程中，同步使該減氧裝置只對該雷射裝置正在掃描之區域持續地通入該惰性的氣體，以 確保該正被掃描之區域上之顯像型液態防焊油墨是在減氧環境被曝光。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之雷射直接曝光方法，其中在步驟(d)中係利用持續通入氮氣的方式，以在該基板的表面建造該減氧環境。
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