TWI650615B - 線型雷射直接曝光設備 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種雷射直接曝光設備，其能使傳統顯像型液態防焊油墨曝光後之油墨光澤度媲美經傳統汞燈曝光機的曝光效果。該設備包括一機台、一線型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。該雷射裝置設於該機台，用以輸出一道線形的雷射光束。該減氧裝置與該線型雷射裝置連動，用以在該基板之表面建造一減氧環境，以使該線型雷射裝置得以在減氧環境下對該基板進行曝光。

Description

線型雷射直接曝光設備

本發明係關於一種雷射曝光設備，尤指是一種線型雷射直接曝光設備，其適用於傳統顯像型液態防焊油墨(或稱綠漆)之曝光程序，且該油墨曝光後之效果能媲美傳統曝光機曝光後之效果。

一般而言，印刷電路板(Pririted 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，此防焊層的製備多是採用光蝕刻技術(Photo Lithography)，其製程簡述如下：首先，如第八圖所示，取得一已完成線路之電路板9，其上形成有至少一焊墊90。其次，如第九圖所示，於該電路板9上塗佈一層製作綠漆之光阻材料91。接著，將該電路板9放進烘箱烘烤，以去除大部分的溶劑。烘烤後，再將該電路板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，其中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，如第十圖所示。最後，再將電路板9放進烘箱，使綠漆完全硬化，完成電路板上綠漆的製作。

如上所述，傳統之曝光製程係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。此種雷射直接曝光方式雖是選用波長為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嚴重失去光澤性，無法與傳統汞燈曝光的效果相比，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線型雷射直接曝光設備，其不僅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，本發明之線型雷射直接曝光設備大致包括一機台、一線型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。其中，該檯面係暴露於大氣環境中。該雷射裝置係設於該機台，用以輸出線形的雷射光，以在該待曝光基板的表面進行掃描。該減氧裝置係與該線型雷射裝置同步，用以只對該線型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。

在一較佳實施例中，該減氧裝置包括一氣體供應源及一腔體。該氣體供應源係用以提供該惰性的氣體。該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。其中，該腔體之進氣口，供該氣體供應源之氣體注入該腔體內；而該腔體之出氣口係正對著該待曝光基板之表面，以使該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。

再者，該線型雷射裝置包括間隔排列之複數雷射二 極體，該些雷射二極體所輸出之多道輸出光共同形成該線形的雷射光。相對地，該減氧裝置更包括一分流板，該分流板設於該腔體之出氣口且界定有複數導流孔，分別對應該些雷射二極體，以使該些雷射二極體之多道輸出光得以分別從該分流板之導流孔射出，進而對該待曝光基板進行曝光。

較佳地，該減氧裝置更包括一框體，其底面壓制於該分流板之周緣，藉以將該分流板固定於該腔體之出氣口。

在一較佳實施例中，該減氧裝置包括一氣體供應源、一腔體、一框體、一分流板及一透光板。該氣體供應源具有至少一氣體管路，以供應該惰性的氣體。該腔體界定有一出氣口及至少一進氣口，該腔體之出氣口設於該腔體的底部且正對著該待曝光基板之表面，而該線型雷射裝置係設於該腔體之頂部。該框體環設於該腔體之出氣口，且界定有至少一進氣口。該分流板蓋住該腔體之出氣口，且界定有複數導流孔，分別對應該些雷射二極體，以使該些雷射二極體之多道輸出光得以分別從該分流板之導流孔射出，進而對該待曝光基板進行曝光。該透光板罩設於該框體之頂面，且與該框體及該分流板共同形成一內室，其中該些雷射二極體之多道輸出光能夠穿透該透光板進入該內室，並分別從該分流板之導流孔射出。其中，該氣體供應源之氣體管路係穿經該腔體之進氣口以及該框體之進氣口，以將該惰性的氣體直接輸送至該內室並從該分流板之該些導流孔吹向該待曝光基板之表面，建造該減氧環境。

較佳地，該框體係以其底面壓制於該分流板之周緣，以將該分流板固定於該腔體之出氣口。

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‧‧‧線型雷射直接曝光設備

1‧‧‧機台

10‧‧‧檯面

2‧‧‧線型雷射裝置

21‧‧‧輸出光

3、3’‧‧‧減氧裝置

30‧‧‧腔體

301‧‧‧進氣口

302‧‧‧出氣口

303‧‧‧側板

31、31’‧‧‧氣體管路

32‧‧‧分流板

320‧‧‧導流孔

33、33’‧‧‧框體

330‧‧‧進氣口

34‧‧‧透光板

35‧‧‧內室

4‧‧‧基板

第一圖係本發明線型雷射直接曝光設備的第一較佳實施例之立體結構示意圖。

第二圖係第一圖之線型雷射直接曝光設備的局部放大示意圖。

第三圖係第二圖之線型雷射直接曝光設備的立體分解示意圖。

第四圖係第二圖之線型雷射直接曝光設備的斷面示意圖。

第五圖係本發明線型雷射直接曝光設備的第二較佳實施例之局部放大示意圖。

第六圖係第五圖之線型雷射直接曝光設備的立體分解示意圖。

第七圖係第五圖之線型雷射直接曝光設備的斷面示意圖。

第八至十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線型雷射直接曝光設備100的第一較佳實施例，其大致包括一機台1、一線型雷射裝置2及一減氧裝置3。該機台1具有一檯面10(第四圖)，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亦暴露於大氣環境中。

參閱第一及二圖，該線型雷射裝置2係設於該機台1，用以輸出線形的雷射光，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，以使該線型雷射裝置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能同步地在該線型雷射裝置2只對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，本發明線型雷射直接曝光設備即是刻意在待曝光基板4的表面營造一減氧環境，並在當下輸出線形的雷射光，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，其具體的作法是透過持續通入惰性的氣體(例如氮氣或鈍氣)以驅逐空氣中的氧氣。因此，本發明線型雷射直接曝光設備之減氧裝置是在大氣環境下利用持續通入惰性氣體的方式，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。

參閱第二及三圖，在本第一較佳實施例中，該減氧裝置3包括一氣體供應源(未圖示)、一腔體30、一分流板32及一框體33。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。該腔體30具有一可拆卸的側板303，以方便該分流板32及該框體33組裝於該腔體30內。此外，該腔體30的頂部界定有兩進氣口301，且底部界定有一出氣口302。如第四圖所示，該腔體30係透過兩氣體管路31連接至該氣體供應源。如此，該氣體供應源之氮氣可從該腔體30之進氣口301注入該腔體30內；而該腔體30之出氣口302係對著該待曝光基板4之表面，以使該腔體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。

復參閱第四圖，該線型雷射裝置2係設於該腔體30之頂部，且正對下方之出氣口302，使得該腔體30不僅可與該線型雷射裝置2連動，且該線型雷射裝置2之輸出光恰可直接從該出氣口302射出。具體而言，該線型雷射裝置2包括間隔排列之複數雷射二極體(圖未示)，該些雷射二極體所輸出之多道輸出光21共同形成該線形的雷射光。換言之，該線型雷射裝置2之該些輸出光21亦是與氮氣一樣係從該腔體30之出氣口302射出，而對該待曝光基板4進行曝光。如此，無論該線型雷射裝置2掃描到該基板4的哪個表面區域，該減氧裝置3之腔體30也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。

特別的是，該分流板32係罩住該腔體30之出氣口302，而該框體33之底面壓制於該分流板32之周緣，藉以將該分流板32固定於該腔體30之出氣口302。其中，該分流板32界定有複數導流孔320，分別對應該些雷射二極體，以使該些雷射二極體之多道輸出光21得以分別從該分流板32之導流孔320射出，進而對該待曝光基板4進行曝光。如此，該腔體30內的氮氣也可均勻地從該些導流孔320噴出，提供均勻的減氧環境。

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，本發明之線型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。

第五至七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，包括一線型雷射裝置2及一減氧裝置3’，惟該減氧裝置3’更包括一透光板34，且搭配該透光板34之使用，本第二較佳實施例200之氮氣集中模式亦與第一較佳實施例100的模式也有些許差異。

具體而言，該線型雷射裝置2同樣係設於該機台1，用以輸出線形的雷射光，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，以使該線型雷射裝置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’能同步地在該線型雷射裝置2只對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。

該減氧裝置3’包括一氣體供應源(未圖示)、一腔體30、一分流板32、一框體33’及前述之透光板34。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。該腔體30之出氣口302設於該腔體30的底部且正對著該待曝光基板4之表面。此外，該腔體30具有一可拆卸的側板303，以方便該分流板32、該框體33’及該透光板3組裝於該腔體30內。

該線型雷射裝置2係設於該腔體30之頂部，且正對下方之出氣口302，使得該腔體30不僅可與該線型雷射裝置2連 動，且該線型雷射裝置2之輸出光可直接從該出氣口302射出。具體而言，該線型雷射裝置2包括間隔排列之複數雷射二極體(圖未示)，該些雷射二極體所輸出之多道輸出光共同形成該線形的雷射光。換言之，該線型雷射裝置2之該些輸出光21亦是與氮氣一樣係從該腔體30之出氣口302射出，而對該待曝光基板4進行曝光。如此，無論該線型雷射裝置2掃描到該基板4的哪個表面區域，該減氧裝置3’之腔體30也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。

較佳地，該分流板32係蓋住該腔體30之出氣口302，且界定有複數導流孔320，分別對應該些雷射二極體，以使該些雷射二極體之多道輸出光21得以分別從該分流板32之導流孔320射出，進而對該待曝光基板4進行曝光。該框體33’環設於該腔體30之出氣口302，且以其底面壓制於該分流板32之周緣，以將該分流板32固定於該腔體30之出氣口302。該透光板34係罩設於該框體30之頂面，且與該框體30及該分流板32共同形成一內室35。此外，該透光板32能夠允許該些雷射二極體之輸出光21穿透進入該內室35，進而從該分流板32之導流孔320射出。

此外，本第二較佳實施例200之框體33’更界定有至少一進氣口330。該氣體供應源之氣體管路31’係穿經該腔體30之進氣口301以及該框體33’之進氣口330，以將該惰性的氣體(氮氣)直接輸送至該內室35，並從該分流板32之該些導流孔320均勻地吹向該待曝光基板4之表面，以建造一貧氧或無氧的環境。

綜上，本發明之線型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。

Claims (8)

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，且包括間隔排列的複數雷射發光二極體，用以輸出雷射光，以照射在該待曝光基板的一綠漆層；以及一減氧裝置，用以在該雷射裝置工作期間，持續地輸出一惰性的氣體到該基板的綠漆層被該雷射光照射到的位置及其周圍區域，該減氧裝置包括一氣體供應源、連接該氣體供應源的一腔體及設於該腔體的一分流板，其中該氣體供應源係用以提供該惰性的氣體，該腔體界定有至少一進氣口及一出氣口，該腔體之進氣口係供該氣體供應源之氣體注入該腔體內，而該腔體之出氣口係正對著該待曝光基板之表面，以使該腔體內之氣體得以吹向該待曝光基板之綠漆層，該分流板設於該腔體之出氣口且界定有複數導流孔，分別對應該些雷射二極體，以使該些雷射二極體所發射之多道雷射光得以分別從該分流板之導流孔射出，進而對該待曝光基板進行曝光，藉此抵達該位置的雷射光被惰性氣體包圍住，而與該大氣環境隔絕。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射直接曝光設備，其中該減氧裝置更包括一框體，其底面壓制於該分流板之周緣，藉以將該分流板固定於該腔體之出氣口。
3. 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，且包括間隔排列的複數雷射發光二極體，用以輸出至少一雷射光，以照射在該待曝光基板的一綠漆層；以及一減氧裝置，用以在該雷射裝置工作期間，持續地輸出一惰性的氣體到該基板的綠漆層被該雷射光照射到的位置及其周圍區域；其中，該減氧裝置包括：一氣體供應源，具有至少一氣體管路，以供應該惰性的氣體；一腔體，界定有一出氣口及至少一進氣口，該腔體之出氣口設於該腔體的底部且正對著該待曝光基板之綠漆層，而該雷射裝置係設於該腔體之頂部；一框體，環設於該腔體之出氣口，且界定有至少一進氣口；一分流板，蓋住該腔體之出氣口，且界定有複數導流孔，分別對應該些雷射二極體，以使該些雷射二極體所發射之多道雷射光得以分別從該分流板之導流孔射出，進而對該待曝光基板進行曝光；及一透光板，罩設於該框體之頂面，且與該框體及該分流板共同形成一內室，其中該些雷射二極體所發射之多道 雷射光能夠穿透該透光板進入該內室，並分別從該分流板之導流孔射出；其中，該氣體供應源之氣體管路係穿經該腔體之進氣口以及該框體之進氣口，以將該惰性的氣體直接輸送至該內室並從該分流板之該些導流孔吹向該待曝光基板之表面，以使到達該位置的雷射光被惰性氣體包圍住，藉以隔離該基板的綠漆層被該雷射光照射到的位置與該大氣環境。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷射直接曝光設備，其中該框體係以其底面壓制於該分流板之周緣，以將該分流板固定於該腔體之出氣口。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射直接曝光設備，其中該雷射裝置之雷射光具有一單一波長，其介於350nm至410nm。
6. 一種雷射直接曝光裝置，包括：一檯面，供放置一基板；一氣體供應源，用以提供惰性的氣體；一腔體，面對該檯面，且具有至少一進氣口及一出氣口，該進氣口連接該氣體供應源，以供該惰性的氣體注入，該出氣口朝向該基板的表面，以使該惰性的氣體吹向該基板的表面； 一分流板，設於該腔體的出氣口，且具有多個導流孔，以使該惰性的氣體分流成多道之後分別經由該些導流孔吹向該基板的表面；及一雷射裝置，包括間隔排列的多個雷射二極體，每一雷射二極體分別對應該分流板的該些導流孔，以使該些雷射二極體所發射的雷射光束分別經由該些導流孔射出到該基板的表面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射直接曝光設備，更包括一框體，其底面壓制於該分流板之周緣，藉以將該分流板固定於該腔體之出氣口。
8. 一種雷射直接曝光裝置，包括：一檯面，供放置一基板；一氣體供應源，用以提供惰性的氣體；一腔體，面對該檯面，且具有至少一進氣口及一出氣口，該進氣口連接該氣體供應源，以供該惰性的氣體注入，該出氣口朝向該基板的表面，以使該惰性的氣體吹向該基板的表面；一框體，環設於該腔體之出氣口，且界定有至少一進氣口；一分流板，設於該腔體的出氣口，且具有多個導流孔，以使該惰性的氣體分流成多道之後分別經由該些導流孔吹向該基板的表面； 一透光板，罩設於該框體之頂面，且與該框體及該分流板共同形成一內室；及一雷射裝置，包括間隔排列的多個雷射二極體，該些雷射二極體所發射之多道雷射光能夠穿透該透光板進入該內室，並分別從該分流板之導流孔射出到該基板的表面。