光化學、干膜、曝光及顯影制程
1、Absorption 吸收,吸入
指被吸收物會進入主體的內部,是一種化學式的吸入動作。如光化反應中的光能吸收,或板材與綠漆對溶劑的吸入等。另有一近似詞 Adsorption 則是指吸附而言,只附著在主體的表面,是一種物理式的親和吸附。
2、Actinic Light(or Intensity,or Radiation) 有效光
指用以完成光化反應各種光線中,其最有效波長范圍的光而言。例如在360~420 nm 波長范圍的光,對偶氮棕片、一般黑白底片及重鉻酸鹽感光膜等,其等反應均最快最徹底且功效最大,謂之有效光。
3、Acutance 解像銳利度
是指各種由感光方式所得到的圖像,其線條邊緣的銳利情形 (Sharpness),此與解像度 Resolution 不同。后者是指在一定寬度距離中,可以清楚的顯像(Develope)解出多少組“線對”而言(Line Pair,系指一條線路及一個空間的組合),一般俗稱只說解出機條“線”而已。
4、Adhesion Promotor 附著力促進劑
多指干膜中所添加的某些化學品,能促使其與銅面產生“化學鍵”,而促進其與底材間之附著力者皆謂之。
5、Binder 粘結劑
各種積層板中的接著樹脂部份,或干膜之阻劑中,所添加用以“成形”而不致太“散”的接著及形成劑類。
6、Blur Edge(Circle)模糊邊帶,模糊邊圈
多層板各內層孔環與孔位之間在做對準度檢查時,可利用 X光透視法為之。由于X光之光源與其機組均非平行光之結構,故所得圓墊(Pad)之放大影像,其邊緣之解像并不明銳清晰,稱為 Blur Edge。
7、Break Point 出像點,顯像點
指制程中已有干膜貼附的“在制板”,于自動輸送線顯像室上下噴液中進行顯像時,到達其完成沖刷而顯現出清楚圖形的“旅程點”,謂之“Break Point”。所經歷過的沖刷路程,以占顯像室長度的 50~75% 之間為宜,如此可使剩下旅途中的清水沖洗,更能加強清除殘膜的效果。
8、Carbon Arc Lamp 碳弧燈
早期電路板底片的翻制或版膜的生產時,為其曝光所用的光源之一,是在兩端逼近的碳精棒之間,施加高電壓而產生弧光的裝置。
9、Clean Room 無塵室、潔凈室
是一個受到仔細管理及良好控制的房間,其溫度、濕度、壓力都可加以調節,且空氣中的灰塵及臭氣已予以排除,為半導體及細線電路板生產制造必須的環境。一般“潔凈度”的表達,是以每“立方呎”的空氣中,含有大于0.5μm以上的塵粒數目,做為分級的標準,又為節省成本起見,常只在工作臺面上設置局部無塵的環境,以執行必須的工作,稱 Clean Benches。
10、Collimated Light 平行光
以感光法進行影像轉移時,為減少底片與板面間,在圖案上的變形走樣起見,應采用平行光進行曝光制程。這種平行光是經由多次反射折射,而得到低熱量且近似平行的光源,稱為Collimated Light,為細線路制作必須的設備。由于垂直于板面的平行光,對板面或環境中的少許灰塵都非常敏感,常會忠實的表現在所曬出的影像上,造成許多額外的缺點,反不如一般散射或漫射光源能夠自相互補而消彌,故采用平行光時,必須還要無塵室的配合才行。此時底片與待曝光的板面之間,已無需再做抽真空的密接(Close Contact),而可直接使用較輕松的 Soft Contact或Off Contact了。
11、Conformity吻合性,服貼性
完成零件壞配的板子, 為使整片板子外形受到仔細的保護起見,再以絕緣性的涂料予以封護涂裝,使有更好的信賴性。一般軍用或較高層次的裝配板,才會用到這種外形貼護層。
12、Declination Angle 斜射角
由光源所直接射下的光線,或經各種折射反射過程后,再行射下的光線中,凡呈現不垂直射在受光面上,而與“垂直法線”呈某一斜角者(即圖中之 a角)該斜角即稱 Declination Angle。當此斜光打在干膜阻劑邊緣所形成的“小孔相機”并經 Mylar 折光下,會出現另一“平行光”之半角(Collimation HalfAngle,CHA)。通常“細線路”曝光所講究的“高平行度”的曝光機時,其所呈的“斜射角”應小于 1.5 度,其“平行半角”也須小于 1.5 度。
13、Definition 邊緣逼真度
在以感光法或印刷法進行圖形或影像轉移時,所得到的下一代圖案,其線路或各導體的邊緣,是否能出現齊直而又忠于原底片之外形,稱為“邊緣齊直性”或逼真度“Definition”。
14、Densitomer 透光度計
是一種對黑白底片之透光度(Dmin)或遮光度(Dmax)進行測量之儀器,以檢查該底片之劣化程度如何。其常用的品牌如 X-Rite 369 即是。
15、Developer 顯像液,顯影液,顯像機
用以沖洗掉未感光聚合的膜層,而留下已感光聚合的阻劑層圖案,其所用的化學品溶液稱為顯像液,如干膜制程所用的碳酸鈉(1%)溶液即是。
16、Developing 顯像,顯影
是指感光影像轉移過程中,由母片翻制子片時稱為顯影。但對下一代像片或干膜圖案的顯現作業,則應稱為“顯像”。既然是由底片上的“影”轉移成為板面的“像”,當然就應該稱為“顯像”,而不宜再續稱底片階段的“顯影”,這是淺而易見的道理。然而業界積非成是習用已久,一時尚不易改正。日文則稱此為“現像”。
17、Diazo Film 偶氮棕片
是一種有棕色阻光膜的底片,為干膜影像轉移時,在紫外光中專用的曝光用具(Phototool)。這種偶氮片即使在棕色的遮光區,也能在“可見光”中透視到底片下的板面情形,比黑白底片要方便的多。
18、Dry Film 干膜
是一種做為電路板影像轉移用的干性感光薄膜阻劑,另有 PE 及 PET 兩層皮膜將之夾心保護。現場施工時可將 PE 的隔離層撕掉,讓中間的感光阻劑膜壓貼在板子的銅面上,在經過底片感光后即可再撕掉 PET 的表護膜,進行沖洗顯像而形成線路圖形的局部阻劑,進而可再執行蝕刻(內層)或電鍍(外層)制程,最后在蝕銅及剝膜后,即得到有裸銅線路的板面。
19、Emulsion Side藥膜面
黑白底片或 Diazo 棕色底片,在 Mylar 透明片基 ( 常用者有 4 mil 與7 mil 兩種)的一個表面上涂有極薄的感光乳膠(Emulsion) 層,做為影像轉移的媒介工具。當從已有圖案的母片要翻照出“光極性”相反的子片時,必須謹遵“藥面貼藥面” ( Emulsion to Emulsion ) 的基本原則,以消除因片基厚度而出現的折光,減少新生畫面的變形走樣。
20、Exposure 曝光
利用紫外線(UV)的能量,使干膜或印墨中的光敏物質進行光化學反應,以達到選擇性局部架橋硬化的效果,完成影像轉移的目的稱為曝光。
21、Foot 殘足
指干膜在顯像之后部份刻意留下阻劑,其根部與銅面接觸的死角處,在顯像時不易沖洗干凈而殘留的余角(Fillet),稱為Foot或Cove。當干膜太厚或曝光能量不足時,常會出現殘足,將對線寬造成影響。
22、Halation環暈
指曝光制程中接受光照之圖案表面,其外緣常形成明暗之間的環暈。成因是光線穿過半透明之被照體而到達另一面,受反射折光回到正面來,即出現混沌不清的邊緣地帶。
23、Half Angle 半角
此詞的正式名稱是 Collimation Half Angle“平行光半角”。 是指曝光機所射下的“斜光”,到達底片上影像圖案的邊緣,由此“邊緣”所產生“小孔照像機”效應,而將“斜光”擴展成“發散光”其擴張角度的一半,謂之“平行光半角”(CHA),簡稱“半角”。
24、Holding Time 停置時間
當干膜在板子銅面上完成壓膜動作后,需停置 15~30 分鐘,使膜層與銅面之間產生更強的附著力;而經曝光后也要再停置 15~30 分鐘,讓已感光的部份膜體,繼續進行完整的架橋聚合反應,以便耐得住顯像液的沖洗,此二者皆謂之“停置時間”。
25、Illuminance 照度
指照射到物體表面的總體“光能量”而言。
26、Image Transfer 影像轉移,圖像轉移
在電路板工業中是指將底片上的線路圖形,以“直接光阻”的方式或“間接印刷”的方式轉移到板面上,使板子成為零件的互連配線及組裝的載體,而得以發揮功能。影像轉移是電路板制程中重要的一站。
27、Laminator 壓膜機
當阻劑干膜或防焊干膜以熱壓方式貼附在板子銅面上時,所使用的加熱輾壓式壓膜機,稱之 Laminator。
28、Light Integrator 光能累積器、光能積分器
是在某一時段內,對物體表面計算其總共所得到光能量的一種儀器。此儀器中含濾光器,可用以除去一般待測波長以外的光線。當此儀另與計時器配合后,可計算物體表面在定時中所接受到的總能量。一般干膜曝光機中都加裝有這種“積分器”,使曝光作業更為準確。
29、Light Intensity 光強度
單位時間內(秒)到達物體表面的光能量謂之“光強度”。其單位為 Watt/cm2,連續一時段中所累計者即為總計光能量,其單位為 Joule(Watt?Sec)。
30、Luminance 發光強度,耀度
指由發光物體表面所發出或某些物體所反射出的光通量而言。類似的字詞尚有“光能量”Luminous Energy。
31、Negative-Acting Resist 負性作用之阻劑,負型阻劑
是指感光后能產生聚合反應的化學物質,以其所配制的濕膜或干膜,經曝光、顯像后,可將未感光未聚合的皮膜洗掉,而只在板面上留下已聚合的阻劑圖形,的原始圖案相反,這種感光阻劑稱之為“負性作用阻劑”,也稱為Negative Working Resist。反之,能產生感光分解反應,板面的阻劑圖案與底片完全相同者,則稱為 Positive Acting Resis 。電路板因解像度(Resolution,大陸用語為“分辨率”)的要求不高,通常采用“負性作用”的阻劑即可,且也較便宜。至于半導體IC、混成電路(Hybrid)、液晶線路(LCD)等則采解像度較好的“正型”阻劑,相對的其價格也非常貴。
32、Mercury Vaper Lamp 汞氣燈
是一種不連續光譜的光源,其主要的四五個強峰位置,是集中在波長 365~560nm 之間。其當光源強度之展現與能量的施加,在時間上會稍有落后。且光源熄滅后若需再開啟時,還需要經過一段冷卻的時間。因而這種光源一旦啟動后就要連續使用,不宜開開關關。在不用時可采“光柵”的方式做為阻斷控制,避免開關次數太多而損及光源的壽命。
33、Newton Ring 牛頓環
當光線通過不同密度的介質,而其間的間隔(Gap,例如空氣)又極薄時,則入射光會與此極薄的空氣間隙發生作用,而出現五彩狀同心圓的環狀現象,因為是牛頓所發現的故稱為“牛頓環”。干膜之曝光因系在“不完全平行”或散射光源下進行的,為減少母片與子片間因光線斜射而造成失真或不忠實現象,故必須將二者之間的間距盡可能予以縮小,即在抽真空下密接(Close Contact),使完成藥面接藥面(Imulsion Side to Imulsion Side)之緊貼,以達到最好的影像轉移。凡當二者之間尚有殘存空氣時,即表示抽真空程度不足。此種未密接之影像,必定會發生曝光不良而引起的解像劣化,甚至無法解像的情形。而此殘存空氣所顯示的牛頓環,若用手指去壓擠時還會出現移動現象,成為一種真空程度是否良好的指標。為了更方便檢查牛頓環是否仍能移動之情形,最好在曝光臺面上方裝設一支黃色的燈光,以便于隨時檢查是否仍有牛頓環的存在。上法可讓傳統非平行光型的曝光機,也能展現出最良好曝光的能力。
34、Oligomer 寡聚物
原來意思是指介于已完成聚合的高分子,與原單體之間的“半成品”,電路板所用的干膜中即充滿了這種寡聚物。底片“明區”部份所“占領”的干膜,一經曝光后即展開聚合硬化,而耐得住碳酸鈉溶液(1%)的顯像沖刷,至于未感光的寡聚物則會被沖掉,而出現選擇性“ 阻劑 ”圖案,以便能再繼續進行蝕刻或電鍍。
35、Optical Density 光密度
在電路板制程中,是指棕色底片上“暗區”之阻光程度,或“明區”的透光 程度而言,一般以D示之。另外相對于此詞的是透光度(Transmittance,T)。 此二種與“光”有關的性質,可用入射光(Incident Light,Ii)及透出光(Transmitted light I) 兩參數表達如下,即: T=I/Ii--------------------(1) D=-log T------------------(2) 將(1)式代入(2)中可得: D=-log (I/Ii )-----------(3) 現將“光密度”(D),與“透光度”(T),及棕色底片“品質”三者之關系,列表整理于下: (上表中 Dmim表示棕片明區的光密度;Dmax表示暗區的光密度) 生產線上所使用的棕色片 (Diazo),需定時以“光密度檢測儀”(見附圖)去進行檢查。一旦發現品質不良時,應即行更換棕片,以保證曝光應有的水準。此點對于防焊干膜的解像精度尤其重要。 光密度 D T%透光度 棕片品質 -------- ---------- --------- 0.00 100.0 棕色片明區 0.10 79.4 的光密度 Dmim 0.15 70.8 應低于 0.15 1.00 10.0 2.00 1.0 3.00 0.1 3.50 0.03 4.00 0.01 棕色片暗區 4.50 0.0065 的光密度 Dmax 5.00 0.001 應高于 3.50
36、Oxygen Inhibitor氧氣抑制現象
曝光時干膜會吸取紫外線中能量,引起本身配方中敏化劑(Sensitizer)的分裂,而成為活性極高的“自由基”(Free Radicals)。此等自由基將再促使與其他單體、不含飽和樹脂、及已部份架橋的樹脂等進行全面的“聚合反應”。此反應須而無氧在狀態下才能進行,一旦接觸氧氣后其聚合反應將受到抑制或干擾而無法完成,這種氧氣所扮演的角色,即稱為“Oxygen Inhibitor”。這就是為什幺當板子在進行其干膜曝光,以及曝光后的停置時間(Holding Time)內,都不能撕掉表面透明護膜(Mylar)的原因了。然而在實施干膜之“正片式蓋孔法”(Tening)時,其鍍通孔中當然也存在有氧氣,為了減少上述Indibitor現象對該孔區干膜背面(與通孔中空氣之接觸面)的影響起見,可采用下述補救辦法:1.在強曝光之光源強度下,使瞬間產生更多的自由基,以消耗吸收掉鍍孔中有限的氧氣。且形成一層阻礙,以防氧氣自背面的繼續滲入。2.增加蓋孔干膜的厚度,使孔口“蒙皮”軟膜的正面部份,仍可在Mylar保護下繼續執行無氧之聚合反應。即使背面較為軟弱,在正面已充份聚合而達到厚度下,仍耐得住短時間的酸性噴蝕,而完成正片法的外層板(見附圖)。不過蓋孔法對“無孔環”(Landless)的高密度電路板,則只好“無法度”了。這種先進高品級(High Eng)電路板,似乎僅剩“塞孔法”一途可行了。
37、Photofugitive感光褪色
軟膜阻劑的色料中,有一種特殊的添加物,會使已感光部份的顏色變淺,以便與未感光部份的原色有所區別,使在生產線上容易分辨是否已做過曝光,而不致弄錯再多曝光一次。與此詞對應的另有感光后顏色加深者,稱者“Phototropic”。
38、Photoinitiator感光啟始劑
又稱為敏化劑Sensitizer,如昆類(Quinones)等染料,是干膜接受感光能量后首先展開行動者。當此劑接受到UV的刺激后,即迅速分解成為自由基(Radicals),進而激發各式連鎖聚合反應,是干膜配方中之重要成份。
39、Photoresist Chemical Machinning(Milling)光阻式化學(銑刻)加工
用感光成像的方式,在薄片金屬上形成選擇性的兩面感光阻劑,再進行雙面銑刻(鏤空式的蝕刻)以完成所需精細復雜的花樣,如積體電路之腳架、果菜機的主體濾心濾網等,皆可采PCM方式制作。
40、Photoresist光阻
是指在電路板銅面上所附著感光成像的阻劑圖案,使能進一步執行選擇性的蝕刻或電鍍之工作。常用者有干膜光阻及液態光阻。除電路板外,其他如微電子工業或PCM等也都需用到光阻劑。
41、Point Source Light點狀光源
當光源遠比被照體要小,而且小到極小;或光源與被照體相距極遠,則從光源到被照體表面上任何一點,其各光線之間幾乎成為平行時,則該光源稱為“點狀光源“
42、Positive Acting Resist正性型光阻劑
有指有光阻的板面,在底片明區涵蓋下的阻層,受到紫外光能的刺激而發生“分解反應”,并經顯像液之沖刷而被“除去”,只在板上刻意留下“未感光”未分解之部份阻劑。這種因感光而分解的阻劑稱為“正性光阻劑”,亦稱為Positive Working Resist。通常這種“正性光阻”的原料要比負性光阻原料貴的很多,因其解像力很好,故一般多用于半導體方面的“晶圓”制造。最近由于電路板外層的細線路形成,逐漸有采取“正片法”的直接蝕刻(Print and Etch)流程,以節省工序及減少錫鉛的污染。因而干膜蓋孔及油墨塞孔皆被試用過,前者對“無環”(Landless)或孔環太窄的板類,將受到限制而良品率降低,后者油墨不但手續麻煩,且失敗率也很高。因而“正性的電著光阻”(Positive ED),就將應運而生。目前此法已在日本NEC公司上線量產,因可在孔壁上形成保護膜,故能直接進行線路蝕刻,是極為先進的做法。
43、Primary Image線路成像
此術語原用于網版印刷制程中,現亦用于干膜制程上,是指內外層板之線路圖形,由底片上經由干膜而轉移于板子銅面上,這種專做線路轉移的工作,則稱為“初級成像”或“主成像”,以示與防焊干膜的區別。
44、Radiometer輻射計,光度計
是一種可檢測板面上所受照的UV光或射線(Radiation)能量強度的儀器,可測知每平方公分面積中所得到光能量的焦耳數。此儀并可在高溫輸送帶上使用,對電路板之UV曝光機及UV硬化機都可加以檢測,以保證作業之品質。
45、Refraction折射
光線在不同密度的介質 (Media)中,其行進速度會不一樣,因而在不同介質的交界面處,其行進方向將會改變,也就是發生了“折射”。電路板之影像轉移工程不管是采網印法、感光成像的干膜法,或槽液式ED法等,其各種透明載片、感光乳膠層、網布、版膜 (Stencil)等皆以不同的厚度配合成為轉移工具,故所得成像與真正設計者多少會有些差異,原因之一就是來自光線的折射。
46、Refractive Index折射率
光在真空中進行速度,除以光在某一介質中的速度,其所得之比值即為該介質的“折射率”。不過此數值會因入射光的波長、環境溫度而有所不同。最常用的光源是以 20℃時“鈉燈”中之D線做為標準入射光,表示方法是 20/D。
47、Resist阻劑,阻膜
指欲進行板面濕制程之選擇性局部蝕銅或電鍍處理前,應在銅面上先做局部遮蓋之正片阻劑或負片阻劑,如網印油墨、干膜或電著光阻等,統稱為阻劑。
48、Resolution解像,解像度,解析度
指各種感光膜或網版印刷術,在采用具有2 mil“線對”(Line-Pair)的特殊底片,及在有效光曝光與正確顯像 (Developing) 后,于其1 mm的長度中所能清楚呈現最多的“線對”數,謂之“解像”或“解像力”。此處所謂“線對”是指“一條線寬配合一個間距”,簡單的說 Resolution 就是指影像轉移后,在新翻制的子片上,其每公厘間所能得到良好的“線對數” (line-pairs/mm) 。大陸業界對此之譯語為“分辨率”,一般俗稱的“解像”均很少涉及定義,只是一種比較性的說法而已。
49、Resolving Power解析力,解像力(分辨力)
指感光底片在其每mm之間,所能得到等寬等距(2 mil)解像良好的“線對”數目。通常鹵化銀的黑白底片,在良好平行光及精確的母片下,約有 300 line-pair/mm 的解析力,而分子級偶氮棕片的解像力,則數倍于此。
50、Reverse Image負片氣像(阻劑)
指外層板面鍍二次銅(線路銅前,于銅面上所施加的負片干膜阻劑圖像,或(網印)負片油墨阻劑圖像而言。使在阻劑以外,刻意空出的正片線路區域中,可進行鍍銅及鍍錫鉛的操作。
51、Scum透明殘膜
是指干膜在顯像后,其未感光硬化之區域應該被徹底沖洗干凈,而露出清潔的銅面以便進行蝕刻或電鍍。若仍然殘留有少許呈透明狀的干膜殘屑時,即稱之為Scum。此種缺點對蝕刻制程會造成各式的殘銅,對電鍍也將造成局部針孔、凹陷或附著力不良等缺陷。檢查法可用 5% 的氯化銅液(加入少許鹽酸)當成試劑,將干膜顯像后的板子浸于其中,在一分鐘之內即可檢測出 Scum 的存在與否。因清潔的銅面會立即反應而變成暗灰色。但留有透明殘膜處,則將仍然呈現鮮紅的銅色。
52、Side Wall側壁
在PCB工業中有兩種含意,其一是指顯像后的干膜側面,從微觀上所看到是否直立的情形;其二是指蝕刻后線路兩側面的直立狀態,或所發生的側蝕情形如何,皆可由電子顯微鏡或微切片上得以清楚觀察。
53、Soft Contact輕觸
光阻膜于曝光時,須將底片緊密壓貼在干膜或已硬化之濕膜表面,稱為 Hard Contact。若改采平行光曝光設備時則可不必緊壓,稱為 Soft Contact。此“輕觸” 有別于高度平行光自動連線之非接觸(Off Contact)式駕空曝光。
54、Static Eliminator靜電消除器
電路板系以有機樹脂為基材。常在制程中的某些磨刷工作時會產生靜電。故在清洗后,還須進行除靜電的工作,才不致吸附灰塵及雜物。一般生產線上均應設置有各種除靜電裝置。
55、Step Tablet階段式(光密度)曝光表
是一種窄長條型的軟性底片,按光密度(即遮光性)的不同,由淺到深做成階段式曝光試驗用的底片,每一“段格”中可透過不同的光量,然后,將之壓覆在干膜上,只需經一次曝光即可讓板邊狹長形各段格的干膜,得到不同程度的感光聚合反應,找出曝光與后續顯像(Developing)的各種對應條件。是干膜制程的現場管理工具,又稱為 Step Scale、 Step Wedge 等。常用者有 Riston 17、Stouffer 21、 Riston 25、等各種“階段表”。
56、Tenting蓋孔法
是指利用干膜在外層板上做為抗蝕銅阻劑,進行正片法流程,將可省去二次銅及鍍錫鉛的麻煩。此種連通孔也遮蓋的干膜施工法,稱為蓋孔法。這種蓋孔干膜如同大鼓之上下兩片蒙皮一般,除可保護孔壁不致受藥水攻擊外,并也能護住上下兩板面待形成的孔環(Annular Ring)。本法是一種簡化實用的正片法,但對無環(Landless)有孔壁的板子則力所不及也。原文選詞起初并未想到鼓的“蒙皮”,而只想到“帳棚”,故知原文本已不夠傳神,而部份外行人竟按其發音譯為“天頂法”實在匪夷所思不知所云。大陸業界之譯名是“掩蔽法”及“孔掩蔽法”。
57、Transmittance透光率
當入射光(Incident Light)到達物體表面后,將出現反射與透射兩種因應,其透光量與入射光量之比值稱為“透光率”。
58、Wet Lamination濕壓膜法
是在內層板進行干膜壓合的操作中,也同時在銅面上施加一層薄薄的水膜,讓“感光膜”吸水后產生更好的“流動性”(Flow)。對銅面上的各種凹陷,發揮更深入的填平能力,使感光阻劑具有更好的吻合性(Conformity),提升對細線路蝕刻的品質。而所出現多余的水膜在熱滾輪擠壓的瞬間,也迅速被擠走。此種對無通孔全平銅面的新式加水壓膜法,稱為 Wet Lamination。PCM Photoresisted Chemical Machining; 光阻式化學加工(亦做Photoresist Chemical Milling光阻式化學銑鏤)是在金屬薄片(如不銹鋼)兩面施加光阻,再進行局部性精密蝕透鏤空之技術。
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