曝光機(jī)中LED光源替代傳統(tǒng)汞燈的技術(shù)探討

李香華 許培戰(zhàn) 胡蔭敏

（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東 深圳 518132）

0 前言

印制電路板（PCB）生產(chǎn)中，圖形轉(zhuǎn)移干膜曝光機(jī)的汞燈是通電后兩極產(chǎn)生電弧，隨著電壓增大，溫度升高，汞蒸發(fā)，產(chǎn)生汞蒸氣弧光并發(fā)射具有特征的紫外UV光，紫外UV光通過曝光機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)投射到在制板上。雖然汞燈曝光效率較快且技術(shù)比較成熟，但因汞燈蒸發(fā)產(chǎn)生微量有害元素、耗電大和后期維護(hù)成本大，逐漸被市場淘汰；在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的當(dāng)下，環(huán)保和成本日益成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，LED光源因環(huán)保和低耗電順應(yīng)了時(shí)代的潮流。在2018年以后曝光機(jī)發(fā)生革命性技術(shù)改變，新一代的普通曝光機(jī)均采用LED光源取代傳統(tǒng)汞光源。有關(guān)曝光機(jī)光源情況見表1所示。

表1 2018年后曝光機(jī)燈源行業(yè)調(diào)查

1 傳統(tǒng)汞光源和LED光源對(duì)比分析

兩種光源比較見圖1所示。

圖1 干膜曝光機(jī)傳統(tǒng)汞燈和LED燈對(duì)比

通過以上表對(duì)比分析，LED燈相比傳統(tǒng)汞燈優(yōu)勢主要體現(xiàn)在工作效率快，耗電量低和環(huán)保。

2 不同LED曝光方式技術(shù)探討分析

目前PCB曝光行業(yè)內(nèi)LED曝光機(jī)有兩種方式，分別為投射式和掃描式。

投射式LED曝光原理只是把原有汞燈換成LED燈，不改變?cè)衅毓夤鈱W(xué)設(shè)備結(jié)構(gòu)、光傳輸路徑，因此曝光方式與汞燈光源類似。

掃描式曝光原理類似LDI機(jī)曝光方式，LED光源面垂直板面，水平照射來回掃描，原有的光學(xué)設(shè)備（含蠅眼、聚焦鏡、反射鏡、曲面鏡）均取消不用。

針對(duì)這兩種不同光源設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比分析（見圖2所示），通過分析得知：針對(duì)不同圖形轉(zhuǎn)移品質(zhì)要求可選擇不同的LED曝光設(shè)計(jì)方法。

圖2 不同LED光源設(shè)計(jì)表圖

圖3 不同類型曝光LED曝光機(jī)對(duì)比

3 不同類型LED光源曝光機(jī)行業(yè)調(diào)查

調(diào)查10家公司外層曝光機(jī)LED曝光方式，情況如表2所示。

表2 曝光機(jī)LED行業(yè)調(diào)查

通過表2數(shù)據(jù)分析得知：投射式對(duì)原有設(shè)備結(jié)構(gòu)和光學(xué)原理未做改變，對(duì)于高解析精細(xì)線路曝光機(jī)，行業(yè)更傾向投射式（點(diǎn)光源）LED升級(jí)改造，維持原有設(shè)備能量均勻性和高解析度。

掃描式曝光原理類似LDI機(jī)，光源面垂直板面水平照射來回掃描，改造時(shí)原有的光學(xué)設(shè)備（蠅眼、反射鏡、曲面鏡）均取消不用，技術(shù)難和成本高；掃描式主要應(yīng)用在使用時(shí)間長久，光學(xué)設(shè)備過度損耗，解析度和能量均勻性減弱的曝光機(jī)上（如半自動(dòng)曝光機(jī)）。

4 曝光機(jī)LED光源解析度

4.1 濕膜解析度測試

方法：測試板采用容大濕膜，使用內(nèi)層LED全自動(dòng)曝光機(jī)生產(chǎn),顯影后使用線寬測量儀測量線寬大小（不加毛邊），與理論線寬對(duì)比變化量。

要求標(biāo)準(zhǔn)：曝光后線寬變化均勻，與理論線寬比較變化量≤10 μm，解析度測試60 μm/60 μm的線路圖形無曝光不良。

測試結(jié)果見圖4所示。

圖4 濕膜解析度測試結(jié)果

4.2 干膜解析度測試

測試方法：測試板采用日立干膜，使用外層LED光源全自動(dòng)曝光機(jī)生產(chǎn)，顯影后使用線寬測量儀測量線寬大小（加毛邊），與理論線寬對(duì)比變化量。

要求標(biāo)準(zhǔn)：曝光后線寬變化均勻，與理論線寬比較變化量≤10 μm，解析度測試64 μm/64 μm的線路圖形無曝光不良。

測試結(jié)果見圖5所示。

圖5 干膜解析度測試結(jié)果

4.3 阻焊油墨解析度測試

測試方法：測試板采用容大油墨，使用阻焊LED光源全自動(dòng)曝光機(jī)生產(chǎn)，顯影后使用線寬測量儀測量線寬大小，與理論線寬對(duì)比變化量。

要求標(biāo)準(zhǔn)：曝光后線寬變化均勻，與理論線寬比較變化量≤10 μm，解析度測試100 μm的線路圖形無曝光不良。

測試結(jié)果見見圖6所示。

圖6 油墨解析度測試結(jié)果

5 結(jié)論

LED光源曝光機(jī)在電耗、維護(hù)保養(yǎng)、環(huán)保較優(yōu)于傳統(tǒng)汞燈曝光機(jī)。

投射式LED光源改造主要用于近期較新的全自動(dòng)干膜曝光機(jī)，曝光機(jī)光學(xué)設(shè)備未老化衰弱，維持原有設(shè)備能量均勻性和精細(xì)化高解析度，減少設(shè)備調(diào)試時(shí)間，較快速應(yīng)用于精細(xì)化線路產(chǎn)品中。

掃描式光源改造主要用于設(shè)備光學(xué)系統(tǒng)老化，解析度和能量均勻性衰弱無法滿足產(chǎn)品需求，相比更換光學(xué)系統(tǒng)，掃描更劃算并且隨著技術(shù)更新，掃描式在曝光時(shí)間和解析度上的技術(shù)突破，會(huì)慢慢超越投射式光源，得到市場的青睞。