專利名稱:把光掩膜定位在印刷線路板上的裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于把光掩膜敷到印刷線路板上的裝置及改進了的方法。
經(jīng)常需要將透明軟片圖象在光敏接收元件之上曝光。這種接收元件可以是印刷線路板、導電箔、用于蝕刻的元件等。實際上，這種光敏接收元件在印象框或類似裝置中與帶有圖象的透明軟片相接觸并在特殊光源之下曝光。通常印刷線路板上預先鉆有排列的孔。然而，要保證完全對準，即透明軟片和板精確地配合是很困難的，尤其是在幾塊板連續(xù)曝光的時候。
為保證透明軟片和印刷線路板完全對準，通常用肉眼將透明軟片(通常商業(yè)上稱之為光掩膜)與印刷線路板對準并用膠帶固定在印刷線路板上。然而，因為完全對準光掩膜和印刷線路板取決于操作者的技能，這種方法不十之精確，此外，這種方法很麻煩，其生產(chǎn)率很低。
為了消除這種方法的缺點，用銷釘穿過光掩膜和印刷線路板上預先開設(shè)的孔，以將兩者對準。至少從原理上講，當幾塊印刷線路板被曝光時，使用定位銷可得到所希望的定位重復性，當然，定位孔在印刷線路板和光掩膜上的位置要精確，以確保正確對準欲復制的圖形。然而，一經(jīng)打孔，就不能再調(diào)整光掩膜相對于印刷線路板的位置，因此，由于不可避免的打孔誤差或制造公差，經(jīng)常導致印刷線路板和光掩膜對不正。這一缺點導致產(chǎn)生大量廢品或增加精加工操作。
除了光掩膜定位這一問題之外，還必須當心掩膜不要被用來在印刷線路板上敷掩膜的裝置拉伸或劃傷。
計算機分級印刷線路板一般制成尺寸約為18乘20吋(0.46米乘0.5米)的板形。導線和間隔寬約0.010吋(0.025厘米)，且邊界清晰，沒有缺口和凸起。另外，形成導線的成象保護層的厚度必須是不變的，符合涂敷或蝕刻劑、溫度和浸漬時間。太薄的保護層會被破壞，金屬在不希望的區(qū)域斷開。
對于18乘20吋(0.46米乘0.5米)的敷銅板上的圖象，鉆孔位置要有0.002吋(0.05毫米)的精度，需要成象精度在0.005吋(0.13毫米)以內(nèi)，以便孔周圍有大約0.005吋(0.13毫米)的環(huán)圈。
用于制造印刷線路板的醫(yī)用紫外線光聚合物已發(fā)展為在銅表面上用絲網(wǎng)印刷并在汞汽燈下經(jīng)傳送進行處理。因為板上暴露在空氣中的聚合物每平方吋要接受大約200瓦特一秒的能量，所以表面的溫度顯著升高。一般地，表面經(jīng)受的溫度在華氏300度以上。但是，用本發(fā)明的貼合方法完全隔絕空氣，大多數(shù)受空氣影響的光聚合物經(jīng)試驗其曝光能量都可減少到每平方吋只有50瓦特一秒。
在一種在基片上制出圖形的方法中，通過在強紫外光源下曝光預定的時間，使光聚合物-其特征是其成分為百分之百的具有糊狀粘稠的反應性聚合物-從粘稠的濕膜轉(zhuǎn)化成干涂層。這些光聚合物的特征還在于其具有成象性，即能靠穿過底片的光線使其有選擇地硬化。因此，可使紫外光通過底片照射到的光聚合物區(qū)域形成一牢固粘貼在基片上的膜。例如，可從市場上購買這種光聚合物用于制造印刷線路板的涂敷保護層和蝕刻保護層，也可用來制圖。通常可用絲印方法涂敷這種光聚合物，用帶有圖象的模板印刷濕的光聚合物，使圖象涂敷在基片上，然后通過強紫外光源使其硬化并變成永久圖象。
這種絲網(wǎng)印刷的光聚合物圖象的特點是能量消耗大、基片是熱的，邊界模糊和污染圖象。
用所揭示的方法、裝置和同樣的光聚合物可獲得線條分明，邊界清晰、膜厚為0.002吋(0.05毫米)以內(nèi)，沒有任何污染的特別精確的圖象。例如，常規(guī)的絲網(wǎng)印刷的印刷線路板保護圖形，其導線的寬度和間距最小限制在0.010吋(0.254毫米)，而同樣的光聚合物，用此處所揭示的方法成象，可制出線寬度和間距為0.003吋(0.076毫米)，膜厚為0.0025吋(0.006毫米)的圖象。傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷的網(wǎng)象上限實際為105條線，點占20-80%。按此處所述成象的同樣的光聚合物可轉(zhuǎn)變成150條線的圖形，點占5-95%。
傳統(tǒng)的光聚合物凸板的制備在1978年1月24日頒布的第4，070，110號美國專利和1978年5月2日頒布的第4，087，182號美國專利中作過描述。這些是接觸印刷方法，而像1977年10月4日頒布的第4，052，603號美國專利中所述的則是光成象方法。所有這些需要復雜和昂貴的機械設(shè)備而且不能象本發(fā)明中那樣僅用簡單的單層疊合及曝光掃描。
1979年6月26日頒布的第4，159，176號美國專利提供了一種用于將光掩膜定位在印刷線路板上的裝置。用曝光架將光掩膜與涂敷有光敏材料的印刷線路板對準并固定。
1976年4月6日頒布的第3，948，657號美國專利介紹了一種用粘合劑在絕緣層上粘接光導電層的方法。用涂刷器使絕緣層與涂有粘合劑的光導電層相接觸，該涂刷器可以是輥子或刀片，例如涂刀。
1985年3月19日頒布的第4，506，004號美國專利介紹了一種制備印刷線路板的方法，用刀片使光聚合物與液態(tài)聚合物層相接觸，以與印刷線路板貼合。
1984年1月3日頒布的第4，424，089號美國專利介紹了一種在印刷線路板上涂敷糊狀粘稠光聚合物的方法。用彈性刀片使膠片與光聚合物緊密接觸。
1981年4月7日頒布的第4，260，675號美國專利介紹了一種制備印刷線路板焊層的方法，由曝光組件-包括兩塊曝光板之間的已涂敷的印刷線路板-與真空源相連接并抽成真空，以便組件在紫外線燈下傳送時大氣壓力將曝光板和印刷線路板固定在一起。
1974年9月24日頒布的第3，837，887號美國專利介紹了一種制備光敏樹脂印刷板的方法。公開的一種方法是用輥子推進薄膜以將其平滑地敷在光敏樹脂的已刮平面上。在一個實施例中，薄膜是用上述輥子和一只獨立導輥敷上的，該導輥把薄層壓在上述輥子上。
1985年7月9日頒布的第4，528，261號美國專利介紹了另一種用一只壓力輥形成帶有光硬化液態(tài)層的層壓板的方法。
本發(fā)明為用液態(tài)光聚合物制造高清晰度的印刷元件提供了一種優(yōu)于先有技術(shù)的設(shè)備和方法的簡單的和改進了的方法和裝置。
本發(fā)明的一個特點是改進了的用于把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上的裝置，包括一外殼;在外殼中支承光敏接收元件的裝置;用于柔性光掩膜的鉸接的對準和固定裝置;用于把光掩膜敷在光敏接收元件上的裝置;以及在把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上時靠張力保持住柔性光掩膜的裝置。
本發(fā)明的另一個特點是改進了的用于把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上的方法包括以下步驟把光掩膜定位在對準且不接觸光敏接收元件的位置;用輥子把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上;在輥子操作期間，用真空限制裝置限制柔性光掩膜，柔性光掩膜由于負壓而可滑動地固定在該限制裝置上，這樣在所述操作期間，使柔性光掩膜保持受拉狀態(tài)。
將透光軟片圖象直接貼在光聚合物上，所述的方法和設(shè)備能夠增加圖象清晰度，薄膜厚度在介于0.25‰?yún)?0.006毫米)和大于2‰?yún)?0.05毫米)之間。
雖然在涂敷的印刷線路板與光掩膜互相分離時也能成象，但這是不經(jīng)濟的，因為需要昂貴的平行光源;其它光源會造成光的根切，減小線寬，降低線精度。為了在使用非平行光源的情況下也能獲得精細的線影象，需要光掩膜的帶圖象面與光聚合物緊密接觸，如上所述。
另外，把聚合物夾在兩層-兩層之一帶有透光軟片圖象-之間曝光時阻止空氣進入液態(tài)光聚合物，這樣，減少了曝光時間，降低了能量消耗，提高了生產(chǎn)速度，減小了溫度影響并改善了清晰度。
光聚合物最好在濕態(tài)下涂敷，并由穿過按特殊配方制成的透光軟片的光線曝光，以轉(zhuǎn)變成硬化的聚合物圖象。這樣，達到成象清晰度大大超過已知成象方法的目的。
另一個目的是提供與液態(tài)光聚合物有關(guān)的透光軟片技術(shù)，通過使用比較便宜的設(shè)備和光聚合物大大降低成象的總成本，并改善成象清晰度和提高生產(chǎn)率。
本發(fā)明的再一個目的是用絲網(wǎng)印刷技術(shù)生產(chǎn)基片并用透光軟片成象技術(shù)使光聚合物曝光，這些技術(shù)克服了絲網(wǎng)印刷的固有限制，包括中間象上的波紋圖形和線條圖象的清晰度限制。
通過下面對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述，尤其是參照附圖閱讀說明書將更加充分地理解本發(fā)明的這些和其它的目的及優(yōu)點。
圖1是本發(fā)明裝置的透視圖;
圖2是圖1中裝置的局部放大透視圖，表示升起位置的真空保持裝置和輥子;
圖3是類似于圖2的局部放大透視圖，但表示真空保持裝置和輥子正在敷光掩膜;
圖4-7圖解說明在基片上敷光掩膜的技術(shù)并表示該操作的各階段;
圖8是真空保持裝置和輥子的放大剖面圖。
在此所用的光掩膜是帶有與需復制的圖象一致的不透明區(qū)域的透明薄片，將其放在紫外線燈和基片之間使光聚合物的那些區(qū)域硬化。名詞光影象和光掩膜可互換使用。
為制出光掩膜用-薄層清潔的硅橡膠粘合劑將一片清潔的聚酯和一薄片鋁箔緊密地粘在一起。用氫氧化鈉預先腐蝕鋁箔，使鋁箔厚度減小到大約0.0001吋(0.0025毫米)。然后將鋁箔涂以光照腐蝕保護層。之后，將其曝光并清洗，然后將其再腐蝕以便在腐蝕過的鋁箔上制成光掩膜圖象。
腐蝕過的鋁箔最好在其它的黑色感光乳劑上面，因為黑色感光乳劑會吸收大量的熱，這些熱量會使光掩膜變形，而鋁的表面可反射熱量，從而減少總的熱吸收量。
由于兩個原因，將硅橡膠粘合劑-例如道·科寧(Dow Corn-ing)產(chǎn)品Code734RTV-涂敷在柔性的聚酯光掩膜上。第一，彈性橡膠適合于印刷線路板表面的不平處，例如可能存在于印刷線路板表面的小顆粒雜質(zhì)。在貼合期間，這些不平處可能使光掩膜和印刷線路板之間產(chǎn)生分離，這將在比不平處本身大得多的面積上破壞圖象。彈性的硅橡膠彌補不平整區(qū)域并減小圖象破壞面積。第二，硅橡膠粘合劑在光掩膜上形成不粘合的表面，硬化的光聚合物不粘附于該表面。
光掩膜也可由帶有鹵化銀乳劑或重氮乳劑，并且?guī)в羞m當?shù)牟徽澈媳砻娴木埘ツz片構(gòu)成。
在印刷線路板上貼合光掩膜的方法在已公布的技術(shù)中已為人所熟知，例如本文已引用的第4，260，675號和第4，506，004號美國專利中所公開的。下面的描述舉例說明這種貼合技術(shù)。
一般地，光掩膜與印刷線路板貼合，印刷線路板包括敷銅的基片，其上粗涂有光聚合物。光掩膜置于印刷線路板上面，且不與其接觸，以使不透明區(qū)域與印刷線路板上預先鉆出的孔對準。用涂刷器一類的橡膠刮刀或硬度為50的輥子在光掩膜的上表面往返移動，促使光掩膜與敷有光聚合物的印刷線路板緊密接觸。這一過程驅(qū)除在涂敷期間夾帶在光掩膜中的空氣泡，并阻止夾帶的氣泡停留在光掩膜和光聚合物表面之間。在光掩膜和印刷線路板緊密接觸之后，將該組合件在光化光下曝光。在不透明區(qū)域所覆蓋的地方，聚合物仍未硬化。未硬化的區(qū)域可被洗去，而露出的區(qū)域被腐蝕掉，從而在印刷線路板上留下所需要的線路。
這種貼合技術(shù)有幾個其它方法所不易得到的理想特性。第一，涂敷的光聚合物表面可能產(chǎn)生斑點或桔皮效應。這些表面不平處可被弄平，以便使貼合表面與光掩膜的光滑的塑料拓撲面和基片相符，基片上有與光掩膜的圖象一致的敷銅層。
此時，在與光聚合物貼合的那些區(qū)域上，光掩膜和印刷線路板表面之間保持有一強緊固力。大氣壓使光掩膜和光聚合物表面無限期地保持緊密接觸，而不需借助外部的真空源。光掩膜 不透明區(qū)域(通常不會形成不平表面)與光聚合物表面緊密接觸，光聚合物可在非平行光源下曝光，以在印刷線路板的保護層上復制出高清晰度的光掩膜圖形。
光聚合物最好用紫外線燈固化，為實現(xiàn)這一目的，將紫外線燈和反射聚焦鏡安裝在同一可移動橫向組件上。在光掩膜與光聚合物貼合以后，紫外線燈的光線使聚合物層曝光并將使緊靠光掩膜透明區(qū)下面的光聚合物聚合。優(yōu)選的液態(tài)光聚合物是從新澤西州羅韋(Rahway，New Jersey)的M&T化學公司購買的生產(chǎn)號為1075的紫外光醫(yī)用光聚合物，這是一種負作用聚合物，可在光照區(qū)硬化而在不透明圖象遮蓋的非曝光區(qū)保持液態(tài)。未曝光的液態(tài)光聚合物可用50%的異丙基和三氯乙烷溶液洗去。
現(xiàn)在參照附圖，圖1表示本發(fā)明的裝置，其中包括曝光箱外殼20;支承板22;支承板框架24和光掩膜26。光掩膜26的一端由鉸鏈28限制，便于與印刷線路板30保持對準。支承組件(22和24)可旋轉(zhuǎn)地安裝，以便繞軸32旋轉(zhuǎn)。
支承板22可開孔或槽(未示出)，真空可通過這些孔或槽加在印刷線路板30的底面，以在曝光和聚合體硬化期間確保印刷線路板固定在支承板22上的適當位置。真空源可通過軸32連到支承組件(22和24)。
雖然鉸鏈28可永久地固定在支承板框架24上，但最好還是以普通方式用螺釘和螺栓(未示出)安裝，使支承板框架24中的螺栓(未示出)和鉸鏈28中的螺栓呈直角。用這種方式，鉸鏈28可沿兩個方向移動，以使光掩膜26能精確地相對于支承板22上的印刷線路板30定位即對準。
通過絲網(wǎng)印刷將光掩膜26和印刷線路板30涂敷以一定厚度的光敏聚合物34。涂敷裝置可安裝在曝光箱外殼20的格層36中，并可包括光聚合物容器、控制光聚合物流速的出口和測量裝置，和置于光聚合物出口后面的刮片。涂敷裝置可安裝在其自身的橫桿上，橫桿沿與格層36的長度交叉的方向延伸。當光掩膜26和印刷線路板30已經(jīng)正確定位時，給涂敷裝置電路通電。格層的門向內(nèi)卷起，涂敷裝置在光掩膜和印刷線路板上方向外移動。當涂敷裝置沿光掩膜和/或印刷線路板移動時，光聚合物計量涂敷在二者之一或二者上，并被隨后的刮片刮平。在涂敷行程的末端，一只限位開關(guān)動作，使涂敷裝置沿其橫桿返回并進入格層36。
如果需要，可在光掩膜與印刷線路板對準位置之前用光化光進行預曝光，以使光敏聚合物部分固化。光掩膜也可不需涂以光敏聚合物。
在現(xiàn)有技術(shù)的把光掩膜對準印刷線路板的方法中，用刮刀或輥子把未經(jīng)限制的光掩膜壓在涂有光聚合物的印刷線路板上。這造成空氣的夾雜，并使光掩膜產(chǎn)生皺折和受到拉伸，使光掩膜偏離印刷線路板。此外，光掩膜容易被刮刀劃傷。有時，所有這些毛病會同時出現(xiàn)。
為了避免現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺點，用輥子40把光掩膜26敷在印刷線路板30上的同時，用鄰近輥子40的限制裝置42張拉光掩膜26。限制裝置42包括帶有出口46的空腔44，以便能抽出空腔44中的空氣，在光掩膜26的外表面48上加以負壓力，使光掩膜26緊靠在限制裝置42上。限制裝置42的至少一面-最好是一光滑的曲面-與光掩膜26滑動接觸，以將光掩膜26的劃傷減至最小，并確保負壓力均勻，以克服柔性光掩膜的自然張力(彎曲)。
參照圖1、2和3，輥子40和限制裝置42安裝在支座50、52上。支座50、52可移動地分別安裝在橫桿5 、56上，以使其可沿箭頭方向(圖3)在橫桿上移動，光掩膜26被輥子40壓在印刷線路板30上。同時，光掩膜26由限制裝置42施加的負壓力所限制。使光掩膜26緊靠在空腔44上。結(jié)果隨著輥子40的前進，光掩膜26在輕微的張力下平緩地被從空腔44上拉下。
因此，這樣敷下的光掩膜沒有折皺，所有在其它情況下夾在光掩膜和印刷線路板之間的空氣被輥子碾出。不會出現(xiàn)對不準的現(xiàn)象，因為在把光掩膜敷到印刷線路板上的這種方法中，光掩膜沒有受到拉伸。
光掩膜26敷在印刷線路板30上之后，支座50、52退回，此時安裝好和光掩膜26和印刷線路板30的支承板22可繞軸32旋轉(zhuǎn)。由設(shè)置在曝光箱外殼20中緊接支承板22下面的紫外線燈曝光。另外，可用手提式光源對光敏聚合物曝光。曝光箱外殼20可裝有手動開關(guān)58，用來開燈。
最好對軸32加以限制，使其只能在180度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。限制裝置(未示出)可以是剛性安裝在軸32上的偏心輪。在支承組件(22和24)旋轉(zhuǎn)過180度時，偏心輪碰到限制進一步移動的止動器(未示出)。在止動器上可安裝一只壓力啟動的燈開關(guān)(未示出)，以自動打開燈開關(guān)給燈供電。同樣，偏心輪由180度處返回到其初始位置時也會碰到一個止動器。這后一止動器用于在光掩膜26貼在印刷線路板30上時使支承板22保持在穩(wěn)定狀態(tài)。
支座50、52可由一傳動裝置(未示出)移動，該傳動裝置可為由一可逆馬達推進的帶或鏈傳動。
在另一實施例中，橫桿54、56可加工出螺紋，每一橫桿54、56分別擰入支座50、52中，支座50、52靠橫桿54、56的旋轉(zhuǎn)而移動。
如圖4和5所示，安裝的輥子40和限制裝置42能夠升高和降低。在降低位置，光掩膜26可平鋪在曝光箱外殼20上，以涂敷光敏聚合物34。輥子40和限制裝置42的升高及降低由橫桿54、56和與其組合的支座50、52來完成。在升高位置，移動輥子40和限制裝置42，以圖5、6和7所示的可控制方式將光掩膜26敷到印刷線路板30上。
在說明書和權(quán)利要求
書中，光聚合物一詞指一種在光化光下曝光時將硬化或交聯(lián)的聚合物。光敏接收元件一詞包括涂有光聚合物的基片。基片可以是印刷線路板、印刷板或其它要在其上復制圖象的面層。
雖然對本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例作了詳細描述，但對于熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人說，對本發(fā)明的實施例的各種改進和更換都將是很明顯的，這種改變被認為是在本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在光敏接受元件上敷柔性光掩膜的裝置，包括一外殼；用于支承外殼中的光敏接收元件的支承裝置；用于將柔性光掩膜一端固定在所述外殼上，與所述光敏接收元件對準的固定裝置；用于在光敏接收元件上敷柔性光掩膜的敷設(shè)裝置；其特征在于在將柔性光掩膜敷在光敏接收元件上時靠張力保持所述柔性光掩膜的保持裝置，所述保持裝置與所述敷設(shè)裝置相離，并且在所述敷設(shè)裝置將柔性光掩膜敷在光敏接收元件上時位于所述敷設(shè)裝置附近并在所述敷設(shè)裝置和所述光掩膜的自由端之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征還在于所述保持裝置包括用于在所述保持裝置和所述光掩膜之間保持滑動真空接觸的真空限制裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的裝置，其中敷設(shè)裝置包括一輥子。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的裝置，其特征還在于用于支承輥子和真空限制裝置的可動支座，該支座可移動地安裝在外殼上，引導輥子和真空限制裝置從光敏接收元件一端到另一端，以便輥子將柔性光掩膜壓到光敏接收元件上，同時通過真空限制裝置在柔性光掩膜上加以張力。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的裝置，其特征還在于用于沿外殼上的可動支座移動輥子和真空限制裝置的移動裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其中外殼包括至少一個設(shè)置在支承裝置下面一定距離處的光化燈，并還包括為燈供電的供電裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的裝置，其中支承裝置可繞樞軸旋轉(zhuǎn)地固定在外殼上，供電裝置在支承裝置繞軸轉(zhuǎn)過180度時自動啟動。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，還包括將光聚合物涂敷在所述光敏接收元件上的基片上的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其中所述固定裝置包括用于將所述光掩膜鉸接到所述外殼的鉸鏈裝置。
10.一種將柔性光掩膜敷在光敏接收元件上的方法，包括以下步驟將光掩膜置于對準并且不接觸光敏接收元件的位置;用輥子將柔性光掩膜敷在光敏接收元件上;其特征在于以下步驟當輥子將柔性光掩膜敷在光敏接收元件上時，用與所述輥子相分離并靠近所述輥子，位于所述輥子和所述光掩膜的自由端之間的保持裝置保持柔性光掩膜受拉。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的方法，其特征還在于所述保持步驟包括在輥子將柔性光掩膜敷到光敏接收元件上時，用靠近所述輥子并位于所述輥子和所述光掩膜的自由端之間的所述保持裝置將真空負壓加在所述光掩膜上。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的方法，其中光敏接收元件包括涂敷有光聚合物的基片。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，其中基片為帶有導電材料涂復層的印刷線路板。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其中導電材料是銅。
15.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，還包括用光化光固化光聚合物的步驟。
專利摘要
一種用于將光掩膜敷在基片上的裝置。用輥子把光掩膜敷在基片上，用真空限制裝置在把光掩膜敷在基片上的過程中限制光掩膜，使其保持張力。
文檔編號G03F9/00GK86107270SQ86107270
公開日1987年7月15日 申請日期1986年10月22日
發(fā)明者約翰·V·克羅寧 申請人:M和T化學股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan