激光直接曝光设备及方法与流程

本发明是关于一种激光曝光设备及方法，尤指能够适用于传统显像型液态防焊油墨(或称绿漆)的激光直接曝光设备及方法。

背景技术：

一般而言，印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)的表面通常会形成有一防焊层，以保护电路板的线路不被氧化，此防焊层的制备多是采用光蚀刻技术(Photo Lithography)，其制程简述如下：

首先，如图13所示，取得一已完成线路的电路板9，其上形成有至少一焊垫90。其次，如图14所示，于该电路板9上涂布一层制作绿漆的光阻材料91。接着，将该电路板9放进烘箱烘烤，以去除大部分的溶剂。烘烤后，再将该电路板9架上底片(或称光罩)并放进传统的超高压汞灯曝光机进行曝光，其中未被光罩覆盖住的部分(也就是受光的部分)，将因键结而稍微硬化。随后，将曝光后的电路板送入显影机以碱液冲洗，未键结硬化的绿漆将被冲掉，留下剩余的绿漆91’，并露出焊垫90，如图15所示。最后，再将电路板9放进烘箱，使绿漆完全硬化，完成电路板上绿漆的制作。

如上所述，传统的曝光制程是利用超高压汞灯所发出的包含多波段的紫外线(波长320nm至410nm)对光阻材料进行曝光，进而使曝光部分聚合固化，形成具有高光泽度的绿漆。近来，另一种利用激光进行的直接描画的技术(Laser Direct Imaging,LDI)，即不需要底片的无光罩曝光方式，正在广泛地被使用，以取代传统利用光罩的汞灯曝光模式。此种激光直接曝光方式虽是选用波长为350nm至410nm的激光作为光源，但由于是选用单一波长(例如405nm)的激光，与超高压汞灯等的曝光相比，激光直接曝光所制成的绿漆严重失去光泽性，无法与传统汞灯曝光的效果相比，不符合客户要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能提升绿漆光泽度的线型激光直接曝光设备及方法，其能沿用传统显像型液态防焊油墨的绿漆材料，且所制作出来的绿漆光泽度能媲美传统汞灯曝光所制作出来的绿漆光泽度。

为达到上述目的，本发明提出一种激光直接曝光设备，激光直接曝光设备大致包括一机台、一激光装置及一减氧装置。该机台具有一台面，供放置一待曝光基板，其中该台面暴露于大气环境中。该激光装置设于该机台，用以输出激光束，以在该待曝光基板的表面进行扫描。该减氧装置与该激光装置同步，用以只对该激光装置正在扫描的区域持续地输出惰性的气体，以确保该待曝光基板的正在被扫描的区域是在减氧环境下进行曝光。

更进一步地，该减氧装置包括一气体供应源及一腔体。该气体供应源用以提供该惰性的气体。该腔体连接该气体供应源，且具有至少一进气口及一出气口。该腔体的进气口供该气体供应源的惰性的气体注入该腔体内；该腔体的出气口对着该待曝光基板的表面，以使该腔体内的惰性的气体得以吹向该待曝光基板的表面，建造该减氧环境。

较佳地，该激光装置的激光束也是从该腔体的出气口射出，而对该待曝光基板进行曝光。

较佳地，该腔体呈圆柱形，且该腔体与该激光装置的激光束同轴。

在另一较佳实施例中，该激光装置用以输出线形的激光。对此，该减氧装置包括一气体供应源及一腔体。该气体供应源用以提供该惰性的气体。该腔体连接该气体供应源，且具有至少一进气口及一出气口。该腔体的进气口供该气体供应源的惰性的气体注入该腔体内；该腔体的出气口正对着该待曝光基板的表面，以使该腔体内的惰性的气体得以吹向该待曝光基板的表面，建造该减氧环境。

较佳地，该激光装置包括间隔排列的多个激光二极管，该些激光二极管所输出的多道激光共同形成该线形的激光；该减氧装置更包括一分流板，该分流板设于该腔体的出气口且具有多个导流孔，多个导流孔分别对应该些激光二极管，以使该些激光二极管的多道激光得以分别从该分流板的导流孔射出，进而对该待曝光基板进行曝光。

较佳地，该减氧装置更包括一框体，该框体的底面压制于该分流板的周缘，以将该分流板固定于该腔体的出气口。

在又一较佳实施例中，该减氧装置包括一气体供应源、一腔体、一框体、一分流板及一透光板。该气体供应源具有至少一气体管路，以供应该惰性的气体。该腔体具有一出气口及至少一进气口，该腔体的出气口设于该腔体的底部且正对着该待曝光基板的表面，该激光装置设于该腔体的顶部。该框体环设于该腔体的出气口，且具有至少一进气口。该分流板盖住该腔体的出气口，且具有多个导流孔，多个导流孔分别对应该些激光二极管，以使该些激光二极管的多道激光得以分别从该分流板的导流孔射出，进而对该待曝光基板进行曝光。该透光板罩设于该框体的顶面，且与该框体及该分流板共同形成一内室，其中该些激光二极管的多道激光能够穿透该透光板进入该内室，并分别从该分流板的导流孔射出。此外，该气体供应源的气体管路穿经该腔体的进气口以及该框体的进气口，以将该惰性的气体直接输送至该内室并从该分流板的该些导流孔吹向该待曝光基板的表面，建造该减氧环境。

本发明还提供一种提升防焊油墨光泽度的激光直接曝光的方法，其包括下列步骤：(a).将一涂有一层显像型液态防焊油墨的待曝光基板放置于大气环境中的一台面上；(b).提供一激光装置及与该激光装置连动的一减氧装置，其中该减氧装置能够同步且持续地只对该激光装置正在扫描的区域输出惰性的气体，以将该正在扫描的区域所处的环境从该大气环境转变成一减氧环境；(c).使该激光装置逐步地扫描该涂有防焊油墨的基板的各个区域，其中该激光装置的激光的波长介于350nm至410nm；以及(d).在该激光装置扫描的过程中，同步使该减氧装置只对该激光装置正在扫描的区域持续地通入该惰性的气体，以确保该正被扫描的区域上的显像型液态防焊油墨是在减氧环境被曝光。

经过实验证实，待曝光基板上的防焊油墨在刻意营造的贫氧或无氧的环境下(也就是减氧环境)进行激光直接曝光后所产生的绿漆的光泽度比在正常空气环境下(也就是没有减氧的环境)的光泽度显然提升，甚至媲美传统汞灯曝光机的曝光效果。因此，本发明的激光直接曝光设备虽然使用单一波长仍可在不改变绿漆材料下取代传统的超高压汞灯曝光机，而不会造成产制的绿漆光泽度不足的问题。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明激光直接曝光设备的第一较佳实施例的立体结构示意图。

图2是图1的激光直接曝光设备的局部放大示意图。

图3是图2的激光直接曝光设备的局部断面示意图。

图4是本发明激光直接曝光设备的第二较佳实施例的局部立体结构示意图。

图5是图4的激光直接曝光设备的局部断面示意图。

图6是本发明线型激光直接曝光设备的第三较佳实施例的立体结构示意图。

图7是图6的线型激光直接曝光设备的局部放大示意图。

图8是图7的线型激光直接曝光设备的立体分解示意图。

图9是图7的线型激光直接曝光设备的局部断面示意图。

图10是本发明线型激光直接曝光设备的第四较佳实施例的局部放大示意图。

图11是图10的线型激光直接曝光设备的立体分解示意图。

图12是图10的线型激光直接曝光设备的局部断面示意图。

图13至图15是显示公知的印刷电路板的绿漆的制造过程。

主要元件标号说明：

100、200、300、400 曝光设备

1 机台

10 台面

2、6 激光装置

20 镜组

21、61 激光束

3、5、7、8 减氧装置

30、50、70、80 腔体

301、701、801 进气口

302、501、702、802 出气口

303 入光口

31、51、71、81 气体管路

4 基板

703、803 侧板

72、82 分流板

720、820 导流孔

73、83 框体

830 进气口

84 透光板

85 内室

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图1显示本发明的激光直接曝光设备100的第一较佳实施例，其大致包括一机台1、一激光装置2及一减氧装置3。该机台1具有一台面10，供放置一待曝光基板4。其中，该台面10暴露于大气环境中，使得其上的该基板4亦会暴露于大气环境中。

参阅图1及图2，该激光装置2(例如：二极管激光)设于该机台1，用以输出一激光束21(图3)，以在该基板4的表面进行扫描，其波长可选自350nm至410nm，以通用于传统汞灯曝光机所使用的传统显像型液态防焊油墨或绿漆。该减氧装置3用以在一待曝光基板4的其中一表面区域建造一减氧环境，以使该激光装置2通过直接扫描而得以在减氧环境下对该基板4进行全面曝光。换言之，该减氧装置3能同步地在该激光装置2正在扫描的区域持续地通入一惰性的气体，例如氮气，以确保该基板4的每一正在扫描的区域是在减氧环境下进行曝光。

在印刷电路板的绿漆制程中，该待曝光基板4是指已涂布有防焊油墨的电路板。一般而言，防焊油墨是由光起始剂、寡聚物、反应性稀释单体及其他添加剂等所组成。光起始剂的主要功能是在于吸收紫外光后，若光能大于分子结合能，分子会解离而产生活化自由基进而引发交联聚合反应。而在另一方面，空气中的氧气会与自由基反应而形成过氧自由基(peroxyl radicals)，其过氧自由基会阻碍聚合反应的进行，使得反应终止或不完全。据此，本发明激光直接曝光设备及方法即是刻意在待曝光基板4的表面营造一减氧环境，并在当下输出激光束，使该基板4进行激光直接曝光。

附带说明的是，上述的减氧环境指的是刻意除去空气中少量或多量的氧气所营造的贫氧或无氧的环境，其具体的作法是通过持续通入惰性的气体(例如氮气或钝气)以驱逐空气中的氧气。因此，本发明激光直接曝光设备的减氧装置是在大气环境下利用持续通入惰性的气体的方式，以只在该基板的其中一表面区域建造该减氧环境，如图1所示。

参阅图3，该减氧装置3包括一气体供应源(未图示)及一腔体30(或称为集气腔体)。在本较佳实施例中，该气体供应源供应的是氮气，例如纯度99.5％的普通氮气或是纯度99.995％的高纯度氮气。该腔体30的顶部界定有两进气口301，且底部界定有一出气口302。该腔体30是通过两气体管路31连接至该气体供应源。如此，该气体供应源的氮气可从该腔体30的进气口301注入该腔体30内；而该腔体30的出气口302是对着该待曝光基板4的表面，以使该腔体30内的氮气得以吹向该基板4的表面，驱逐表面上的空气或氧气，借以建造一贫氧或无氧的环境。

再参阅图3，本较佳实施例的腔体30的两进气口301的中央界定有一入光口303，该入光口303是正对下方的出气口302。该激光装置2的一镜组20恰设于该腔体30的入光口303，以与该腔体30连接，使得该腔体30得以与该激光装置2连动。此外，该激光装置2的激光束21是被安排穿过该镜组20而从该腔体30的入光口303进入该腔体30，并从该腔体30的出气口302射出。换言之，该激光装置2的激光束21亦是与氮气一样是从该腔体30的出气口302射出，而对该待曝光基板4进行曝光。如此，无论该激光装置2扫描到该基板4的哪个表面区域，该减氧装置3的腔体30会同步移动到该表面区域的上方对其下方的区域进行减氧，以确保最终该基板4的所有被扫描的区域皆是在贫氧或无氧环境下进行曝光，借以降低绿漆的光硬化反应时的氧气抑制效应。

为验证本发明的激光直接曝光的效果，今以传统的汞灯曝光机曝光为对照组，并选用波长405nm的二极管激光在(1).一般空气环境中、(2)注入普通氮气的减氧环境中及(3).注入高纯度氮气的减氧环境中，进行激光直接曝光为实验组做实验。经光泽度计量测发现，传统汞灯曝光机曝光后的绿漆的光泽度为96.86光泽单位(Gloss Unit，GU)；而在一般空气环境中曝光后的绿漆的光泽度降为31.64GU；而在注入普通氮气及高纯度氮气的减氧环境中曝光后的绿漆的光泽度分别为78.29GU及79.29GU。经过数据分析后可以发现，在不改变绿漆材料的情况下，相较于传统的汞灯曝光机，使用单一波长的激光直接曝光设备通过以氮气制造的贫氧或无氧环境可以将绿漆光泽度提高到传统汞灯曝光机的百分之八十，且附着度和表面硬度经测试也均符合一般电路板绿漆的规格。换言之，本发明的激光直接曝光设备虽然使用单一波长仍可在不改变绿漆材料下可以取代传统的超高压汞灯曝光机，而不会造成产制的绿漆光泽度不足的问题。

图4及图5是局部地显示本发明的激光直接曝光设备200的第二较佳实施例，其大体上相同于第一较佳实施例100，同样包括一激光装置2及一减氧装置5，但该减氧装置5的腔体50(或称为集气腔体)与第一较佳实施例100的腔体30在型态上有所差异。

该激光装置2(例如：二极管激光)，用以输出一激光束21，其波长可选自350nm至410nm，以通用于传统汞灯曝光机所使用的传统显像型液态防焊油墨或绿漆。该减氧装置5用以在一待曝光基板4的表面建造一减氧环境，以使该激光装置2得以在减氧环境下对该基板4进行曝光。

该减氧装置5包括一气体供应源(未图示)及一腔体50。该腔体50呈圆柱形，且其侧面界定有一进气口(未图示)，而底面界定有一出气口501。该腔体50是通过一气体管路51连接至该气体供应源。如此，该气体供应源的氮气可从该腔体50的进气口注入该腔体50内；而该腔体50的出气口501对着该待曝光基板4的表面，以使该腔体50内的氮气得以吹向该基板4的表面，驱逐表面上的空气或氧气，借以建造一贫氧或无氧的环境。

特别的是，圆柱形的该腔体50与该激光装置2的激光束21(或称为输出光束)同轴，使得该激光束21同样从该腔体50的出气口501射出，而对该待曝光基板4进行曝光。如此，可确保该基板4的表面是在贫氧或无氧环境下进行曝光，借以降低绿漆的光硬化反应时的氧气抑制效应。

图6显示本发明的线型激光直接曝光设备300的第三较佳实施例，其大致包括一机台1、一线型激光装置6及一减氧装置7。该机台1具有一台面10，供放置一待曝光基板4。其中，该台面10暴露于大气环境中，使得其上的该基板4亦暴露于大气环境中。

参阅图6及图7，该线型激光装置6设于该机台1，用以输出断面呈线形的激光(有别于激光点)，以在该基板4的表面进行扫描，其波长可选自350nm至410nm，以通用于传统汞灯曝光机所使用的传统显像型液态防焊油墨或绿漆。该减氧装置7用以在一待曝光基板4的其中一表面区域建造一减氧环境，以使该线型激光装置6通过直接扫描而得以在减氧环境下对该基板4进行全面曝光。换言之，该减氧装置7能同步地在该线型激光装置6只对正在扫描的区域持续地通入一惰性的气体，例如氮气，以确保该基板4的每一正在扫描的区域是在减氧环境下进行曝光。

参阅图7及图8，在本第三较佳实施例中，该减氧装置7包括一气体供应源(未图示)、一腔体70、一分流板72及一框体73。该气体供应源供应的是氮气，例如纯度99.5％的普通氮气或是纯度99.995％的高纯度氮气。该腔体70具有一可拆卸的侧板703，以方便该分流板72及该框体73组装于该腔体70内。此外，该腔体70的顶部界定有两进气口701，且底部界定有一出气口702。如图9所示，该腔体70是通过两气体管路71连接至该气体供应源。如此，该气体供应源的氮气可从该腔体70的进气口701注入该腔体70内；而该腔体70的出气口702对着该待曝光基板4的表面，以使该腔体70内的氮气得以吹向该基板4的表面，驱逐表面上的空气或氧气，借以建造一贫氧或无氧的环境。

再参阅图9，该线型激光装置6设于该腔体70的顶部，且正对下方的出气口702，使得该腔体70不仅可与该线型激光装置6连动，且该线型激光装置6的激光恰可直接从该出气口702射出。具体而言，该线型激光装置6包括间隔排列的多个激光二极管(图未示)，该些激光二极管所输出的多道激光束61(或称为输出光)共同形成该线形的激光。换言之，该线型激光装置6的该些激光束61亦是与氮气一样是从该腔体70的出气口702射出，而对该待曝光基板4进行曝光。如此，无论该线型激光装置6扫描到该基板4的哪个表面区域，该减氧装置7的腔体70也会同步移动到该表面区域的上方对其下方的区域进行减氧，以确保最终该基板4的所有被扫描的区域皆是在贫氧或无氧环境下进行曝光，借以降低绿漆的光硬化反应时的氧气抑制效应。

特别的是，该分流板72罩住该腔体70的出气口702，而该框体73的底面压制于该分流板72的周缘，借以将该分流板72固定于该腔体70的出气口702。其中，该分流板72界定有多个导流孔720，分别对应该些激光二极管，以使该些激光二极管的多道激光束61得以分别从该分流板72的导流孔720射出，进而对该待曝光基板4进行曝光。如此，该腔体70内的氮气也可均匀地从该些导流孔720喷出，提供均匀的减氧环境。

图10至图12是局部地显示本发明的激光直接曝光设备400的第四较佳实施例，其大体上相同于第三较佳实施例300，包括一线型激光装置6及一减氧装置8，但该减氧装置8更包括一透光板84，且搭配该透光板84的使用，本第四较佳实施例400的氮气集中模式亦与第三较佳实施例300的模式也有些许差异。

具体而言，该线型激光装置6同样设于该机台1，用以输出线形的激光，以在该基板4的表面进行扫描，其波长可选自350nm至410nm，以通用于传统汞灯曝光机所使用的传统显像型液态防焊油墨或绿漆。该减氧装置8用以在一待曝光基板4的其中一表面区域建造一减氧环境，以使该线型激光装置6通过直接扫描而得以在减氧环境下对该基板4进行全面曝光。换言之，该减氧装置8能同步地在该线型激光装置6只对正在扫描的区域持续地通入一惰性的气体，例如氮气，以确保该基板4的每一正在扫描的区域是在减氧环境下进行曝光。

该减氧装置8包括一气体供应源(未图示)、一腔体80、一分流板82、一框体83及前述的透光板84。该气体供应源供应的是氮气，例如纯度99.5％的普通氮气或是纯度99.995％的高纯度氮气。该腔体80的顶部界定有两进气口801，且底部界定有一出气口802。该腔体80的出气口802设于该腔体80的底部且正对着该待曝光基板4的表面。此外，该腔体80具有一可拆卸的侧板803，以方便该分流板82、该框体83及该透光板84组装于该腔体80内。

该线型激光装置6设于该腔体80的顶部，且正对下方的出气口802，使得该腔体80不仅可与该线型激光装置6连动，且该线型激光装置6的激光可直接从该出气口802射出。具体而言，该线型激光装置6包括间隔排列的多个激光二极管(图未示)，该些激光二极管所输出的多道激光共同形成该线形的激光。换言之，该线型激光装置6的该些激光束61亦是与氮气一样是从该腔体80的出气口802射出，而对该待曝光基板4进行曝光。如此，无论该线型激光装置6扫描到该基板4的哪个表面区域，该减氧装置8的腔体80也会同步移动到该表面区域的上方对其下方的区域进行减氧，以确保最终该基板4的所有被扫描的区域皆是在贫氧或无氧环境下进行曝光，借以降低绿漆的光硬化反应时的氧气抑制效应。

较佳地，该分流板82盖住该腔体80的出气口802，且界定有多个导流孔820，分别对应该些激光二极管，以使该些激光二极管的多道激光束61得以分别从该分流板82的导流孔820射出，进而对该待曝光基板4进行曝光。该框体83环设于该腔体80的出气口802，且以其底面压制于该分流板82的周缘，以将该分流板82固定于该腔体80的出气口802。该透光板84罩设于该框体83的顶面，且与该框体83及该分流板82共同形成一内室85。此外，该透光板84能够允许该些激光二极管的激光束61穿透进入该内室85，进而从该分流板82的导流孔820射出。

此外，本第四较佳实施例400的框体83更界定有至少一进气口830。该气体供应源的气体管路81穿经该腔体80的进气口801以及该框体83的进气口830，以将该惰性的气体(氮气)直接输送至该内室85，并从该分流板82的该些导流孔820均匀地吹向该待曝光基板4的表面，以建造一贫氧或无氧的环境。

综上，本发明的激光直接曝光设备虽然使用单一波长仍可在不改变绿漆材料下可以取代传统的超高压汞灯曝光机，而不会造成产制的绿漆光泽度不足的问题。

本发明还提供一种激光直接曝光方法，包括下列步骤：

(a).将一涂有一层显像型液态防焊油墨的待曝光基板4放置于大气环境中的一台面10上；

(b).提供一激光装置及与该激光装置连动的一减氧装置，其中该减氧装置能够同步且持续地只对该激光装置正在扫描的区域输出惰性的气体，以将该正在扫描的区域所处的环境从该大气环境转变成一减氧环境；

(c).使该激光装置逐步地扫描该涂有防焊油墨的基板的各个区域，其中该激光装置的激光的波长介于350nm至410nm；以及

(d).在该激光装置扫描的过程中，同步使该减氧装置只对该激光装置正在扫描的区域持续地通入该惰性的气体，以确保该正被扫描的区域上的显像型液态防焊油墨是在该减氧环境被曝光。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。