曝光机中LED光源替代传统汞灯的技术探讨

李香华 许培战 胡荫敏

（深圳崇达多层线路板有限公司，广东 深圳 518132）

0 前言

印制电路板（PCB）生产中，图形转移干膜曝光机的汞灯是通电后两极产生电弧，随着电压增大，温度升高，汞蒸发，产生汞蒸气弧光并发射具有特征的紫外UV光，紫外UV光通过曝光机的光学系统投射到在制板上。虽然汞灯曝光效率较快且技术比较成熟，但因汞灯蒸发产生微量有害元素、耗电大和后期维护成本大，逐渐被市场淘汰；在倡导节能环保的当下，环保和成本日益成为行业关注的焦点，LED光源因环保和低耗电顺应了时代的潮流。在2018年以后曝光机发生革命性技术改变，新一代的普通曝光机均采用LED光源取代传统汞光源。有关曝光机光源情况见表1所示。

表1 2018年后曝光机灯源行业调查

1 传统汞光源和LED光源对比分析

两种光源比较见图1所示。

图1 干膜曝光机传统汞灯和LED灯对比

通过以上表对比分析，LED灯相比传统汞灯优势主要体现在工作效率快，耗电量低和环保。

2 不同LED曝光方式技术探讨分析

目前PCB曝光行业内LED曝光机有两种方式，分别为投射式和扫描式。

投射式LED曝光原理只是把原有汞灯换成LED灯，不改变原有曝光光学设备结构、光传输路径，因此曝光方式与汞灯光源类似。

扫描式曝光原理类似LDI机曝光方式，LED光源面垂直板面，水平照射来回扫描，原有的光学设备（含蝇眼、聚焦镜、反射镜、曲面镜）均取消不用。

针对这两种不同光源设计进行技术特点对比分析（见图2所示），通过分析得知：针对不同图形转移品质要求可选择不同的LED曝光设计方法。

图2 不同LED光源设计表图

图3 不同类型曝光LED曝光机对比

3 不同类型LED光源曝光机行业调查

调查10家公司外层曝光机LED曝光方式，情况如表2所示。

表2 曝光机LED行业调查

通过表2数据分析得知：投射式对原有设备结构和光学原理未做改变，对于高解析精细线路曝光机，行业更倾向投射式（点光源）LED升级改造，维持原有设备能量均匀性和高解析度。

扫描式曝光原理类似LDI机，光源面垂直板面水平照射来回扫描，改造时原有的光学设备（蝇眼、反射镜、曲面镜）均取消不用，技术难和成本高；扫描式主要应用在使用时间长久，光学设备过度损耗，解析度和能量均匀性减弱的曝光机上（如半自动曝光机）。

4 曝光机LED光源解析度

4.1 湿膜解析度测试

方法：测试板采用容大湿膜，使用内层LED全自动曝光机生产,显影后使用线宽测量仪测量线宽大小（不加毛边），与理论线宽对比变化量。

要求标准：曝光后线宽变化均匀，与理论线宽比较变化量≤10 μm，解析度测试60 μm/60 μm的线路图形无曝光不良。

测试结果见图4所示。

图4 湿膜解析度测试结果

4.2 干膜解析度测试

测试方法：测试板采用日立干膜，使用外层LED光源全自动曝光机生产，显影后使用线宽测量仪测量线宽大小（加毛边），与理论线宽对比变化量。

要求标准：曝光后线宽变化均匀，与理论线宽比较变化量≤10 μm，解析度测试64 μm/64 μm的线路图形无曝光不良。

测试结果见图5所示。

图5 干膜解析度测试结果

4.3 阻焊油墨解析度测试

测试方法：测试板采用容大油墨，使用阻焊LED光源全自动曝光机生产，显影后使用线宽测量仪测量线宽大小，与理论线宽对比变化量。

要求标准：曝光后线宽变化均匀，与理论线宽比较变化量≤10 μm，解析度测试100 μm的线路图形无曝光不良。

测试结果见见图6所示。

图6 油墨解析度测试结果

5 结论

LED光源曝光机在电耗、维护保养、环保较优于传统汞灯曝光机。

投射式LED光源改造主要用于近期较新的全自动干膜曝光机，曝光机光学设备未老化衰弱，维持原有设备能量均匀性和精细化高解析度，减少设备调试时间，较快速应用于精细化线路产品中。

扫描式光源改造主要用于设备光学系统老化，解析度和能量均匀性衰弱无法满足产品需求，相比更换光学系统，扫描更划算并且随着技术更新，扫描式在曝光时间和解析度上的技术突破，会慢慢超越投射式光源，得到市场的青睐。