專利名稱：一種制造印刷電路板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造印刷電路板的方法，尤其涉及在一三維模制基板上精確制作導(dǎo)電材料的電路圖形的方法。
對(duì)于在一三維模制基板的不規(guī)則的表面上制造帶有導(dǎo)電材料的電路圖形的印刷電路板，難以直接采用在一基板的平坦表面上制作電路圖形的已有技術(shù)的方法。因此，為了滿足這種需要，已提出制造這種印刷電路板的各種獨(dú)特方法。
例如，日本提前公開的No.1-298792專利揭示了一種制造印刷電路板的方法，在三維模制基板的不規(guī)則表面上形成一金屬層，并在該金屬層上再形成一層光致抗蝕劑。用透光材料制成殼體、與不規(guī)則表面相配一復(fù)制表面以及描繪在該復(fù)制表面上一掩模圖形，構(gòu)成了一立體光掩模。該光掩模設(shè)置到基板上，以便復(fù)制表面準(zhǔn)確地與該基板的不規(guī)則的表面相配。一光束經(jīng)光掩模射到光致抗蝕劑層以獲得一光致抗蝕劑層的曝光圖形。去除曝光圖形的光致抗蝕劑層，留下沒有光致抗蝕劑層的第一金屬層區(qū)域。通過電淀積或化學(xué)淀積技術(shù)在第一金屬層區(qū)域上形成一附加的金屬層。接著，去除沒曝光圖形的光致抗蝕劑層以留下第二金屬層區(qū)域。對(duì)該第二區(qū)域的金屬層進(jìn)行蝕刻以形成對(duì)應(yīng)于基板不規(guī)則表面上的第一區(qū)域的金屬層的電路圖形。
然而，具有這種復(fù)制表面的立體光掩模需昂貴的生產(chǎn)成本和在其上進(jìn)行大量的制作步驟。另外，由于這種光掩模通過如將硅樹脂澆注進(jìn)基板的不規(guī)則表面內(nèi)并使該樹脂硬化，所以當(dāng)基板的不規(guī)則表面變得更復(fù)雜時(shí)，難于準(zhǔn)確地形成光掩模的復(fù)制表面。
另一方面，美國(guó)專利No.5,168,624揭示了制作印刷電路板的另一方法，它包含下面的步驟。在三維模制基板10W的不規(guī)則表面上形成一導(dǎo)電層20W，且一電淀積抗蝕劑30W制作在導(dǎo)電層20W上。一平行光束射到置于電淀積抗蝕劑30W前面的光掩模40W以獲得該電淀積抗蝕劑30W的曝光圖形，如圖22所示。該光掩模40W由掩模圖形41W和透光圖形42W構(gòu)成。在去除曝光圖形的電淀積抗蝕劑30W以留下沒有電淀積抗蝕劑30W的導(dǎo)電層20W的圖形區(qū)域之后，對(duì)該圖形區(qū)域的導(dǎo)電層20W蝕刻以形成對(duì)應(yīng)于基板10W的不規(guī)則表面上的電淀積抗蝕劑30W的沒曝光圖形的導(dǎo)電層20W的電路圖形。
然而，當(dāng)平行光束通過光掩模40W射到不規(guī)則表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生平行光束在透光圖形42W上的衍射問題，當(dāng)透光圖形42W和電淀積抗蝕劑30W間的距離“D”增大時(shí)該問題越明顯。即，通過基本與電淀積抗蝕劑30W相接觸即D1≌0的第一透光圖形43W曝光于平行光束的該電淀積抗蝕劑30W的寬度將等于該第一透光層43W的寬度。然而，通過與電淀積抗蝕劑30W相隔一個(gè)距離“D2”即D2＞0，曝光于平行光束的電淀積抗蝕劑30W的寬度，由于衍射的影響，變得比第二透光圖形44W的寬度更寬。因此，當(dāng)三維模制基板10W有相當(dāng)可觀的不規(guī)則表面時(shí)，難以在該不規(guī)則表面上精確地形成導(dǎo)電層20W的電路圖形。
為了改進(jìn)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制造印刷電路板的方法，該方法特別能在三維模制基板上形成精確的電路圖形。在該方法中，使用具有一第一表面和至少一比第一表面低的第二表面的三維模制基板。導(dǎo)電層形成在該第一和第二表面上，且一光致抗蝕劑層再形成在該導(dǎo)電層上。一平面光掩模位于光致抗蝕劑層的前面且基本上平行于第一和第二表面。該光掩模用掩模圖形和如縫隙的透光圖形構(gòu)成。為了給光致抗蝕劑層一個(gè)想要寬度“L”的曝光圖形，將一平行光束通過光掩模射到光致抗蝕劑層。在本發(fā)明中，透光圖形按滿足下面關(guān)系構(gòu)圖當(dāng)D＝0，W/L＝1，當(dāng)D＞0，W/L＜1，這里“W”是用于形成想要寬度“L”的曝光圖形的透光圖形的寬度，而“D”是透光圖形和光致抗蝕劑層之間的距離。照光之后去除曝光圖形或不曝光圖形的光致抗蝕劑層以留下沒有光致抗蝕劑層的導(dǎo)電層的圖形區(qū)域。根據(jù)導(dǎo)電層的圖形區(qū)域在基板上形成電路圖形。由于光掩模的透光圖形的構(gòu)成減少了平行光束在透光圖形上的衍射影響，所以電路能精確地形成在三維模制基板上。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，當(dāng)正性光致抗蝕劑用于光致抗蝕劑層時(shí)，則去除曝光圖形的光致抗蝕劑層以留下沒有光致抗蝕劑層的導(dǎo)電層的圖形區(qū)域。相反，當(dāng)負(fù)性光致抗蝕劑用作光致抗蝕劑層時(shí)，則去除未曝光圖形的光致抗蝕劑層以留下沒有光致抗蝕劑層的導(dǎo)電層的圖形區(qū)域。
在本發(fā)明的又一較佳實(shí)施例中，當(dāng)基板由多個(gè)高低不同的第二表面構(gòu)成，且存在特定區(qū)域滿足距離(D)大于閾值距離(Dmax)時(shí)，一個(gè)附加平面光掩模置于該特定區(qū)的光致抗蝕劑層的前面。其結(jié)果是能在相當(dāng)不平整的三維模制基板上構(gòu)成精確的電路圖形。特別是，附加光掩模的透光圖形最好按照上述方法構(gòu)成。
在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例中，光掩模和附加光掩模具有相對(duì)于平行光束的照射方向相互重疊的邊緣部分。因此，即使當(dāng)平行光束同時(shí)照射到兩光掩模時(shí)，也能防止由光束在一個(gè)光掩模它比另一光掩模處于更高部位的邊緣部分上的衍射引起的不希望的光致抗蝕劑層的曝光。
在本發(fā)明的再一較佳實(shí)施例中，光掩模是用一透光板和由光吸收材料做成該板相對(duì)表面上的兩個(gè)相同掩模圖形構(gòu)成，使得掩模圖形之一相對(duì)于平行光束的入射方向與另一圖形完全重疊。換言之，兩相同透光圖形形成在板的相對(duì)表面上以便相互重疊。當(dāng)平行光束射到光掩模的上表面時(shí)，上表面的透光圖形上的衍射光能被光掩模的下表面上的掩模圖形充分吸收。
參照下面的說明和附圖將會(huì)對(duì)本發(fā)明和它的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)有更完整的理解。


圖1A至圖1H圖示了本發(fā)明第一實(shí)施例的制造印刷電路板的方法；圖2A至2E說明了本發(fā)明和已有技術(shù)的光掩模透光圖形之間的比較，這種透光圖形用來(lái)在基板不規(guī)則表面上形成光致抗蝕劑層的直線曝光區(qū)；圖3A至3C圖示了本發(fā)明用于形成一曝光光致抗蝕劑層的復(fù)雜圖形所構(gòu)成的光掩模的透光圖形；圖4A至圖4G圖示了本發(fā)明第二實(shí)施例的制造印刷電路板的方法；圖5為用于修改第二實(shí)施例的大小光掩模和三維模制基板的透視圖；圖6為用于理解將大小光掩模安裝在適用于某種情況的基板前面的方式的剖視圖；圖7A至7C用于理解將光掩模直接安裝在基板上的方式的透視圖；圖8A至8C為說明圖7A至7C中所示方式的剖視圖；圖9A至9E圖示了將兩光掩模安裝在適用于某種情況的基板前面的方式；圖10A和10B圖示了將某個(gè)光掩模安裝到基板前面的方式；圖11A至11D圖示了用支撐桿將兩光掩模安裝在基板前面的方式；
圖12A和12B圖示了用連接桿將光掩模安裝在基板前面的方式；圖13顯示了安裝光掩模的另一連接桿的結(jié)構(gòu)；圖14A至14F圖示了本發(fā)明第三實(shí)施例的光致抗蝕劑層的曝光步驟；圖15A至15E圖示了用于本發(fā)明第四實(shí)施例中的制造光掩模的方法；圖16顯示了使用圖15E的光掩模的光致抗蝕劑層的曝光步驟；圖17A和17B圖示了按照第四實(shí)施例的修改例使用另一光掩模的光致抗蝕劑層的曝光步驟；圖18顯示使用平行光管的光致抗蝕劑層的曝光步驟；圖19顯示了使用激光束和光學(xué)透鏡的光致抗蝕劑層的曝光步驟；圖20顯示使用光束通過一針孔的光致抗蝕劑層的曝光步驟；圖21顯示使用陽(yáng)光的光致抗蝕劑層的曝光步驟；圖22顯示使用已有技術(shù)的光掩模的光致抗蝕劑層的曝光步驟?！驳谝粚?shí)施例〕參照附圖按次序說明本發(fā)明的制造印刷電路板的一種方法。
〔1〕準(zhǔn)備三維模制基板10的步驟使用液晶聚合物作為基板材料。應(yīng)用注模技術(shù)將聚合物模制成所需形狀。例如在模制溫度為130℃，聚合物溫度為310℃和注入時(shí)間4至5秒的條件下進(jìn)行注模制作。然后，對(duì)已模制聚合物進(jìn)行干燥除去其中的濕氣，由此獲得如圖1A所示的三維模制基板10。
〔2〕在基板上形成導(dǎo)電層20的步驟如圖1B中所示，通過化學(xué)淀積(electroless deposition)銅，將一銅層作為導(dǎo)電層20形成在基板10上。例如，一種化學(xué)淀積銅的工藝解釋如下。首先，用堿性表面活性劑的水溶液對(duì)基板10進(jìn)行去油。為了提高化學(xué)淀積銅后的銅層20和基板10之間的粘著力，用一種NaOH或KOH的水溶液在如70℃的蝕刻溫度下對(duì)基板10進(jìn)行蝕刻使基板表面變粗糙。之后用水清洗變粗糙的基板10的表面以便完全清除來(lái)自蝕刻的殘?jiān)?，再用HCL水溶液在室溫下對(duì)其進(jìn)行處理來(lái)中和用堿性水溶液蝕刻過的粗糙表面。該基板表面還用酸性表面活化劑進(jìn)行處理以改進(jìn)其上的水的濕潤(rùn)特性。接著，使用錫/鈀膠體將鈀核作為催化劑加到基板的表面。在除去加到基板表面的錫/鈀膠體粒子中的錫和還原為金屬鈀的活化處理完成之后，將基板10浸入一個(gè)包含NaOH水溶液、作為還原劑的甲醛水和銅的復(fù)合組份(CuSO4＋EDTA)的化學(xué)淀積槽內(nèi)。在這種化學(xué)淀積中，產(chǎn)生從復(fù)合銅組份至金屬銅的氧化-還原反應(yīng)，以便在基板10上形成具有厚度約為0.5μm至2.0μm的銅層20。順便指出，當(dāng)應(yīng)用NaOH水溶液對(duì)基板進(jìn)行粗糙化處理時(shí)，能夠不使用對(duì)自然環(huán)境有害的物質(zhì)鉻酸，安全地進(jìn)行粗糙化處理。
〔3〕在導(dǎo)電層20上形成光致抗蝕劑層20的步驟如圖1C所示，應(yīng)用淀積技術(shù)在銅層20上形成正性光致抗蝕劑層30。例如，一種電淀積光致抗蝕劑層的工藝說明如下。作為預(yù)處理在用硫酸水溶液對(duì)上述步驟〔2〕中所獲得的銅層20進(jìn)行處理之后，將基板10浸入光致抗蝕劑溶液中。光致抗蝕劑溶液是一種將陽(yáng)離子化的丙烯酸樹脂溶解為乳狀液的水溶液。在將一正電極和連于負(fù)電極的基板10浸入光致抗蝕劑溶液之后，按照傳統(tǒng)電淀積技術(shù)在兩電極之間通以直流電將光致抗蝕劑層30制作在銅層20上。在該實(shí)施例中，50伏直流電壓加在電極之間約40秒，同時(shí)保持光致抗蝕劑溶液的溫度約22℃。另外，最好在光致抗蝕劑層的電淀積過程中同時(shí)搖動(dòng)基板以便在導(dǎo)電層20上形成均勻的光致抗蝕劑層30。
〔4〕用平行光束經(jīng)平面光掩模40對(duì)光致抗蝕劑層30的曝光步驟為了給光致抗蝕劑層30一個(gè)想要寬度“L”的曝光圖形，將具有光能如mJ(1000 count)的紫外線平行光束照射位于光致抗蝕劑層30前面的光掩模40。該光掩模用掩模圖形41和如隙縫的透光圖形42構(gòu)成。在本發(fā)明中，這樣來(lái)構(gòu)成透光圖形42以滿足下列關(guān)系當(dāng)D＝1，W/L＝1，當(dāng)D＞0，W/L＜1，這里“W”為形成想要寬度“L”的曝光圖形的透光圖形42的寬度，而“D”為透光圖形和光致抗蝕劑層30之間的距離。
為了更完整理解本發(fā)明，下面說明光掩模40的透光圖形42的構(gòu)成，該光掩模40用來(lái)形成穿越基板10的中凹部分11延伸的光致抗蝕劑層30的直線曝光區(qū)。如圖2A所示，基板10用頂表面12和具有底表面13和斜表面14并在頂和底表面之間延伸的中凹部分11形成。頂表面12離底表面13的高度約8mm。斜表面14相對(duì)于底表面13的角度約70度。為了在光致抗蝕劑層上形成穿越中凹部分11延伸的直線曝光區(qū)31，光掩模40的透光圖形42的構(gòu)圖如圖2B所示，它是圖2A的頂視圖。即，透光圖形由第一寬度部分43、比第一寬度部分43狹窄的第二寬度部分44和在第一和第二寬度部分之間延伸的第三寬度部分45構(gòu)成。在該說明中，由于平面光掩模40直接位于光致抗蝕劑層30上，所以頂表面12上的光致抗蝕劑層30和光掩模40之間的距離如圖2A所示為零。因此，通過第一寬度部分43的暴露于平行光束的光致抗蝕劑層30的寬度“L1”等于第一寬度部分43的寬度“W1”。另一方面，由于光掩模40遠(yuǎn)隔光致抗蝕劑層30的一個(gè)中凹部分11，所以透光圖形42的第二和第三寬度部分44和45上產(chǎn)生平行光束的衍射。衍射產(chǎn)生不希望的光致抗蝕劑層的曝光，且當(dāng)光致抗蝕劑層30和光掩模40之間的距離“D”增大時(shí)變得越顯著。然而，在本發(fā)明中，第二寬度部分44的寬度“W2”和第三寬度部分45的寬度“W3”分別這樣來(lái)確定以便通過第二和第三寬度部分的曝光于平行光束的光致抗蝕劑層的寬度等于經(jīng)第一寬度部分43曝光于平行光束的光致抗蝕劑層的寬度“L”。換言之，第二和第三寬度部分44和45以這樣一種方式來(lái)構(gòu)成，以便當(dāng)光致抗蝕劑層30與光掩模40之間的距離“D”增大時(shí)，第二和第三寬度部分的寬度“W2”和“W3”比透光圖形42的第一寬度部分43的寬度“W1”窄。
作為比較，如圖2D所示，如果第一寬度部分的寬度“W1”用作第二和第三寬度部分44和45的寬度“W2”和“W3”，則經(jīng)第二和第三寬度部分曝光于平行光束的光致抗蝕劑層30的寬度，由于平行光束的衍射，如圖2E所示將不等于第一寬度部分43的寬度“W1”。
因此，當(dāng)光掩模40的透光圖形42按上述方式構(gòu)成時(shí)，能給越過基板10的中凹部分11的光致抗蝕劑層30一個(gè)精確地直線曝光區(qū)。
順便指出，透光圖形42的寬度“W”和經(jīng)該透光圖形曝光于平行光束的光致抗蝕劑層30的寬度“L”之間的關(guān)系可表達(dá)為透光圖形和光致抗蝕劑層之間的距離“D”的函數(shù)。例如，當(dāng)改變距離“D”時(shí)，通過測(cè)量經(jīng)具有寬度為200μm的透光圖形曝光于具有能量為300mJ/cm2的紫外線的光致抗蝕劑層的寬度就能獲得這種關(guān)系。測(cè)量的結(jié)果列于表1。因此，本發(fā)明的光掩模40的透光圖形42能根據(jù)所測(cè)量的關(guān)系來(lái)構(gòu)成。
表1
*1平面光掩模和光致抗蝕劑層之間的距離。
*2當(dāng)光掩模隔開光致抗蝕劑層上述距離時(shí)經(jīng)光掩模曝光于平行光的光致抗蝕劑層的寬度。
例如，對(duì)于如圖3C所示要精確地構(gòu)成一個(gè)曝光光致抗蝕劑層的復(fù)雜圖形32a，如圖3B所示，最好使用帶有復(fù)雜掩模圖形41a的平面光掩模40a，且透光圖形42a按照上面方法來(lái)構(gòu)成。如圖3A所示，一光致抗蝕劑層30a通過導(dǎo)電層20a形成在三維模制基板10a上。
〔5〕在基板上形成電路圖形的步驟照射之后，去除光致抗蝕劑層30曝光圖形，留下沒有光致抗蝕劑層30復(fù)蓋的銅層20的圖形區(qū)。電路圖形按照銅層20的圖形區(qū)形成在基板10上。
順便提及，雖然在該實(shí)施例中使用了正性光致抗蝕劑層30，但也可用負(fù)性光致抗蝕劑層來(lái)替代。因此，在使用負(fù)性光致抗蝕劑的情況下，光照后，去除了光致抗蝕劑層的未曝光的圖形而留下沒有光致抗蝕劑層30的銅層20的圖形區(qū)，且對(duì)應(yīng)于銅層20的圖形區(qū)在基板10上形成電路圖形。
例如，形成電路圖形的工藝說明如下。用堿性表面活化劑在去油溫度上對(duì)圖形區(qū)的銅層20進(jìn)行去油。用硫酸水溶液凈化銅層20之后，如圖1E所示，用電淀積技術(shù)在銅層20的圖形區(qū)上淀積附加銅層21。例如，使用包含濃度為80g/l的硫酸銅水溶液、濃度為180g/l的硫酸水溶液、和濃度為50mg/l的氯離子水溶液的淀積槽來(lái)電淀積附加銅層21。該附加銅層21的厚度約為15μm。
接著，如圖1F所示，用電淀積技術(shù)在附加銅層21上形成鎳層50。例如，該鎳層50在如下條件和使用淀積槽進(jìn)行電淀積。這些條件是淀積溫度約50℃，淀積電流為3A/dm2和淀積時(shí)間為25分鐘。所用淀積槽包含濃度為270g/l的硫酸鎳水溶液，濃度為50g/l的氯化鎳水溶液和光亮劑。該鎳層厚度約為5μm。
此外，還用電淀積技術(shù)在鎳層50上形成金層(未圖示)。例如，該金層可在下面條件下并用如下的淀積槽進(jìn)行電淀積。這些條件為淀積溫度為65℃，淀積電流為1A/dm2和淀積時(shí)間為90秒。該淀積槽包含氰化金水溶液。該金屬厚度約0.5μm。
在電淀積金之后，用脫膜劑除去未曝光區(qū)的光致抗蝕劑層30，如圖1F所示，留下對(duì)應(yīng)于未曝光區(qū)的銅層。然后，用過硫酸銨對(duì)沒有光致抗蝕劑層30的銅層20進(jìn)行軟蝕刻，由此獲得如圖1G所示的在基板10上由金層、鎳層50、附加銅層21和銅層20組成的電路圖形。用純水在室溫下對(duì)基板10上的電路圖形進(jìn)行沖洗，并加以干燥。在該實(shí)施例中，電路圖形的一根線寬度和相鄰圖形寬度之間的距離約為200μm。如圖1H所示電路元件60如LSI等安裝在基板10或金層上，并用金絲焊接連接成所需要的電路圖形。
〔第二實(shí)施例〕在該實(shí)施例中，使用具有剖視4A的三維模制基板10b。該基板10b有一第二表面13b，高于第二表面13b的第一表面12b，和低于第二表面13b的第三表面1 5b。如圖4B和4C所示，作為導(dǎo)電層的銅層20b和正性光致抗蝕劑層30b，按照與上面說明的步驟〔1〕至〔3〕基本相同的方法制作在基板10b上。然后，平行光束照射位于光致抗蝕劑層30b前面的光掩模40b和41b，以獲得光致抗蝕劑層的曝光圖形。
順便指出，當(dāng)存在這樣一個(gè)特定區(qū)域即平面光掩模和光致抗蝕劑層之間的距離大于閾值距離時(shí)，至少有一個(gè)附加平面光掩模置于該特定區(qū)域的光致抗蝕劑層的前面。在該實(shí)施例中，由于第一表面12b和第三表面15b之間的距離大于閾值距離，所以在這種情況下如圖4D所示使用兩個(gè)平面光掩模40b和41b。即兩平面光掩模之一的40b置于第一表面12b之上，以便在第一表面和第二表面上形成光致抗蝕劑層30b的第一曝光圖形，而另一光掩模41b置于第二表面13b上作為附加光掩模，以便在第二和第三表面13b和15b上形成光致抗蝕劑層30b的第二曝光圖形。因此，能夠精確地在基板10b上形成由第一和第二曝光圖形構(gòu)成的光致抗蝕劑層30b的曝光圖形，同時(shí)減小了衍射的影響。閾值距離根據(jù)所需電路圖的準(zhǔn)確度來(lái)確定。光掩模40b的透光圖形42b的構(gòu)成按照與第一實(shí)施例相同方法進(jìn)行。如果必要，附加光掩模41b的透光圖形43b最好也以與光掩模40b相同方法構(gòu)成。
在平行光束照射之后，除去曝光區(qū)的光致抗蝕劑層30b以留下沒有光致抗蝕劑層的銅層20b的圖形區(qū)。如圖4E和4F所示，由金層(未圖示)、鎳層50b、附加銅層21b和銅層20b構(gòu)成的電路圖形按照基本上與第一實(shí)施例的相同步驟形成在基板10b上。如圖4G所示，像LSI等電路元件安裝在基板10b上或金層上，并用金絲搭接61b連接為所需電路圖形。
在第二實(shí)施例的第一修改例中，如圖5所示，為了在具有不規(guī)則表面的三維模制基板10c上精確形成光致抗蝕劑層30c的曝光圖形，可使用大、小平面光掩模40c和41c。不規(guī)則表面由比第二表面12c高的第一表面11c和比第二表面12c低的第三表面13c構(gòu)成。如圖6所示，在導(dǎo)電層20c和光致抗蝕劑層30c形成在不規(guī)則表面之后，將基板10c放置在具有頂部開口的矩形殼體70c中，用螺釘71c在其各角的通孔45c上將大的光掩模40c固定到殼體70c。由于大的光掩模40c和第三表面13c上的光致抗蝕劑層30c之間的距離大于閾值距離，所以把小的光掩模41c就放在第三層13c上的光致抗蝕劑層30c的前面。大、小光掩模40c和41c的透光圖形42c和43c按照與第一實(shí)施例相同方法構(gòu)成。大的光掩模40c有一窗口部分44c，它與小的光掩模41c的區(qū)域相等并用于將平行光束透射到小的光掩模41c上。小的光掩模41c也能安裝到殼體70c中。
順便指出，如圖7A至圖10所示，可利用其任一安裝方式將光掩模安裝到基板或殼體上。例如，如圖7B和8A所示，一三維模制基板10d由第一表面11d，低于第一表面11d的第二表面12d，低于第二表面12d的第三表面13d和第一和第二表面中的定位孔14d構(gòu)成。每個(gè)定位孔14d的直徑和深度分別為如2mm和3mm。由于第一表面11d和第三表面13d之間的距離大于預(yù)定閾值距離，所以在這種情況下使用兩個(gè)平面光掩模40d和41d。如圖7A所示，這些光掩模具有通孔45d，其每一個(gè)具有與定位孔14d基本相同的直徑。如圖8B所示，光掩模40d和41d分別設(shè)置于第一和第二表面11d和12d，然后如圖7c和8c所示，將銷釘71d插入每個(gè)光掩模的通孔45d和定位孔14d以便將光掩模40d和41d固定到基板10d上。
此外，圖9A至9E表示將上層和下層光掩模41e和40e固定到殼體70e的一種方法。殼體70e由頂部開口、側(cè)壁72e以及側(cè)壁72e內(nèi)的定位孔73e形成，如圖9B所示。具有圖9A所示剖面的三維模制基板10e設(shè)置在殼體70e內(nèi)。下層光掩模40e設(shè)置在側(cè)壁72e上，這樣，如圖9c所示，下層光掩模40e的第一通孔42e將對(duì)準(zhǔn)殼體70e的定位孔73e。上層掩模41e通過圓柱形墊圈74e設(shè)置在下層掩模40e之上，這樣，如圖9D所示，上層掩模41e的第二通孔43e即對(duì)準(zhǔn)第一通孔42e以及墊圈74e的通孔75e。接下來(lái)，如圖9E所示，通過螺栓71e將墊圈74e，以及上層和下層掩模41e和40e固定到殼體70e。
另外，圖10A和10B表示用于本發(fā)明的另一種安裝方式。即三維模制基板由第一表面11f、低于該第一表面11f的第二表面12f、以及位于該第一表面11f上的矩形凸起13f形成。由于平面光掩模40f與第二平面12f之間的距離小于預(yù)定的閾值距離，故在本例中只采用一塊平面光掩模40f。如圖10B所示，光掩模40f有一個(gè)中心通孔45f，其尺寸略大于凸起13f的橫截面。加固件75f貼在光掩模40f的中心通孔45f的周圍，用以在把光掩模固定到基板10f時(shí)防止掩模40f的損壞。如圖10B所示，通過將中心通孔45f對(duì)準(zhǔn)凸起13f而將光掩模40f固定到基板10f。
圖11A至11D表示用于本發(fā)明的另一種安裝方式。當(dāng)具有圖11A所示剖面的三維模制基板10g設(shè)置于殼體70g中時(shí)，兩平面光掩模40g和41g分別通過作為一種支撐桿的至少一根L型桿71g固定到殼體70g，。即如圖11D所示，該L型桿71g的一端形成螺紋部分75g，另一端形成通孔74g。例如，如圖11c所示，通過將上述螺紋部分75g插入光掩模40g的通孔45g，然后利用螺母76g將螺旋部75g固定到光掩模40g。另一方面，如圖11A和11B所示，通過經(jīng)由殼體70g的通孔74g將銷釘72g插入殼體70g的定位孔73g內(nèi)，將L型桿71g固定至殼體70g。如圖11B所示，光掩模40g和41g的邊緣部分46g和47g相對(duì)于平行光束至光掩模的輻射方向，相互重疊。
圖12A、12B和13表示用于本發(fā)明的另一種安裝方式。在本例中采用了兩塊平面光掩模40h和41h。上層光掩模40h設(shè)置了透光圖形42h、掩模圖形43h邊緣44h以及在邊緣44h內(nèi)形成的至少一個(gè)通孔45h。下層光掩模41h設(shè)置了透光圖形46h、掩模圖形47h、邊緣48h以及在邊緣48h內(nèi)形成的至少一個(gè)通孔49h。邊緣44h和48h相對(duì)于平行光束至光掩模的輻射方向相互重疊。如圖12A所示，重疊的邊緣44h和48h通過貫通通孔45h和49h的至少一個(gè)連接桿71h聯(lián)結(jié)在一起。邊接桿71h采用帶螺栓頭72h和螺桿73h的一種螺栓形式。光掩模40h和41h分別用螺母76h固定到連接桿71h的螺桿73h。螺桿73h從下層光掩模41h的通孔49h穿出并插入三維模制基板10h的定位孔14h，以將光掩模40h和41h設(shè)置在基板10h的前面，如圖12B所示。
可以用連接桿71j來(lái)替換上述連接桿71h。如圖1 3所示，連接桿71j由螺桿72j以下從螺桿72j兩端延伸的螺紋部分73j組成。在螺紋部分73j插入通孔45h和49h之后，利用螺母76h將光掩模40h和41h固定到連接桿71j。
〔第三實(shí)施例〕在同時(shí)將平行光束輻射到設(shè)置于光致抗蝕劑層前面的上層和下層光掩模，以形成一個(gè)曝光光致抗蝕劑層圖形的情況下，當(dāng)光掩模的邊緣未相對(duì)于輻射方向相互重疊時(shí)，平行光束在上層光掩模的邊緣處衍射，將產(chǎn)生這樣一個(gè)問題，即將曝光鄰近下層光掩模邊緣端的光致抗蝕劑層的不希望曝光的區(qū)域。因此，當(dāng)采用多個(gè)光掩模時(shí)，鄰近光掩模的邊緣最好相互重疊。然而，在成型一種精細(xì)和稠密曝光的光致抗蝕劑層圖形時(shí)，將產(chǎn)生另一個(gè)問題，即難以對(duì)位于相鄰光掩模重疊邊緣下的光致抗蝕劑層提供所需的曝光量。
在該實(shí)施例中，通過以這樣一種方式重復(fù)照射平行光束來(lái)形成精細(xì)和稠密曝光的光致抗蝕劑層圖形，即當(dāng)該平行光束照射到置于光致抗蝕劑層前面的一個(gè)光掩模時(shí)，其余的光掩模通過不透光的掩模屏蔽。
例如，以下將解釋在光致抗蝕劑層30k上形成精細(xì)和稠密曝光圖形31k的一種方法。光致抗蝕劑層30k在具有圖14A所示剖面的三維模制基板10k上形成。該剖面包括頂部平面11k、中間平面12k、底部平面13k以及延伸于鄰近平面之間斜面14k。如圖14c所示，形成平行光束對(duì)置于頂部平面11k的第一平面光掩模的第一次照射，以在光致抗蝕劑層30k的一區(qū)域內(nèi)形成第一次曝光圖像。此時(shí)，第一不透光掩模80k放置在中間面12k上，以屏蔽光致抗蝕劑層30k余下的區(qū)域。圖14B表示第一光掩模40k以及第一不透光掩模80k。第一光掩模40k包括按本方法構(gòu)成的掩模圖形42k和透光圖形43k。第一光掩模40k的邊緣44k與第一不透光掩模80k的邊緣82k重疊，以防止因在第一光掩模40k的邊緣44k末端衍射的平行光束所引起的對(duì)光致抗蝕劑層的不希望的曝光。在第一次照射后，形成平行光束對(duì)位于中間平面12k上的第二平面光掩模41k的第二次照射，以在光致抗蝕劑層30k的余下區(qū)域形成第二曝光圖形33k。如圖14D所示，在第二次照射中，將第二不透光掩模81k放置在頂部平面11k處，以屏蔽第一次曝光圖形32k。圖14E表示第二光掩模41k和第二不透光掩模81k。第二光掩模41k包括按本方法構(gòu)成的掩模圖形46k和透光圖形47k。如圖14E所示，第二不透光掩模81k的邊緣83k具有與第一光掩模40k的邊緣44k相同的圖形，它與第二光掩模41k的邊緣45k相重疊，以對(duì)位于重疊邊緣83k和45k下的光致抗蝕劑層30k提供一個(gè)所需的曝光量。于是，在光致抗蝕劑層30k上形成包括第一和第二曝光圖形32k和33k的完整曝光圖形31k，如圖14F所示。鄰近的光掩模重疊邊緣的寬度取決于平行光束的平行度和鄰近的光掩模之間的高度差。此外，取代多塊掩模的使用，也可以彎折一塊平面掩模，以在各不相同的高度形成多個(gè)光掩模面。
〔第四實(shí)施例〕
在本實(shí)施例中，光吸收材料43m涂覆在平面光掩模40m的掩模圖形42m上。以下將解釋形成該掩模圖形42m的一種方法。如圖15A所示，將諸如一種正型干膜的光致抗蝕劑材料35m涂覆在光掩模40m的一面，后者包括透光圖形41m和掩模圖形42m。如圖15B所示，諸如紫外一類的光束1m從光掩模40m的另一面照射到光致抗蝕劑材料35m，以在對(duì)應(yīng)于透光圖形41m的光致抗蝕劑材料上形成一個(gè)曝光圖形。把未曝光圖形的光致抗蝕劑材料35m從光掩模40m上去除，如圖15c所示。在光掩模40m上噴涂諸如碳一類的光吸收材料43m，如圖15D所示，然后去除光致抗蝕劑材料35m的余下部分，以獲得在掩模圖形42m上配置光吸收材料43m的光掩模40m，如圖15E所示。
例如，如圖16所示，由此獲得的光掩模40m作為下層光掩模設(shè)置于光致抗蝕劑層的前面，這樣，平行光束3m照射到光掩模40m的光吸收材料。光致抗蝕劑層30m經(jīng)由導(dǎo)電層20m在三維模制基板10m上形成。此外，如圖16所示，輔助光掩模44m具有與下層光掩模相同的掩模圖形，但沒有光吸收材料43m，它設(shè)置在下層光掩模的上面作為上層光掩模，于是，相對(duì)于平行光束3m的照射方法，上層光掩模44m的掩模圖形46m就完全與下層光掩模40m的掩模圖形42m重疊。由光源2m提供的平行光束3m經(jīng)由光學(xué)透鏡90m照射到上層光掩模44m。盡管平行光束3m在上層光掩模44m的透光圖形45m上衍射，但仍可有效地被下層光掩模40m的掩模圖形42m上的光吸收材料43m所吸收。因此，有可能在光致抗蝕劑層30m上精確地形成一個(gè)曝光圖形，而防止在光致抗蝕劑層上形成不想要的曝光。
順便指出，從精確形成曝光圖像的觀點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)考慮隨著上下層光掩模40m與44m之間距離“X”的增大，平行光束3m的平行度應(yīng)進(jìn)一步改善。當(dāng)然，也可以采用不帶光吸收材料43m的兩塊平面光掩模。
作為本實(shí)施例的一種改變，光掩模40n設(shè)置在光致抗蝕劑層30n的前面，后者經(jīng)由導(dǎo)電層20n形成于三維模制基板10n之上。光掩模40n由透光板41h以及由光吸收材料制成的兩個(gè)相同的掩模圖形形成。掩模圖形43n在透光板41n的相對(duì)的兩個(gè)面上形成，這樣，相對(duì)于平行光束1n的照射方法，一個(gè)掩模圖形43n完全與另一個(gè)掩模圖形43n重疊。當(dāng)平行光束1n如圖17A所示照射到光掩模40n時(shí)，在光掩模40n上層透光圖形42n上衍射的平行光束，有效地由光掩模40n下層上的掩模圖形43所吸收，如圖17B所示。從精確形成曝光圖形的觀點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)考慮隨著透光板41n厚度的增加，平行光束的平行度應(yīng)進(jìn)一步改善。
光掩模40n根據(jù)以下步驟制成。在厚透光板41n的相對(duì)兩面形成諸如干薄膜的光致抗蝕劑材料圖形。然后在該相對(duì)兩面噴涂諸如碳一類的光吸收材料，再去除光致抗蝕劑材料，由此在透光板41n的相對(duì)兩面上形成掩模圖形43n。
在上述實(shí)施例中，最好采用平行光管以提供平行光束。如圖18所示，當(dāng)一次平行光束1p直射到平行光管90p時(shí)，包含在平行光束1p內(nèi)的非平行光束被平行光管90p反射，這樣，其平行度改善后的二次平行光束2p即可照射到置于光致抗蝕劑30p前面的光掩模40p。光致抗蝕劑層30p經(jīng)由導(dǎo)電層20p在三維模制基板10p上形成。通過利用一種光學(xué)鏡(未圖示)聚焦由汞燈(未圖示)提供的光形成平行光束1p，并使已經(jīng)聚焦的光通過光學(xué)透鏡(未圖示)。除了上述平行光管90p之外，也可以采用市售的標(biāo)準(zhǔn)平行光管。尤其是，最好在將平行光束2p照射到光掩模40p的同時(shí)，在垂直于照射方向的平面上旋轉(zhuǎn)平行光管90p，以提供一種均勻的曝光量。
此外，最好利用光學(xué)透鏡展寬激光束提供一種平行光束。例如，采用波長(zhǎng)為360毫微米的氬(Ar)激光束1q。Ar激光束1q發(fā)送到濾光器91q，以提供一種均勻的輸出強(qiáng)度。來(lái)自濾光器91q的Ar激光束1q通過第一光學(xué)透鏡92q展寬，然后使該展寬的激光束1q通過第二光學(xué)透鏡93q而將其轉(zhuǎn)換為一種平行光束2q，如圖19所示。平行光束2q照射到置于光致抗蝕劑層30q前面的光掩模40q。光致抗蝕劑層30q經(jīng)由導(dǎo)電層20q在三維模制基板10q上形成。
再者，可以利用用一個(gè)光學(xué)透鏡展寬穿過一針孔的光所提供的平行光束。例如，如圖20所示，由一個(gè)汞燈1s提供一種散射光2s。該散射光2s用第一光學(xué)透鏡92s聚焦。該經(jīng)聚焦的光3s直射到屏蔽板93s的針孔94s。針孔94s與第一光學(xué)透鏡92s之間的距離實(shí)際與第一光學(xué)透鏡92s的焦距相等。經(jīng)由針孔94s的光束4s直射到第二光學(xué)透鏡95s，將光束4s轉(zhuǎn)換成平行光束5s。針孔94s與第二光學(xué)透鏡95s之間的距離實(shí)際與第二光學(xué)透鏡95s的焦距相等。平行光束5s照射到置于光致抗蝕劑層30s前面的光掩模40s。該光致抗蝕劑層30s經(jīng)由導(dǎo)電層20s在一個(gè)三維模制基板10s上形成。
也可利用陽(yáng)光作為平行光束。例如，如圖21所示，作為陽(yáng)光2v一種反射的二次光束3v被一個(gè)圓柱形的屏蔽92v所切斷。該屏蔽92v配備快門93v。一個(gè)三維模制基板10v置于屏蔽92v內(nèi)具有太陽(yáng)位置跟蹤系統(tǒng)95v的臺(tái)架94v上。在通過跟蹤系統(tǒng)95v調(diào)整臺(tái)架94v的一角度后，基板10v面向太陽(yáng)1v，快門93v打開使陽(yáng)光2v照射到置于基板10v上的一光致抗蝕劑層30v前面的光掩模40v。通過置于快門93v下一個(gè)位置上的曝光計(jì)算器96v計(jì)算曝光量。因此，當(dāng)曝光量達(dá)到一預(yù)定的曝光量時(shí)，快門93v自動(dòng)關(guān)閉。在該例中，由于陽(yáng)光2v包含有許多不同波長(zhǎng)的光，也可以將能由紫外線以外的射線曝光的一種光致抗蝕劑材料用作光致抗蝕劑層30v。
權(quán)利要求
1. 一種制造印刷電路板的方法，它包含步驟為提供一個(gè)基板，該基板具有一第一表面和至少一個(gè)低于所述第一表面的第二表面，所述第一和第二表面其上具有導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層其上具有光致抗蝕劑層；在所述光致抗蝕劑層前面設(shè)置具有掩模圖形的平面光掩模且它基本上平行于所述第一和第二表面，所述光掩模用掩模圖形和透光圖形形成；通過所述光掩模將一平行光束照射到所述光致抗蝕劑層以便給所述光致抗蝕劑層一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述透光圖形的想要寬度“L”的曝光圖形；除去所述光致抗蝕劑層的所述曝光或未曝光圖形以留下沒有所述光致抗蝕劑層的所述導(dǎo)電層的圖形區(qū)域；按照所述導(dǎo)電層的所述圖形區(qū)域在所述基板上給所述導(dǎo)電層形成電路圖形；和其特征在于，所述方法中的所述透光圖形的構(gòu)成滿足下面關(guān)系式當(dāng)D＝0時(shí)，W/L＝1，當(dāng)D＞0時(shí)，W/L＜1，這里“W”是用于形成想要寬度“L”的所述曝光圖形的所述透光圖形的寬度，而“D”是所述透光圖形和所述光致抗蝕劑層之間的距離。
2. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，當(dāng)所述光致抗蝕劑層是正性光致抗蝕劑層時(shí)，所述光致抗蝕劑層的所述曝光圖形被去除并留下所述導(dǎo)電層的所述圖形區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，當(dāng)所述光致抗蝕劑層是負(fù)性光致抗蝕劑層時(shí)，所述光致抗蝕劑層的未曝光圖形被去除并留下所述導(dǎo)電層的所述圖形區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述基板由多個(gè)不同高度的所述第二表面構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，當(dāng)存在一個(gè)其距離(D)大于閾值距離(Dmax)的特殊區(qū)域時(shí)，則在該特殊區(qū)域的所述光致抗蝕劑層的前面設(shè)置一附加平面光掩模。
6. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述基板具有用于支撐所述基板上的光掩模的定位裝置。
7. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述光掩模直接置于所述第一表面上的所述光致抗蝕劑層上。
8. 如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，所述平行光束有選擇地照射到所述光掩模和所述附加光掩模兩者之一上，同時(shí)用一遮光掩模屏蔽另一個(gè)。
9. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述光掩模和所述附加光掩模相對(duì)于所述平行光束的照射方向具有相互重疊的邊緣部分。
10. 如權(quán)利要求9所述方法，其特征在于，至少一個(gè)連接件在所述光掩模和所述附加光掩模的所述重疊邊緣部分之間延伸。
11. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，一個(gè)具有與所述光掩模相同掩模圖形的輔助平面光掩模位于所述光掩模之上，使所述輔助光掩模的掩模圖形相對(duì)于所述平行光束的照射方向與所述光掩模的圖形完全重疊。
12. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述平行光束由一平行光管提供。
13. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述平行光束是通過用光學(xué)透鏡展寬一激光束提供的。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述平行光束是通過用光學(xué)透鏡經(jīng)一針孔展寬一光束提供的。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過屏蔽反射陽(yáng)光將陽(yáng)光用作所述平行光束。
16. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述光掩模具有一透光板和兩個(gè)形成在所述板的相對(duì)兩表面上的相同掩模圖形，這樣使所述掩模圖形之一相對(duì)于所述平行光束的照射方向完全與另一圖形重疊。
17. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述基板放置在具有頂部開口的殼體內(nèi)，所述光掩模與所述殼體相固定。
18. 如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，所述附加光掩模具有一與所述光掩模的透光圖形構(gòu)成方法基本相同的透光圖形。
19. 如權(quán)利要求16所述方法，其特征在于，所述各掩模圖形由光吸收材料制成。
全文摘要
一種制造印刷電路板的方法，它在三維模制基板上通過一導(dǎo)電層形成一光致抗蝕劑層，具有掩模圖形和透光圖形的平面光掩模位于光致抗蝕劑層的前面。一平行光束照射該光掩模以便給光致抗蝕劑層一個(gè)對(duì)應(yīng)于透光圖形的想要寬度“L”的曝光圖形。如此構(gòu)成透光圖形使之滿足D＝0時(shí)，W/L＝1；D＞0時(shí)，W/L＜1的關(guān)系式。這里“W”是用于形成想要寬度“L”的曝光圖形的透光圖形的寬度，而“D”是透光圖形和光致抗蝕劑層之間的距離。該方法能使電路圖形精確地形成在基板上。
文檔編號(hào)G03C5/04GK1114820SQ9410837
公開日1996年1月10日 申請(qǐng)日期1994年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月8日
發(fā)明者中嶋勛二, 鈴木俊之, 中本篤宏, 手塚羲隆, 大谷隆兒 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社