本发明一般涉及电气元件用的印刷线路板的制造，更具体地说，本发明涉及印刷线路板用的光学处理技术。

过去二十年来，电子电路元件的前进中的集成化和小型化成为对印刷线路板技术极限的日益增长的挑战。印刷电路板或更确切地称为印刷线路板（PWB）在几个方面起着关键的作用。首先，如特殊封装的集成电路、电阻器等等电气元件被装在或载在扁平的坚固卡片状印刷板表面上。故印刷线路板起着支承元件的作用。其次，在印刷板的表面上使用化学刻蚀或涂覆的导体图形，使印刷线路板形成元件间的所需电气互连。此外，印刷线路板还包括起散热作用的金属区域。

导体图形一般是采用光刻蚀敷铜箔的环氧树脂纤维玻璃基板形成的。将一层光敏抗蚀层涂敷到铜箔上，并通过一掩膜（通常称为“原图”）用紫外（UV）光投射其上曝光以形成图形。曝过光的区域受到聚合作用。未起聚合作用的区域由化学溶液除去，留下铜的区域（即所需导体图形）位于剩余的聚合硬化的光抗蚀保护阻挡层之下。然后将暴露的铜刻蚀掉，并用化学方法除去剩下的光敏抗蚀层以露出所得的导体图形。另一种做法是作出光敏抗蚀层的图形以形成导体图形的化学镀用的通道。当然，这种方法有许多变化，但所有变化都需要光刻出该抗蚀层的图形。

由于集成电路的使用已经日愈增长，输入和输出（I/O）用的较高密度的互连端头就需用双面的印刷线路板，其附加的互连用导体图形做在板的另一面。

随着电路集成度的提高，表面安装技术（SMT）也加速了电子电路的密集化。将表面安装器件（SMD）直接安放到印刷线路板表面上，并用汽相、红外（IR）或其它技术焊接。表面安装技术彻底改革了电子制造工业，使装配成本下降约50%，元件密度增加超过40%，并增强了可靠性。表面安装器件上的端头排列比常用元件的端头排列有较高的密度或较密的间隔。因为各端头在电气上仍须正确地连到板上的有关导体，表面安装器件的对准要求印刷线路板导线有高的分辨率。事实上，表面安装器件电路已经变得密到双面板容纳不下所有需要电气的连接。因此，多层印刷电路板已经成为注意力的焦点，有几种竞争的技术正在展开。那些依赖于导体图案叠层的技术，除了在已知层中导体图形的线宽和间距要精确外，还需要各层间的对准。要在四或更多层的深度对准制作相当于3至5密耳的甚细线条是很困难的。

为了最充分利用正在表现出来的表面安装技术所可能提供的好处，必须在制造基板和印刷板方面开发新的制造工序。以往在制造印刷线路板中的一个有问题的地方曾经是发生和使用原图以作出光敏抗蚀层的图形。使用照相底片或玻璃板会出现稳定性、对准、输运和存储方面固有的困难。

从印刷板制造方法中消除原图长久以来就是一个工业目标，它助长了高速紫外激光绘图仪的发展。有几种设备目前虽然可以买到，但全部很昂贵而且是早期发展阶段的产物。这些设备不用原图，可以直接作出紫外光敏感的抗蚀层图形。导体图形采用计算机辅助设计（CAD）来设计，CAD将所有路径的坐标和尺寸数字化，并将它们转换为控制紫外激光X-Y绘图仪的信号。除了它们的价格极高外，这些系统还有一些局限性，这些局限性在细线条、高密度作业中变为值得注意。其中主要的局限性在于，紫外光敏感的抗蚀层是对比度低的材料，需用高能级的曝光能量。于是，线条边缘的分辨率受到限制。为了取得高的绘制速度，这些系统全都以光栅扫描的方式工作。光栅扫描产生的边缘不规则相当严重，在绘制拐角线时非常明显。在准确性和最小线条的局限性方面是这些光栅绘图系统的特点。现系统中另一个有问题的地方是激光源的工作期限短。再一个直接从CAD用紫外光绘制光可处理层的问题是在聚合作用之前不能作出检查。如果图中作出了误差，错误就自动地隐埋在紫外光敏感层中。在抗蚀层的情况下，只有在除去整个抗蚀层并对板作第二次的清洁和焙干到无湿气后，重新再开始，才能进行板的补救工作。在用紫外光绘制焊料掩模的情况下，图形制作中的笔尖失灵导致整块面板报废。

因此，本发明的总目的是消除分立的在印刷板的制造方法中必须加以控制的原图，以避免直接使用紫外光绘图仪而在边缘分辨率出问题。本发明的另一个目的是要用固有的更可靠的设备提供成本低速度高能作出极细线条而层间失准最小的图形。

本发明的这些目的可用一种系统达到，这种系统提供一种高度简化的直接由CAD布局推动的基板/印刷板的制造装置。其制造方法利用一块极薄而对比度高的可剥光敏胶片直接层压在一块基板上，该基板涂有一层光可处理层，如抗蚀层或永久绝缘的材料。另一种方法是将光可处理层和胶片一开始就共同层压在一起并作为基板的组合层使用。使用一种不会显著影响下伏抗蚀层中共聚作用的常规低能量白光绘图仪，使所得结构可以从CAD在板曝光。曝光后，使用常规胶片显影化学原理或另一种适于所用胶片类型的照相制版术使胶片层在板显影。显影不会干扰下伏的抗蚀层。所得的高对比度胶片的图像就在该处形成一个掩模作为下伏的抗蚀层随后的均匀紫外泛光曝光用。经紫外曝光后，除去胶片，最好将它剥离基板。基板的进一步处理可用常规方式进行。该制造方法可为多层分层重复使用，不会因操作分立原图而诱发对准的误差。该系统也可以使用光栅扫描绘图仪。八角形聚光灯使笔直的边缘线与扫描方向成45°或90°。因为胶片呈现高对比度，低强度的光就足够用来曝光，生成极高的分辨率，这和下面的抗蚀层用直接的紫外光作出图案不同。因此，本发明结合了CAD驱动绘图仪和在板直接图形形成的优点，由于使用了高对比度、低能量的白光绘图仪而得出清晰的图形。此外，显影过的胶片上的可见图像在作紫外曝光前完全可以检查，而且在需要时，可加以修整。如果图像不合格，可将胶片剥去并重新加上未曝光的胶片。和处理抗蚀层的方法相同，该系统也可以用来作出焊料掩模的图形或永久性干胶片绝缘层，等等。

图1A-1G是使用刻蚀图形减色工艺直接从CAD对印刷线路板进行一系列制作光敏抗蚀图形的步骤的截面示意图。

图2是作为组合层加到基板前将抗蚀层和照相胶片预层压在一起的系统的操作示意图。

图3是将照相胶片加到涂敷抗蚀层的基板上的系统的操作示意图

图4A-4F是按照本发明的一块印刷线路板在对永久性干胶片进行一系列制作图形的步骤的截面示意图。

图5A-5F是根据本发明的利用标准图案镀层方法的图形制作顺序截面示意图。

图6A-6B是根据本发明的等边八角形聚光光栅扫描光绘图仪的示意图。

图7A-7B是根据本发明的非等边八角形聚光光栅扫描光绘图仪的示意图。

如图1A所示，将一块印刷线路板某一层导体图形的设计方案提供给CAD10，印刷线路板的尺寸可以从任一尺寸到典型的最大尺寸18英寸×24英寸。图形的坐标是数字化的，而且以兼容的数字形式作为控制的输入传送到X-Y绘图仪12，例如格伯35型（Gerber    Model35）。这类典型用于制造原图的绘图仪有一张其上固定着胶片的工作台（未示出）。借助分开的步进马达和螺杆驱动，工作台能同时在X和Y轴平移。绘图仪的头由一白光源14和一些可选择的孔径组成，这里用一个黄色滤光器16，以除去不需要的紫外光分量，绘图仪装在暗室里，相对于胶片移动的光束18在胶片上“写”下线条（通常宽度可变）的图形。

如图1A所示，例如一块环氧树脂纤维玻璃基板20载有均匀的金属层，即铜层22。对紫外光敏感的光抗蚀层24叠加在铜层22上。一带基薄层照相胶片26覆盖在光抗蚀层24上。胶片26的厚度最好取四分之一或半个密耳。

图1A的组合结构30可以用几种不同方法备制，如图2所示，抗蚀层24和胶片26在32处用热轧层压成组合的两层板34，然后在36处滚压在未涂敷的基板38上。另一种方法如图3所示，照相胶片26可以直接滚压涂敷抗蚀层的基板。

这两种情况下，所得结构30装在绘图器12的移动工作台（未示出）上，而胶片26以光束18曝光。

一经显影，就用常规的照相显影化学原理，例如将整个结构30浸入暗室里的所需顺序排放的定影槽里。图像42就显现在薄胶片26的上乳胶层中。

胶片26可以是带基银铰片。一种适于负性工作或正性工作的胶片可以从3-M公司买到。胶片的化学显影并不影响所用具体下伏的抗蚀层的完全 性，但最好用半含水的或溶剂状的抗蚀层。

一种使用于本发明方面的可能是优秀的胶片是干银成像胶片，这类也可从3-M公司买到的胶片对白光敏感并且有相当高的对比度，但不需用化学药品显影图像。可通过高温短期加热或中等温度较长时间加热胶片使胶片显影。正因为这种性质，即使在不太高的温度下，干银胶片经过一段时间后会变得灰雾，故其存档性质很差，但这类胶片对本发明可能是理想的，因为可以将它加有乳胶的一侧朝下和基板（即抗蚀层或焊料掩模）接触。将有乳胶的一侧直接对着光可处理层，该处的掩模性质会增强，因为掩蔽之后，紫外光不必要通过载有乳胶的胶片基板材料。换句话说，乳胶中的胶片图像在紧接进入紫外光敏感层之前就将紫外光掩蔽。干银胶片在本方法中一个可能的缺点在于它比用常规化学原理显影的带基胶片呈现出较低的对比度。此外尽管显影过的干银胶片在用紫外光曝光前在板上是可以检查的，但它不易修整。

图像42在胶片26中定影后，组合结构30在紫外泛光灯44下曝光，如图1C所示。胶片26的图像中的变暗区42吸收紫外光并遮住下伏的抗蚀层。但在胶片26仍是透明区处，紫外光通到抗蚀层24并聚合下伏的部分46。实际上，据信可望用来自闪光灯的紫外光能短脉冲光以产生更均匀的聚合。

在板移离紫外光曝光装置44后，下一个步骤如图1D所示是剥除胶片26。胶片一除去就露出有图形的光抗蚀层24。剩下的基板处理属于常规措施（抗蚀层显影、刻蚀或镀膜，等等）。如在图1E、1F和1G所示，光抗蚀层24未聚合部分可以用化学作用除去。而在铜层22的选择区上只留下聚合过的部分46。接下去将铜刻蚀以形成铜导体图形48，同时，如图1G所示，用化学方法除去抗蚀层46聚合过的部分而留下由原CAD设计所规定的铜导体图形48。

本发明也可以用来制备焊料掩模和绝缘层。如图4A-4E所示，环氧树脂纤维玻璃或其它适用材料的敷铜箔基板20′的图案制作是使用常规技术或如图1A-1G所示的本发明技术。导体箔图形50示于图4A。带基银胶片26和永久性干胶片（PDF）54的组合层52以图2的方式滚压在一起，直接加到基板20′以盖住导体图形50。另一种方法是，可先将永久性干胶片加上去以形成涂敷的基板，然后以图3的方式将胶片26加到基板上。

如图4C所示，盖住的组合结构要进行如图1A、1B、1C和1D所示的相同步骤。直接从CAD所绘的在胶片26的乳胶层中形成的图像55在导电箔图案50上选择地遮住永久性干胶片的下伏区域，作为该处的掩模。在图4-D中，导电图形50上永久性干胶片未曝光未聚合的区域经化学方法除去后留下聚合过的变硬永久性干胶片绝缘层60。

将图4D中的曝过光的金属部位浸入熔化的焊料槽中以涂敷焊料，并以焊料62填充绝缘层60中的空白通道或孔径（图4E）。为了获得齐平的表面，将结构的顶层暴露在热空气刀（hot    air    knife）中以软熔焊料62的上表面。结果得到易于焊接表面安装器件的光滑表面。实际上，焊膏给筛在图4E中的结构表面上，将表面安装器件装上并例如在汽相方法中加热结构，以便在板的导体和表面安装器件间形成电连接。

如图4F所示的另一种做法，可将永久性干胶片用作多层结构中的一层层间绝缘体，这种结构类型公开在我们上面提到的共同未决的多层申请里。图4D的铜箔图形50形成化学镀用的催化部位。在永久性干胶片绝缘层60中形成的通道以化学镀方法涂敷坚固的铜导体64（图4F）。后来的层被加在图4F所示的结构顶上以组合起多层电路。

图5A-5F示出图形镀敷法，此法使用直接来自CAD在该处的本发明光掩模技术。如图5A所示，基板20载有一层上层金属箔22、一层抗蚀层24和一层图像显现胶片层26。除了在使用负性工作的抗蚀层时，胶片较喜欢用负性型的带基胶片而不是如图1A所示的正性型带基胶片外，该结构形式和图1A所示的相同。

如图5B所示，将胶片层曝光（绘制）和显影在板上以产生图像70。然后将板在紫外光光源下曝光以聚合抗蚀层24的未屏蔽的部分。如图5B所指出，在达到其目的后，将胶片26剥去丢掉。接下去除去在图5C中的未聚合的抗蚀层，在均匀的铜层22上留下变硬的抗蚀层区72。

因为铜层是完整的，故可用电镀术。镀敷的通孔与铜通道一起露出抗蚀层。为抗蚀层72覆盖的那些区域是不受电镀影响的。因为只有导体图形 （和孔）被镀覆，故这种做法的优点是没有额外的电镀铜层要去除。

如图5D所示，电镀铜导体22′后，在一适当的槽里将锡焊料镀层72电镀在铜导体22′的上表面。锡焊料镀层74包覆所需导体图形。如图5E所示，在除去变硬的聚合过的抗蚀层72之后，将该结构放进腐蚀槽里，锡焊料镀层74起作抗蚀铜腐蚀剂的作用。结果是，铜箔层22除了镀过锡焊料的图形处外都被除去，而留下如图5F所示的所需包锡铜图形。在附图（图5F）中说明的最后步骤之后，将结构用红外或热油处理法加热，在铜图形的刻蚀边缘76（图5F）上软熔锡焊料层74。

直接从CAD光绘制在该处的胶片掩模有许多优点。特别是在该胶片掩模中的一层极薄的高对比度层产生出的高分辨率绘制能力远胜过直接从CAD用紫外光绘制抗蚀层。可以使用标准的低成本白光绘制仪而不是使用成本高的复杂的紫外光绘制系统（它要求高能量的须经常置换的紫外激光器）来完成直接从CAD曝光。此外，高对比度的白光绘制优于紫外光绘制，因为光敏感的胶片在低能级处有较高的对比度。

在该处光绘制过的掩模为高精度的层间对准和多层印刷线路板提供了基础。胶片在抗蚀层曝光前的曝光是可以检查的和稳定的。

可以检查这一点是优于紫外光绘制的一个特别重要的优点。紫外光聚合图形中的误差或人为干扰在手术上是不易除去的。而是必须将抗蚀层溶去，并在清洁和干燥板后再将抗蚀层涂上，或者干脆将板报废。用在上述共同未决申请中公开的方法来制造化学镀多层板时，错误绘制紫外光敏感的永久性干胶片层的后果确系严重。但用本方法，可以轻易地检查由绘制笔尖失灵、毛发、尘埃等产生的人为干扰的在板显影胶片的问题。在许多情况下，不是剥去旧的胶片和重新使用新胶片，而是可以使用不透紫外光的自来水笔或用一把精密小刀（exactoknife）删除错误曝光的乳胶细微部分将该处的光掩模修整过来。需要时，任何情况下都可以迅速剥去坏掩模并用一块新的胶片再进行尝试。重要的不同地方是紫外光敏感层即使板是直接由一CAD布局绘制的也仍然保持原状。

还可以将该系统用于生产时的高速光栅扫描系统而不对现行激光设备加上任何限制。研究中的白光源是一种光束准直的氙频闪灯。

光栅扫描光束使用八角形孔径不仅可以消除45°和90°线条的任一边缘不规则性，也可以消除0°线条即平行于扫描方向的线条的任一边缘不规则性。如图6A和6B所示，光栅扫描绘制仪可以装有带八角形最好是以模版的形式的孔径的简单白光光源。八角形聚光灯聚焦在胶片中的乳胶上。图6A中，扫描方向沿着所指的Y轴方向，目的是要在X方向画出一条线条。为此，在精确地校正的Y坐标（图6A中的Y1）处触发频闪灯，以便在第一次扫描时在胶片上曝光出一个八角形90。在下一个扫描中，频闪灯仍在位置Y1处闪光以曝光出第二个所示的八角形图像92。扫描间的间隔大约是如图示的八角形宽的三分之一，使得边90a和92a对准和接触或正好重叠。在连续的扫描后，所得到的交错、重叠的八角形绘制出绘得很好的直边线条。此外，如图6B所示，由八角形聚光灯在Y方向间隔三分之一聚光灯宽连续扫描也能导致带直边94a、96a的图形。

由于图6A和6B所示的八角形是等边的，故其在90°路径（图6A）时边的重叠量要比在45°路径（图6B）时的大。使斜边相对于扫描方向等长（它们与垂直边有一个约为2的平方根的比例关系，如图7A和7B所示）就可以消除这种重叠量不等的影响。在本设计中，八角形将均分为三等分，使得在制作斜线条和垂直线条时，重叠量相等。但如垂直线条宽度为3单位，则所得斜线条的宽度为2.828单位，但如光栅绘制仪有自动变焦镜，则改变放大量，或者适当调节曝光持续时间，使得光线可以沿Y方向扫出稍大的八角形以补偿建立斜线条时被缩小的斜边宽度。

包括上述改进的现有光栅系统和在该处的银胶片掩模系统将产生出切实可行的高质量基板制造方法。其生产速度实际上接近每五秒一张图。

在该处的掩模系统可以适应正性型或负性型带基胶片，因为当今使用的可用抗蚀层是负性工作的，但对减色工序而言，最好用正性带基胶片。如果使用一种带负性工作的抗蚀层的图形镀覆工序（如图5A-5F所示）来制造印刷板，则以相同方法使用负性型带基胶片。

在该处的胶片掩模印刷线路板系统的上述叙述规定为说明用而不是限制用。例如，虽然上述例子 只指明是单面板，但在基板的双面同时或挨次对双面使用相同的工序，也可以制作双面板。在不偏离本发明的主旨或精神下，当然可以对本文所描述的步骤或材料作出多种变化或补充，本发明的范围由所附权利要求及其等同物加以指出。

本申请涉及格兰蒙特（Grantmoht）和莱克（Lake）题为：多层电路板制造法”的共同未决申请，申请号为742，747，申请日为1985年6月10日（与本申请同一天），该申请已转让给本申请的受让人，并在这里加入参考资料。