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干膜 编辑
1968年,美国杜邦(DuPont)公司首先报导了以Riston命名的溶剂显影型的光致抗蚀干膜(Dry film photoresist) ,并应用于印刷线路板(Printed Circuit Board,PCB),且从那时起在印刷线路板制作中起主导作用。
1970年,戴娜化学(Dynachem)公司获得杜邦公司转让的非排他性许可证,推出了以Laminar命名的类似产品并生产上市 。此后西德Hoechst公司也获得在欧洲出售光致抗蚀干膜的许可证。
1985年8月24日,由于Riston的专利保护期限到期,加上印刷电路板的微细化丝印法已不能满足发展着的要求,日本有大约20个公司开发了干膜抗蚀剂或液体抗蚀剂 。
中国在七十年代初就开始研究光致抗蚀干膜,成都科技大学和无锡化工研究院先后研制成功并推广生产,一开始研究的是溶剂型。
1975年,中国干膜研究开始转向水溶性干膜 。
1977年,无锡电影胶片二分厂采用无锡化工研究院的技术开发了SXM-Ⅰ型水溶性光致抗蚀干膜(简称干膜或贴膜)。
1979年6月下旬,由化工部和四机部在四川乐山召开有关生产、科研、使用三方面的技术协调会上,决定由无锡电影胶片厂和重庆东方红试剂厂进行批量生产 。
九十年代,苏南出现6~7家小厂生产干膜,水平一般,规模不大,较世界水平差距较大,只能制作一般的印制电路板,此时中国干膜总产量达100万平方米,年用量约需1000万平方米,大部分为进口。
1992年,化工部第二胶片厂联合沈阳感光院,北京化工大学共同开发新的先进光致抗蚀干膜 。
公司名称 | |
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Dupont | Riston |
Dynachem | Laminar |
Hercules | Aquamer |
Hoechst | Ozatec |
日立化成工业 | Photec |
日本合成化学工业 | Alpho |
旭化成工业 | Sunfort |
富士胶片 | Vanx |
三菱人丝 | Dialon |
福助工业 | Photolex |
积水化学工业 | Photowell |
东京应化工业 | Ordyl |
室町化学工业 | Müron |
无锡电影胶片二分厂 | SXM-Ⅰ |
重庆东方红试剂厂 | G1-1 |
光敏抗蚀干膜是一种由聚酯薄膜、聚烯烃薄膜及感光胶膜组成的三层夹芯结构:
聚酯薄膜
支持感光胶层的载体,使之涂布成膜,保护感光膜层不在操作过程中损坏或沾污,使用时该膜在曝光之后、显影之前除去, 防止曝光时氧气向抗蚀剂层扩散,破坏游离基,引起感光度下降。厚度一般为25μm左右,为了提高干膜的分辨率,更多使用更薄的16μm厚度的PET薄膜 。
聚烯烃膜
它是覆盖在感光胶层上面的保护膜,防止灰尘等污物粘污干膜,避免在卷膜时,每层抗蚀剂膜之间相互粘连。在压膜前去掉该层薄膜。一般使用约25μm厚的聚乙烯膜 。
感光胶层
它是光敏抗蚀干膜的主体,事先已经染色。多为负性感光胶,即光聚合交联型的感光胶。根据材料的种类和用途不同,有多种规格,厚度为25~100μm,比一般液体感光膜厚几倍。通常情况下,感光胶膜越薄,膜层的解像度越高,但膜层的抗化学药品性能及物理性能降低 。显影后的感光膜边缘清晰,对比度好,特别适用于反镀法,因为保护膜厚能长期耐电镀溶液浸蚀 。正性胶即光分解型感光干膜虽有研究报导,但尚未在印刷电路上得到工业应用 。
光致抗蚀干膜结构图
感光胶层成分
1.成膜树脂
成膜树脂也叫黏结剂或粘结聚合物,作为光致抗蚀剂的成膜剂,使感光胶黏结成膜,起抗蚀剂伪骨架作用,在光致聚合过程中不参加化学反应。需要具有较好的成膜性,也就是较好的挠曲性、韧性和抗强强度等物理机械性能 ,与光致抗蚀剂的各组分有较好的互溶性,与加工金属表面有较好的附着力,很容易从金属表面用碱溶液除去,有较好的抗蚀、耐镀、抗冷流、耐热等性能 。阻焊干膜还需具备良好的耐高温和电气性能。
早期的抗蚀干膜用的粘合剂主要是一元高聚物,即聚甲基丙烯酸甲酯类。后来发展为二元、三元以至四元高聚物。大都是苯乙烯、马来酸、丙烯酸酯等单体的共聚物。三元、四元高聚物较一元、二元高聚物物理机械性能更全面、更完美。所以好的抗蚀干膜都采用三元或四元的高聚物做粘合剂 。
溶剂型干膜主要使用甲基丙烯酸酯的聚合物及其共聚物、氯化橡胶、氯化聚乙烯、氯化聚丙烯等氯化聚烯烃,以及纤维素的衍生物等。使用这些粘结剂只能使用如三氯乙烯、醋酸丁酯之类的有机溶剂显影与去膜。
水溶性光敏抗蚀干膜,通常是在粘结聚合物的分子中引入亲水的羧基,这样方可在烯碱水溶液中进行显影。用得较多的有丙烯酸或甲基丙烯酸和其他单体的共聚物。共聚物中若含有羧基的单体组分占10~30%(重量)就可作成用稀碱水溶液显影的干膜。粘结剂分子中所含的羧基、羟基或氰基等极性基团可增加干膜与铜箔或其他金属材料的粘结性能,而引入苯乙烯链节则可提高抗蚀性。
聚苯乙烯——顺丁烯二酸酐的衍生物(聚苯丁树脂)是比较理想的粘结聚合物。如果将它与醇或仲胺反应得到相应的酯化物或酰胺化合物 ,释放出自由羧基,因而使共聚物能够溶于稀碱水溶液。聚苯乙烯——顺丁烯二酸酐衍生物型的粘结剂,与感光胶中各组分的混溶性能良好并具有良好的成膜性,对铜箔表面有一定的粘附能力,具有良好的显影与去膜性能。
此外,含羧基纤维素的衍生物也可作为水溶型干膜的粘结剂。
上述粘结剂本身不含光敏基团,是属光惰性物质,它是依靠光敏单体的聚合反应形成三维结构的。
如果在粘结剂分子中引入光敏基团,能在紫外光照射下自身发生交联或与单体反应,使干膜在固化后交联度大、耐热性好。阻焊干膜要求耐热性好,常常使用这类粘结剂。例如,用含有光敏基团的聚苯乙烯——顺丁烯二酸酐衍生物作粘结剂,可以做成半水型或全水型的阻焊干膜。由于光敏性粘结剂的合成工艺比较复杂、成本较高而在抗蚀耐镀性方面又无突出的优点,故在一般的抗蚀干膜中较少采用 。
2.光聚合单体
光聚合单体及低聚物是感光的重要组分。在光引发剂存在下,经紫外光照射,光聚合单体及低聚物发生聚合交联反应,使干膜的曝光部分变成不溶于显影液的交联网状结构,使聚合物的性能有较大的变化,以丧失碱溶性,而未曝光部分则可通过显影除去,从而得到有较强抗蚀或耐镀的图形。同时,光聚合单体及低聚物还是感光胶的增塑剂,直接影响干膜的韧性、抗冷流性及贴膜性等。
用于干膜的光聚合单体主要是高沸点(>100℃),易混溶的多官能团的不饱和酯类 ,广泛使用多元醇稀酸酯类及甲基丙烯酸酯类聚合单体 。如果加入适量的单官能团或双官能团的单体则有利于改善干膜的柔韧性及可塑性,而加入像环氧丙烯酸树脂、聚氨基甲基酸丙烯酸酯等光敏低聚物则可提高其耐燃性,在阻焊干膜中往往使用这类组分。常用作抗蚀耐镀干膜的光敏单体有三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯及三乙二醇双丙烯酸酯等 。在光敏层中占25%~40%。因其基本上是液态化合物,在光敏层中可溶解基础聚合物调整整个光敏层的黏度,从而提高层压时与基板的附着性,此外还可提高曝光时活性基团的扩散性,使光聚合速度即灵敏度提高 。
3.光引发剂
光引发剂也叫光敏剂,它是光致抗蚀干膜的关键成分,光引发剂一般是在紫外光照射下能分解成游离基,引发聚合和交联反应的物质。添加过多时稳定性差,过少时灵敏度低 。光引发剂的种类很多,在干膜材料中常用的有安息香及其醚类 、安息香二醚类、烷基蒽醌类及二苯甲酮/胺类。其中烷基蒽醌,如叔丁基蒽醌、乙基蒽醌的光敏性最好,安息香乙醚较差,其光敏顺序为:烷基蒽醌>二苯甲酮/胺>安息香二甲醚>安息香甲醚>安息香乙醚。
影响干膜光敏性的因素较多,除光引发剂外,感光胶中所用的粘结剂、光聚合单体的种类用量及热阻聚剂等都有不同程度的影响。另外加入增感剂或多种引发剂并用可提高干膜的光敏性 ,有效地吸收光能引发单体聚合,增加聚合总速率和有效感光度 。
4.增塑剂
为了增加干膜抗蚀剂的均匀性 和柔韧性 ,降低贴膜温度,有时加入适量的外增塑剂。如三缩乙二醇二醋酸酯 。
5.增黏剂
为了增加干膜抗蚀剂与铜表面的化学结合力,调节粘附性 ,克服干膜固化之后与铜箔界面上产生应力而粘附不牢引起的胶膜起皮翘起、渗镀等弊病,在感光胶中加入适量的含氮杂环化合物作增粘剂,如苯并三氮唑 、苯并咪唑、吲唑及其衍生物等。这些物质能与铜箔表面形成配价键结构而提高粘附力 。高分子粘合剂的极性和摩尔分子量同样会影响与支撑物之间的粘附力。低粘度体系对表面有较好的润湿能力和物理吸附力,但是体系较强的流动性或蠕变会降低光致抗蚀膜卷筒时的稳定性而使得卷筒边缘流边 。
6.热阻聚剂
在干膜的生产及应用过程中,很多步骤需要接受热量,为了减少干膜在制造、运输、贮存以及贴膜、曝光等过程中发生热聚合,影响解象及显影性能,有时需要加入少量的热阻聚剂,如对苯二酚、对甲氧基酚等 。
7.色料
曝光后,光聚合体系中的染色剂可以呈现出视觉上的差异,因此可以通过颜色检查显影前后的影像,便于修理和检查而添加色料。染色剂通常会吸收光或参与化学反应从而影响聚合反应的进行。然而,互补引发剂和化学惰性染料的发现使得在不降低曝光速度的情况下制定具有较高染色度的光聚合配方有了可行性。这些染料在引发剂吸收或者光源发射的区域内存在“空窗”或者吸收值最小,因此不会直接竞争吸收光化辐射 。如苏丹Ⅲ、孔雀石绿 、甲基紫、亚甲基蓝等 。为了鉴别是否曝光或对位是否准确,有的加入适量的光致变色剂,做成在曝光时增色或减色的变色干膜 。8.阻燃剂
在阻焊干膜中常常加入芳香族的卤化物作为阻燃剂 。但是,含有卤素的阻燃剂有可能对环境产生不良影响,因此有研究使用非卤素系阻燃剂,例如氮系、磷系(磷酸酯、缩合磷酸酯、氧化膦、膦、膦腈化合物等)等。但是,氮系化合物如果考虑对树脂的固化性的影响,则实用困难,而使用了磷系化合物时,树脂组合物的吸湿性存在升高的倾向,存在耐湿性、电可靠性降低的问题 。
9.溶剂
为溶解上述各组分,必须使用溶剂。通常采用丙酮、酒精作溶剂 。
按显影方法
1.溶剂型干膜
使用有机溶剂作显影剂和去膜剂,例如用三氯乙烷显影,二氯甲烷去膜,这两种溶剂遇火不燃烧。醋酸丁酯等有机溶剂也可用作显影去膜,但易燃烧,很不安全。溶剂型干膜是美国最早研制并投入大量生产的一种干膜 ,七十年代初期投放市场的只有溶剂型的单一品种 ,中国早期也研制过。它的优点是技术成熟,工艺稳定,耐酸耐碱,应用范围广。但是,使用这种干膜需要消耗大量的有机溶剂,需要价格昂贵的显影和去膜设备及辅助装置,生产成本高,溶剂有毒,污染环境,所以日趋被水溶性干膜所取代,仅在特殊要求时才使用。
2.水溶性干膜
它包括半水溶性和全水溶性两种。半水溶性干膜显影剂和去膜剂以水为主,并加有2%~15%有机溶剂。全水溶性的干膜显影剂和去膜剂是碱的水溶液,它的特点时显影过程是个化学反应,碱性水溶液和没有感光的胶层起化学反应,生成溶解于水的物质。这不同于溶剂型显影的物理作用。这种感光胶(膜)不耐碱,pH>8.5的溶液有可能损害膜层。所以考虑以后的工艺流程时,要避免接触碱性溶液,如焦磷酸盐电镀液等 。半水溶性干膜成本较低,而全水溶性干膜的成本最低,毒性亦小 。全水型干膜是1975年投放市场的。由于这种干膜不用有机溶剂显影和去膜,大大减轻了环境污染,降低了使用成本,因而受到普遍重视。
按用途
可把干膜分为抗蚀干膜、掩孔干膜和阻焊干膜三种。
抗蚀干膜和掩孔干膜用作制造印制板图像,而阻焊干膜是涂覆在印制板成品板的表面上,有选择地保护印制板表面,以便在焊接元器件时,尤其是波峰焊中的阻焊,防止导线和焊盘间的短路、桥接,它也是印制板表面的永久性保护层,能起到防潮、防霉、防盐雾等作用。为了适应印制插头碱性镀金与氰化镀金,还有所谓“光带”的耐镀金溶液的干膜。初期生产的主要是耐蚀与耐镀的产品,用于制作线路图形的抗蚀干膜。为了适应焊接与防护方面的需要,随后又出现了阻焊干膜 。由于阻焊干膜的成本高,并且在应用中需要昂贵的真空贴膜设备,因此被飞速发展的液体感光阻焊剂所代替 。
按规格
就干膜规格而言,在胶膜厚度、幅宽膜长等方面有不同规格。为了给曝光与检验定位提供方便,国内外都出现了变色干膜 。
依据厚度的不同干膜可以分为四类:0.8 mil、1.2 mil、1.5 mil、2.0 mil。
0.8mil厚度干膜主要用于FPC精细线路制作。
1.2mil干膜主要用于精度要求高的内层板作业.
1.5mil干膜主要用于外层板作业,当然也可以用于内层板作业,但由于在较厚蚀刻的过程中容易造成侧蚀而且成本相对较高,所以一般不使用其作内层。
2.0mil干膜主要用于一些较特殊的要求的板,比如说较大的孔径1.5mil干膜无法达到要求时,才使用到 。
按性质
依据光刻胶性质不同,可以将干膜分为正性光刻胶和负性光刻胶两种。其中正性光致抗蚀剂干膜显影时不存在薄膜溶胀的问题,因而分辨率相对较高,但是由于成本过高,应用受到限制,因此最常见的干膜是负性的光刻胶 。
溶剂型
溶剂型干膜感光胶,是最早出现的干膜感光胶,品种很多。最早出现的Riston 6干膜 其构成如下:组成 | 原料名称 | 用量(g) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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成膜树脂 | 聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯腈/丙烯化缩水甘油丙烯酸酯65/10/25) | 1196.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
光聚合单体 | 聚(甲基丙烯酸甲酯/β-羟基丙烯酸90/10) | 557.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
增塑剂 | 三乙二醇二醋酸酯 | 262.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
光引发剂 | 叔丁基蒽醌 | 34.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
稳定剂 | α,α'-亚甲基-二- 通常的操作步骤是:刷洗板面(注意不要引起过深的磨痕),清洗,在过硫酸铵溶液中略微腐蚀一下,清洗,浸酸(一般用稀硫酸溶液),清洗,预热 。可以概括为手工清洗、机械清洗、化学清洗和电解清洁 四类,而机械清洗机又分为磨料刷辊式刷板机(磨刷)和浮石粉刷板机(喷砂)两种 ,主要用的是前一种。电解清洁在线路制作中很少采用 。
手工清洗 通常先用5%的稀硫酸泡去氧化层,后用木炭在流水下手工磨板,以除油和粗化板面。 机械清洗 1.磨料刷辊式刷板机 ①刷板流程:入板→稀酸洗→循环水洗→水洗→磨刷→水洗→吹干→烘干→出板 ②刷板机刷子:分为压缩型和硬毛型。前者是将粒度很细的碳化硅或氧化铝磨料粘结在尼龙丝上,然后将这种尼龙丝制成纤维板或软垫,经固化后切成圆片,装在一根辊芯上制成刷辊。这种刷子因含磨料粒度很细,并且刷辊对被刷板面的压力较大,因此刷过的铜表面均匀一致,可用于多层板内层板清洗。其缺点是由于尼龙丝较细容易撕裂,使用寿命短 ;后者通常是由含有碳化硅磨料的直径为0.6 mm的尼龙丝编绕而成。其显著特点是尼龙丝耐磨性好,因而使用寿命长,大约是压缩刷子的10倍,但是这种刷子不宜用于处理多层基板。因多层基板薄,不仅处理效果不理想,而且还会造成卷曲。磨料粒度不同,用途也不同,通常粒度为180目和240目的刷子用于钻孔后去毛刺处理,粒度为320目和500目的刷子用于贴干膜前基板的处理。在使用刷辊式刷板机的过程中,为防止尼龙丝过热而熔化,应保持不断向板面喷淋自来水进行冷却和润湿。这种刷板机虽然是应用得较多的一种刷板方式,但这种方式也有缺陷,如在表面上有定向的擦伤,有耕地式的沟槽,有时孔的边缘被撕破形成椭圆形,由于磨刷磨损,刷子高度不一致而造成处理后的板面不均匀等 。此类刷板机在使用时应注意控制放置板子的位置,避免只使用中间段的刷辊,尽可能使左右和中间的刷辊磨损保持一致,使用一段时间后,当刷辊中间的磨损明显比左右两边大时,则需要对刷辊进行打磨整理或者更换 。 ③刷板品质控制:刷板及工作过程中应经常检查刷子的长度,避免过短造成刷板质量缺陷。贴膜前板面的干燥很重要,残存的潮气往往是造成砂眼或贴膜不牢的原因之一,因此必须去除板面及孔内的潮气,以确保贴膜时板子是干燥的,检查刷板机内的烘干机和风刀,发现堵塞立即清除。刷板过程中的水洗非常重要,往往水洗不干净会造成贴膜、显影、电镀等一系列缺陷,导致产品报废。检验前处理效果的好坏,可做磨痕试验和水膜破裂试验予以验证,磨痕一般控制在12~18 mm,水膜破裂试验至少应大于15 s 。 2.浮石粉刷板机 这种方法采用低压喷砂使火山岩粉末(浮石粉)喷向铜箔表面,再以尼龙刷研磨,其刷洗过程主要以下几个工段:尼龙刷与浮石粉浆液相结合进行擦刷;刷洗除去板面的浮石粉;高压水洗;水洗;干燥。 浮石粉刷板机处理板面有如下优点: 1.磨料浮石粉粒子与尼龙刷相结合的作用与板面相切擦刷,能除去所有的污物,露出新鲜的纯洁的铜; 2.能够形成完全砂粒化的、粗糙的、均匀的、多峰的表面,没有耕地式的沟槽等划伤; 3.由于尼龙刷的作用缓和,表面与孔之间的连接不会被破坏,适合处理细导线印制板; 4.由于相对软的尼龙刷的灵活性,可以弥补由于刷子磨损而造成的板面不均匀的问题; 3.由于板面均匀无沟槽,降低了曝光时光的散射,从而改进了成像的分辨率。 但是浮石粉对设备的机械部分易损伤 ,且浮石粉的硬度较小,使用一段时间浮石粉的棱角就会被磨掉,必须再次更换,比较麻烦也增加成本,所以更多采用氧化铝粉末来代替浮石粉 。浮石粉刷板对去除基板表面的含铬钝化膜(铜箔表面防氧化剂)效果不错,但易划伤表面,并可能造成磨料颗粒(如碳化硅、氧化铝、浮石粉)嵌入基体内,同时还可能使挠性基板、多层板内层薄板及薄型印制板基板的尺寸变形。 化学清洗 1.微蚀法 先用碱性水溶液去除铜表面的油污,汗迹等有机污染物,水洗后再用酸性水溶液去除铜表面的氧化层和原铜基材上为防止铜被氧化的保护涂层,最后再进行微蚀处理以得到与干膜具有优良粘附性能的充分粗化的表面。化学清洗的特点是去掉铜箔较少(1~1.5 μm),板材不受机械应力的影响,对薄板材的处理较其他方法易于操作。但化学处理需要监测化学溶液成分的变化并进行调整,对废旧溶液需进行处理,增加了废物处理的费用。化学清洗去油污性较好,但去除含铬钝化膜的效果差。 2.粗化 粗化蚀铜主要原理为Cu+Cu2+=2Cu+;Cu+再在作用下被氧化成Cu2+而再生。通过在粗化液里加入添加剂,保护铜晶粒,实现铜面晶间腐蚀,使铜面形成有序的微蜂窝状粗糙结构,显著增大铜面的表面积,使其更利于与干膜等粘附,对负片开路导损、正片渗镀短路改善明显,利于精细线路的制作。但是该工艺对过程管控要求较高,易出现铜面异色、龟纹、粗化不均以及退膜不净等问题 。电解清洗 电解清洗工艺过程:进料→电解清洗→水洗→微蚀刻→水洗→钝化→水洗→干燥→出料 1.电解清洗主要作用是去掉基板铜箔表面的氧化物、指纹、其他有机沾污和含铬钝化物。 2.为蚀刻主要作用是使铜箔形成一个微观的粗糙表面,以增大比表面。 3.钝化的作用是保护已粗化的新鲜的铜表面,防止表面氧化。 电解清洗主要用于贴干膜或涂覆液体光致抗蚀剂前的挠性基板、多层板内层薄板及薄型印制板基板的表面清洁处理。电解清洗的优点不仅能较好地解决机械清洗、浮石粉刷板及化学清洗对基板表面清洁处理中存在的问题,而且使基板产生一个微观的比较均匀的粗糙表面,大大提高比表面,增强干膜与基板表面的粘合力,这对生产高密度、细导线的导电图形是十分有利的。它虽然具有诸多优点,但对铜箔表面环氧腻污点清洗无效,废水处理成本也较高。
从事干膜生产的人曾对贴抗蚀干膜最理想的表面进行测试和研究,用上述方法分别处理板面后,贴上干膜进行印制蚀刻和图形电镀的应用。结果发现,对于较大的线宽与间距,无论使用哪种清洁处理方法,合格率均趋向于100%,但当线宽为90 μm,用浮石粉刷板机处理,合格率下降为90%,其他方法依次下跌,最差的下降到60% 。 注意事项: 1.清洗处理后,最好立即进行贴膜,若放置时间超过4 h,则应重新进行清洁处理再贴膜。 2.铜表面粗糙度会对干膜的附着力产生影响,铜箔表面太平滑会造成附着力差,太粗糙会造成电镀时渗镀或蚀刻时的侧蚀。 3.研磨后的干燥系统也十分重要,干燥不彻底会使铜箔表面再次形成氧化或产生白点,影响贴膜效果,通常先物理排水,如用空气刀干燥,然后将板子放入110±5℃的烘箱中烘10~15 min。为了避免交叉污染板面,烘箱应是专用设备 。 贴膜贴膜也称压合,干膜的贴膜是将撕去聚乙烯薄膜的胶层连同聚酯薄膜一起平整地粘附于敷铜基板上,然后在加热加压的条件下将光致抗蚀干膜粘贴在覆铜箔板上。干膜中的抗蚀剂层受热后变软,流动性增加,借助于热压辊的压力和光阻剂中粘结剂的作用完成贴膜。有研究表明,铜面经SNS处理、压膜前铜板的充分干燥己压膜后热处理均能提高与干膜光阻剂间粘附性。贴膜时要掌握好的三个要素为压力、温度、传送速度 。一般如果贴膜温度过高,那么干膜图像会变脆,导致耐镀性能差,贴膜温度过低,干膜与铜表面粘附不牢,在显影或电镀过程中,膜易起翘甚至脱落。通常控制贴膜温度在100℃左右 。贴膜在贴膜机上进行。贴膜机的种类繁多,但基本结构是一样的。 贴膜的步骤是先将上下导热胶辊同时加热到贴膜温度,开启电源使之转动,调好压力;再将经过清洁处理的基板通过两个导热胶辊之间,使铜箔面与感光胶膜面接触。在一定的温度与压力下,感光胶膜紧密附着在铜箔面上。贴好之后,裁剪切边。贴膜可以连续贴,也可以单张贴。连续贴膜时要保证上下干膜送料辊的上、干膜要对齐,以防贴至板面的干膜发生折皱,单张贴膜时尺寸要稍小于板面。贴膜时要掌握好三个要素:压力、温度、传送速度。 •压力:新安装的贴膜机,首先要将上下两热压辊调至轴向平行,然后来用逐渐加大压力的办法进行压力调整 。压力小,贴不牢;压力大,易出皱折。一般调至使干膜易贴,贴牢不出皱折即可,不需经常调整,一般压力可打至45±10 psi。另外对翘曲板和薄板要适当增加贴膜辊压力。 •温度:根据干膜的类型、性能、环境温度和湿度的不同而略有不同。膜涂布的较干、环境温度低、湿度小时,贴膜温度要高些,反之可低些。贴膜温度过高,干膜图像变脆,耐镀性差,贴膜温度过低,干膜与铜面结合不牢,在显影或电镀过程中,膜易起翘甚至脱落 ,通常控制贴膜温度在110±10℃。 •传送速度:与贴膜温度有关,温度高,传送速度可快些,温度低则传送速度调慢 ,通常传送速度为1~1. 5 m/min。 完好的贴膜应是表面平整,无皱折、无气泡、无灰尘颗粒等杂物。为保证显影的质量,贴膜后应经过15分钟的冷却及恢复再进行曝光 。否则可能发生下列不良现象:干膜易发生热反应,产生显影困难;孔周围感光层变薄,采用掩孔工艺时容易发生破孔现象;当板与板之间有异物时会造成感光胶局部变形产生短路或断路现象 。 贴膜中应注意如下几点: 1.温度和压力都要根据干膜的种类事先调好。一般导热胶辊的温度为100±10℃,线压力为0.5~0.6公斤/厘米,如果环境温度过低,可事先将基板预热到80℃左右,但要防止过热氧化。 2.导热胶辊的转速也受感光胶膜的厚度决定,一般控制在0.8~1.0米/分。如果感光胶膜较薄,转速可以加快,厚则减慢。这样有利于内外层胶温度的平衡,产生波动的胶纹。更有严重的是将胶挤入孔内,使孔壁受到污染。 3.操作应在黄光下进行,不能用白炽灯或日光灯照明。 4.贴膜机最好具有静电除尘装置,环境应防尘。条件尚不具备的也可采用手工贴膜。所贴之膜应无气泡、皱折或胶层流动而进入孔内。聚酯薄膜应保存平整,遮光保存 。 5.压合之后的敷箔板,不能马上曝光,要放一段时间(例如15~30 min),冷却到室温才能曝光。 由于使用的是贴膜,感光膜的厚薄均匀程度,常常用均匀度这个概念来表达。一般干膜感光胶厚度变化在±0.1 mil(密尔)的范围,所谓均匀度表达式如下:
例如:Riston 30s,名义厚度为2.9 mil。
对于0.75 mil厚度的感光膜,均匀度为76.4,即使这个数据也已经很不错了 。 湿法贴膜工艺 湿法贴膜工艺即利用专用贴膜机,在贴膜前于铜箔表面形成一层水膜。利用水膜与可溶性干膜结合形成的流动性,在挤压下除去铜箔凹陷部位的气体,因而可在铜箔表面上形成与液体光致抗蚀剂相似的贴合性能。 定义:湿法贴膜工艺就是在贴干膜以前让铜箔表面形成一薄层水膜的工艺。 优点:该工艺改善了铜箔表面与干膜的敷形度,减少了由于表面不规则引起的产量下降,提高了细导线印制板的合格率。 原理:铜箔表面的水膜提高了不溶性干膜的流动性,表面上的水取代了刻痕、砂眼、凹坑和织物凹陷等部位上所滞留的空气。在加热、加压贴膜过程中,水对干膜抗蚀剂起着增塑剂的作用,增加了干膜的流动性,使干膜在铜箔表面敷形度提高。 贴膜过程:湿法贴膜示意如下图左所示,湿辊A将水转移至基板上。湿辊是一种海绵质的辊子,如下图右所示。水由湿辊A的两端进入并由中心管子和孔喷出。喷出的水被海绵吸收,以保证均匀地把水挤压到基板上。当板子走到热压辊B时,水膜介于干膜和铜箔表面之间。C辊的作用是将多余的水除去,D辊用来除去粘在B辊上多余的水 。 左:湿法贴膜示意;右:湿辊构造示意 曝光曝光的过程和液体感光胶的曝光差不多。光敏抗蚀干膜在曝光是发生固化成像,干膜固化的过程是在紫外光照射下,吸收了光能量的引发剂分解成游离基。引发单体进行聚合及交联反应,形成不溶于稀碱溶液的体型大分子。其他组分都贯穿并包罗于体型大分子之中,发挥各自的作用 。曝光一般在自动双面曝光机内进行。影响曝光成像质量的因素除干膜光致抗蚀剂的性能外,光源的选择,曝光时间(曝光量)的控制,菲林底片的质量等都是影响曝光成像的重要因素。 光源的选择上,要求是干膜光谱吸收主峰与光源发射主峰重叠或大部分重叠 。最适宜的感光波长范围是300~400 nm(即紫外线部分)特别是在350 nm效果最好。由于聚酯薄膜能透过紫外线因此感光胶上面的一层聚酯薄膜在感光时不拿去,起保护作用。一般感光用的光源如炭精灯、紫外线荧光灯、高压汞灯、镝灯和碘镓灯都可使用,氙灯不适合 ;光源种类选定后,还应考虑选用功率大的光源,因为光强度大,分辩率高,而且曝光时间短,菲林底片受热变形的程度也小 。如要使感光膜起封闭金属化孔作用,也要求光强度高一些。因为封闭在孔内的氧气会延缓聚合反应,强光源能产生自由原子团消耗掉氧,帮助聚合反应。氧能阻缓聚合反应,所以在曝光时保留一层聚酯薄膜,使感光膜和外界大气隔绝开来,保证聚合反应的充分进行。这也是使用聚酯薄膜的另一个重要原因 。此外灯具设计也很重要,要尽量做到使入射光均匀性好,平行度高 。 正确控制曝光时间是得到优良的干膜抗蚀图像非常重要的因素。当曝光不足时,由于单体聚合的不彻底,在显影过程中,胶膜溶涨变软,线条不清晰,色泽暗淡,甚至脱胶,在电镀前处理或电镀过程中膜起翘、渗镀,甚至脱落,图形电镀的线条变粗,使印制蚀刻的线条变细。当曝光过度时,会造成难于显影,胶膜发脆留下残胶等弊病,还会使图形电镀的线条变细,使印制蚀刻的线条变粗。通常生产干膜的公司都推荐使用某种光密度尺,干膜出厂时都标有推荐的成像级数,一般使用斯图费(Stouffer)21级光密度尺 。 菲林底片的质量主要表现为光密度和尺寸稳定性方面。关于光密度,当最大光密度Dmax小于2.8时,紫外光可透过底片上的不透明区,使不透明区下面的干膜局部发生聚合;当底片上的最小光密度Dmin大于0.2时,紫外光难于穿过底片透明区,延长了曝光时间。为此建议底片的最大光密度Dmax大于4 ,最小光密度Dmin小于0.17,即在良好的挡光以及良好的透光时,菲林才是最好的。菲林底片的尺寸稳定性(指随温度、湿度和储 存时间的变化)将直接影响的制板尺寸精度的图像重合度。因此,菲林底片及其产品的生产、使用及储存最好均在恒温的环境中 ,采用厚底片也能提高底片的尺寸稳定性。 除此之外,曝光机的真空系统和真空曝光框架材料的选择等,也影响曝光成像的质量,参见目录《影响因素》。 曝光定位 1.目视定位:适合于重氮底片。重氮底片呈棕色或橘红色的半透明状态,但不透紫外光,透过重氮图像使底片的焊盘与印制板的孔重合对准,然后贴上胶带贴牢,即可进行曝光。 2.脱销定位系统定位:包括底片冲孔器和双圆孔脱销定位器。定位的方法是首先将正、反两张底片药膜面相对在显微镜下对准,将对准的两张底片用冲孔器冲两个定位孔,取一张冲好定位孔的底片去编钻孔程序,便能得到同时钻出元件孔和定位孔的数据带或数据盘,一次性钻出元件孔及定位孔,在孔金属化后预镀铜,便可用双圆孔脱销定位器定位曝光。 3.固定销钉定位:固定销钉分为固定照相底片和固定印制板两套系统,通过调整两销钉的位置,实现底片与印制板的重合对准 。 曝光后,聚合反应还要一段时间,为保证工艺的稳定性,曝光后不要立即揭去聚酯膜,以使聚合反应持续进行,一般停置时间需要15 min以上,待显影前再揭去聚酯膜 。 显影溶剂型干膜的显影是用有机溶剂将未交联的胶膜溶解的过程。而水溶型的干膜的显影过程是利用碱的水溶液对未曝光部分的活性基团反应生成可溶性物质而溶解下来。显影时胶膜中的羧基(-COOH)与碱液中的Na+作用生成亲水性的基团(-COONa)。因此,碱水溶液能将未曝光部分溶解除去。 显影操作一般都在显影机中进行 ,例如杜邦出品的特别适合于水溶液显影的A型处理箱:首先板子被放在显影室的架子里,显影液通过一系列的喷嘴喷射出来,有开关控制喷射。喷射后就把板子在干净的显影液中浸一下,最后用流水冲洗干净。所有这些都在处理箱内完成 。控制好显影液的温度、传送速度、喷淋压力等显影参数,能够得到好的显影效果,一般来说,显影液温度为30±2℃,喷淋压力为20~35 psi,传送速度可以控制显影时间,正确的显影时间通过显像点(没有曝光的干膜被显掉的点)来确定,如果显像点离显影段出口太近,未聚合的抗蚀膜得不到充分清洁显影,抗蚀剂的残余可能留在板面上。如果显像点离显影段的 入口太近,已聚合的干膜由于与显影液过长时间的接触,可能被浸浊而变得发毛,失去光泽,通常显像点控制在显影段总长度的50%~70%之间即可。 在显影室外来观看显影点的方法不是非常准确,尤其当干膜颜色和铜箔颜色差别不是很明显时。制作高精度印制板的干膜厚度比较薄,颜色相对较浅,想做出目视判断就更困难了,较好的方法是用水溶性墨水笔在覆铜箔基板上做标记。利用生产板观察显出点是很困难的,通常采用一块大小为18×24 in的基板,这样可以在显影室的横方向全面观察显出点 。若用1~2%Na2CO3水溶液显影,室温下在喷淋显影室内经过的时间大约在90 s左右。如用手工显影则要注意刷洗,用多级显影可以减少或防止残胶。能用于水溶液型干膜显影的碱类物质有Na2CO3、NaOH和Na3PO4等,其浓度分别为Na2CO3 1~3%、NaOH 0.3~0.5%和Na3PO4 2%的水溶液。 使用显影机由于溶液不断地喷淋搅动,会出现大量的泡沫,因此必须加人适量的消泡剂,如正丁醇、长链的脂肪醇 、食品消泡剂 、印制板专用消泡剂AF-3等。消泡剂起始的加入量为0.1%左右,随着显影液溶进干膜,泡沫又会增加,可继续分次补加。 显影后要确保板面上无余胶,以保证整体金属铜与电镀金属之间有良好的结合力 。 显影液的浓度需严加控制。浓度过低,显影速度缓慢;浓度过高,损伤硬化膜图形,甚至脱落。如果显影时间不足,未聚合的光致抗蚀剂得不到充分的清洁显影,未感光的光致抗蚀剂残胶可能会留在金属表面,造成蚀刻和电镀后的图形失真;如果显影时间过度,已聚合的光致抗蚀剂层由于与显影液接触时间过长,而发毛、失去光泽,在蚀刻和电镀过程中容易产生图形边缘光致抗蚀剂膜起层或脱落 。 显影中有时会出现针孔、布纹,其原因一是碱液浓度过高,二是曝光不足。增加曝光时间可以减少或避免布纹露铜现象 。干膜感光胶显影后,可能出现余胶,即在非图形部分也覆盖了一层薄薄的有机薄膜。余胶是在显影过程中出现的,产生的原因有下列几个方面: 1.显影时间过短,或者显影溶剂中已溶解的感光胶的量太多,造成显影不足,没有充分除去感光胶。这样形成的余胶较厚,影响后道工序。 2.如果显影液中带入了某些杂质,使感光胶在显影中溶解度变小,显影液中的感光胶有可能在铜箔板上沉淀出来。 3.如果显影过度,或者是曝光不足(而显影是正常的)时,感光胶中液态增塑剂成分有可能流出到没有图形的地方。 4.不同种类感光胶放在一起显影,有可能造成余胶。 略微有些余胶,问题不太大。腐蚀溶液很容易穿透它,电镀前的清洗溶液也可除去它。去除余胶最有效的办法是采用阳极清洗 。 显影后板面是否有余胶,肉眼很难看出,可采用氯化铜试验来检查,显影后板面经过清洁,微蚀粗化及稀酸处理后,放入5%重量比的氯化铜溶液内处理30 s,并轻微摇动液体,以驱逐气泡,经过处理后的板子进行目视检查,若显影正常的铜面,氯化铜溶液使之形成一层黑色氧化层(此氧化层可在电镀前处理线中去除干净),若铜面有余胶,则仍会保持光亮铜的颜色 。一般每1~2 h抽取1~2块板子做氯化铜试验,以保证显影的质量 。 修版采用干膜感光胶时,修版工作量大大减少。修版包括两个方面 ,一是填补上图形上的缺陷如针孔、缺口等,二是除去与图形无关的疵点,如胶膜的桥接、斑污、小岛等。 缺陷的来源可以分为几个方面:胶膜本身的凝胶粒子及机械杂质会引起针孔;基板中的外层玻璃布纹粗糙,层压时形成布纹状的凹凸不平的表面,严重的会在贴膜时将部分胶膜挤走而露出铜层或所留胶层太薄而经不起显影的浸泡,尤其在贴膜温度过高时更是如此;铜箔上的毛刺、瘤块,没有冲洗干净的颗粒杂质也是造成针孔的原因。具有高分辨能力的干膜需要有高质量的照相底版,即使是很小的底版针孔也会形成胶膜图像外的小岛。底版上的划痕会形成胶膜图像的桥接。照相底版、聚酯薄膜及晒架玻璃上的灰尘颗粒都会在显影之后解像出来。所以,在净化条件较差的情况下,修版仍然是不可缺少的,只是程度不同而已。 注意,修版浆料需与胶相容,所用浆料的溶剂需对胶膜无明显损害;对铜箔与胶膜都有良好的粘附性,扩散性应小;能耐酸性蚀刻液与酸性镀液及其有关的清洗液;无毒,挥发速度适中。除此而外,还要易于除去,最好能在去膜液中一并除去。 能够用于水溶型干模修版的浆料很多,如虫胶、沥青、耐酸油墨、制版红粉、丝印印料等 ,一般丝网漏印的印料可以作为修版油墨。在刮去不必要的部分时,要特别仔细,因为干膜感光胶厚而脆,刮得不好反而损害了图形。虫胶修版液配方:虫胶100~150 g/L+甲基紫1~2 g/L+无水乙醇适量 。修版时应戴细纱手套,以防汗渍污染板面 。使用的工具一定要合适,要检查曝光用具,90%的修版工作量都是由于曝光工具的毛病。为了减少修版工作量,要注意下列几点: 1.经常检查曝光用的框架,保证清洁,没有沾污。 2.经常检查照相底片,保证透明处没有沾污,不透明处没有裂纹、针孔。 3.操作过程中要小心,避免沾污感光膜上的聚酯薄膜,显影后要小心不要损伤图形。 4.保持显影设备清洁 。 烘固烘固工序可以不用。当然在显影后再加一道烘固工序也有好处,能增加感光膜的粘合力和耐腐蚀性能。一般是在180℉(82℃)加热10~30 min。温度太高了反而减低了粘合力。如在显影后加一道烘固工序,则修版工序放在烘固工序前,这样在烘固时修版涂料也被烘固 。 蚀刻包括有胶膜保护蚀刻与金属镀层保护蚀刻。前者一般用于非图形电镀工艺及其它的诸如化学铣切、面板腐蚀等,而后者系图形电镀工艺。胶膜保护蚀刻采用FeCl3水溶液、酸性氯化铜水溶液等。金属保护层蚀刻是在去膜之后进行的,多用碱性氯化铜水溶液、CrO3-H2SO4水溶液、H2O2-H2SO4水溶液及(NH4)2S2O8-H2SO4水溶液等 。 去膜胶膜图形在完成它的“保护”使命之后需要除去(阻焊-防护干膜除外)。溶剂型的利用溶剂去膜。水溶型的利用碱水去膜,用温度50~70℃的3~5%NaOH水溶液。去膜方式可用槽式浸泡,也可机器喷淋,槽式浸泡是板子上架后浸泡到去膜液中,约5 min后膜变软脱落,取出后立即用水冲洗,膜就可以去除干净,否则铜表面会被氧化 。机械喷淋在去膜机中喷淋去膜1~2 min即可,生产效率高,但应经常检查喷嘴是否堵塞,在膜液中必须添加消泡剂 。去膜之后务必彻底清洗,或待机加工后表面涂覆(印制-蚀刻)或待蚀刻热熔(图形电镀) 。
光源传统的近紫外光源有高压汞灯、金属卤化物灯,深紫外光源有氘灯、低压汞灯、超高压汞灯、Xe-Hg短波长弧光灯等。近来还开发了真空紫外光源的激基体激光 。 任何一种干膜都有它自身特有的光谱吸收特征,而任何一种光源也都有它自身的发射光谱。如果某种干膜的光谱吸收主峰能同某种光源发射主峰相重叠或大部分相重叠,则二者匹配良好,曝光质量较佳。 常用光源的光谱能量分布 实践证明高压汞灯、镝灯及光化学灯是比较好的光源。炭精灯的光谱特性也很适合于干膜的吸收,但因它的光强度不稳定,粉尘污染较大,故而少用。氙灯、碘钨灯等均不适应于干膜的曝光。 在干膜应用中还要选择合适的安全光源。干膜的感光速度较大,它的光谱吸收区域为310~440 nm。这个区域的后部已落入可见光的紫色光区。为了减少或防止环境光源对干膜的影响,故要在安全灯下操作。为避开干膜的吸收光谱区域,故安全光区域的波长应≥440 nm。低压汞灯的单色性好,所发射的黄光对人眼敏感、明快,有利于操作。它的主要辐射能量的波长为589 nm。也可采用遮光黄膜来遮挡自然光源和照相光源,凡波长短于400 nm的光绝大部分都被此膜吸收 。曝光时间曝光时间的长短将会影响图形精度、分辨能力及其它方面的性能。胶膜的光聚反应并非“一引而发”或“一曝即成”的,大体经过如图所示的三个阶段。胶膜中由于氧或其他有害杂质的阻碍,需要经过一个诱导过程。在该过程内引发剂分解所产生的游离基为氧或杂质所消耗,单体的聚合甚微。但当诱导期一过,则光聚合反应很快进行,胶的粘度迅速增加,接近于突变的程度。粘度的突然增大,在曝光图形的边沿形成一个“坚硬”的壁垒,致使残余的游离基很难因热运动迁移到未曝光部分去,而未曝光部分的光敏单体也无法运动到曝光部分来,所以第二阶段是光敏单体急骤消耗的阶段。在整个曝光过程中它所占的时间比例是很小的。当有效的单体或不饱和的光敏组分大部分消耗完时,则就进入第三阶段,即单体耗完区。此时光聚反应已告完毕,可能发生因光而引起的热。如果曝光时间长了或曝光时温度升高,会引起未曝光区域的热聚合反应,尽管聚合程度远小于光聚合,但毕竟存在,因此会造成显影困难、留下余胶。 通过上面的叙述可以看出如下几点: 1.弱光源引起的诱导期长,于曝光不利,以长的曝光时间来弥补弱光源的效果是不好的。一定要选择功率大、短波含量高的强光源。光强度还会影响胶膜的分辨率。光源容易老化,首先是紫外线区域波长的丧失,然后再波及可见光区。对于陈旧老化了的光源应予更换,例如高压汞灯的曝光寿命通常为1000小时左右,超过以后很容易出现曝光断断续续的情况,或曝光时间增加。 2.曝光不足固然不行,但曝光过度也是有害的。它会使解像困难,胶膜发脆,留下残胶等弊病。更为严重的是会引起图形失真、产生大的线宽偏差。 曝光时间对线宽精度的影响 过量的曝光会使图形电镀的线条变细(负差),而对印制-蚀刻型的线条变粗(正差)。 曝光时间(也即光能量)还会影响胶膜的分辨率。 曝光时间对胶膜分辨率的影响 曝光时间的确定 A.观察法:这是一种试差的方法。用一系列贴好膜的基板在同样光源条件下进行一系列时间的曝光,逐块观察、记录所得图像的结果。从曝光不足不能成像到曝光过度不能解像的试样中。选取图像完整、失真最小的试曝时间作为所需的曝光时间。这是一种简单易行但比较粗糙的方法。 B.光楔表法:又叫光密度表或光梯度表。光楔表法的原理是在掩膜底版上将全阻光到全透光之间的光密度差变化均匀地分成若干等分,每每相邻梯级之间的光密度差是个常数(比如△D为0.05)。从平行光源发射出来的覆盖在光楔表上的能量可以认为是个常数P,每当增加一个梯级时就存在一个P的衰减系数,减少了透光的强度。当曝光时间一定,所有各阶的胶膜所得到的能量是不同的。若要曝光之后的胶膜能经受住显影而不溶解,则需满足一个起码的能量Qm。当Qm值等于或接近于干膜生产厂所推荐的成像阶数的能量时,则此时的曝光时间为最佳曝光时间。 干膜出厂时都要推荐所需成像的阶数。常用的光楔表有三种:Dupant17级光楔表、KoDAk21级光楔表及Stouffer21级光敏指南表。 Dupant17级光楔表第一级的光密度为0.5,以后每级以光密度差△D为0.05递增,到第17级光密度为1.30。Stouffer21级光敏指南表第一级的光密度为0.05,以后每级以光密度差△D为0.05递增,到第21级光密度为3.05。在用光楔表进行曝光时,光密度小的(即较透明的)等级,干膜接受的紫外光能量多,聚合的较完全,而光密度大的(即较透明的)等级,干膜接受的紫外光能量少,不发生聚合或聚合的不完全,在显影时被显掉或只留下一部分。这样选用不同的时间进行曝光便可得到不同的成像级数 。 17级光楔表及各阶透过能量示意图 光楔表法是这样估算的:例如某生产厂推荐某干膜的曝光条件为Dupant17级光楔表中的第6级成像,试曝时就利用Dupant17级光楔表在自己的光源条件下曝光某一时间,若曝光之后显影出来的成像图像大于6级,则说明曝光时间长了,反之则短了。逐步试差到6级圆满成像为止,此时的曝光时间即为最佳曝光时间。 C.计算法:这种方法是光楔表的引伸。对于某种干膜只需曝光一次即可算出准确的曝光时间。例如干膜生产厂推荐Dupant17级表的6级成像,曝光显影一次即可用如下公式求出:
式中,tc——所求的曝光时间;tR——试曝时所用的实际时间;Sc——厂商推荐的成像级数;SR——曝光时间为tR的实得成像级数。 例如,试曝光时间tR=4 min,所得的实际级数为9,则
若tR=1 min,SR为5,则
有的生产厂还附有曝光时间的倍乘系数K,通过如下公式计算,即得合适的曝光时间:
常用Stouffer21级曝光尺测6-8级,曝光尺的读数是以完全露铜的那格为准,如有半格露铜则读数相应减一半。 D.解像图形精度法:这是一种比较精确的方法。它的基本原理是,先用光楔表找出基本合适的曝光时间,然后再用Stouffer解像图形在已找出了的曝光时间的附近进行一系列曝光、显影,得出解像图形,解像力最高的试样的曝光时间即是最佳曝光时间。 Stouffer解像图形 这种方法比单纯使用光楔表更为准确,因为光楔表所决定的级数是靠肉眼观察判断的,图像的实质有可能处于临界状态。而这种解像图形方法可以找出解像精细线条的准确时间。所得的最细线条与间距可以精确测量并与底版进行比较,因此比光楔表法更加准确 。 严格来讲,以时间来计量曝光是不准确的,因为光源强度是随电压改变而波动,随灯的老化而下降的。光能量计算公式为E=IT,式中E为曝光总能量,mJ/cm2;I为光的强度,mW/cm2;T为曝光时间,s。 从上式可以看出,曝光总能量E随光强度I和曝光时间T而变化。当曝光时间T一定,光强度改变,曝光总能量也随之改变。所以尽管严格控制了曝光时间,但实际上干膜在每次曝光时所获得的曝光总能量并不一定相同,因而聚合程度也就不同。为使每次曝光能量相同,必须使用光能量积分仪来计量曝光 。 温度曝光中热也是一个较强的影响因素。长时间的曝光会使温度上升而引起热聚合,故要选取红外线含量尽量少的光源,还要采取抽风冷却,减少热对聚合反应的影响 。 杂质胶膜或空气中的氧及其它有害杂质会改变光敏物质的光聚特性。没有氧及其它有害杂质时,光引发和聚合反应迅速进行,但当有氧及其它杂质存在时,它们要同游离基反应,消耗游离基,这就延缓了聚合反应。空气中的氧分子的阻聚作用表现为两个方面。其一,基态的氧分子处于三线态,本质上是双自由基,因此对光引发过程中产生的活性自由基有较强的加成活性(k>109 mol-1s-1),形成对乙烯基单体无加成活性的过氧自由基,此过程速率较快,可与活性自由基对单体的加成反应相竞争,对聚合过程的阻碍作用显著 。其二,处于基态的三线态氧可以作为猝灭剂,将激发三线态的光引发剂猝灭,氧分子被激发至活泼的单线态,光引发剂由激发态回到基态,将激发三线态的光引发剂猝灭。幸运的是大多数裂解型(第Ⅰ型)光引发剂的激发三线态寿命较短,在激发态引发剂与分子氧作用前,引发剂就已经分解掉了,光引发剂与氧分子发生双分子猝灭作用的概率相对较低,通常可以忽略不计 。因此,在贴膜时如果存在气泡,则就延缓了聚合反应。因此,在贴膜时如果存在气泡,则在气泡区域容易造成曝光不足,图形缺损,以致于不能成像。图形电镀印制板的孔周围有时产生辐射状的“鱼眼”也是这个原因 。 阻光物质指能阻止紫外光透过的透明物质,如聚酯薄膜、普通玻璃及底版载体等。如果干膜的吸收光谱的主峰落在紫外光区域之内,则这种阻光物质的影响极为严重。对吸收光谱区域为310~440 nm的多数干膜讲,阻光物质对曝光也有一定的影响。 几种透明物质的阻光作用 阻光物质还会影响胶膜的分辨率 。 阻光物质对胶膜分辨率的影响 胶膜性能对于干膜的感光性并不意味着感光度越高越好。感光速度太快,将会带来安全光的失效,操作不方便。同时为了适应同一曝光体系变化着的参数与变化着的环境,干膜的曝光时间应有一个合适的宽容度。曝光时间的宽容度可以用宽容系数表示:
例如,某一干膜的最小曝光时间为20 s,宽容系数为2.2,则最大曝光时间为44 s。最佳曝光时间应在最小曝光时间与最大曝光时间之间。 深度曝光性对于干膜是重要的。由于带色胶层的自身屏蔽与散射效应,透过胶膜的光强度逐渐衰减。极端的情况是上层曝光合适,下层并无响应。相反可能是下层曝光合适而上层曝光过渡,解像困难。如果胶膜的深度曝光性不好,将会引起所谓“显影侧蚀”现象。轻则影响图形精度,重则引起胶层起翘与脱落。 胶膜的变色性有利于操作与鉴别。但要注意变色剂对工艺性能的影响。 除此之外,胶膜中的凝胶粒子是不具备光敏性能的,它的存在将会产生针孔 。 感光干膜是PCB制造的原材料,其需求主要取决于PCB行业的发展状况,随着中国PCB行业的发展,中国感光干膜的需求不断增加,市场规模不断扩大。其中,2014年,中国感光干膜行业的市场规模为30.84亿元;2018年,中国感光干膜行业的市场规模为53.46亿元 。2020年感光干膜全球出货量约为11.26亿平方米,同比增长3.59%,2016~2020年化增速约4.41% ,中低端感光干膜毛利率在30%左右,高端干膜产品毛利率将更高。 市场分布 干膜在储存过程中可能由于溶剂的挥发而变脆,也可能由于环境温度的影响而产生热聚合,或因抗蚀剂产生局部流动而造成厚度不均匀(即所谓冷流),这些都严重影响干膜的使用 。因此在良好的环境里储存干膜是十分重要的。技术要求规定,干膜应储存在阴凉而洁净的室内,防止与化学药品和放射性物质一起存放。储存条件为:黄光区,温度低于27℃(5~21℃为最佳),相对湿度50~80% 左右。储存期从生产标示日期算起必须在六个月内用完。超过储存期按技术要求试验确认后判定合格的,须严格依照试验条件使用 。在储存和运输过程中应避免受潮、受热、受机械损伤和受日光直接照射 。干膜放置方式不可直立,否则容易造成流胶 。 干膜的放置方式 |