【正文】 2020/9/18 1 干膜技術(shù)資料 中山市藍(lán)圖佳科技有限公司 工程師 ： 袁斌 EMAIL: 2020/9/18 2 電路圖形轉(zhuǎn)移材料的演變 2020/9/18 3 電路圖形轉(zhuǎn)移材料的演變 ? 印制電路圖形的轉(zhuǎn)移所使用的原材料，自出現(xiàn)印制電路以來(lái)，原材料的研制與開(kāi)發(fā)科學(xué)攻關(guān)工作從未停止過(guò)。從原始階段設(shè)計(jì)采用抗蝕油漆或蟲(chóng)膠漆手工描繪簡(jiǎn)單的線路圖形轉(zhuǎn)移工藝技術(shù)的需要。但隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，要求印制電路板的制造技術(shù)，必須適應(yīng)高密度、高精度、細(xì)導(dǎo)線、窄間距及小孔徑電路圖形轉(zhuǎn)移需要。幾十年來(lái)，研制與開(kāi)發(fā)出新型的光致抗蝕劑與電路圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)：如光致抗蝕干膜、濕法貼膜技術(shù)、電泳光致抗蝕膜和直接成像技術(shù)，都逐步地被制造印制電路板商家所采用，使電路圖形的轉(zhuǎn)移品質(zhì)大幅度的提高。為敘述簡(jiǎn)便，就印制電路板制造過(guò)程中，所采用的電路圖形轉(zhuǎn)移原材料，按順序加以簡(jiǎn)單論述： 2020/9/18 4 一、 液體感光膠 ： 液體感光膠在印制線路板初期生產(chǎn)中，被許多廠家所采用。它具有極明顯的優(yōu)點(diǎn)即配制簡(jiǎn)單、涂層薄、分辨率高和成本較低等。這些液體感光膠主體樹(shù)脂最初采用以骨膠、聚乙烯醇膠為主。前者的主要缺點(diǎn)是質(zhì)量不穩(wěn)定，控制厚度困難，與基材銅箔的表面敷形程度不太理想；后者雖然敷形程度好，但其涂覆層的厚度難以均勻一致的進(jìn)行控制。它們的分辨率卻是很高的，導(dǎo)線寬度與間距可以達(dá)到 。但由于受其涂布方法（手搖或涂布離心機(jī)）和涂層的非均勻性的限制，以及其抗蝕能力受室內(nèi)環(huán)境的濕度影響較大，不適宜大批量印制電路板的生產(chǎn)。 2020/9/18 5 二、 光致抗蝕干膜 ： 光致抗蝕干膜是六十年代后期研制與開(kāi)發(fā)出來(lái)的光成像原材料。由主體樹(shù)脂和光引發(fā)劑或光交聯(lián)劑組成。又根據(jù)感光材料的種類的不同，有的增加觸變劑、流平劑、填料等。此種材料的最大特點(diǎn)是分辨率高、抗蝕能力強(qiáng)、涂布均勻、感光層的厚度可制作成 25μm、分辨率達(dá)到極限值為。工序操作簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，適合大批量印制電路板生產(chǎn)。但隨著組裝密度要求越來(lái)越高，印制電路圖形的導(dǎo)細(xì)更細(xì)和間距更窄。采用此類光致抗蝕干膜，要制造出 。而且制作出更薄的光致抗蝕干膜，從加工手段分析是不太可能。所以，基干膜本身厚度與涂覆尺寸的收縮限制再提高是很困難的 2020/9/18 6 三、 濕法貼膜技術(shù) ： ? 從成本分析，采用干膜法進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移，生產(chǎn)中采用此法時(shí)間最長(zhǎng)，而采用濕法貼膜技術(shù)，是最近幾年的事情。它是利用干膜水溶性特點(diǎn)，使膜面部分液體形式排擠基板表面留在缺陷處的氣泡并能填滿和粘著牢固，經(jīng)濕影后確保細(xì)導(dǎo)線圖形的完整性和一致性。其實(shí)質(zhì)是排擠基板面上與干膜間殘留的微氣泡，以免造成精細(xì)導(dǎo)線產(chǎn)生質(zhì)量缺陷（缺口、針孔、斷線等）。其分辨率可達(dá)到 。但是這種工藝方法也不可能再繼續(xù)提高其分辨率。 2020/9/18 7 四、 陽(yáng)極法電沉積光致抗蝕劑 ： 印制電路圖形的導(dǎo)線越來(lái)越細(xì)、孔徑越來(lái)越小及孔環(huán)越來(lái)越窄的發(fā)展趨勢(shì)永無(wú)停止，芯片間腳間距從 。實(shí)際上焊盤尺寸僅比孔徑大 ；當(dāng)孔中心距為 ，此時(shí)焊盤僅比孔徑大 。因此焊盤每邊比孔徑大。這種規(guī)格要求的印制電路板無(wú)論是雙面、多層或 SMT用印制電路板以及出現(xiàn) BGA板即球柵陣列一種組裝結(jié)構(gòu)工藝。就 BGA用的多層印制電路板板（外層導(dǎo)線寬度為 、內(nèi)層導(dǎo)線寬度為 、間距為 ）， 2020/9/18 8 其電路圖形的轉(zhuǎn)移采用上述任何原材料都無(wú)法達(dá)到其技術(shù)指標(biāo)。因此研制與開(kāi)發(fā)更新型的光致抗蝕劑 陽(yáng)極法電沉積光致抗蝕劑（ ED法）其基本原理是將水溶性的有機(jī)酸化合物等溶于槽液內(nèi)，形成帶有正、負(fù)荷的有機(jī)樹(shù)脂團(tuán)，而把基板銅箔作為一個(gè)極性（類似電鍍一樣）進(jìn)行“電鍍”即電泳，在銅的表面形成 530μm光致抗蝕膜層，是可控制的。其分辨率可達(dá)到。這種電路圖形轉(zhuǎn)移材料是很有發(fā)展前途的工藝方法。當(dāng)然任何新型有圖形轉(zhuǎn)移材料都有它的局限性，隨著高科技的發(fā)展還會(huì)研制與開(kāi)發(fā)更適合更佳的原材料。 2020/9/18 9 干膜光致抗蝕的種類 2020/9/18 10 干膜光致抗蝕的種類 ? 概述 ：干膜光致抗蝕劑產(chǎn)生于 1968年，而在七十年代初發(fā)展起來(lái)的 i種感光材料，我國(guó)于七十 年代中期開(kāi)始干膜的研制和應(yīng)用，至今已有幾種產(chǎn)品用于印制電路板生產(chǎn)，由于干膜具有良好的工藝性能、優(yōu)良的成像性和耐化學(xué)藥品的性能，在圖形電鍍工藝中，它對(duì)于制造精密細(xì)導(dǎo)線、 提高生產(chǎn)率、簡(jiǎn)化工序、改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面起到了其它光致抗蝕劑所起不到的作用。應(yīng)用干膜制造印制板有如下特點(diǎn)： ? ，一般線寬可做到 0． 1mm； ? ，電鍍加厚在高而垂直的夾壁問(wèn)進(jìn)行，在鍍層厚度小于 抗 蝕劑厚度時(shí)，可以防止產(chǎn)生鍍層突延和防止去膜時(shí)抗蝕劑嵌入鍍層下面，保證線條精度； ? ，避免成像時(shí)的不連續(xù)性，可靠性高； ? ，大大簡(jiǎn)化了印制板制造工序，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。 2020/9/18 11 ? 根據(jù)顯影和去膜的方法可把干膜分為三種類型： ? 使用有機(jī)溶劑作顯影劑和去膜劑，例如用 1． 1． 1三氯乙烷顯影，二氯甲烷去膜，這兩種溶 劑遇火不燃燒。醋酸丁酯等有機(jī)溶劑也可用作顯影和去膜，但易燃燒，很不安全。 溶劑型干膜是美國(guó)最早研制并投入大量生產(chǎn)的一種干膜，我國(guó)早期也研制過(guò)。它的優(yōu)點(diǎn)是 技術(shù)成熟，工藝穩(wěn)定，耐酸耐堿，應(yīng)用范圍廣。但是，使用這種干膜需要消耗大量的有機(jī)溶劑，需 要價(jià)格昂貴的顯影和去膜設(shè)備及輔助裝置，生產(chǎn)成本高，溶劑有毒，污染環(huán)境，所以日趨以水溶 性干膜所取代，僅在特殊要求時(shí)才使用。 ? 2. 水溶型干膜 它包括半水溶性和全水溶性兩種。半水溶性干膜顯影劑和去膜劑以水為主，并加有 2～ 15％的有機(jī)溶劑。全水溶性的干膜顯影劑和去膜劑是堿的水溶液。半水溶性干膜成本較低，而 全水溶性干膜的成本最低，毒性亦小。 ? 2020/9/18 12 ? 這種干膜不需用任何顯影溶劑，而是利用干膜的感光部分與未感光部分對(duì)聚酯薄膜表面 和加工工件表面附著力的差別，在從曝光板上撕下聚酷薄膜時(shí)，未曝光的不需要的干膜隨聚酯 薄膜剝離下來(lái)，在加工工件表面留下已曝光的干膜；由此得到所需要的干膜圖像。 ? 根據(jù)干膜的用途，可把干膜分為抗蝕干膜、掩孔干膜和阻焊干膜，抗蝕干膜和掩孔干膜用 作制造印制板圖像，而阻焊干膜是涂覆在印制板成品板的表面上，有選擇地保護(hù)印制板表面， 以便在焊接元器件時(shí)，防止導(dǎo)線和焊盤問(wèn)的短路、橋接，它也是印制板表面的永久性保護(hù)層，能 起到防潮、防霉、防鹽霧等作用。由于阻焊干膜的成本高，并且在應(yīng)用中需要昂貴的真空貼膜 設(shè)備，因而被近年來(lái)飛速發(fā)展的液體感光阻焊劑所代替。 2020/9/18 13 干膜光致抗蝕劑的結(jié)構(gòu)、感光膠層的主要成分及作用 2020/9/18 14 干膜光致抗蝕劑的結(jié)構(gòu)、感光膠層的主要成分及作用 ? 干膜光致抗蝕劑的結(jié)構(gòu) 干膜光致抗蝕劑由聚酯薄膜，光致抗蝕劑膜及聚乙烯保護(hù)膜三部分組成。 聚酯薄膜是支撐感光膠層的載體，使之涂布成膜，厚度通常為 25μm左右。聚酯薄膜在曝 光之后顯影之前除去，防止曝光時(shí)氧氣向抗蝕劑層擴(kuò)散，破壞游離基，引起感光度下降。 聚乙烯膜是復(fù)蓋在感光膠層上的保護(hù)膜，防止灰塵等污物粘污干膜，避免在卷膜時(shí)，每層 抗蝕劑膜之間相互粘連。聚乙烯膜一般厚度為25μm左右。 光致抗蝕劑膜為干膜的主體，多為負(fù)性感光材料，其厚度視其用途不同，有若干種規(guī)格，最薄的可以是十幾個(gè)微米，最厚的可達(dá) 100μm。 ? 干膜光致抗蝕劑的制作是先把預(yù)先配制好的感光膠在高清潔度的條件下，在高精度的涂 布機(jī)上涂覆于聚酯薄膜上，經(jīng)烘道干燥并冷卻后，覆上聚乙烯保護(hù)膜，卷繞在一個(gè)輥芯上。 ? ★光致抗蝕劑膜層的主要成分及作用 ：我國(guó)大量用于生產(chǎn)的是全水溶性干膜，這里介紹的是全水溶性干膜感光膠層的組成。 2020/9/18 15 ? 1)粘結(jié)劑 (成膜樹(shù)脂 ) 作為光致抗蝕劑的成膜劑，使感光膠各組份粘結(jié)成膜，起抗蝕劑偽骨架作用，它在光致聚 合過(guò)程中不參與化學(xué)反應(yīng)。 要求粘結(jié)劑具有較好的成膜性；與光致抗蝕劑的各組份有較好的互溶性；與加工金屬表面 有較好的附著力；它很容易從金屬表面用堿溶液除去；有較好的抗蝕、抗電鍍、抗冷流、耐熱等 性能。 粘結(jié)劑通常是酯化或酰胺化的聚苯乙烯 —— 順丁烯二酸酐樹(shù)脂 (聚苯丁樹(shù)脂 )。 ? 2)光聚合單體 它是光致抗蝕劑膠膜的主要組份，在光引發(fā)劑的存在下，經(jīng)紫外光照射發(fā)生聚合反應(yīng)，生 成體型聚合物，感光部分不溶于顯影液，而未曝光部分可通過(guò)顯影除去，從而形成抗蝕圖像。多 元醇烯酸酯類及甲基丙烯酸酯類是廣泛應(yīng)用的聚合單體，例如季戊四醇三丙烯酸酯是較好的 光聚合單體。 ? 3)光引發(fā)劑 在紫外光線照射下，光引發(fā)劑吸收紫外光的能量產(chǎn)生游離基，而游離基進(jìn)一步引發(fā)光聚合 單體交聯(lián)。干膜光致抗蝕劑通常使用安息香醚、叔丁基恿醌等作光引發(fā)劑。 2020/9/18 16 ? 4)增塑劑 可增加干膜抗蝕劑的均勻性和柔韌性。三乙二醇雙醋酸脂可作為增塑劑。 ? 5)增粘劑 可增加干膜光致抗蝕劑與銅表面的化學(xué)結(jié)合力，防止因粘結(jié)不牢引起膠膜起翹、滲鍍等弊 病。常用的增粘劑如苯并三氮唑。 ? 6)熱阻聚劑 在干膜的生產(chǎn)及應(yīng)用過(guò)程中，很多步驟需要接受熱能，為阻止熱能對(duì)干膜的聚合作用加入 熱阻聚劑。如甲氧基酚、對(duì)苯二酚等均可作為熱阻聚劑。 ? 7)色料 為使干膜呈現(xiàn)鮮艷的顏色，便于修版和檢查而添加色料。如加入孔雀石綠、蘇丹三等色料 使干膜呈現(xiàn)鮮艷的綠色、蘭色等。 ? 8)溶劑 為溶解上述各組份必須使用溶劑。通常采用丙酮、酒精作溶劑。 此外有些種類的干膜還加入光致變色劑，使之在曝光后增色或減色，以鑒別是否曝光，這 種干膜又叫變色于膜。 2020/9/18 17 什么是圖像轉(zhuǎn)移 2020/9/18 18 什么是圖像轉(zhuǎn)移 ? 制造印制板過(guò)程中的一道工序就是將照相底版上的電路圖像轉(zhuǎn)移到覆銅箔層壓板上，形成一種抗蝕或抗電鍍的掩膜圖像。抗蝕圖像用于“印制蝕刻工藝”，即用保護(hù)性的抗蝕材料在覆銅箔層壓板上形成正相圖像，那些未被抗蝕劑保護(hù)的不需要的銅箔，在隨后的化學(xué)蝕刻工序中被去掉，蝕刻后去除抗蝕層，便得到所需的裸銅電路圖像。而抗電鍍圖像用于“圖形電鍍工藝”，即用保護(hù)性的抗蝕材料在覆銅層壓板上形成負(fù)相圖像，使所需要的圖像是銅表面，經(jīng)過(guò)清潔、粗化等處理后，在其上電鍍銅或電鍍金屬保護(hù)層 (錫鉛、錫鎳、錫、金等 )，然后去掉抗蝕層進(jìn)行蝕刻，電鍍的金屬保護(hù)層在蝕刻工序中起抗蝕作用。 ? 以上兩種工藝過(guò)過(guò)程概括如下： 2020/9/18 19 ? 印制蝕刻工藝流程： ? 下料 → 板面清潔處理 → 涂濕膜 → 曝光 → 顯影（貼干膜 →曝光 → 顯影） → 蝕刻 → 去膜 → 進(jìn)入下工序 ? 畋形電鍍工藝過(guò)程概括如下： ? 下料 → 鉆孔 → 孔金屬化 → 預(yù)鍍銅 → 板面清潔 → 涂濕膜 →曝光 → 顯影（貼干膜 → 曝光 → 顯影） → 形成負(fù)相圖象 → 圖形鍍銅 → 圖形