干膜技术资料

1、2021-7-221 干膜技术资料 中山市蓝图佳科技有限公司中山市蓝图佳科技有限公司 工程师工程师： 袁斌 2021-7-222 电路图形转移材料的演变 v印制电路图形的转移所使用的原材料，自出现印制电路以 来，原材料的研制与开发科学攻关工作从未停止过。从原 始阶段设计采用抗蚀油漆或虫胶漆手工描绘简单的线路图 形转移工艺技术的需要。但随着微电子技术的飞速发展， 大规模集成电路和超大规模集成电路的广泛应用，要求印 制电路板的制造技术，必须适应高密度、高精度、细导线、 窄间距及小孔径电路图形转移需要。几十年来，研制与开 发出新型的光致抗蚀剂与电路图形转移技术：如光致抗蚀 干膜、湿法贴膜技术、电泳光

2、致抗蚀膜和直接成像技术， 都逐步地被制造印制电路板商家所采用，使电路图形的转 移品质大幅度的提高。为叙述简便，就印制电路板制造过 程中，所采用的电路图形转移原材料，按顺序加以简单论 述： 2021-7-223 一、液体感光胶液体感光胶： 液体感光胶在印制线路板初期生产中，被许 多厂家所采用。它具有极明显的优点即配制简单、 涂层薄、分辨率高和成本较低等。这些液体感光 胶主体树脂最初采用以骨胶、聚乙烯醇胶为主。 前者的主要缺点是质量不稳定，控制厚度困难， 与基材铜箔的表面敷形程度不太理想；后者虽然 敷形程度好，但其涂覆层的厚度难以均匀一致的 进行控制。它们的分辨率却是很高的，导线宽度 与间距可以达

3、到0.15-0.05mm。但由于受其涂布 方法（手摇或涂布离心机）和涂层的非均匀性的 限制，以及其抗蚀能力受室内环境的湿度影响较 大，不适宜大批量印制电路板的生产。 2021-7-224 二、光致抗蚀干膜光致抗蚀干膜： 光致抗蚀干膜是六十年代后期研制与开发出来的光成 像原材料。由主体树脂和光引发剂或光交联剂组成。又 根据感光材料的种类的不同，有的增加触变剂、流平剂、 填料等。此种材料的最大特点是分辨率高、抗蚀能力强、 涂布均匀、感光层的厚度可制作成25m、分辨率达到极 限值为0.10mm。工序操作简单易实现自动化生产，适合 大批量印制电路板生产。但随着组装密度要求越来越高， 印制电路图形的导细

4、更细和间距更窄。采用此类光致抗 蚀干膜，要制造出0.10-0.076mm导线宽度就显得更加困 难。而且制作出更薄的光致抗蚀干膜，从加工手段分析 是不太可能。所以，基干膜本身厚度与涂覆尺寸的收缩 限制再提高是很困难的 2021-7-225 三、湿法贴膜技术湿法贴膜技术： v 从成本分析，采用干膜法进行图形转移， 生产中采用此法时间最长，而采用湿法贴膜 技术，是最近几年的事情。它是利用干膜水 溶性特点，使膜面部分液体形式排挤基板表 面留在缺陷处的气泡并能填满和粘着牢固， 经湿影后确保细导线图形的完整性和一致性。 其实质是排挤基板面上与干膜间残留的微气 泡，以免造成精细导线产生质量缺陷（缺口、 针孔

5、、断线等）。其分辨率可达到0.08mm。 但是这种工艺方法也不可能再继续提高其分 辨率。 2021-7-226 四、阳极法电沉积光致抗蚀剂阳极法电沉积光致抗蚀剂： 印制电路图形的导线越来越细、孔径越来越小及孔环 越来越窄的发展趋势永无停止，芯片间脚间距从1.27mm降 到0.75-0.625mm甚至更小。实际上焊盘尺寸仅比孔径大 0.05mm；当孔中心距为1.25mm中间布线0.10mm三根导线， 此时焊盘仅比孔径大0.12mm。因此焊盘每边比孔径大 0.06mm。这种规格要求的印制电路板无论是双面、多层或 SMT用印制电路板以及出现BGA板即球栅阵列一种组装结 构工艺。就BGA用的多层印制电

6、路板板（外层导线宽度为 0.10-0.12mm、内层导线宽度为0.10mm、间距为 0.075mm），其电路图形的转移采用上述任何原材料都无 法达到其技术指标。因此研制与开发更新型的光致抗蚀剂- 阳极法电沉积光致抗蚀剂（ED法）其基本原理是将水溶性 的有机酸化合物等溶于槽液内，形成带有正、负荷的有机 树脂团，而把基板铜箔作为一个极性（类似电镀一样）进 行“电镀”即电泳，在铜的表面形成5-30m光致抗蚀膜层， 是可控制的。其分辨率可达到0.05-0.03mm。这种电路图形 转移材料是很有发展前途的工艺方法。当然任何新型有图 形转移材料都有它的局限性，随着高科技的发展还会研制 与开发更适合更佳的原

7、材料。 2021-7-227 干膜光致抗蚀的种类干膜光致抗蚀的种类 v概述 ：干膜光致抗蚀剂产生于1968年，而在七十年代初发展起来的i 种感光材料，我国于七十 年代中期开始干膜的研制和应用，至今已 有几种产品用于印制电路板生产，由于干膜具有良好的工艺性能、 优良的成像性和耐化学药品的性能，在图形电镀工艺中，它对于制 造精密细导线、 提高生产率、简化工序、改善产品质量等方面起到 了其它光致抗蚀剂所起不到的作用。应用干膜制造印制板有如下特 点： v 1.有较高的分辨率，一般线宽可做到01mm； v 2.干膜应用在图形电镀工艺中，电镀加厚在高而垂直的夹壁问进行， 在镀层厚度小于 抗 蚀剂厚度时，可

8、以防止产生镀层突延和防止去 膜时抗蚀剂嵌入镀层下面，保证线条精度； v 3.干膜的厚度和组成一致，避免成像时的不连续性，可靠性高； v 4.应用干膜，大大简化了印制板制造工序，有利于实现机械化、自 动化。 2021-7-228 干膜光致抗蚀剂种类 v根据显影和去膜的方法可把干膜分为三种类型： v 1.溶剂型干膜 使用有机溶剂作显影剂和去膜剂，例如用111三氯乙烷显影，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和去膜，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，我国早期也研制过。它的优点是 技术成熟，工艺稳定，耐酸耐碱，应用范围广。但是，

9、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， 所以日趋以水溶 性干膜所取代，仅在特殊要求时才使用。 v 2. 水溶型干膜 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215 的有机溶剂。全水溶性的干膜显影剂和去膜剂是碱的水溶液。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。 v 3.干显影或剥离型干膜 这种干膜不需用任何显影溶剂，而是利用干膜的感光部分与未感光部分对聚酯薄膜表面 和加工工件表面附着力的差别，在从曝光板上撕下聚酷薄膜时，未曝光的不需要的干膜随 聚酯 薄膜剥离下来，在加工

10、工件表面留下已曝光的干膜；由此得到所需要的干膜图像。 v v根据干膜的用途，可把干膜分为抗蚀干膜、掩孔干膜和阻焊干膜，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，防止导线和焊盘问的短路、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。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，因而被近年来飞速发展的液体感光阻焊剂所代替。 2021-7-229 干膜光致抗蚀剂的结构、感光胶层的主要成分及作用干膜光致抗蚀剂的结构、感光胶层的主要成分及作用 v干膜光致抗蚀剂的结构干膜光致抗

11、蚀剂的结构 干膜光致抗蚀剂由聚酯薄膜，光致抗蚀剂膜及聚乙烯保护膜三部 分组成。 聚酯薄膜是支撑感光胶层的载体，使之涂布成膜，厚度 通常为25m左右。聚酯薄膜在曝 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。 聚乙烯 膜是复盖在感光胶层上的保护膜，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。聚乙烯膜一般厚度为 25m左右。 光致抗蚀剂膜为干膜的主体，多为负性感光材料，其 厚度视其用途不同，有若干种规格，最薄的可以是十几个微米， 最厚的可达100m。 v 干膜光致抗蚀剂的制作是先把预先配制好的感光胶在高清洁度的 条件下，在高精度的涂 布机

12、上涂覆于聚酯薄膜上，经烘道干燥并 冷却后，覆上聚乙烯保护膜，卷绕在一个辊芯上。 v光致抗蚀剂膜层的主要成分及作用 ：我国大量用于生产的是全 水溶性干膜，这里介绍的是全水溶性干膜感光胶层的组成。 2021-7-2210 v1)粘结剂(成膜树脂) 作为光致抗蚀剂的成膜剂，使感光胶各组份粘结成膜，起抗蚀剂伪骨架作用，它在光致聚 合过程中不参与化学反应。 要求粘结剂具有较好的成膜性；与光致抗蚀剂的各组份有较好 的互溶性；与加工金属表面 有较好的附着力；它很容易从金属表面用碱溶液除去；有较好 的抗蚀、抗电镀、抗冷流、耐热等 性能。 粘结剂通常是酯化或酰胺化的聚苯乙烯顺 丁烯二酸酐树脂(聚苯丁树脂)。 v

13、2)光聚合单体 它是光致抗蚀剂胶膜的主要组份，在光引发剂的存在下，经紫外光照射发生聚合反应，生 成体型聚合物，感光部分不溶于显影液，而未曝光部分可通过显影除去，从而形成抗蚀图 像。多 元醇烯酸酯类及甲基丙烯酸酯类是广泛应用的聚合单体，例如季戊四醇三丙烯酸酯 是较好的 光聚合单体。 v3)光引发剂 在紫外光线照射下，光引发剂吸收紫外光的能量产生游离基，而游离基进一步引发光聚合 单体交联。干膜光致抗蚀剂通常使用安息香醚、叔丁基恿醌等作光引发剂。 v4)增塑剂 可增加干膜抗蚀剂的均匀性和柔韧性。三乙二醇双醋酸脂可作为增塑剂。 v5)增粘剂 可增加干膜光致抗蚀剂与铜表面的化学结合力，防止因粘结不牢引起

14、胶膜起翘、渗镀等弊 病。常用的增粘剂如苯并三氮唑。 v6)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能，为阻止热能对干膜的聚合作用加入 热阻聚剂。如甲氧基酚、对苯二酚等均可作为热阻聚剂。 v7)色料 为使干膜呈现鲜艳的颜色，便于修版和检查而添加色料。如加入孔雀石绿、苏丹三等色料 使干膜呈现鲜艳的绿色、兰色等。 v8)溶剂 为溶解上述各组份必须使用溶剂。通常采用丙酮、酒精作溶剂。 此外有些种类的干膜还加 入光致变色剂，使之在曝光后增色或减色，以鉴别是否曝光，这 种干膜又叫变色于膜。 2021-7-2211 什么是图像转移什么是图像转移 v制造印制板过程中的一道工序就是将照相底版上 的

15、电路图像转移到覆铜箔层压板上，形成一种抗 蚀或抗电镀的掩膜图像。抗蚀图像用于“印制蚀 刻工艺”，即用保护性的抗蚀材料在覆铜箔层压 板上形成正相图像，那些未被抗蚀剂保护的不需 要的铜箔，在随后的化学蚀刻工序中被去掉，蚀 刻后去除抗蚀层，便得到所需的裸铜电路图像。 而抗电镀图像用于“图形电镀工艺”，即用保护 性的抗蚀材料在覆铜层压板上形成负相图像，使 所需要的图像是铜表面，经过清洁、粗化等处理 后，在其上电镀铜或电镀金属保护层(锡铅、锡 镍、锡、金等)，然后去掉抗蚀层进行蚀刻，电 镀的金属保护层在蚀刻工序中起抗蚀作用。 v以上两种工艺过过程概括如下： 2021-7-2212 v印制蚀刻工艺流程：

16、v下料板面清洁处理涂湿膜曝光显影（贴干膜 曝光显影）蚀刻去膜进入下工序 v畋形电镀工艺过程概括如下： v下料钻孔孔金属化预镀铜板面清洁涂湿膜 曝光显影（贴干膜曝光显影）形成负相图象 图形镀铜图形电镀金属抗蚀层去膜蚀刻进入 下工序 v图像转移有两种方法，一种是网印图像转移，一种是光 化学图像转移。网印图像转移比光 化学图像转移成本低， 在生产批量大的情况下更是如此，但是网印抗蚀印料通 常只能制造大于 或等于o25mm的印制导线，而光化学 图像转移所用的光致抗蚀剂朗制造分辨率高的清晰图 像。 本章所述内容为后一种方法。光化学图像转移需要使用 光致抗蚀剂，下面介绍有关光致抗蚀剂的一些基本知识 202

17、1-7-2213 v1)光致抗蚀剂：用光化学方法获得的，能抵抗住某种蚀刻 液或电镀溶液浸蚀 的感光材料。 v 2)正性光致抗蚀剂：光照射部分分解(或软化)，曝光显影 之后，能把生产用照相底版上透 明 的部分从板面上 除去。 v 3)负性光致抗蚀剂：光照射部分聚合(或交联)，曝光显影 之后，能把生产用照相底版上透 明的部分保留在板面上。 v 4)光致抗蚀剂的分类： 按用途分为耐蚀刻抗蚀剂和耐电镀抗蚀剂。 按显影类型分为全水溶性抗蚀剂、半水溶性抗蚀剂和溶剂 性抗蚀剂。 v 按物理状态分为液体抗蚀剂和干膜抗蚀剂 v 按感光类型分为正性抗蚀剂和负性抗蚀剂。 2021-7-2214 液体光抗蚀剂液体光抗

18、蚀剂(湿膜湿膜) v液体光致抗蚀剂液体光致抗蚀剂(简称湿膜简称湿膜) v液体光致抗蚀剂(也称湿膜)是国外九十年代初发展的一种新 型感光材料。随着表面贴装技术(SMT)和芯片组装技术(CMT) 的发展，对印制板导线精细程度的要求越来越高，仍使用传 统的干膜进行图像转移存在两个问题。一一是干膜感光层上面 的那层相对较厚(约为25m)的聚酯膜降低了分辨率，使精细 导线的制作受到限制。二二是覆铜箔板表面，诸如针孔、凹陷、 划伤及玻璃纤维造成的凹凸不平等微小缺陷，使贴膜时干膜 与铜箔无法紧密结合，形成界面性气泡，进而蚀刻时蚀刻液 会从干膜底部渗入造成图像的断线、缺口，电镀时电镀溶液 从干膜底部浸入造成渗

19、镀。影响了产品的合格率。为解决上 述问题，开发了液体光致抗蚀剂。 液体光致抗蚀剂主要由高感光性树脂、感光剂、色料、填料 及少量溶剂组成。可用网印方式 涂覆，用稀碱水溶液显影， 可抗酸性及弱碱性蚀刻液蚀刻，可抗酸性镀铜、氟硼酸镀锡 铅、酸性 镀镍、微氰酸性镀金等溶液的电镀。 v其应用工艺流程为： 基板前处理涂覆烘烤曝光显影干燥蚀刻或电镀 去膜 2021-7-2215 基板前处理基板前处理 v如干膜一节所述的基板前处理的方法均可适用于液 体光致抗蚀剂，但侧重点与干膜有所 区别。基板前 处理主要是解决表面清洁度和表面粗糙度的问题。 液体光致抗蚀剂的粘合主要是通过化学键合反应来 完成的。通常液体抗蚀剂

20、是一种以丙 烯酸盐为基本 成分的聚合物，它可能是通过其可自由移动的未聚 合的丙烯酸基团与铜结合，为 保证这种键合作用， 铜表面必须新鲜、无氧化且呈未键合的自由状态， 再通过适当粗化，增大表 面积，便可得到优良的粘 附力。而干膜具有较高的粘度和较大程度的交联， 可移动的供化学键 合利用的自由基团很少，主要是 通过机械连接来完成其粘附过程。因此液体抗蚀剂 侧重要求铜 箔表面的清洁度，而干膜抗蚀剂是侧重 要求铜箔表面的微观粗糙度。 2021-7-2216 涂覆涂覆 v根据不同的用途选用不同目数的网版进行涂覆，以得到不 同厚度的抗蚀层。实践表明：用 于印制蚀刻工艺(如制作 多层板内层图像)可选用200

21、目丝网，网印后膜的厚度12 土2Mm。用 于图形电镀工艺在选用150目一120目丝网， 网印后膜的厚度为25土2m，以使镀层厚度不超过膜层厚 度，防止由于镀层突延压住图像边缘处的抗蚀层，去膜时 又去不掉，造成图像边缘不整齐。 v涂覆最好是在比印制板有效面积每边大出57mm的范围 内进行，而不是整板涂覆，以 有利于曝光时底版定位的 牢度，因为底版定位胶带若贴在膜层上，使用几次后粘性 便大大降低 容易在曝光抽真空过程中产生底片偏移，特 别是制作多层板内层图像时，这种偏移不易发现， 而是 要当表面层做出图像并蚀刻后方能看出，但此时已无法补 救，产品只能报废。 v涂覆后的板子必须上架，而且板与板之间要

22、有一定距离， 以保证下步烘烤中干燥的均匀、 彻底。 v涂覆方式除了采用网印外，大规模生产的还可以来用幕帘 涂布、滚涂或喷涂等方式涂覆。 2021-7-2217 烘烤烘烤 v烘烤的温度和时间，不同型号的液体光致抗烘烤的温度和时间，不同型号的液体光致抗 蚀剂有不同的要求，可参照说明书和具体生蚀剂有不同的要求，可参照说明书和具体生 产产 实践来确定。实践来确定。 v 烘烤方式有烘道和烘箱两种。用烘箱时，烘烤方式有烘道和烘箱两种。用烘箱时， 烘箱一定要带有鼓风和恒温控制，以使各部烘箱一定要带有鼓风和恒温控制，以使各部 位温位温 度比较均匀。烘烤时间应在烘箱达到度比较均匀。烘烤时间应在烘箱达到 设定温度时开始计算。设定温度时开始计算。 控制好烘烤温度和控制好烘烤温度和 时间很重要。烘烤温度过高或时间过长，将时间很重要。烘烤温度过高或时间过长，将 难于显影和去除膜层，而烘难于显影和去除膜层，而烘 烤温度过低或烤温度过低或 时间过短，在曝光过程中底版会沾在抗蚀剂时间过短，在曝光过程中底版会沾在抗蚀剂 涂覆层上，揭下来时底版易受到损涂覆层上，揭下来时底版易受