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液态感光线路油墨应用工艺
液态感光线路油墨应用工艺
液态感光线路油墨应用工艺2010-05-2002:
47液态感光线路油墨应用工艺
引言:
PCB制造工艺(Technology)中,无论是单、双面板及多层板(MLB),最大体、最关键的工序之一是图形转移,即将照相底版(Art-work)图形转移到敷铜箔基材上。
图形转移是生产中的关键控制点,也是技术难点所在。
其工艺方式有很多,如丝网印刷(ScreenPrinting)图形转移工艺、干膜(DryFilm)图形转移工艺、液态光致抗蚀剂(LiquidPhotoresist)图形转移工艺、电沉积光致抗蚀剂(ED膜)制作工艺和激光直接成像技术(LaserDrectImage)。
现今能取而代之干膜图形转移工艺的首推液态光致抗蚀剂图形转移工艺,该工艺以膜薄,分辨率(Resolution)高,本钱低,操作条件要求低等优势取得普遍应用。
本文就PCB图形转移中液态光致抗蚀剂及其制作工艺进行浅析。
液态感光油墨应用工艺流程图:
基板的表面处置--涂布(丝印)--预烘--曝光--显影--干燥--检查--蚀刻--褪膜--检查(备注:
内层板)
基板的表面处置--涂布(丝印)--预烘--曝光--显影--干燥--检查--电镀--褪膜--蚀刻--检查(备注:
外层板)
一.液态光致抗蚀剂(LiquidPhotoresist)
液态光致抗蚀剂(简称湿膜)是由感光性树脂,配合感光剂、色料、填料及溶剂等制成,经光照射后产生光聚合反映而取得图形,属负性感光聚合型。
与传统抗蚀油墨及干膜相较具有如下特点:
a)不需要制丝网模版。
采用底片接触曝光成像(ContactPrintig),可避免网印所带来的渗透、污点、阴影、图像失真等缺点。
解像度(Resolution)大大提高,传统油墨解像度为200um,湿膜可达40um。
b)由于是光固化反映结膜,其膜的密贴性、结合性、抗蚀能力(EtchResistance)及其抗电镀能力比传统油墨好。
c)湿膜涂布方式灵活、多样,工艺操作性强,易于掌握。
d)与干膜相较,液态湿膜与基板密贴性好,可填充铜箔表面轻微的凹坑、划痕等缺点。
再则湿膜薄可达5~10um,只有干膜的1/3左右,而且湿膜上层没有覆盖膜(在干膜上层覆盖有约为25um厚的聚酯盖膜),故其图形的解像度、清楚度高。
如:
在曝光时刻为4S/7K时,干膜的解像度为75um,而湿膜可达到40um。
从而保证了产品质量。
e)以前利用干膜常出现的起翘、电镀渗镀、线路不整齐等问题。
湿膜是液态膜,不起翘、渗镀、线路整齐,涂覆工序到显形工序允许搁置时刻可达48hr,解决了生产工序之间的关联矛盾,提高了生产效率。
f)对于现今日趋推行的化学镀镍金工艺,一般干膜不耐镀金液,而湿膜耐镀金液。
g)由于是液态湿膜,可挠性强,尤其适用于挠性板(FlexiblePrintedBoard)制作。
h)湿膜由于本身厚度减薄而物d料本钱降低,且与干膜相较,不需要载体聚酯盖膜(PolyesterCoversheet)和起保护作用的聚乙烯隔膜(PolyettyleneSeparatorSheet),而且没有象干膜裁剪时那样大的浪费,不需要处置后续废弃薄膜因此,利用湿膜大约能够节约本钱每平方米30~50%。
i)湿膜属单液油墨容易存贮保管,一般放置温度为20±2℃,相对湿度为55±5%,阴凉处密封保留,贮存期(StorageLife):
4~6个月。
j)利用范围广,可用作MLB内层线路图形制作及孔化板耐电镀图形制作,也可与堵孔工艺结合作为掩孔蚀刻图形抗蚀剂,还可用于图形模板的制作等。
可是,湿膜厚度(Thickness)均匀性不及干膜,涂覆以后的烘干程度也不易掌握好增加了曝光困难.故操作时务必仔细。
另外,湿膜中的助剂、溶剂、引发剂等的挥发,对环境造成污染,尤其是对操作者有必然伤害。
因此,工作场地必需通风良好。
目前,利用的液态光致抗蚀剂,外观呈粘稠状,颜色多为蓝色(Blue)。
如:
台湾精化公司产GSP1550、台湾缇颖公司产APR-700等,此类皆属于单液油墨,可用简单的网印方式涂覆,用稀碱水显影,用酸性或弱碱性蚀刻液蚀刻。
液态光致抗蚀剂的利用寿命(Lifespan):
其利用寿命与操作环境和时刻有关。
一般温度≤25℃,相对湿度≤60%,无尘室黄光下操作,利用寿命为3天,最好24hr内利用完。
二.液态光致抗蚀剂图形转移
液态光致抗蚀剂工艺流程:
上道工序→前处置→涂覆→预烘→定位→曝光→显影→干燥→检查修版→蚀刻或电镀→去膜→交下工序
1.前处置(Pre-cleaning)
前处置的主要目的是去除铜表面的油脂(Grease)、氧化层(OxidizedLayer)、尘埃(Dust)和颗粒(Particle)残留、水分(Moisture)和化学物质(Chemicals)专门是碱性物质(Alkaline)保证铜(Copper)表面清洁度和粗糙度,制造均匀适合的铜表面,提高感光胶与铜箔的结合力,湿膜与干膜要求有所不同,它更偏重于清洁度。
前处置的方式有:
机械研磨法、化学前处置法及二者相结合之方式。
1)机械研磨法
磨板条件:
浸酸时刻:
6~8s。
H2SO4:
2.5%。
水洗:
5s~8s。
尼龙刷(NylonBrush):
500~800目,大部份采用600目。
磨板速度:
1.2~1.5m/min,距离3~5cm。
水压:
2~3kg/cm2。
严格控制工艺参数,保证板面烘干效果,从而使磨出的板面无杂质、胶迹及氧化现象。
磨完板后最好进行防氧化处置。
2)化学前处置法
对于MLB内层板(InnerLayerBoard),因基材较薄,不宜采用机械研磨法而常采用化学前处置法。
典型的化学前处置工艺:
去油→清洗→微蚀→清洗→烘干
去油:
Na3PO440~60g/lNa2CO340~60g/lNaOH10~20g/l温度:
40~60℃微蚀(Mi-croetehing):
NaS2O8170~200g/lH2SO4(98%)2%V/V温度:
20~40℃
通过化学处置的铜表面应为粉红色。
无论采用机械研磨法仍是化学前处置法,处置后都应当即烘干。
检查方式:
采用水膜实验,水膜破裂实验的原理是基于液相与液相或液相与固相之间的界面化学作用。
若能维持水膜15~30s不破裂即为清洁干净。
注意:
清洁处置后的板子应戴干净手套拿放,并当即涂覆感光胶,以防铜表面再氧化。
2.涂覆(Coating)
涂覆指使铜表面均匀覆盖一层液态光致抗蚀剂。
其方式有多种,如离心涂覆、浸涂、网印、帘幕涂覆、滚涂等。
丝网印刷是目前常常利用的一种涂覆方式,其设备要求低,操作简单容易,本钱低。
但不易双面同时涂覆,生产效率低,膜的均匀一致性不能完全保证。
一般网印时,满版印刷采用100~300目丝网抗电镀的采用150目丝网。
此法受到多数中小厂家的欢迎。
滚涂能够实现双面同时涂覆,自动化生产效率高,能够控制涂层厚度,适用于各类规格板的大规模生产,但需设备投资。
帘幕涂覆也适宜大规模生产,也能均匀控制涂覆层厚度,但设备要求高,且只能涂完一面后再涂另一面,影响生产效率。
光致涂覆层膜太厚,容易产生曝光不足,显影不足,感压性高,易粘底片;膜太薄,容易产生曝光过度,抗电镀绝缘性差及易产生电镀金属上膜的现象,而且去膜速度慢。
工作条件:
无尘室黄光下操作,室温为23~25℃,相对湿度为55±5%,作业场所维持干净,避免阳光及日光灯直射。
涂覆操作时应注意以下几方面
1)若涂覆层有针孔,可能是光致抗蚀剂有不明物,应用丙酮洗净且改换新的抗蚀剂。
也可能是空气中有微粒落在板面上或其他原因造成板面不干净,应在涂膜前仔细检查并清洁。
2)网印时若光致涂覆层膜太厚,是因为丝网目数过小;膜太薄,那可能是丝网目数太大所致。
若涂覆层厚度不均匀,应加稀释剂调整抗蚀剂的粘度或调整涂覆的速度。
3)涂膜时尽可能避免油墨进孔。
4)无论采用何种方式,光致涂覆层(Photoimageablecovercoating)都应达到厚度均匀、无针孔、气泡、夹杂物等,皮膜厚度干燥后应达到8~15um。
5)因液态光致抗蚀剂含有溶剂,作业场所必需换气良好。
6)工作完后用香皂洗净手。
3.预烘(Pre-curing)
预烘是指通过加温干燥使液态光致抗蚀剂膜面达到干燥,以方便底片接触曝光显影制作出图形。
此工序多数与涂覆工序同一室操作。
预烘的方式最常常利用的有烘道和烘箱两种。
一般采用烘箱干燥,双面的第一面预烘温度为80±5℃,10~15分钟;第二面预烘温度为80±5℃,15~20分钟。
这种一先一后预烘,使两面湿膜预固化程度存在不同,显影的效果也难保证完全一致。
理想的是双面同时涂覆,同时预烘,温度80±5℃,时刻约20~30分钟。
如此双面同时预固化而且能保证双面显影效果一致,且节约工时。
控制好预烘的温度(Temperature)和时刻(Time)很重要。
温度太高或时刻太长,显影困难,不易去膜;若温度太低或时刻太短,干燥不完全,皮膜有感压性,易粘底片而致曝光不良,且易损坏底片。
所以,预烘适当,显影和去膜较快,图形质量好。
该工序操作应注意
(1)预烘后,板子应经风冷或自然冷却后再进行底片对位曝光。
(2)不要利用自然干燥,且干燥必需完全,不然易粘底片而致曝光不良。
预烘后感光膜皮膜硬度应为HB~1H。
(3)若采用烘箱,必然要带有鼓风和恒温控制,以使预烘温度均匀。
而且烘箱应清洁,无杂质,以避免掉落在板上,损伤膜面。
(4)预烘后,涂膜到显影搁置时刻最多不超过48hr,湿度大时尽可能在12hr内曝光显影。
(5)对于液态光致抗蚀剂型号不同要求也不同,应仔细阅读说明书,并按照生产实践调整工艺参数,如厚度、温度、时刻等。
4.定位(FixedPostion)
随着高密度互连技术(HDI)应用不断扩大,分辨率和定位度已成为PCB制造厂家面临的重大挑战。
电路密度越高,要求定位越精准。
定位的方式有目视定位、活动销钉定位,固定销钉定位等多种方式。
目视定位是用重氮片(Diazofilm)透过图形与印制板孔重合对位,然后贴上粘胶带曝光。
重氮片呈棕色或桔红色半透明状态,能够保证较好的重合对位精度。
银盐片(SilverFilm)也可采用此法,但必需在底片制作透明定位盘才能定位。
活动销钉定位系统包括照相软片冲孔器和双圆孔脱销定位器,其方式是:
先将正面,反面两张底版药膜相对对准,用软片冲孔器在有效图形外任意冲两个定位孔,任取一张去编钻孔程序,就可以够利用钻床一次性钻孔,印制板金属化孔及预镀铜后,即可用双圆孔脱销定位器定位曝光。
固定销钉定位分两套系统,一套固定照相底版,另一套固定PCB,通过调整两销钉的位置,实现照相底版与PCB的重合对准。
5.曝光(Exposuring)
液态光致抗蚀剂经UV光(300~400nm)照射后发生交联聚合反映,受光照部份成膜硬化而不被显影液所影响。
通常选用的曝光灯灯源为高亮度、中压型汞灯或金属卤化物汞灯。
灯管6000W,曝光量100~300mj/cm2,密度测定采用21级光密度表(Stouffer21),以肯定最佳曝光参数,一般为6~8级。
液态光致抗蚀剂对曝光彩用平行光要求不严格,但其感光速度不及干膜,因此应利用高效率曝光机(Drawer)。
光聚合反映取决于灯的光强和曝光时刻,灯的光强与激发电压有关,与灯管使历时刻有关。
因此,为保证光聚合反映足够的光能量,必需由光能量积分仪来控制,其作用原理是保证曝光进程中灯光强度发生转变时,能自动调整曝光时刻来维持总曝光能量不变,曝光时刻为25~50秒。
影响曝光时刻的因素:
(1)灯光的距离越近,曝光时刻越短;
(2)液态光致抗蚀剂厚度越厚,曝光时刻越长;
(3)空气湿度越大,曝光时刻越长;
(4)预烘温度越高,曝光时刻越短。
当曝光过度时,易形成散光折射,线宽减小,显影困难。
当曝光不足时,显影易出现针孔、发毛、脱落等缺点,抗蚀性和抗电镀性下
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