干膜技术课件.ppt

1、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2022-9-29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、电泳光致抗蚀膜和直接成像技术，都逐步地被制造印制电路板商

2、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：2022-9-29一、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

3、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。2022-9-29二、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

4、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2022-9-29三、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、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。2022-9-29四、阳极法电沉积光致抗蚀剂阳极法电沉积光

5、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

6、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材料。2022-9-29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

7、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：v1.有较高的分辨率，一般线宽可做到01mm；v2.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；v3.干膜的厚度和组成一致，避免成像时的不连续性，可靠性高；v4.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。2022-9-29干膜光致抗蚀剂

8、种类 v根据显影和去膜的方法可把干膜分为三种类型：v1.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，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2

9、15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

10、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。2022-9-29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

11、，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。2022-9-29v1)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

12、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)。v2)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

13、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

14、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。2022-9-29什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

15、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：2022-9-29v印制蚀刻工艺流程：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

16、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2022-9-29v1)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。v2)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。v3)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。v4)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

17、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。2022-9-29液体光抗蚀剂液体光抗蚀剂(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

18、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 2022-9-29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

19、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。2022-9-29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

20、层板内层图像)可选用200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

21、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。2022-9-29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

22、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，揭下来时底版易受到损 伤。伤。2022-9-29曝光曝光 v液体光致抗蚀剂感光的有效波长为300400nm，因此对干膜和液体光致阻焊剂进行曝 光的设备亦可适用于湿膜曝光，曝光量100300mJ平方里米。v因为烘烤后膜层的硬度还不足1H，因此曝光对位时需特别小心，以防划伤。虽对湿膜适用 的曝光量范围

23、较宽，但为了增加膜层的抗蚀和抗电镀能力，以取高限曝光为宜。其感光速度与干膜相比要慢得多，所以要使用高功率曝光机。v当曝光过度时，正相导线图形易形成散光侧蚀，造成线宽减小，反之负相导线图形形成散 光扩大，线宽增加。当曝光不足时，膜层上出现针孔、砂眼等缺陷。2022-9-29显影显影 v使用1无水碳酸钠溶液，温度2025，喷淋压力l一2.5kg平方里米。显出点控制在34 23处。湿膜进入孔内，需延长显影时间。因为显影液温度和浓度高会破坏胶膜的表面硬度和 耐化学性，因此浓度和温度不宜过高。v从涂覆到显影间隔时间不宜超过48小时。应用于图形电镀工艺，显影后需检查孔内是否 显得彻底干净。2022-9-29干燥干燥 v为使膜层有优良的抗蚀抗电镀能力，显影后最好干燥，干燥条件是100，12分钟。干燥后膜层硬度可达2H。2022-9-29去除抗蚀剂去除抗蚀剂 v使用48的氢氧化钠溶液，温度5060，为提高去除速度，提高温度比提高浓度有效。v应用液体光致抗蚀剂不仅提高了制作精细导线印制板的合格率，而且降低了生产成本，无 需对原有设备进行更新和改造，操作工艺也易于掌握。但液体光致抗蚀剂固体份只有70左右，其余大部为助剂、溶剂、引发剂等，这些溶剂的挥发在一定程度上对环保带来麻烦，对操作 者也是一种威胁。操作需在有通风的条件下进行。2022-9-29