PCB圖形轉(zhuǎn)移液態(tài)感光油墨的應(yīng)用工藝解析

引 言 ： PCB制造工藝（Technology）中，無論是單、雙面板及多層板（MLB），最基本、最關(guān)鍵的工序之一是圖形轉(zhuǎn)移，即將照相底版（Art-work）圖形轉(zhuǎn)移到敷銅箔基材上。圖形轉(zhuǎn)移是生產(chǎn)中的關(guān)鍵控制點(diǎn)，也是技術(shù)難點(diǎn)所在。其工藝方法有很多，如絲網(wǎng)印刷（Screen Printing）圖形轉(zhuǎn)移工藝、干膜（Dry Film）圖形轉(zhuǎn)移工藝、液態(tài)光致抗蝕劑（Liquid Photoresist）圖形轉(zhuǎn)移工藝、電沉積光致抗蝕劑（ED膜）制作工藝以及激光直接成像技術(shù)（Laser Drect Image）。當(dāng)今能取而代之干膜圖形轉(zhuǎn)移工藝的首推液態(tài)光致抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移工藝，該工藝以膜薄，分辨率（Resolution）高，成本低，操作條件要求低等優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用。本文就PCB圖形轉(zhuǎn)移中液態(tài)光致抗蝕劑及其制作工藝進(jìn)行淺析。

液態(tài)感光油墨應(yīng)用工藝流程圖：?

基板的表面處理—— 》涂布（絲?。奉A(yù)烘——》曝光——》顯影——》干燥——》檢查——》蝕刻——》褪膜——》檢查 （備注：內(nèi)層板）

基板的表面處理—— 》涂布（絲?。奉A(yù)烘——》曝光——》顯影——》干燥——》檢查——》電鍍——》褪膜——》蝕刻——》檢查 （備注：外層板）

一．液態(tài)光致抗蝕劑（Liquid Photoresist）

液態(tài)光致抗蝕劑（簡稱濕膜）是由感光性樹脂，配合感光劑、色料、填料及溶劑等制成，經(jīng)光照射后產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而得到圖形，屬負(fù)性感光聚合型。與傳統(tǒng)抗蝕油墨及干膜相比具有如下特點(diǎn)：

a）不需要制絲網(wǎng)模版。采用底片接觸曝光成像（Contact Printig），可避免網(wǎng)印所帶來的滲透、污點(diǎn)、陰影、圖像失真等缺陷。解像度（Resolution）大大提高，傳統(tǒng)油墨解像度為200ｕm，濕膜可達(dá)40ｕm。

b）由于是光固化反應(yīng)結(jié)膜，其膜的密貼性、結(jié)合性、抗蝕能力（Etch Resistance）及其抗電鍍能力比傳統(tǒng)油墨好。

c）濕膜涂布方式靈活、多樣，工藝操作性強(qiáng)，易于掌握。

d）與干膜相比，液態(tài)濕膜與基板密貼性好，可填充銅箔表面輕微的凹坑、劃痕等缺陷。再則濕膜薄可達(dá)5～10ｕｍ，只有干膜的1/3左右，而且濕膜上層沒有覆蓋膜（在干膜上層覆蓋有約為25ｕｍ厚的聚酯蓋膜），故其圖形的解像度、清晰度高。如：在曝光時間為4S/7K時，干膜的解像度為75ｕｍ，而濕膜可達(dá)到40ｕｍ。從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

e）以前使用干膜常出現(xiàn)的起翹、電鍍滲鍍、線路不整齊等問題。濕膜是液態(tài)膜，不起翹、滲鍍、線路整齊，涂覆工序到顯形工序允許擱置時間可達(dá)４８ｈｒ，解決了生產(chǎn)工序之間的關(guān)聯(lián)矛盾，提高了生產(chǎn)效率。

f）對于當(dāng)今日益推廣的化學(xué)鍍鎳金工藝，一般干膜不耐鍍金液，而濕膜耐鍍金液。

g）由于是液態(tài)濕膜，可撓性強(qiáng)，尤其適用于撓性板（Flexible Printed Board）制作。

h）濕膜由于本身厚度減薄而物d料成本降低，且與干膜相比，不需要載體聚酯蓋膜（Polyester Cover sheet）和起保護(hù)作用的聚乙烯隔膜（Polyettylene Separator Sheet），而且沒有象干膜裁剪時那樣大的浪費(fèi)，不需要處理后續(xù)廢棄薄膜？熞虼耍？使用濕膜大約可以節(jié)約成本每平方米30～50%。

i）濕膜屬單液油墨容易存貯保管，一般放置溫度為20±2℃，相對濕度為55±5%，陰涼處密封保存，貯存期（Storage Life）：4～6個月。

j）使用范圍廣，可用作MLB內(nèi)層線路圖形制作及孔化板耐電鍍圖形制作，也可與堵孔工藝結(jié)合作為掩孔蝕刻圖形抗蝕劑，還可用于圖形模板的制作等。

但是，濕膜厚度（Thickness）均勻性不及干膜，涂覆之后的烘干程度也不易掌握好？熢黽恿似毓飫？難．故操作時務(wù)必仔細(xì)。另外，濕膜中的助劑、溶劑、引發(fā)劑等的揮發(fā)，對環(huán)境造成污染，尤其是對操作者有一定傷害。因此，工作場地必須通風(fēng)良好。

目前，使用的液態(tài)光致抗蝕劑，外觀呈粘稠狀，顏色多為藍(lán)色（Blue）。如：***精化公司產(chǎn)GSP1550、***緹穎公司產(chǎn)APR-700等，此類皆屬于單液油墨，可用簡單的網(wǎng)印方式涂覆，用稀堿水顯影，用酸性或弱堿性蝕刻液蝕刻。

液態(tài)光致抗蝕劑的使用壽命（Lifespan）：其使用壽命與操作環(huán)境和時間有關(guān)。一般溫度≤25℃，相對濕度≤60%，無塵室黃光下操作，使用壽命為3天，最好24hr內(nèi)使用完。

二． 液態(tài)光致抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移

液態(tài)光致抗蝕劑工藝流程：

上道工序 → 前處理 → 涂覆 → 預(yù)烘 → 定位 → 曝光 → 顯影 →干燥 → 檢查修版 → 蝕刻或電鍍 → 去膜 → 交下工序

1．前處理（Pre-cleaning）

前處理的主要目的是去除銅表面的油脂（Grease）、氧化層（Oxidized Layer）、灰塵（Dust）和顆粒（Particle）殘留、水分（Moisture）和化學(xué)物質(zhì)（Chemicals）特別是堿性物質(zhì)（Alkaline）保證銅（Copper）表面清潔度和粗糙度，制造均勻合適的銅表面，提高感光膠與銅箔的結(jié)合力，濕膜與干膜要求有所不同，它更側(cè)重于清潔度。

前處理的方法有：機(jī)械研磨法、化學(xué)前處理法及兩者相結(jié)合之方法。

1） 機(jī)械研磨法

磨板條件：

浸酸時間：6～8s。

H2SO4：　　2.5%。

水　　洗： 5ｓ～8ｓ。

尼龍刷（Nylon Brush）：500～800目，大部分采用600目。

磨板速度：1.2～1.5m/min， 間隔3～5cm。

水　　壓：2～3kg/cm2。

嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，保證板面烘干效果，從而使磨出的板面無雜質(zhì)、膠跡及氧化現(xiàn)象。磨完板后最好進(jìn)行防氧化處理。

2）化學(xué)前處理法

對于 MLB內(nèi)層板（Inner Layer Board），因基材較薄，不宜采用機(jī)械研磨法而常采用化學(xué)前處理法。

典型的化學(xué)前處理工藝：

去油 →清洗→微蝕→清洗→烘干

去油：

Na3PO4　　40～60g/l

Na2CO3　　40～60g/l

NaOH　　 10～20g/l

溫度：　　40～60℃

微蝕（Mi-croetehing）：

NaS2O8　　170～200g/l

H2SO4（98%） 2%V/V

溫度：　　20～40℃

經(jīng)過化學(xué)處理的銅表面應(yīng)為粉紅色。無論采用機(jī)械研磨法還是化學(xué)前處理法，處理后都應(yīng)立即烘干。

檢查方法：采用水膜試驗(yàn)，水膜破裂試驗(yàn)的原理是基于液相與液相或者液相與固相之間的界面化學(xué)作用。若能保持水膜 15～30ｓ不破裂即為清潔干凈。

注意：清潔處理后的板子應(yīng)戴潔凈手套拿放，并立即涂覆感光膠，以防銅表面再氧化。

2．涂覆（Coating）

涂覆指使銅表面均勻覆蓋一層液態(tài)光致抗蝕劑。其方法有多種，如離心涂覆、浸涂、網(wǎng)印、簾幕涂覆、滾涂等。

絲網(wǎng)印刷是目前常用的一種涂覆方式，其設(shè)備要求低，操作簡單容易，成本低。但不易雙面同時涂覆，生產(chǎn)效率低，膜的均勻一致性不能完全保證。一般網(wǎng)印時，滿版印刷采用 100～300目絲網(wǎng)？熆溝綞頻牟捎？150目絲網(wǎng)。此法受到多數(shù)中小廠家的歡迎。

滾涂可以實(shí)現(xiàn)雙面同時涂覆，自動化生產(chǎn)效率高，可以控制涂層厚度，適用于各種規(guī)格板的大規(guī)模生產(chǎn)，但需設(shè)備投資。

簾幕涂覆也適宜大規(guī)模生產(chǎn)，也能均勻控制涂覆層厚度，但設(shè)備要求高，且只能涂完一面后再涂另一面，影響生產(chǎn)效率。

光致涂覆層膜太厚，容易產(chǎn)生曝光不足，顯影不足，感壓性高，易粘底片；膜太薄，容易產(chǎn)生曝光過度，抗電鍍絕緣性差及易產(chǎn)生電鍍金屬上膜的現(xiàn)象，而且去膜速度慢。

工作條件：無塵室黃光下操作，室溫為 23～25℃，相對濕度為55±5%，作業(yè)場所保持潔凈，避免陽光及日光燈直射。

涂覆操作時應(yīng)注意以下幾方面

1）若涂覆層有針孔，可能是光致抗蝕劑有不明物，應(yīng)用丙酮洗凈且更換新的抗蝕劑。也可能是空氣中有微粒落在板面上或其他原因造成板面不干凈，應(yīng)在涂膜前仔細(xì)檢查并清潔。

2）網(wǎng)印時若光致涂覆層膜太厚，是因?yàn)榻z網(wǎng)目數(shù)太小；膜太薄，那可能是絲網(wǎng)目數(shù)太大所致。若涂覆層厚度不均勻，應(yīng)加稀釋劑調(diào)整抗蝕劑的粘度或調(diào)整涂覆的速度。

3）涂膜時盡量防止油墨進(jìn)孔。

4）無論采用何種方式，光致涂覆層（Photoimageable covercoating）都應(yīng)達(dá)到厚度均勻、無針孔、氣泡、夾雜物等，皮膜厚度干燥后應(yīng)達(dá)到8～15ｕｍ。

5）因液態(tài)光致抗蝕劑含有溶劑，作業(yè)場所必須換氣良好。

6）工作完后用肥皂洗凈手。

3．預(yù)烘（Pre-curing）

預(yù)烘是指通過加溫干燥使液態(tài)光致抗蝕劑膜面達(dá)到干燥，以方便底片接觸曝光顯影制作出圖形。此工序大都與涂覆工序同一室操作。預(yù)烘的方式最常用的有烘道和烘箱兩種。

一般采用烘箱干燥，雙面的第一面預(yù)烘溫度為 80±5℃，10～15分鐘；第二面預(yù)烘溫度為80±5℃，15～20分鐘。這種一先一后預(yù)烘，使兩面濕膜預(yù)固化程度存在差異，顯影的效果也難保證完全一致。理想的是雙面同時涂覆，同時預(yù)烘，溫度80±5℃，時間約20～30分鐘。這樣雙面同時預(yù)固化而且能保證雙面顯影效果一致，且節(jié)約工時。

控制好預(yù)烘的溫度（Temperature）和時間（Time）很重要。溫度過高或時間過長，顯影困難，不易去膜；若溫度過低或時間過短，干燥不完全，皮膜有感壓性，易粘底片而致曝光不良，且易損壞底片。所以，預(yù)烘恰當(dāng)，顯影和去膜較快，圖形質(zhì)量好。

該工序操作應(yīng)注意

（1）預(yù)烘后，板子應(yīng)經(jīng)風(fēng)冷或自然冷卻后再進(jìn)行底片對位曝光。

（2）不要使用自然干燥，且干燥必須完全，否則易粘底片而致曝光不良。預(yù)烘后感光膜皮膜硬度應(yīng)為 HB～1H。

（3）若采用烘箱，一定要帶有鼓風(fēng)和恒溫控制，以使預(yù)烘溫度均勻。而且烘箱應(yīng)清潔，無雜質(zhì)，以免掉落在板上，損傷膜面。

（4）預(yù)烘后，涂膜到顯影擱置時間最多不超過48hr，濕度大時盡量在12hr內(nèi)曝光顯影。

（5）對于液態(tài)光致抗蝕劑型號不同要求也不同，應(yīng)仔細(xì)閱讀說明書，并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)整工藝參數(shù)，如厚度、溫度、時間等。

4．定位（Fixed Postion）

隨著高密度互連技術(shù)（HDI）應(yīng)用不斷擴(kuò)大，分辨率和定位度已成為PCB制造廠家面臨的重大挑戰(zhàn)。電路密度越高，要求定位越精確。定位的方法有目視定位、活動銷釘定位，固定銷釘定位等多種方法。

目視定位是用重氮片（Diazo film）透過圖形與印制板孔重合對位，然后貼上粘膠帶曝光。重氮片呈棕色或桔紅色半透明狀態(tài)，可以保證較好的重合對位精度。銀鹽片（Silver Film）也可采用此法，但必須在底片制作透明定位盤才能定位。

活動銷釘定位系統(tǒng)包括照相軟片沖孔器和雙圓孔脫銷定位器，其方法是：先將正面，反面兩張底版藥膜相對對準(zhǔn)，用軟片沖孔器在有效圖形外任意沖兩個定位孔，任取一張去編鉆孔程序，就可以利用鉆床一次性鉆孔，印制板金屬化孔及預(yù)鍍銅后，便可用雙圓孔脫銷定位器定位曝光。

固定銷釘定位分兩套系統(tǒng)，一套固定照相底版，另一套固定 PCB ，通過調(diào)整兩銷釘?shù)奈恢?，?shí)現(xiàn)照相底版與PCB的重合對準(zhǔn)。

5．曝光（Exposuring）

液態(tài)光致抗蝕劑經(jīng) UV光（300～400nm）照射后發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，受光照部分成膜硬化而不被顯影液所影響。通常選用的曝光燈燈源為高亮度、中壓型汞燈或者金屬鹵化物汞燈。燈管6000W，曝光量100～300mj/cm2，密度測定采用21級光密度表（Stouffer21），以確定最佳曝光參數(shù)，通常為6～8級。液態(tài)光致抗蝕劑對曝光采用平行光要求不嚴(yán)格，但其感光速度不及干膜，因此應(yīng)使用高效率曝光機(jī)（Drawer）。

光聚合反應(yīng)取決于燈的光強(qiáng)和曝光時間，燈的光強(qiáng)與激發(fā)電壓有關(guān)，與燈管使用時間有關(guān)。因此，為保證光聚合反應(yīng)足夠的光能量，必須由光能量積分儀來控制，其作用原理是保證曝光過程中燈光強(qiáng)度發(fā)生變化時，能自動調(diào)整曝光時間來維持總曝光能量不變，曝光時間為 25～50秒。

影響曝光時間的因素：

（1）燈光的距離越近，曝光時間越短；

（2）液態(tài)光致抗蝕劑厚度越厚，曝光時間越長；

（3）空氣濕度越大，曝光時間越長；

（4）預(yù)烘溫度越高，曝光時間越短。

當(dāng)曝光過度時，易形成散光折射，線寬減小，顯影困難。當(dāng)曝光不足時，顯影易出現(xiàn)針孔、發(fā)毛、脫落等缺陷，抗蝕性和抗電鍍性下降。因此選擇最佳曝光參數(shù)是控制顯影效果的重要條件。

底片質(zhì)量的好壞，直接影響曝光質(zhì)量，因此，底片圖形線路清晰，不能有任何發(fā)暈、虛邊等現(xiàn)象，要求無針孔、沙眼，穩(wěn)定性好。底片要求黑白反差大：銀鹽片光密度（Density）DMAX≥3.5，DMIN ≤0.15；重氮片光密度DMAX≥1.2，DMIN≤0.1。

一般來說，底片制作完后，從一個工序（工廠）傳送到另一個工序（工廠），或存貯一段時間，才進(jìn)入黃光室，這樣經(jīng)歷不同的環(huán)境，底片尺寸穩(wěn)定性難以保證。本人認(rèn)為制完底片應(yīng)直接進(jìn)入黃光室，每張底片制作 80多塊板，便應(yīng)廢棄。這樣可避免圖形的微變形，尤其是微孔技術(shù)更應(yīng)重視這一點(diǎn)。

曝光工序操作注意事項(xiàng)

（1）曝光機(jī)抽真空曬匣必不可少，真空度≥90%，只通過抽真空將底片與工件緊密貼合，才能保證圖像無畸變，以提高精度。

（2）曝光操作時，若出現(xiàn)粘生產(chǎn)底片，可能是預(yù)烘不夠或者曬匣真空太強(qiáng)等原因造成，應(yīng)及時調(diào)整預(yù)烘溫度和時間或者檢查曬匣抽真空情況。

（3）曝光停止后，應(yīng)立即取出板件，否則，燈內(nèi)余光會造成顯影后有余膠。

（4）工作條件必須達(dá)到：無塵黃光操作室，清潔度為10000～100000級，有空調(diào)設(shè)施。曝光機(jī)應(yīng)具有冷卻排風(fēng)系統(tǒng)。

（5）曝光時底片藥膜面務(wù)必朝下，使其緊貼感光膜面，以提高解像力。

6． 顯影（Developing）

顯影即去掉（溶解掉）未感光的非圖形部分濕膜，留下已感光硬化的圖形部分。其方法一般有手工顯影和機(jī)器噴淋顯影。

該工序工作條件同涂覆工序。

機(jī)器顯影配方及工藝規(guī)范

Na2CO3　　　0.8～1.2%

消泡劑　　　0.1%

溫　度　　 30±2℃

顯影時間　　40±10秒

噴淋壓力　　1.5～3kg/cm2

操作時顯像點(diǎn)（Breok Point Control）控制在1/3～1/2處。為保證顯影質(zhì)量，必須控制顯影液濃度、溫度以及顯影時間在適當(dāng)?shù)牟僮鞣秶鷥?nèi)。溫度太高（35℃以上）或顯影時間太長（超過90秒以上），會造成皮膜質(zhì)量、硬度和耐化學(xué)腐蝕性降低。

顯影后有余膠產(chǎn)生，大多與工藝參數(shù)有關(guān)，主要有以下幾種可能：

①顯影溫度不夠；

②Na2CO3濃度偏低；

③噴淋壓力??；

④傳送速度較快，顯影不徹底；

⑤曝光過度；

⑥疊板。

該工序操作注意事項(xiàng)

（1）若生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)有濕膜進(jìn)入孔內(nèi)，需要將噴射壓力調(diào)高和延長顯影時間。顯影后應(yīng)認(rèn)真檢查孔內(nèi)是否干凈，若有殘膠應(yīng)返工重顯。

（2）顯影液使用一段時間后，能力下降，應(yīng)更換新液。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)顯影液PH值降至10.2時，顯影液已失去活性，為保證圖像質(zhì)量，PH＝10.5時的制版量定為換缸時間。

（3）顯影后應(yīng)充分洗凈，以免堿液帶入蝕刻液中。

（4）若產(chǎn)生開路、短路、露銅等現(xiàn)象，其原因一般是底片上有損傷或雜物。

7．干燥

為使膜層具有優(yōu)良的抗蝕抗電鍍能力，顯影后應(yīng)再干燥，其條件為溫度 100℃，時間1～2分鐘。固化后膜層硬度應(yīng)達(dá)到2H～3H。

8． 檢查修版

修版實(shí)際上是進(jìn)行自檢，其目的主要是：修補(bǔ)圖形線路上的缺陷部分，去除與圖形要求無關(guān)的部分，即去除多余的如毛刺、膠點(diǎn)等，補(bǔ)上缺少的如針孔、缺口、斷線等。一般原則是先刮后補(bǔ)，這樣容易保證修版質(zhì)量。

常用修版液有蟲膠、瀝青、 耐酸油墨等，比較簡便的是蟲膠液，其配方如下：

蟲　膠　　100～150g/l

甲基紫　　1～2g/l

無水乙醇　適量

修版要求：圖形正確，對位準(zhǔn)確，精度符合工藝要求；導(dǎo)電圖形邊緣整齊光滑，無殘膠、油污、指紋、針孔、缺口及其它雜質(zhì)，孔壁無殘膜及異物； 90%的修版工作量都是由于曝光工具不干凈所造成，故操作時應(yīng)經(jīng)常檢查底片，并用酒精清洗曬匣和底片，以減少修版量。修版時應(yīng)注意戴細(xì)紗手套，以防手汗污染版面。若頭兩道工序做得相當(dāng)好，幾乎無修版量，可省掉修版工序。

9．去膜（Strip）

蝕刻（Etching）或電鍍（Plating）完畢，必須去除抗蝕保護(hù)膜，通常去膜采用4～8%的NaOH水溶液，加熱膨脹剝離分化而達(dá)到目的。方法有手工去膜和機(jī)器噴淋去膜。

采用噴淋去膜機(jī)，其噴射壓力為 2～3kg/cm2，去膜質(zhì)量好，去除干凈徹底，生產(chǎn)效率高。提高溫度可增加去膜速度，但溫度過高，易產(chǎn)生黑孔現(xiàn)象，故溫度一般宜采用50～60℃。

去膜后務(wù)必清潔干凈，若去膜后表面有余膠，其原因主要是烘烤工序的工藝參數(shù)不正確，一般是烘烤過度。

以上討論，部分代表個人經(jīng)驗(yàn)之談，總而言之，嚴(yán)格控制工藝條件，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提。只有根據(jù)各個公司的工藝裝備和工藝技術(shù)水平，采用行之有效的操作技巧及工藝方法，加強(qiáng)全面質(zhì)量管理 （TQM），才能大大提高產(chǎn)品的合格率。