【湿膜和滚涂技术】

大规模内层生产中,湿膜取代干膜,势不可挡
湿膜又称液态光致抗蚀剂(Liquid photo resist),简称LPR。在60年代中期,由于在线路图形制造过程中存在缺限,使湿膜第一次有机会取代丝网印刷工艺,后来,由于人们存在湿膜工序缺乏足够理想的、与之相配套的设备的想法,并且由于湿膜在通孔板的制作时有一定困难,以及不能控制形成足够的抗蚀层厚度来满足图像的显影,在这场竞争中,最终干膜取胜,并赢得了广大市场。
很奇怪,先是干膜取代湿膜,并宣称湿膜过时了,而现在我又在这里呼吁湿膜的生产工艺,到底是怎么回事呢?
其实,在外层生产中干膜一直保持着优势,直到干膜用于内层板的生产,情况才有所逆转。因为湿膜能做到很薄很薄,这种"特异功能"成为其竟争优势,无论从效益方面还是功能方面考虑,都使湿膜能成功的替代干膜。
由于湿膜在制造时使用廉价的材料、化学药剂以及配置,使成本大大的节约了,这更加刺激了湿膜的应用。
与干膜相比:
1.湿膜的涂布厚度较薄(一般0.3mil --0.5mil,而干膜厚一般为1.2 mil至1.5mil ), 使用湿膜每平方米成本减少了35%-50%
2.湿膜成品包装费用减少了75%
3.使用湿膜时,显影和退膜剂成本减少了70%
4.污水、废物处理费用减少了30%
5.使用湿膜在曝光时,底片与膜层直接贴合,缩短了光程,减少了光能损耗,提高了图形转移精度;而使用干膜,光必须透过厚厚的膜层 ,所需的能量成本相当高,而且容易产生侧蚀,影响图形转移精度.
6.作为抗蚀刻图形,由于湿膜是液体,具有流平性,可消除划痕和凹坑引起的断路, 并且湿膜的附着性也提高了,而且能避免渗镀,减小缺口等现象。
7.可采用滚涂或其它涂敷方式,操作简单, 自动化程度提高了,产量也随之提高.
8.更重要的是湿膜分辨率也很高,再加之湿膜抗蚀性能也好,可耐镀金工艺,这些特异功能干膜是无法问其项背的。
正是由于投资与生产成本的节约,自动化程度和产量的提高,使全球范围内使用湿膜和滚涂技术的兴趣越来越高。

    如今主要使用负性光致抗蚀剂,使用设备为双面滚涂带烘干一体的设备。.虽然,能够采用高质量的喷涂技术,但由于光致抗蚀剂比喷漆要贵得多,加之喷涂技术也不成熟,如果算上重复喷涂的损失,那么成本也很高;而且喷涂时,有大量的溶剂被蒸发,对操作者的身体影响极大,更别说对环境的污染了。
    有些厂家为了减小成本,避免昂贵的设备投入,从而采用浸涂,虽然它效率极高,但是它有一个致命的缺陷就是浸涂物上与下\顶面与底面的涂层不均匀,易产生流挂现象。
  采用幕帘涂布(淋涂),其设备实在是太昂贵了,话又说回来,它每次也只能单面涂布,效率也不是很高。丝网印刷,作为一种较为传统和原始的涂敷技术,它存在自动化程度低、人力、物力浪费又大;而且效率又不高等缺陷。
  至于电泳法,足够的涂布厚度对它来说,简直是一种奢望,加之设备复杂,投资高,耗电多,污染大等局限,使它无法用于内层制作。此种原因,便把滚涂技术推上了议程。

湿膜的组分及配方

  湿膜作为一种抗蚀剂,其主要组分如下表:

主要成分 材料举例 简单配方举例
聚合单体 丙烯酸不饱和聚脂  
光引发剂 安息香二甲醚  
填充剂 钛白粉 滑石粉 立德粉 钛白份:20g 滑石粉:20g
增粘/稠剂 烃丙基甲基纤维素 松香:(成膜)30g 顺丁烯酸酐树脂:5g
阻聚剂 烃丙烯酸甲脂  
流平剂 聚丙烯酸脂  
色料 钛青绿 钛青蓝:0.2g
溶剂 苯偶酰二甲基缩酮 松醇油:10ml 松节油:20ml

简易配方及步骤:
先将顺丁烯酸酐树脂和松醇油混合,在水浴上加热,使树脂溶解以后,用部分松节油依次加入钛白粉、 滑石粉、松香、钛青蓝等原料,充分搅拌或碾磨,如果粘度太大,再依次加入剩下的松节油以调节粘度,最后用200目的网纱挤压过滤。这样一来,一种简易的油墨便形成了。
油墨在曝光时聚合反应的机理:
1. 曝光时引发剂在紫外光线的激化下(吸收光能),成为自由基
2. 油墨组分中的单体在自由基的加成作用下,产生交联反应,形成聚合物。

  湿膜的各项性能测试方法和要求

性能 测试方法及条件 要求
铅笔硬度 7.5N力,平推1/4英寸 曝光前:>1H 曝光后:>2H
叠板性能 涂布或曝光后,隔上胶片叠板 曝光前叠30片标准板(约1.0mm/2.5sqft)曝光后喋50-100片板无粘板和掉油现象。
分辨率/解像度 解像尺 显影后线分辨率<3mil,园/方>4mil,无减缩和放宽现象
耐显影性能 百倍放大镜检查(露铜点) 涂膜无发胀、脱落、溶融、针孔现象。
蚀刻性能/因子F 侧蚀性能 百倍放大镜检查 W=铜箔厚度 d=单边侧蚀量

F=W/d 侧蚀总量:2d=2W/F

F>4为较佳,线路、园、方的缩减<20%以内
变色性和触变性 目检 曝前后变化不大,并且能分辨出3mil以下线路。
褪膜情况 氯化铜试验(30~70秒) 无残胶
成膜情况 目检 无针孔
膜流平情况 目检 无明显涂膜不均匀性
膜附着情况 3M胶带试验 曝光后无掉油现象


滚涂原理和参数

1.搅好的油墨加入贮油槽,并调节好粘度
2.油墨在离心泵的作用下进入过滤器过滤
3.过滤后的油墨被打入上/下计量辊
4.PCB板归位后进入上/下涂布辊完成涂布后进入烘干段
5.完成涂布后的油墨流入回油槽进入贮油槽,形成闭合回路。

参数:
1.涂布房环境控制:温度:22 ±3℃ 湿度:55 ±10%RH
  灯光:波长大于430nm的黄灯区
  净化级:空气中直径大于0.5um的颗粒小于1万个,维持正压
2.油墨粘度:一般来说,要求50 ±20S(ZWHN.3.CUP,25℃)
3.过滤芯:最好采用25u以下过滤芯
4.湿重/油墨厚度/涂布量:30-45g/sqm(双面),厚度:0.3-0.5 mil(或按要求)
涂布量是通过两涂布辊之间的宽度、计量辊与涂布辊的宽度、涂布辊的刻轮数或粗糙度、涂布速度、油墨粘度等几个因素来控制的。
一般来说,涂布辊的刻轮数越多,则涂布量越小。

5.烘干温度及速度:应该根据涂布板的厚度来设定,总之要求烘干后板面油墨不粘手.
6.曝光:冲影后要求6-10级盖膜(Stouffer 21 step曝光尺),具体情况根据不同油墨而定.
7.显影:Na2co3浓度1 ±0.2% 温度:30±2℃(根据不同油墨而定) 露铜点:45-55%
 显影时间:30-60S(根据不同油墨而定) 喷淋压力:2-2.5kg/cm2
8.蚀刻:蚀刻速度应该根据铜厚设定.
9.褪膜:NaoH浓度:4-8% 时间:30-60S 温度30-60℃

工序中潜在问题及分析


问题分析及解决

问题类型

所在工序

原因分析

针孔、开路、缺口 前处理 板面有杂物或处理不干净
油墨问题 有油脂或杂质
过滤问题 过滤芯目数太大
涂布问题 涂布辊有异物或有杂质或有问题,辊之间的距离不当
环境问题 净化不好
运输问题 传输或齿轮对板面产生影响,或人为擦伤
预烘问题 预烘段有杂质污染,或温度、通风、时间有问题
曝光问题 曝光不良,底片有问题
显影问题 显影液(温度、浓度、时间、喷淋压力问题),或设备擦伤板面
蚀刻问题 蚀刻液问题,或设备擦伤板面
铜点(残铜) 前处理 铜面处理不量
油墨问题 有杂质或变质
涂布问题 涂布辊有异物
运输问题 传送或运输中受污染
预烘问题 预烘段有杂质污染,或温度、通风、时间有问题
曝光问题 曝光不良,底片有问题
显影问题 显影液(温度、浓度、时间、喷淋压力问题),或设备擦伤板面
蚀刻问题 蚀刻液问题,或设备擦伤板面
显影不清及蚀刻后线宽变窄 油墨问题 变质
曝光问题 曝光过渡、曝光温度过高、板间由于真空问题导致底片与板面解除不好
显影问题 时间短、药液浓度不高、温度低、喷淋压力小或喷嘴堵塞

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