剖析光致成像工藝要點(diǎn)及改良

2015-09-19 01:43:38吳培常

印制電路信息 2015年4期

關(guān)鍵詞：干膜抗蝕光密度

程靜吳培常張衛(wèi)

（廣東成德電路股份有限公司，廣東佛山 528300）

1 PCB的光致成像及注意事項(xiàng)

光致成像是對(duì)涂覆在印制板基材上的光致抗蝕劑進(jìn)行曝光、顯影形成圖像的一種方法，它是現(xiàn)代印制電路業(yè)的基石，現(xiàn)已成為PCB行業(yè)圖形轉(zhuǎn)移的主流工藝。

光致蝕刻干膜圖像轉(zhuǎn)移工藝由前處理→貼膜→曝光→顯影→中檢→修板→蝕刻或電鍍→去膜，每工序又由若干子工序組成的，下面將分述之。

1.1 前處理

界面化學(xué)作用力（包括分子間的范德華力、極性鍵力等），對(duì)此需要通過(guò)前處理制造出一定的表面微觀粗糙度。保證干膜與銅箔表面之間有良好的附著力。

檢驗(yàn)前處理質(zhì)量的好壞通常要做水膜實(shí)驗(yàn)，方法是定期抽取處理后的覆銅箔板，將其完全浸入水中，5 s后取出呈450°傾斜，用秒表測(cè)得在銅箔板表面應(yīng)該均勻的附著一層水膜能保持15 s以上不破裂，即為合格。經(jīng)過(guò)前處理后的PCB板最好立即貼膜，若放置時(shí)間超過(guò)4 h，應(yīng)重新進(jìn)行清潔處理再行貼膜。

前處理由酸洗→溢流水洗→磨板→加壓水洗→HF水洗→中檢→微蝕→溢流水洗→烘干等子工序組成。它的目的是除去銅箔表面的氧化物，同時(shí)暴露出游離于干膜和銅箔界面間有一定活性的銅表面。而影響結(jié)合力的因素有接觸表面積、接觸角和

1.2 貼膜

1.2.1 貼膜工藝

由安裝干膜→開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)→調(diào)節(jié)溫度→調(diào)節(jié)壓力→開(kāi)始貼膜→切膜→靜置等子工序組成。

貼膜注意事項(xiàng)：

（1）貼膜前，必須將基板放置在110±5 ℃的烘箱中烘10 min ～ 15 min，以去除板面及孔內(nèi)的潮氣，確保貼膜前板面是干燥的。

（2）貼膜后基板需要靜置冷卻15 min以上才能曝光，目的是使干膜完全與板面貼合，使其完全硬化。

1.2.2 干膜性能

全水溶性重氮型干膜曝光機(jī)理：

干膜質(zhì)量有必要在來(lái)料時(shí)嚴(yán)加檢測(cè)，待所有指標(biāo)均符合要求時(shí)方可進(jìn)倉(cāng)；否則予以退回。那么干膜究竟有那些標(biāo)準(zhǔn)呢。

（1）外觀檢測(cè)。

（2）干膜厚度和尺寸公差測(cè)量。

根據(jù)不同的用途選用不同厚度的干膜。如印制蝕刻工藝可選光致抗蝕層厚度為25 μm的干膜，圖形電鍍工藝則需選光致抗蝕層厚度為38 μm的干膜。如用于掩孔，光致抗蝕層厚度應(yīng)達(dá)到50 μm。具體要求如下。

（3）干膜感光性測(cè)試。

感光性包括感光速度、曝光時(shí)間寬容度和深度曝光性等。感光速度是指光致抗蝕劑在紫外光照射下，光聚合單體產(chǎn)生聚合反應(yīng)形成具有一定抗蝕能力的聚合物所需光能量的多少。希望選用感光速度快的干膜。

干膜曝光形成的圖像可以使用最大曝光時(shí)間與最小曝光時(shí)間之比稱為曝光時(shí)間寬容度。干膜的深度曝光性指抗蝕層對(duì)光的透過(guò)率，將影響圖像的精度和分辨率。

為簡(jiǎn)便測(cè)量及符合實(shí)際應(yīng)用情況，以干膜的最小曝光時(shí)間為基準(zhǔn)來(lái)衡量深度曝光性，其測(cè)量方法是將干膜貼在覆銅箔板上后，按最小曝光時(shí)間縮小一定倍數(shù)曝光并顯影，再檢查覆銅箔板表面上的干膜有無(wú)響應(yīng)，據(jù)此判斷干膜的優(yōu)劣，如在使用5 kw高壓汞燈，燈距650 mm，曝光表面溫度25土5 ℃的條件下，干膜的感光性應(yīng)符合如下要求：

（4）干膜顯影性測(cè)試。

干膜的顯影性是指干膜按最佳工作狀態(tài)貼膜、曝光及顯影后所獲得圖像效果的好壞，即電路圖像應(yīng)是清晰的，未曝光部分應(yīng)去除干凈無(wú)殘膠。

同時(shí)，曝光后留在板面上的抗蝕層應(yīng)有耐顯影性，即顯影時(shí)間可以超過(guò)的程度，耐顯影性反映了顯影工藝的寬容度。對(duì)干膜的顯影性和耐顯影性技術(shù)作了如下要求。軟，線條不清晰，色澤暗淡，甚至脫膠，在電鍍前處理或電鍍過(guò)程中，干膜起翹、滲鍍、甚至脫落。當(dāng)曝光過(guò)頭時(shí)，會(huì)造成難于顯影，膠膜發(fā)脆、留下殘膠等弊病。更為嚴(yán)重的是不正確的曝光將產(chǎn)生圖像線寬的偏差，過(guò)量的曝光會(huì)使圖形電鍍的線條變細(xì)，使印制蝕刻的線條變粗，反之，曝光不足使圖形電鍍的線

表1 干膜外觀的檢測(cè)指標(biāo)

表2 干膜的厚度及尺寸公差

表3 干膜的感光性

表4 干膜的顯影性和耐顯影性

（5）干膜的分辨率測(cè)試。

分辨率與抗蝕劑膜厚及聚酯薄膜厚度緊密相關(guān)，一般說(shuō)來(lái)，抗蝕劑膜層越厚，分辨率越低，另外由于聚酯薄膜對(duì)光線的散射作用，應(yīng)盡量選擇聚酯薄膜薄的。

（6）耐蝕刻性和耐電鍍性。

光聚合后的干膜抗蝕層，應(yīng)能耐酸性蝕刻液和酸性電鍍液。在蝕刻或電鍍過(guò)程中，聚合后的于膜抗蝕層應(yīng)無(wú)表面發(fā)毛、滲漏、起翹和脫落現(xiàn)象。

（7）去膜性能測(cè)試。

曝光后的干膜，經(jīng)蝕刻和電鍍之后，可以在強(qiáng)堿溶液中去除，一般采用3%～5%的氫氧化鈉溶液，加溫，以機(jī)械噴淋或浸泡方式去除。去膜形式最好是呈片狀剝離，剝離下來(lái)的碎片通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)除去。

（8）掩孔性能測(cè)試。

當(dāng)使用于膜作為掩孔蝕刻時(shí)，要求干膜具有足夠的柔韌性，以能夠承受顯影過(guò)程、蝕刻過(guò)程液體壓力的沖擊而不破裂。

1.3 曝光

曝光工序是由開(kāi)啟總電源，打開(kāi)冷卻水及氣閥 →打開(kāi)主電源→進(jìn)入操作主界面→進(jìn)燈源系統(tǒng)→能量設(shè)置→抽真空→趕氣→曝光→取板→靜置等子工序組成。

1.3.1 正確控制曝光時(shí)間

在曝光過(guò)程中，干膜的光聚合反應(yīng)大體經(jīng)過(guò)三個(gè)階段，在這個(gè)過(guò)程中，正確控制曝光時(shí)間是得到優(yōu)良的干膜抗蝕圖像非常重要的因素。當(dāng)曝光不足時(shí)，由于單體聚合的不徹底，在顯影過(guò)程中，膠膜溶漲變條變粗，使印制蝕刻的線條變細(xì)。

如何正確確定曝光時(shí)間呢? 由于應(yīng)用于膜的各廠家所用的曝光機(jī)不同，即光源，燈的功率及燈距不同，因此干膜生產(chǎn)廠家很難推薦一個(gè)固定的曝光時(shí)間。生產(chǎn)干膜的公司都推薦使用的某種光密度尺，干膜出廠時(shí)都標(biāo)出推薦的成像級(jí)數(shù)，例如有雷斯頓17級(jí)光密度或斯托夫21級(jí)密度表21級(jí)。在無(wú)光密度尺的情況下也可憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行觀察，根據(jù)顯影后干膜的光亮程度、圖像是否清晰、圖像線寬是否與原底片相符等來(lái)確定適當(dāng)?shù)钠毓鈺r(shí)間。

嚴(yán)格的講，以時(shí)間來(lái)計(jì)量曝光是不科學(xué)的，因?yàn)楣庠吹膹?qiáng)度往往隨著外界電壓的波動(dòng)及燈的老化而改變。光能量定義的公式E＝IT，式中E表示總曝光量，單位為毫焦耳/平方厘米；I表示光的強(qiáng)度，單位為毫瓦/平方厘米；T為曝光時(shí)間，單位為秒。從上式可以看出，總曝光量E隨光強(qiáng)I 和曝光時(shí)間T而變化。為使每次曝光能量相同，最好采用能量計(jì)測(cè)量。沒(méi)有能量計(jì)時(shí)。也可以參照曝光尺顯示的級(jí)數(shù)與顯影曝光能量對(duì)應(yīng)關(guān)系予以調(diào)節(jié)。曝光尺顯示的級(jí)數(shù)與顯影曝光能量一覽表如下表4和表5。

從測(cè)量值和理論值中可以可出，用曝光尺測(cè)量的數(shù)據(jù)分辨率差，很難控制，要想提高顯影質(zhì)量，最好采用能量計(jì)。

1.3.2 照相底版的質(zhì)量

照相底版的質(zhì)量主要表現(xiàn)在光密度和尺寸穩(wěn)定性兩方面。關(guān)于光密度，要求最大光密度Dmax大于4，最小光密度Dmin小于0.2。底版不透明區(qū)的擋光密度Dmax超過(guò)4時(shí)，才能達(dá)到良好的擋光目的;當(dāng)?shù)装嫱该鲄^(qū)之光密度Dmin小于0.2時(shí)，才能達(dá)到良好的透光目的。照相底版的尺寸穩(wěn)定性（指隨溫度、濕度和儲(chǔ)存時(shí)間的變化）將直接影響印制板的尺寸精度和圖像重合度。采用厚聚酯片基的銀鹽片（例如0.18 mm）和重氮片，可提高照相底版的尺寸穩(wěn)定性。