液态感光抗蚀刻油墨

林华君　黄美素

摘要:介绍一种新型的液态光致抗蚀刻油墨的组成。

关键词:液态感光抗蚀刻油墨;感光树脂;热固树脂;树脂合成

随着电子工业的飞速发展,对印制电路板(PCB)的焊接工艺和焊接质量要求越来越高,以往热固化和紫外光固化抗蚀剂都是用丝网图形版印刷的,但从线条的完全覆盖性、尺寸精度等方面考虑,采用丝印图形的方法已经不相适应。因而研究人员开发了干膜抗蚀剂,但是干膜抗蚀剂由于其本身固有的局限性已经不能完全满足PCB的性能要求,其分辨能力在技术上虽能达到近25μm,但规模生产实际只能做到75～100μm。而电子技术的发展,已要求高密度PCB对分辨能力的前沿为≤75μm,,而且将发展到50μm,甚至更细的线条。因此迫切需要有新型的光致抗蚀剂,把分辨能力提高到更高的水平,尤其是多板的内层板制造。此外PCB价格方面的竞争也日趋激烈,,迫使PCB制造商在确保PCB质量和性能的前提下,千方百计降低PCB的制造成本。根据干膜抗蚀剂本身的结构特点,其成本很难降低,另外高密度PCB要求尽量减小焊盘面积,甚至采用“无”焊盘,干膜抗蚀剂很难适应这种要求。因此许多PCB制造者把目光转移到液态感光抗蚀剂。

液态感光型抗蚀油墨是解决精细导线图形制作而研制的一种油墨,俗称湿膜。它克服了热固型抗蚀油墨和干膜生产工艺中的一些难题,适合细导线和超细导线的生产,最细线宽可达在2.54mm为中心的两焊盘之间形成三根导线(0.125mm)或四根导线(0.075mm),也可用于高精度的工艺品、镂空模板、移印凹版制作之用,还可用于多层板内层精细导线的制作。它由感光树脂、感光剂、填料、助剂、颜料和溶剂组成,油墨的解像度达50～100μm,和覆铜箔板的附着力良好,不存在干膜生产中出现界面性气泡而引发边缘渗镀从而造成的导线毛刺、缺口、短路等疵病。油墨通常在安全黄色光区域范围内操作,贮存期约为一年。液态感光抗电镀油墨的简要工艺操作流程如下:涂布→预烘→冷却→曝光→显像→固化→电镀→去除油墨→蚀刻→后处理

液态感光抗蚀剂组份

1感光性树脂

1.1碱溶性光固树脂种类为了大幅度提高布线的密度,就要缩小焊盘,这就要求有高解像能力的高敏感度感光性树脂。目前较常用的碱溶性光固树脂有以下数种:

酚醛缩合型丙烯酸环氧树脂与酸酐的反应生成物,此类树脂的主要特点是制作方便,价格低廉,热膨胀系数小,尺寸稳定,目前使用最普遍。

丙烯酸环氧树脂与酸酐、不饱和异氰酸酯反应的混合生成物,与(1)相比,可以看出它的不饱和烯烃官能团个数较多,因而它具有光固化速度快的特点。

丙烯酸环氧树脂与酸酐、烷基双烯酮反应的混合生成物,此类树脂因羧基数量较少、酸价低、显影速度较慢,但由于COCH2CO基团的存在,此树脂与铜箔的结合强度相当高,适合于对结合强度有特殊要求的场合。

丙烯酸环氧树脂与酸酐、醇、TDI(二异氰酸酯)的混合反应生成物,此类树脂对抗蚀剂中的填充粉末表面有较好的润湿能力,便于抗蚀剂的制造。

三苯酚系环氧丙烯酸与酸酐的反应生成物,此类树脂具有较好的耐电镀性,除作抗蚀剂外,也可用作抗电镀的显影型抗蚀剂等用途。

除以上5种树脂外,还可以在碱溶性大分子中,引入合成橡胶或长链烷基醚结构,以增加树脂的可挠性或柔软性,也可用烷基苯酚或二酸或二酰胺来部分取代丙烯酸与环氧树脂反应,以增加树脂的解像度,同时增加树脂的分子量,降低其膜层表面粘性。

1.2碱溶性光固树脂的合成方法

碱溶性光固树脂是制备液态感光抗蚀剂的主要组分,对印料的各种性能,尤其是前烘、显影、曝光等工艺性,附着力、硬度、光固速度起着极其重要的作用。因而确定使用哪一种碱溶性光固树脂是印料成功的关键,其合成方法可简单描述为:利用缩合或接枝等方法在一些大分子上“安装”上一些可溶于碱性水溶液的基团(如羧基、酰胺等)以及反应活性基团(如乙烯基、丙烯基等)。根据不同的需要可以通过引入不同的碱溶性基团及反应活性基团,以达到目的。

2热固环氧树脂

热固环氧树脂是液态感光抗蚀剂的另一个主要组份,作为与感光性树脂共用的热固化性环氧树脂有很多种,例如:缩水甘油类环氧化合物、多价苯酚的缩水甘油醚、多价醇的缩水甘油醚等,每个分子至少含有2个或2个以上的环氧基,其中较好的为酚醛环氧树脂、对苯二酚缩水甘油醚等。这些化合物作为液态感光抗蚀剂中的热固成分,显影性良好,而且不会在焊盘上产生残膜,不影响液态感光抗蚀剂的光固速度。用于液态感光抗蚀剂中的热固化剂应为潜在性热固化剂,即应当是加入后其贮存稳定性好的材料。其中有机酸酰肼、二氨基马来酰胺较好,在常温下和热固化树脂不起反应,加热到150℃左右才能和热固性树脂起反应。

3活性稀释剂

液态感光抗蚀剂的诸性能不仅与其碱溶性感光树脂的构造、特性密切相关,在较大程度上也受到活性稀释剂、热固化成份的影响,特别是活性稀释剂,通过对其添加量及选用种类的控制,可对抗蚀膜的硬度、感光速度、显影难易及其他物理化学性能进行调整。活性稀释剂是一种功能性单体,也是光固化阻焊剂的基本成分之一。它的作用是调节油墨的粘度、控制交联密度、改善固化膜的物理性能。活性剂分单官能活性稀释剂(即每个分子一个双键)和多官能稀释剂(即每个分子有几个双键)。从稀释效果看,单官能>双官能>多官能;光固化速度是多官能>双官能>单官能。在实际操作中,要提高光固化速度、增加交联度、提高硬度选用多官能稀释剂如:三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PE2TA)等,需改善固化膜的柔韧性则选用二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、已二醇二丙烯酸酯(HD2DA)等双官能单体,为了达到较好的综合效果,一般采用两个或两个以上的活性稀释剂组合使用,其最佳比例由实验结果来最终确定。

除了上述组份外,液态感光抗蚀剂中还须加入填料以改善丝印性,加入脱泡剂以消除气泡,添加颜料以适应各用户对色泽的要求。

4光引发剂

除活性稀释剂外,决定抗蚀剂光敏度及硬化反应的光敏引发剂亦占有重要的位置,根据光化学活性的模式,可以大致分为以下两大类:(1)均裂型引发剂(2)提氢型引发剂。

5结论和展望

总的说来,采用新一代液态抗蚀剂具有以下优点:

5.1高的细线条分辨率;

5.2能够实现缩小焊盘或没有焊盘的PCB设计;

5.3可做出最佳的正交矩形图形;

5.4板面的线宽和图形高度公差最小。

这些优点能够实现PCB制作的高线路密度、轮廓分明的导电图形,以及与集成电路的短连接,形成短而细的高密度区,降低线路对噪音的灵敏度和串音讯号干扰,可以制造出更轻更薄的印制电路,有效利用率高,材料费用要比干膜低得多。另外,它对覆铜板表面的平整度要求也不高,即使有刮痕,仍能被抗蚀剂充分覆盖,而干膜则要求板面平整,否则会造成线路短路或开路,因此,采用液态光致抗蚀剂也有利于降低成本,提高成品率。