PCB用干膜的市场,生产和技术发展综述

罗小阳 周 虎 唐甲林 秦先志（深圳市柳鑫实业有限公司，广东 深圳 518000）

PCB用干膜的市场,生产和技术发展综述

罗小阳 周 虎 唐甲林 秦先志
（深圳市柳鑫实业有限公司，广东 深圳 518000）

文章介绍了干膜对于PCB产业的重要性，干膜的应用、生产、市场情况，分析了我国干膜的现状，探讨了今后的技术发展方向。

干膜；应用；生产；市场；技术

1 干膜概述

干膜（Dry Film）应用于印制电路板（PCB）制造领域是杜邦公司在1968年首先提出来的。干膜是一种高分子化合物，它通过紫外线的照射后能够产生一种聚合反应，并形成一种稳定的物质附着于板面，从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。干膜结构示意图如图1。

图1 干膜结构示意图

1.1 干膜结构中各组份介绍

1.1.1 聚乙烯膜

聚乙烯膜（PE）为干膜表面覆盖层，覆盖在感光胶层上，起保护作用。光致抗蚀层干燥后，为避免空气中灰尘污染及氧的作用，需加以保护。同时也可以防止在分切收卷过程中互相粘结。它一般使用均匀性好的厚度20 μm ～ 25 μm左右的聚乙烯膜。

1.1.2 聚酯膜

PET全称是聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯），它是由对苯二甲酸与乙二醇缩合聚合反应而制得的。聚酯膜（PET）为光致抗蚀层的支撑体（又称为载体膜、底膜），使之涂布成膜，厚度通常为25 μm左右。在干膜生产中一般聚酯膜（PET）通常采用16 μm、19 μm、25 μm等三种厚度规格。

聚酯膜在曝光之后显影之前将其撕去，其作用是防止曝光时氧气向光致抗蚀层扩散，氧气扩散会导致破坏抗蚀胶的游离基，从而引起曝光度的下降。

1.1.3 光致抗蚀层

光致抗蚀层是光致抗蚀干膜的关键成分，是干膜的主体，用以转移图像。它多为负性感光材料。其厚度根据其用途的不同，有若干种规格。最薄的达到10 μm，最厚的为100 μm。 碱溶性感光树脂是制备光致抗蚀干膜的主要组分，对光致抗蚀干膜的各种性能，尤其是前烘、显影、曝光等工艺性、附着力、硬度、光固化速度起着极其重要的作用。因而确定使用哪一种碱溶性感光树脂是光致抗蚀干膜成功的关键。其合成方法可以简单描述为:利用缩合或接枝等方法在一些大分子上“安装”上一些可溶 +碱性水溶液的基团（如羧基、酰胺）以及反应活性基团（如乙烯基、丙烯基）。

2 干膜的重要性

干膜制造PCB的优点是分辨率高，能制造线宽小于0.1 mm的图形，在干膜厚度范围以内都能获得边缘垂直的线条，保证线条精度；由于干膜的厚度和组成基本稳定，可以避免成像时的不连续性，使用干膜成像可靠性高，便于掌握。应用干膜可大大简化印制板制造工序，有利于实现机械化和自动化。

干膜经过数十年的发展，已是PCB加工过程中不可或缺的辅助材料，按照销售金额数据统计，干膜为PCB行业第二大辅材，随着印制板往高密度、高集成度方向发展，干膜应用也越来越广，之前使用湿膜成像的场合由于要求提高，现在也开始大批量更换为使用干膜成像。

高端PCB，线更细，孔更小，催生出了薄型干膜（厚度25 μm，20 μm，15 μm），薄型干膜在任意层HDI板，挠性板中越来越广泛应用，IC载板甚至需用到8～10微米厚的干膜形成线路图形。不同种类的PCB生产工艺和性能，要求使用特种干膜如掩孔干膜，耐厚金电镀干膜等。高端印制板对干膜的品种、性能、型号都提出了新的要求。

综上所述，作为PCB加工过程中的重要基础材料，PCB产品要求越来越高，引导着干膜朝着更高要求发展，PCB产品性能的进步离不开干膜的技术进步。

3 干膜的应用

3.1 干膜种类和工艺概述

根据显影和去膜方法，干膜可分为：水溶性干膜、溶剂型干膜、干显影或剥离型干膜。

根据PCB制作中的最终用途，干膜分为：抗蚀干膜、阻焊干膜、掩孔干膜（和抗蚀干膜用途相似）、先进感光绝缘层。

干膜常用厚度规格有：1.2 mil、1.5 mil、2.0 mil。

干膜曝光原理：通过紫外线的针对性照射，在紫外线照射的部分树脂发生交联固化反应，形成大分子结构，根据大分子结构的和起始状态单体成分的不同性能，使用化学药水（主流水溶性干膜的脱膜方法，溶剂型干膜和剥离型干膜使用材料及方法有所不同）选择性的显影、脱膜，即得到PCB所需线路。

紫外线曝光机发出的波长为310 nm ～ 440 nm，波长的设置是和树脂中功能电子跃迁能级相匹配的。

3.2 主要工艺及反应原理

3.2.1 干膜固化原理

在UV光的能量下，具有不饱和双键的有机高分子物质相互交联固化，打开双键，生成饱和键，其固化速度可以通过光引发剂调节。反应原理见式（1）。

3.2.2 显影原理

将未曝光的小分子酯类、酸类物质通过弱碱中和或者皂化。作为强碱弱酸盐，碳酸钠常用于显影工序。反应原理见式（2）。

3.2.3 褪膜原理

使用强碱将固化的大分子酯类物质皂化溶解，强碱常用氢氧化钠或者氢氧化钾。反应原理为式（3）。

3.2.4 根据图像确定曝光区域铜箔是否保留

曝光图像分为正像图像和负像图像，内层曝光一般使用正像图像曝光方式，外层图像一般使用负像图像曝光方式，由于内层和外层使用曝光工艺的区别，对于干膜的性能要求方面稍有不同，原因是内层干膜较少和电镀药水、腿（锡）膜药水等发生关系。两种工艺分别描述如下。

内层干膜工艺流程：基板——表面处理——贴膜——曝光——显影——蚀刻——褪膜——检测AOI

外层干膜工艺流程：基板——表面处理——贴膜——曝光——显影——电镀——褪膜——蚀刻

4 干膜的生产

4.1 干膜主体树脂生产

干膜主体树脂配方：粘接剂（感光物质载体、粘粘功能提供者）、光聚合单体、引发剂、阻聚剂（防止单体热固化）、其它助剂（如增稠剂、增粘剂、色料、增塑剂等）、溶剂（丙酮或乙醇）。

工艺：先将预混或者预磨的部分材料准备好，然后将各种物料按照工艺顺序吸入反应釜，在避光的条件下搅拌均匀既可。

主要设备：反应釜、泵、热源设施、三辊机等。

4.2 涂布

主要材料有：PE膜、PET膜、干膜主体树脂。

涂布工艺为：BOPET放卷→涂布→干燥→PE复合→成品。

涂布工艺原理即为将光感树脂均匀涂布到PET载体上，烘干，贴上PE保护膜后收卷。

涂布方式有滚涂、喷涂、转移涂布、流延涂等。涂布头质量好坏决定了树脂厚度均匀性。

烘箱一般设置为桥式，也可以水平烘箱方式，但需要风托将基膜托平。

热风采用内循环方式，要求严格控制空气洁净度，一般涂布头区域净化等级要求100～1000级，其它区域要求1000～10000级。

烘走的溶剂冷凝后可以重新收集使用，也可以焚烧处理。

干膜生产工艺过程见图2。

图2 干膜涂布生产示意图

主要设备：放卷机、涂布机、烘箱、复合机、收卷机、分条机、分切机、排湿设施、净化设施、热源设施、溶剂冷凝设施等。

4.3 干膜主要性能指标举例（日立化成工业株式会社）

干膜要求性能指标较多，本文只列举日立化成公司FZ系列产品性能（表1）作为参考。

表1 日立化成工业株式会社的光致抗蚀干膜为FZ系列产品品种及主要性能

5 干膜的市场

5.1 国内外干膜市场情况

根据日本著名的市场调研公司——富士キメラ総研公司多年对世界PCB用光致抗蚀干膜市场的跟踪调查、统计数据，全世界PCB用光致抗蚀干膜在2013年达到11.72亿美元（约合人民币72亿元）的规模。我国PCB干膜使用量超过全球40%份额，总金额约30亿元人民币。2013年的世界感光干膜主要生产企业的市场份额情况如图3所示。

图3 2013年世界干膜主要生产企业及市场份额

中国大陆主要干膜供应商为：日立化成、旭化成、长兴化学、杜邦。

5.2 国内干膜生产企业情况

20世纪80年代开始，中国大陆陆续有企业进入干膜产品的生产摸索，最早有重庆东方红、无锡电影胶片厂等国企，90年代后有一批名企开始尝试组织干膜生产，但是经过20几年的发展，目前国内企业在国际国内的市场份额仍然非常小，所有国内干膜企业的销售额总和没有过亿，不及大型外资企业的5%产值。

5.3 国产干膜为什么成不了气候

国产干膜为什么成不了气候，我们分析有以下几个原因：

（1）起步晚。PCB用材料起步比国外晚，而干膜是属于PCB行业中的高端材料，比一般材料的起步难度更大、起步时间更晚。

（2）国内基膜性能差。即PET和PE膜，国内企业产品在厚度精度、清洁度、透光度等方面不尽人意，长期需要从国外进口，这样便延缓了干膜产品的开发进度并增加了成本。

（3）国内涂布设备技术水平不高。干膜涂布设备对于厚度、张力、调偏、温控、清洁度等指标要求非常严格，设备能力差之毫厘，干膜产品性能谬以千里。为了保证产品性能要求，目前主体设备还是以进口为主，但是进口设备成本高、技术支持少。

（4）资金投入大。政府对于干膜关注度少，而民营企业没有充裕资金。干膜设备、环境设施、厂房等一整套设施下来，动辄上亿，再加上流动资金，资金需求量很大，不是一般的企业可以承受得起的。

（5）管理能力缺乏。干膜对于管理要求起点很高，管理理念跟不上，就干不好干膜。

（6）树脂配方不够好。树脂是干膜的核心，没有专业的研发团队，配方就难以优化改良。

6 干膜技术发展走向

性能是应用的关键。只有性能优良的干膜，才能在PCB成像、阻焊等领域得到广泛的应用。因此，我们有必要对于干膜的技术方向展开讨论，客户端PCB产品的性能要求和操作简便是干膜技术发展的动力，可能的技术方向详细描述如下（仅作为技术探讨，不作为操作指南）：

（1）解像力提高、曝光时间宽容度大，可以制作更加精细线路（如线宽线距20 μm以下）。解决思路：干膜厚度更薄、降低树脂本身对光的散射、降低树脂厚度公差、减少PET厚度、提高PET透光率、提高干膜覆盖力。

（2）附着力及覆盖力提高、减少侧蚀。解决思路：提高粘接树脂粘接能力、提高粘接树脂褪膜性能、提高树脂柔韧性及贴合性。

（3）具有更好的耐化学药品性与耐电镀特性。解决思路：针对不同药水，选择性的使用树脂材料。

（4）膜性柔韧，塞孔特性优异。解决思路：降低树脂黏度、提高树脂柔韧性、水溶性贴膜工艺的适应性。

（5）对化学镍金药水、电镀镍金药水污染性极低。解决思路：针对不同药水，选择性使用树脂材料。

（6）曝光后颜色对比明显，便于识别。解决思路：使用颜色敏感性更好的颜料、使用变色树脂。

（7）存储温湿度要求降低。解决思路：改良热阻聚剂性能、降低树脂吸潮能力、提高树脂保湿性能。

（8）曝光速度快，生产效率高。解决思路：选择更好单体、改良引发剂。

（9）贴膜速度快、温度要求低。解决思路：改良粘接树脂性能、提高树脂对铜的润湿性能、提高树脂贴合性能。

7 结论

国内干膜市场还停留在外资一统天下的局面，四大巨头（日立、旭化成、长兴、杜邦）瓜分了中国大陆市场，内资企业步履蹒跚，远远地跟随在后。

资金投入大、科研人才缺乏、国内配套企业缺乏如中国干膜发烧友的三座大山，阻碍了国内企业探索的步伐。

可喜的是，大量外资企业在中国大陆投资后（日立化成在中国苏州/东莞、旭化成在苏州/常熟、台湾长兴在番禺/营口/昆山设有生产基地），为国内相关企业的成长起到了很好的鞭策作用，目前国内PET、PE、干膜涂布设备等技术日趋成熟，接近甚至部分产品完全可以达到印制板用干膜生产要求，国内企业的管理能力及管理人员水平也在逐步提升，为国内干膜生产企业的发展迎来了春天。

话虽如此，如果没有专业精神、创新精神，全身心投入到配方研发、工艺改良活动中，国内干膜企业仍然无法迎头赶上国外大型干膜生产企业。

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[3]滕岩. PET薄膜在干膜生产中的应用[J]. 聚酯工业, 2011,5.

[4]邓秉明, 叶代勇. 光致抗蚀干膜用水溶性丙烯酸树脂的优化合成[J]. 涂料工业, 2010,12.

Summary of market, manufacturing & technology of dry film used for PCB

LUO Xiao-yang ZHOU Hu TANG Jia-lin QIN Xian-zhi

In this paper, the importance and application of dry film are described as well as the manufacturing and technical trends. The current situation of companies in mainland is analyzed, some technical trends are also taken into discussion in the paper.

Dry Film; Application; Manufacturing; Market; Technology

TN41

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1009-0096（2014）03-0009-04