液態感光抗蝕刻油墨

林華君　黃美素

摘要:介紹一種新型的液態光致抗蝕刻油墨的組成。

關鍵詞:液態感光抗蝕刻油墨;感光樹脂;熱固樹脂;樹脂合成

隨著電子工業的飛速發展,對印制電路板(PCB)的焊接工藝和焊接質量要求越來越高,以往熱固化和紫外光固化抗蝕劑都是用絲網圖形版印刷的,但從線條的完全覆蓋性、尺寸精度等方面考慮,采用絲印圖形的方法已經不相適應。因而研究人員開發了干膜抗蝕劑,但是干膜抗蝕劑由于其本身固有的局限性已經不能完全滿足PCB的性能要求,其分辨能力在技術上雖能達到近25μm,但規模生產實際只能做到75～100μm。而電子技術的發展,已要求高密度PCB對分辨能力的前沿為≤75μm,,而且將發展到50μm,甚至更細的線條。因此迫切需要有新型的光致抗蝕劑,把分辨能力提高到更高的水平,尤其是多板的內層板制造。此外PCB價格方面的競爭也日趨激烈,,迫使PCB制造商在確保PCB質量和性能的前提下,千方百計降低PCB的制造成本。根據干膜抗蝕劑本身的結構特點,其成本很難降低,另外高密度PCB要求盡量減小焊盤面積,甚至采用“無”焊盤,干膜抗蝕劑很難適應這種要求。因此許多PCB制造者把目光轉移到液態感光抗蝕劑。

液態感光型抗蝕油墨是解決精細導線圖形制作而研制的一種油墨,俗稱濕膜。它克服了熱固型抗蝕油墨和干膜生產工藝中的一些難題,適合細導線和超細導線的生產,最細線寬可達在2.54mm為中心的兩焊盤之間形成三根導線(0.125mm)或四根導線(0.075mm),也可用于高精度的工藝品、鏤空模板、移印凹版制作之用,還可用于多層板內層精細導線的制作。它由感光樹脂、感光劑、填料、助劑、顏料和溶劑組成,油墨的解像度達50～100μm,和覆銅箔板的附著力良好,不存在干膜生產中出現界面性氣泡而引發邊緣滲鍍從而造成的導線毛刺、缺口、短路等疵病。油墨通常在安全黃色光區域范圍內操作,貯存期約為一年。液態感光抗電鍍油墨的簡要工藝操作流程如下:涂布→預烘→冷卻→曝光→顯像→固化→電鍍→去除油墨→蝕刻→后處理

液態感光抗蝕劑組份

1感光性樹脂

1.1堿溶性光固樹脂種類為了大幅度提高布線的密度,就要縮小焊盤,這就要求有高解像能力的高敏感度感光性樹脂。目前較常用的堿溶性光固樹脂有以下數種:

酚醛縮合型丙烯酸環氧樹脂與酸酐的反應生成物,此類樹脂的主要特點是制作方便,價格低廉,熱膨脹系數小,尺寸穩定,目前使用最普遍。

丙烯酸環氧樹脂與酸酐、不飽和異氰酸酯反應的混合生成物,與(1)相比,可以看出它的不飽和烯烴官能團個數較多,因而它具有光固化速度快的特點。

丙烯酸環氧樹脂與酸酐、烷基雙烯酮反應的混合生成物,此類樹脂因羧基數量較少、酸價低、顯影速度較慢,但由于COCH2CO基團的存在,此樹脂與銅箔的結合強度相當高,適合于對結合強度有特殊要求的場合。

丙烯酸環氧樹脂與酸酐、醇、TDI(二異氰酸酯)的混合反應生成物,此類樹脂對抗蝕劑中的填充粉末表面有較好的潤濕能力,便于抗蝕劑的制造。

三苯酚系環氧丙烯酸與酸酐的反應生成物,此類樹脂具有較好的耐電鍍性,除作抗蝕劑外,也可用作抗電鍍的顯影型抗蝕劑等用途。

除以上5種樹脂外,還可以在堿溶性大分子中,引入合成橡膠或長鏈烷基醚結構,以增加樹脂的可撓性或柔軟性,也可用烷基苯酚或二酸或二酰胺來部分取代丙烯酸與環氧樹脂反應,以增加樹脂的解像度,同時增加樹脂的分子量,降低其膜層表面粘性。

1.2堿溶性光固樹脂的合成方法

堿溶性光固樹脂是制備液態感光抗蝕劑的主要組分,對印料的各種性能,尤其是前烘、顯影、曝光等工藝性,附著力、硬度、光固速度起著極其重要的作用。因而確定使用哪一種堿溶性光固樹脂是印料成功的關鍵,其合成方法可簡單描述為:利用縮合或接枝等方法在一些大分子上“安裝”上一些可溶于堿性水溶液的基團(如羧基、酰胺等)以及反應活性基團(如乙烯基、丙烯基等)。根據不同的需要可以通過引入不同的堿溶性基團及反應活性基團,以達到目的。

2熱固環氧樹脂

熱固環氧樹脂是液態感光抗蝕劑的另一個主要組份,作為與感光性樹脂共用的熱固化性環氧樹脂有很多種,例如:縮水甘油類環氧化合物、多價苯酚的縮水甘油醚、多價醇的縮水甘油醚等,每個分子至少含有2個或2個以上的環氧基,其中較好的為酚醛環氧樹脂、對苯二酚縮水甘油醚等。這些化合物作為液態感光抗蝕劑中的熱固成分,顯影性良好,而且不會在焊盤上產生殘膜,不影響液態感光抗蝕劑的光固速度。用于液態感光抗蝕劑中的熱固化劑應為潛在性熱固化劑,即應當是加入后其貯存穩定性好的材料。其中有機酸酰肼、二氨基馬來酰胺較好,在常溫下和熱固化樹脂不起反應,加熱到150℃左右才能和熱固性樹脂起反應。

3活性稀釋劑

液態感光抗蝕劑的諸性能不僅與其堿溶性感光樹脂的構造、特性密切相關,在較大程度上也受到活性稀釋劑、熱固化成份的影響,特別是活性稀釋劑,通過對其添加量及選用種類的控制,可對抗蝕膜的硬度、感光速度、顯影難易及其他物理化學性能進行調整。活性稀釋劑是一種功能性單體,也是光固化阻焊劑的基本成分之一。它的作用是調節油墨的粘度、控制交聯密度、改善固化膜的物理性能。活性劑分單官能活性稀釋劑(即每個分子一個雙鍵)和多官能稀釋劑(即每個分子有幾個雙鍵)。從稀釋效果看,單官能>雙官能>多官能;光固化速度是多官能>雙官能>單官能。在實際操作中,要提高光固化速度、增加交聯度、提高硬度選用多官能稀釋劑如:三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PE2TA)等,需改善固化膜的柔韌性則選用二縮三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、已二醇二丙烯酸酯(HD2DA)等雙官能單體,為了達到較好的綜合效果,一般采用兩個或兩個以上的活性稀釋劑組合使用,其最佳比例由實驗結果來最終確定。

除了上述組份外,液態感光抗蝕劑中還須加入填料以改善絲印性,加入脫泡劑以消除氣泡,添加顏料以適應各用戶對色澤的要求。

4光引發劑

除活性稀釋劑外,決定抗蝕劑光敏度及硬化反應的光敏引發劑亦占有重要的位置,根據光化學活性的模式,可以大致分為以下兩大類:(1)均裂型引發劑(2)提氫型引發劑。

5結論和展望

總的說來,采用新一代液態抗蝕劑具有以下優點:

5.1高的細線條分辨率;

5.2能夠實現縮小焊盤或沒有焊盤的PCB設計;

5.3可做出最佳的正交矩形圖形;

5.4板面的線寬和圖形高度公差最小。

這些優點能夠實現PCB制作的高線路密度、輪廓分明的導電圖形,以及與集成電路的短連接,形成短而細的高密度區,降低線路對噪音的靈敏度和串音訊號干擾,可以制造出更輕更薄的印制電路,有效利用率高,材料費用要比干膜低得多。另外,它對覆銅板表面的平整度要求也不高,即使有刮痕,仍能被抗蝕劑充分覆蓋,而干膜則要求板面平整,否則會造成線路短路或開路,因此,采用液態光致抗蝕劑也有利于降低成本,提高成品率。