基本的印制电路板的照相印制使用了能形成连续胶片的感光材料,感光材料对日光或其他的光线非常灵敏,所以能进一步处理胶片的曝光(未曝光)区域,而不影响未曝光的(或曝光的)区域。这种感光材料被称为"光致抗蚀剂"。光致抗蚀剂的基本性能是正确的曝光一定能产生一种变化,在后序的操作
中这种变化能清晰的分拼曝光的和未曝光的区域。通常,在所有的光致抗蚀剂中,在溶液中的光诱导变化是其基本的操作。
光致抗蚀剂对200 -500nm 波长的紫外光非常敏感。像照相底版胶片,光致抗蚀剂的安全的可见光区域为黄色到红色波长(560 - 700nm) 之间。如图7-10所示。

光致抗蚀剂可分为湿膜(液态膜)抗蚀剂和干膜(固体膜)抗蚀剂,无论使用湿膜抗蚀剂还是干膜抗蚀剂,照相印制技术的图像转移都要应用到下面的步骤。通过适当的负片或正片使涂基板在紫外线下曝光,如果板子是双面板,双面都要曝光,以确保双面图形排列的相互匹配,特别是在板子和照相胶片上冲孔的匹配,曝光时间为数十秒到几分钟。然后,抗蚀剂显影,被抗蚀剂覆盖的板子上的铜箔被保留下来。
在使用液态抗蚀剂时,增加了两个步骤。它们是:①在抗蚀剂中添加染料,以使其在板子上可见;②在80 - 100'℃下焙烤抗蚀剂10 min ,使抗蚀剂在蚀刻之前硬化。
一 液态光致抗蚀剂(湿膜抗蚀剂)
湿膜抗蚀剂是有机液体,当它曝光于一定披长的光时,通过化学的方法改变它们在某一溶剂(显影剂)中的溶解度,可使用它们不敏化的(双组件系统)
和预先敏化的(单组件系统)形态。在确定湿膜抗蚀剂确切的化学和物理性能时,化学要素、海合比率、残余洛剂或单体标准这些因素都是非常重要的。在基板上涂覆湿膜抗蚀剂应用了下面几种技术,分别是:
1)浸洗:板子被浸到抗蚀剂中,并缓慢的取出来。通常在板子底部的覆膜比在板子顶部的厚。
2) 喷雾:通过这种技术可实现厚度较薄的涂层。多种喷雾的使用可能增加涂层厚度。双面喷雾系统可以使用适当的喷雾座涂覆两面,喷雾座还可以继续
将板子传送至干燥炉。这个系统由于过喷而浪费材料,所以没有得到普遍的使用。
3) 辑涂:辑涂通过专门的两面辐涂设备完成,这种设备直接连接到绘图系统中,无须放下板子。多基板厚度对其是没有影响的,对于大板子表面的辑涂也比较均匀。
4) 流动:把抗蚀剂放置在板子上逐渐倾斜,直到抗蚀剂覆盖整个板子为止。这种方法通常用于大面积的板子。
涂覆之后,抗蚀剂通常在80'(; 下烘烤几分钟,以使其硬化。通常,液态光致抗蚀剂很难处理。涂层厚度不均匀,镀通孔有抗蚀剂堵塞,
并且很难移除。需要对抗蚀剂图像中的针孔(污垢)进行检查,且经常需要后续的清理。液态光致抗蚀剂可分为如下几类:
1)负性抗蚀剂;
2) 正性抗蚀剂。
1.负性抗蚀剂
曝光之前,在显影剂或溶液中,负性光致抗蚀剂最初(在紫外线曝光之前)是可溶解的,但是曝光之后,它被聚合并在显影剂中变得不可溶。此时布线图一定是负片的形式。这种类型的抗蚀剂广泛应用于印制电路板的制造中。
2. 正性抗蚀剂
正性光致抗蚀剂的性能和负性光致抗蚀剂是相反的。最初它不能溶解在显影剂中,但是曝光之后,聚合部分在显影剂中变得可溶。此时布线图一定是正片的形式。这种类型抗蚀剂的使用受很大局限。
液态抗蚀剂原本是更易碎的,它们相当薄,如果草率的操作,很容易受损( Gurian 和Ivo巧, 1995) ,必须小心叠放,因为任何与工作面的接触都有可能导致表面受损,包括外来的灰尘和纤维的进入。液态抗蚀剂总是需要干净的工作环境,以防止吸引和包含污染物使产品产生缺陷产品污染物。
二 干膜光致抗蚀剂
干膜光致抗蚀剂广泛应用于印制电路板的制作中特别是专业级别的印制电路板的生产。1968 年杜邦公司把丝网印制和液体光致抗蚀剂引入到图像转移技术中,这种技术不仅被广泛的接受,而且还彻底改变了有镀通孔的专业级别的印制电路板的制作。增加的厚度、一致性和灵活的应用是干膜光致抗蚀剂的优势所在。如图7 -11 所示,当复合材料由三个不同层组成时,可使用干膜抗蚀剂。感光聚合层的厚度为17 -75μm ,以三明治状夹在聚酯薄膜层、聚烯烃薄膜层和其他层面之间。对于一些特殊的应用,印制电路板制造者在选择合适的抗蚀剂薄膜的厚度时,范围比较广泛。当板子通过层合机时,通过加热和压力把照片聚合体加在板子表面,在层压过程中,成层之前移开聚酯薄膜。聚酯保护层(薄膜)作为防止指印和外来物污染的保护层,在曝光的抗蚀剂显影之前,移除此保护层。聚酯和聚烯炬层允许干膜抗蚀剂绕成卷,其封装长度是在122 305m(400 - 1000ft) 之间。

由于干膜抗蚀剂的应用、清洁和处理比较简单,所以应用较广泛。当产品性能的状态下降到3 -4mil (75 -100μm) 以下( Gurian 和Ivory, 1995) 时,干膜抗蚀剂的技术分辨能力接近1 mil (25μm) 。
2.1 干膜抗蚀剂的处理
图7-12 显示了使用干膜抗蚀剂进行图像转移的典型工艺流程。基板表面的干膜可以是单面类型或双面类型,为了消除表面的污染物,需要对基板的表面进行适当的清洗,从而确保了薄膜与基板良好的粘接,从而使得干膜抗蚀剂的化学性能更为可靠。以下是干膜抗蚀剂处理的流程:
1)成层前的预清洗和干燥(预烘干) ;

2) 干膜压合;
3 )曝光(印制) ;
4) 显影和烘干(后烘干) ;
5) 检测和修补;
6) 脱膜。
1.预清洗(表面处理)
可使用早期讨论的表面处理技术中的任何一种方法对基板表面进行清洗。在粘接着干膜的表面,走线受油类和油脂的污染比使用湿膜更严重,因为这样的缺陷不能立即发现。同样的,过度伸展等表面缺陷也是有害的。
在表面清洗过程中,无论基板表面被钻孔还是没被钻孔,都将吸收水分或湿气。为了去除吸收的湿气,可使其放置在110 ±5'℃的烤箱中烘烤15 - 20min 。
在用烤箱烘干之前,必须彻底的移除或吹走表面和过孔中水分。此时,应该使用高容量空气蜗轮干燥机这个过程被称为预烘干过程。干燥时间随基材
等级的不同而变化,处理过的基板应贮存在干净的、没有被腐蚀的环境中。

2. 干膜压合
压合是在层合机中完成的,层合机有热橡胶滚筒和机械或气动压力设备。在清洗且干燥后的基板上,使用热的滚筒层合机涂覆干膜光致抗蚀剂,滚筒被预热到120''℃,并且在高压下完成压合(15 - 40psi 或100 - 275kPa) ,如图7 -13所示。在加热之前,隔离层自动移除。典型的涂层速度大约是1. 5m/min 。不同层合机的温度和压力不同,要根据干膜光致抗蚀剂制造者推荐设定。压合之后,用切刀把板子和连续的干膜分离开。

顶部熏气箱和加热表面之间的距离称为自由空间,它们必须达到所要求的标准。在抗蚀薄膜和基板|表面之间很小的自由空间内会导致L内部气泡的产生,内部气泡能引起电镀时金属破碎或蚀刻时的侧蚀。双面板需同时压合板子的两面。单面板的压合可通过背对背的放置两块板子,或移动具有干膜抗蚀剂的滚筒,以保持钻孔的绝对清洁。为了得到最佳结果,应小心的控制压合和曝光之间的持续时间。压合以后的干膜光致抗蚀剂应冷却10 - 15min ,以得到较好的尺寸稳定性。如果没有冷却,光致抗蚀剂就会被曝光,从而导致其尺寸性能改变,使电路图像的分辨率变化。
3. 曝光(印制)
使用干膜抗蚀剂时,完成图像转移的最普遍的曝光装置产生紫外线,其波长大约为365nm o 因此,尽管也可以使用弓形炭灯和荧光管,但是还是建议使用水银蒸气灯作为光源。在生产过程中,使用一排高压水银灯,提供6000W 的能量,这样的排列能提供光的强度。对紫外光的校准有助于提高板子的产量和可靠的图像转移。对于实验室,一个非常小的系统就足够使用了。
为布线图/敏化感光底层提供照明的光源或紫外光的平行度最终确定图像转移的保真度,并解决其最小尺寸性能。另外,一致的光线确保了从一个点到另一个点曝光的连贯性,以及显影图像中走线宽度的一致。从一致的观点看,理想的光源应该是等方性的发射器,发射器的发射面积要和成像的感光底片一样大或比它还大。印制电路板产品使用的任何光源都必须使上面两个因素和价格达到平衡。
将聚酯薄片和照相胶片(如重氮基胶片或卤化银胶片)的感光胶面对准实现曝光,然后这两种薄膜被放置在真空结构中进行表面间的密切接触。光强度、温度、感光性树脂的厚度和使用的设备类型(见图7 -14) 决定适当的曝光时间。确定必需的曝光时间、保持时间、合适的显影条件,以完成试验产品。必需的曝光程度随着胶片的类型而变化,感光性树脂制造商通常同时提供与其匹配的数据。

紫外线灯或水银蒸气灯的选择对均匀的曝光有着重要的影响。老化的灯将影响感光性树脂的聚合程度,而使用阶段式方法会使曝光得到最好的控制。涂覆在基板上的抗蚀剂曝光之后,经过一定的时间发生聚合作用,达到平衡或稳定状态。同时在聚合体厂商生产数据单的表中指定允许的最小和最大时间。
4 显影和烘干
曝光的基板稳定后开始显影,首先是剥离聚醋保护层。显影过程中,应冲洗掉未曝光的或非聚合的感光性树脂,而不影响胶片上曝光的聚合树脂。
显影时间由显影剂溶液的温度、化学性质和感光性树脂的厚度确定。在开始显影之前,必须要维持建议的化学药品和温度。如果不进行控制,显影剂就会影响抗蚀剂的聚合,导致胶片表面和侧壁的损坏。
为了确保优良的蚀刻和电镀,必须彻底移除(显影)表面未曝光的抗蚀剂。成层和显影之间的整个时间最多不应超过仙,以使显影过程中的问题最小化。通常建议使用的化学药品是0.8% - 1. 2% 的无水碳酸铀(99%的纯碱)的水溶液。如果使用其他等级的碳酸锅,必需调节使用量以避免在水中产生结晶。
在喷雾显影机中,显影水溶液容易起泡沫,通常使用消泡剂控制水沫。毫无疑问,消泡剂须要以适当的比例加入,以确保不影响聚合体。通常用丁基卡必醇或辛烯来控制泡沫,同时也加快了显影速度。
显影之后的烘烤或烘干应在85 - 95'℃,下持续10 -15min 。一定要彻底清除在显影和清洗期间由抗蚀剂和基板吸收的湿气,因为这在相当大的程度上,也有助于图形镀层的粘着。通过烘干,耐化学性也得到了提高。
5. 检测和修补
板子被烘干后应进行检测。检测应测定板子的质量及主要和次要缺陷。有缺陆的板子应被脱膜,并且重复整个制作过程。
像小针孔缺陷和各种其他次要的缺陷可通过涂覆一些清漆加以修正,这些清漆涂层不能影响后续的处理。
6. 脱膜
电镀/蚀刻后若发现板子有缺陷,应使用厂商推荐的化学药品为感光性树脂脱膜。使用的化学药品通常是20% - 30% 的无水氢氧化铀的水溶液,清洗槽的温度大约维持在50 - 60'℃。用水清洗板子之后应使用空气过滤机吹干。感光性树脂干膜抗蚀剂的处理(压合、曝光、显影)区域应该用低亮度的黄光照明,并必须和其他的处理分开进行。
2.2 优质处理区域的条件
感光性树脂薄膜(湿膜或干膜)是一种照相产品。因此,在无尘空气中进行操作减少了修补或其他重做的可能,且极大地改善了成品板的质量。下面的
测量有助于获得优良的质量:
1)处理的区域应分开,并用黄灯照明;
2) 操作的区域和设备应进行常规的清洗;
3) 建议穿着合适的防护服,例如不起毛的衣服,耐酸碱的鞋、帽子等;
4) 应控制照相板生产区域等的温度和湿度;
5) 必须从紫外线处理设备中分离出溶解的显影剂。
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