1.前处理流程(Preclean or Pretreatment):一般使用微蚀处理,也有使用磨刷+微蚀处理,其主要作用是:适度物理或者化学粗化铜面,以增加铜面与湿膜间的附着力。在铜面粗化效果监控和管理中,日常使用微蚀速率及量测铜面粗糙度Ra,Rz来满足品质要求。
2.湿膜涂布及烘干:在此介绍流程之前,需要先对湿膜成份进行说明。
2.1感光湿膜的化学组成与功用:感光湿膜只宜在无孔的内层大铜面上涂布作为抗蚀阻剂。因为内层板使用的使用的湿膜涂布很薄无盖膜,故光能要强感光且快才能避免氧气干扰,另湿膜需自动化其环境需求也比干膜更严。
2.2Binder(塑黏剂)之分类与含酸协助水溶解像:塑黏剂为成膜之骨干,可区分为(1)非感光型与(2)可感光型两类骨干,未聚合部份可被显像的弱碱钠盐所冲洗水解而溶走。
2.3Acrylates(可感光之丙烯酸单体)其用量多少之影响:单体用量多其感光虽快但聚合后却硬度不足,用量少则硬度高脆性大又导致解像与剥膜的困难,必须与用户密切配合调整配方。
感光湿膜的附着力来源有二,其一是铜面微蚀粗化的机械连锁,其二是Binder的某些官能基可与铜面形成错合反应(Complexing,需足够的静置时间)之附着力。
以上部分是对于湿膜成份及功用相关内容的介绍,接下来主要讲解湿膜涂布制程。
湿膜涂布:感光湿膜的涂布以滚涂法为主.
失效分析:Roller Coater部分影响因素之一为滚轮表面橡皮沟带墨量异常,如下左图所示,带墨量异常时易造成板面油墨不足 , 导致空气于涂刮时进入墨体内。对于滚轮带墨量的管控 , 可透过 Dial的调整及油墨添加时机进行改善。
湿膜干燥
湿膜热烘干燥后其大部分溶剂均将逸走膜厚将明显减薄.
3.湿膜曝光
曝光区膜材中之光敏剂首先吸收能量产生自由基,并迅速转给光启剂,而PI本身也会吸收光能亦可裂解成自由基。此等活化的PI会促使单体或寡体发生光聚合与交联反应而呈现固化性皮膜。曝光量以Stouffer 21 Step曝光阶段表之NO.5-8半残格见铜者为宜。
补充说明:光启剂(Photo-Initiator)与光敏剂(Photosensitiser)
由于现行UV光源其光谱之有效能峰多半集中在365nm,因而需借助光敏剂的特长最早吸收光能并首先形成自由基,然后再转给PI ,而PI本身,也可吸收光能使成为活性的PI进而再推动单体之聚合。日本业界宣称405nm的光阻对细线的解像要比365nm更好,但由于现行曝光机与产线的配合不易,目前仍未流行。
负型(Negative-Working)光阻(Photo-Resist)感光聚合之过程
感光聚合反应之机理
•光阻膜中之光敏剂首先吸收UV能量分裂为自由基并传给光启剂
•光启剂(PI)自己也会吸收UV能量进而分裂成自由基(Free Radical)
•具活性的PI会攻击单体与寡体而产生聚合反应,但需要时间去完成,故曝光后的停置时间(Hold Time)须在15分钟以上,但不可超过12小 时,以减少阻剂残足。
•反应中未感光区的单体会往感光区扩散,因而容易发生阻剂残足的烦恼。
感光后发生之聚合反应尽量减少氧气的干扰捣乱
为了产线容易分辨是否已曝光起见,刻意设计“感光褪色”(Photofugitive)与“感光增色”(Phototropic)两种颜色变化,做为防呆与避错的功用。
内层湿膜之密接式曝光应采平行光机种
通常湿膜之曝光厚度约10-15μm,所需能量高达80-120mj/cm2比厚度25-35μm干膜的45-60mj/cm2要高出一倍。为了减少微尘对平行光所造成的各种脏点起见,内层的湿膜环境必须要洁净到1000级以减少细线的缺失。
补充说明:小孔照相机原理
4.显像(Development)
显像的动作是针对未发生聚合反应的皮膜,利用弱碱而将之冲洗掉,而只在铜面上留下已聚合固化的皮膜当成阻剂(Resist) 。
5.酸性蚀刻
由于所形成的阻剂不溶于酸,故可采氯化铜或氯化铁之酸性蚀刻以成线。氯化铜槽液容易自动化管理且只要提供盐酸即可自给自足,但蚀刻因子却较差,至于氯化铁则自动化管理(Aqua)设备较贵且槽液还需外购。
常规无通孔的大型内层板,在水平喷蚀中顶面会先产生水池效应,当密线区半蚀后又出现更讨厌的水沟效应。也可利用间歇喷打(Impact)出现法去改善
氧化还原电位ORP:不管光阻是湿膜或干膜,其直接蚀刻(Print and Etch)只能采用酸性槽液以避免阻剂遭到碱溶。酸性蚀铜只有FeCl3与CuCl2两种,前者蚀刻因子虽好但却不能回收再利用且蚀铜量也不高,故业者多采CuCl2进行直接蚀刻。槽液中蓝色的Cu++扮演氧化剂,在Cl --协助下可将板面的Cu0氧化成Cu+并再到Cu++而溶入液中。然而此种可逆反应中Cu0也会把Cu++还原成Cu+而妨碍蚀刻,故需控制Cu++/Cu+之氧化还原电位(Oxidation Reduction Potential , ORP),且须超过500mv(550±50mv),其蚀刻速率才能符合量产的要求。凡ORP高时其Cu++浓度也会高,ORP太低不但蚀刻慢而且还可能产生有毒的氯气Cl2。
氯化铜蚀刻槽液的通常管理要点是:(1)ORP>500mv,(2)Temp>40℃,(3)塩酸浓度1.5-3.0N,此等条件下蚀刻速率可达25μm/min以上。
采用CuCl2槽液蚀刻者,必须搭配日商Aqua的多功能控制器对槽液进行比重,ORP,塩酸浓度(导电液),温度,Cu++浓度等参数自动管理。
6.剥膜(Stripping):湿膜之剥膜是利用强碱(NaOH,KOH;3%)针对Binder及Acrylic两者进行攻击,在水解反应中使之降解成为钠盐,强碱区还可同时攻入膜体使发生肿胀与破裂,进而又再形成碎片状剥离而得到清晰的铜线。
以上为湿膜光阻的内容介绍,如果大家有任何问题,欢迎一起交流探讨。
最后有一些曝光知识的拓展: