濕膜的應(yīng)用分析

光成像抗蝕抗電鍍油墨，簡稱濕膜，自九十年代初在我國試制成功，并推向市場。現(xiàn)已經(jīng)廣泛用于電路板行業(yè)中，且發(fā)展勢頭很大。濕膜是專門為電路板制圖形掩膜和電鍍圖形掩膜所研制的油墨，憑著它的良好的耐酸性蝕刻、耐堿性蝕刻和耐電鍍的特性和優(yōu)良的分辨率，其應(yīng)用范圍廣泛。因它有良好的分辨率，在制造柵網(wǎng)和螺旋線時(shí)它能輕松獲得0．012mm寬的精細(xì)線條(已形成大批量生產(chǎn))，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電路板制造細(xì)線條0．06mm寬度。當(dāng)用于鈦金、標(biāo)牌、面板的掩膜時(shí)，又能耐以氟硼酸為主的溶液的攻擊，成為首選的掩膜，且價(jià)格便宜。
　　1、濕膜的耐蝕性和用于多種掩膜
　　1.1耐多種酸性蝕刻液
　　濕膜的突出一點(diǎn)就是耐多種酸性蝕刻液：酸性氯化銅蝕液、三氯化鐵蝕刻液、硝酸系列蝕刻液、硫酸雙氧水蝕刻液。這些蝕刻液除用于電路板的蝕刻液外，有的還用于鋼鐵、不銹鋼、鋁標(biāo)牌、面板的蝕刻。
　　1.1.1耐堿性蝕刻液
　　在雙面板及多層板的外層蝕刻時(shí)均以鍍層做為抗蝕層，而蝕刻液為堿性氯化銅蝕刻液。在多層板的內(nèi)層生產(chǎn)中，多以濕膜做掩膜制造圖型。因銅層較厚，而濕膜在一定條件下完全能耐堿性氯化銅蝕刻液蝕刻，樣不僅節(jié)省了一臺(tái)設(shè)備（酸性蝕刻機(jī)），減少了生產(chǎn)面積，省去了輔助設(shè)備（再生裝置）和蝕刻液的調(diào)整與維護(hù)，也減少了污染。
　　1.2用于標(biāo)牌面板的掩膜
　　近幾年來濕膜又普遍用于標(biāo)牌、面板、金屬畫、濾網(wǎng)、柵網(wǎng)、集成電路框架的掩膜。過去制造這些產(chǎn)品的掩膜都是以重鉻酸鹽為感光劑的骨膠和聚乙烯醇。根據(jù)感光理論：感光的部分產(chǎn)生交聯(lián)變?yōu)槿齼r(jià)鉻，成為所需的圖型留在板面上；而未感光的部分顯影后被水沖走的都是六價(jià)鉻。現(xiàn)在用濕膜代替不僅縮短了生產(chǎn)周期，避免了六價(jià)鉻的排放，為環(huán)保立了大功，也消除了對操作工人的毒害。今年四月在江陰召開的全國標(biāo)牌技術(shù)座談會(huì)上，到會(huì)的廠長及各位代表對此呼聲很高。一家濕膜制造商在會(huì)上發(fā)放了約30戶樣品，銷售火爆。看來結(jié)束以重鉻酸鹽以感劑的時(shí)刻已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。
　　1.3用于模具制造的掩膜
　　濕膜有良好的耐蝕性并非表現(xiàn)在電路板的直接蝕刻，因?yàn)橐话愕姆筱~厚度在18um、35um或者更薄。最突出的還是用于壓輥模具制造的掩膜（壓輥模具用于皮革、織物、塑料和紙張的壓花等）蝕刻深度在0.2～0.4mm，用硝酸蝕刻的設(shè)備（材質(zhì)以45＃鋼、工具鋼較多）。蝕刻方式均按壓輥?zhàn)赞D(zhuǎn)浸入法，時(shí)間約5～10分鐘，用于大規(guī)模集成電路框架的蝕刻大都用于三氯化鐵溫度40～45℃，時(shí)間4～6分鐘不等（材料：鐵鎳合金，厚0.4～0.2mm）雙面蝕刻。
　　1.4用于電蝕刻的掩膜
　　在標(biāo)牌、面板的蝕刻中，廢液的處理和排放是個(gè)大問題，在無條件回首和處理廢蝕刻液的小城市更為突出。近幾年來風(fēng)靡全行業(yè)的電蝕刻（也稱電解蝕刻）工藝解決了這一難題。花上幾千元就可以購買一臺(tái)設(shè)備，這是因?yàn)殡娢g刻液為無污染的蝕刻液，因此也就無需解決蝕刻液的處理和排放。但是用于電蝕刻的掩膜，是用自動(dòng)刻字機(jī)預(yù)先刻出不干膠圖型，然后再轉(zhuǎn)貼到被蝕刻的表面進(jìn)行電蝕刻，這樣就限制了成批生產(chǎn)（成批成本太高）而細(xì)小的字及較精細(xì)復(fù)雜的圖案無法加工，改使用濕膜后，無論是單件還是大批量，無論圖案復(fù)雜精細(xì)與否。均能操作自如。另外，濕膜用于陽紋圖案（即圖型凸出）的大面積蝕刻的標(biāo)牌面板更能顯示出它的優(yōu)良性能：底面平整，側(cè)蝕較小。
　　2、較高的分辨率
　　突出的另一優(yōu)點(diǎn)是有較高的分辨率，從而為電路板加工細(xì)線，和精美金屬畫創(chuàng)造了條件。從經(jīng)濟(jì)價(jià)值上沒有那一種掩膜能和它相比。用單面板的直接蝕刻（包括多層板的內(nèi)層）時(shí)能輕松地做出2mil的線寬和線間。這些數(shù)據(jù)是在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中獲得而不是試驗(yàn)和樣品。
　　近幾年在我所能接觸的產(chǎn)品中柵網(wǎng)的制造世最突出的一例：材料為不銹鋼或鐵鎳合金，厚度為0.02～0.05mm，用濕膜做為掩膜，蝕刻后鏤空的線粗為0.015～0.012mm。另外在金屬畫的制造中也能按層次版制造，其產(chǎn)品精美具有收藏價(jià)值。現(xiàn)在剃須刀的網(wǎng)罩、過濾網(wǎng)、隔音板、金屬名片的制作……均以濕膜為掩膜。
　　3、抗電鍍性質(zhì)
　　在雙面和多層板升層的圖型電鍍掩膜，越來越多的廠家由用干膜轉(zhuǎn)為濕膜。隨著科技的進(jìn)步和環(huán)保的要求，嚴(yán)禁氟化物的排放已經(jīng)提到日程上來，原來的鍍錫鉛溶液因含氟化物，不僅污染水源還影響操作者的健康，為此改為不含氟化物的鍍純錫勢在必行。目前，已有許多廠家改用鍍純錫，生產(chǎn)實(shí)踐證明濕膜做為鍍純錫的掩膜已經(jīng)被電路板行業(yè)認(rèn)可。另外它做為二次銅鎳金、錫鉛（仍有部分廠家采用）的電鍍掩膜一直在工藝制程中應(yīng)用。
　　3.1用于標(biāo)牌的電鍍
　　它的抗電鍍性能為標(biāo)牌和面板的制造增加了新的加工手段和新的品種。利用其良好的耐蝕刻和抗電鍍性能同時(shí)用在標(biāo)牌、面板取得了良好的效果，如在銅板上鍍黑鎳的蝕刻面板或標(biāo)牌。
　　其流程為：蝕刻凸圖型→鍍黑鎳→去膜→保護(hù)銅面。這樣字和圖型維凸出的金色、底為黑色鍍層的標(biāo)牌或面板就完成了，其效果 美觀大方，有突出的特色，實(shí)為精品（也可做出凹下為金色其余板面為黑色）。
　　良好的抗電鍍性能還應(yīng)用在高檔標(biāo)牌的鍍金。北京某研究所的牌子就是鍍金，始終保持著光亮的本色。選擇鍍金是標(biāo)牌行為制造高檔標(biāo)牌的手段，其效果美觀成本卻不高。
　　4、濕膜的選擇
　　4.1選擇的首要條件是環(huán)保型的濕膜
　　在諸多的濕膜品牌中，如何選擇適于自己產(chǎn)品的濕膜是使用中的主要問題。這就要根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)來選擇，在同種產(chǎn)品中其性能未必相同，但首要的條件是選擇低毒、無毒或污染較小的濕膜、雖是首要條件但難度較大，因在諸多的品牌中大都含有苯、醚或大量的有機(jī)溶劑已經(jīng)對環(huán)境造成污染。有的廠商在標(biāo)貼上明文告之有機(jī)溶劑的名稱和含量，但也有相當(dāng)數(shù)量的品牌為低毒型的或正在向低毒邁進(jìn)的濕膜。可是大量稀釋劑的使用（有機(jī)溶劑）不可小視。第二個(gè)條件就是價(jià)格和質(zhì)量性能的統(tǒng)一。
　　4.2用于單面、內(nèi)層的電路板、標(biāo)牌面板的濕膜選擇（用于直接蝕刻）用于直接蝕刻的掩膜一定是選擇有較好的流平性即不論網(wǎng)印或滾涂，在板面上能迅速流平。因?yàn)槭怯糜谥苯游g刻其涂布厚度大約在5～10um。有的廠商用加稀釋劑擴(kuò)大涂布面積（隨之降低成本），按常規(guī)濕膜加稀釋劑的量不應(yīng)超過總量的5％，因產(chǎn)品不同使用者經(jīng)常加入量由10％～25％不等，其涂布面積由原來的20～25㎡擴(kuò)大至25~30㎡不等，厚度也可大概降至4～7un。
　　4.2.1稀釋添加的控制
　　稀釋劑最好是原濕膜廠商提供（也可選擇環(huán)保或低毒型）。如果稀釋劑加的太多將產(chǎn)生曝光能量的下降或抗蝕刻性能的下降。尤其用于滾涂時(shí)輥?zhàn)拥牟蹨喜煌ㄓ械臒o槽溝）加入的稀釋劑也各異，也可根據(jù)產(chǎn)品的不同適量添加。
　　稀釋攪拌時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣泡，這是攪拌的原因。攪拌時(shí)應(yīng)沿一個(gè)方向，若正反混用，按流體力學(xué)理論，流動(dòng)的液體遇到反作用力將產(chǎn)生漩渦，于是便出現(xiàn)氣泡。正常情況下氣泡應(yīng)在網(wǎng)印后40秒內(nèi)消失。若靜10分鐘仍未消失這可能是濕膜本身有問題或者稀釋劑添加不當(dāng)。
　　4.2.2濕膜的細(xì)度
　　按常規(guī)油墨商的說明書上標(biāo)細(xì)度為小于5um。這種細(xì)度用于一般線條和網(wǎng)點(diǎn)地掩膜是可行的，但用于細(xì)線和細(xì)網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，上述的細(xì)度就較為勉強(qiáng)。顯影后線條和網(wǎng)點(diǎn)的邊緣會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的毛刺。在這種情況下我們就應(yīng)選擇2.5um～3.0um的細(xì)度。為了操作方便可購細(xì)度計(jì)對所購的濕膜進(jìn)行檢測是非常必要的。
　　4.2.3稀釋劑的選擇
　　前面談過最好選用濕膜配套的稀釋劑，而市面所出售的稀釋劑大都含有醚類和苯的碳?xì)浠衔铮詈貌挥没蛘呱儆谩衲な羌疷V感光和熱固為一體的成膜物，含有一定量的溶劑。這些溶劑不僅有嗅味而且毒性較大（根據(jù)不同品牌不同溶劑而言），嚴(yán)重地危害工人健康和周圍環(huán)境。早在上世紀(jì)八十年代德國統(tǒng)計(jì)，每年用涂料和油墨的溶劑高達(dá)40噸。美國、瑞典等國也立法嚴(yán)格限制有機(jī)溶劑的加入，并規(guī)定：油墨及涂料含苯的碳?xì)浠衔锊坏酶哂?%。
　　我國在《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》也規(guī)定在操作間甲苯、甲醛、苯及苯的同系物在1m內(nèi)的最高允許值。隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在地操作間有很大改善，通風(fēng)送風(fēng)室內(nèi)空氣新鮮，但是最根本的問題是請研究部門或?qū)＜覀冄芯块_發(fā)無毒或低毒的濕膜，其體系的改進(jìn)是唯一的出路。
　　5、用于抗電鍍的濕膜選擇
　　首先應(yīng)滿足雙面板的圖型電鍍及多層板升層的圖型電鍍，以及標(biāo)牌面板和裝飾性較強(qiáng)的金屬畫的電鍍。
　　5.1良好的觸變性
　　用于雙面板及多層板升層的圖型電鍍的濕膜選擇較為嚴(yán)格。首先是濕膜應(yīng)有良好的觸變性和所規(guī)定的粘度。在網(wǎng)印時(shí)隨著潤量（即在網(wǎng)印前為使?jié)衲つ軡?網(wǎng)版，在承印物上放一張干凈白紙，刮印幾次在紙上；正式印時(shí)將紙掰掉）次數(shù)的增加，逐感油墨變稀，而印在承印物上且流延較小，保持著油墨的厚度，從而杜絕了濕膜流入孔內(nèi)，顯示出良好的觸變性。
　　5.2耐顯影性
　　它的耐顯影性應(yīng)表現(xiàn)在規(guī)定的范圍內(nèi)有較大的寬容度。在規(guī)定和正確的曝光條件下，線孔邊或焊盤上的濕膜被顯掉后圖型的線條不能變粗或變細(xì)。不能有殘膜。
　　5.3良好的耐電鍍性
　　首先能抗擊電鍍前的酸性或堿性去油液，能耐鍍銅、錫鉛、鎳金、純錫（包括鍍黑錫），應(yīng)不起皮、濕膜不褪色（不能污染藥液）、不滲透、不脫落（前面有部分?jǐn)⑹觯Ｔ谝?guī)定的工藝條件內(nèi)褪膜較易。
　　5.4對濕膜成分中固體含量的要求
　　用于抗電鍍的濕膜，其固體含量應(yīng)保持在70％～75％，在使用中不能加稀釋劑。如果粘度較大，可用攪拌或用粗網(wǎng)印刷便可解決。
　　5.4.1濕膜的固體含量、厚度和鍍層關(guān)系
　　雙面板和多層板的升層在圖型電鍍時(shí)均進(jìn)行：二次鍍銅、鍍純錫（或鉛錫或鎳金）。孔壁和表面的鍍層要增加標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的0.015～0.025mm，那么耐電鍍的濕膜也應(yīng)達(dá)到或近似這個(gè)厚度（指干燥后）。如果膜層很薄，鍍層將會(huì)出現(xiàn)突沿（也稱壓邊），去膜后線條的兩側(cè)將會(huì)有一條極細(xì)的濕膜被鍍層壓住，蝕刻后將會(huì)出現(xiàn)邊緣不整齊，達(dá)不到陡直的效果，嚴(yán)重時(shí)造成報(bào)廢。
　　如果固體含量低，無論用何種方法一次無法印出所需厚度，也會(huì)出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，給下道工序帶來麻煩。
　　5.4.2滿足厚度的必要條件和測算
　　為滿足電鍍時(shí)所要求的濕膜厚度，進(jìn)行網(wǎng)目的選擇是非常必要的。從絲網(wǎng)的材質(zhì)上應(yīng)選擇尼龍絲網(wǎng)，因?yàn)樗辛畠r(jià)、較小的摩擦系數(shù)、良好的透墨性和平滑性，這在手工印刷時(shí)操作者省力，且獲得較多的透墨率。網(wǎng)印時(shí)影響濕膜厚度的因素很多，有兩個(gè)恒量：絲網(wǎng)厚度和濕膜的固體含量。變量有：刮板硬度、刮印時(shí)刮板和承印物的角度、刮板壓力的大小、刮印的次數(shù)、刮印度速度。這里提供一個(gè)計(jì)算公式參加：Ft·S
　　公式中Ft為絲網(wǎng)厚度，S為固體含量。其實(shí)，F(xiàn)t·S也只是膜厚的理論值，但有關(guān)資料所提供的數(shù)據(jù)同本公式出入較大：即刮印一次留在承印物上的濕膜僅有網(wǎng)厚的25～30％，準(zhǔn)確地計(jì)算必須考慮以上的五條變量因素。許多資料也列表提供使用不同網(wǎng)目數(shù)所印出的不同厚度。實(shí)踐表明：隨著網(wǎng)數(shù)的減少而印的漸厚，但同所標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)相差較大。所以，也只能按自己的產(chǎn)品要求的膜厚選擇絲網(wǎng)，并認(rèn)真地將五個(gè)變量考慮進(jìn)去，才能算出較準(zhǔn)確的膜厚。
　　6、濕膜在使用中的缺陷：氧的阻聚
　　在濕膜曝光時(shí)，氧的阻聚能使光化交聯(lián)速度減慢直至阻止，嚴(yán)重時(shí)還能使膜面發(fā)粘。氧的阻聚有兩個(gè)方面：一是對引發(fā)劑的影響，可是激發(fā)狀態(tài)下的光敏劑猝降，降低了引發(fā)劑的效率。二是在聚合過程中有阻聚作用。
　　6.1調(diào)整濕膜配方降低氧的阻聚
　　為了躲避氧的干擾，使?jié)衲ぴ陉柟庀马樌瓿删酆希湍圃焐毯蛯＜覀冞M(jìn)行了長期的探索和實(shí)踐，找出了許多方法：如在濕膜配方中選擇理想的光敏引發(fā)體系，使氧和固化體系隔離；提高光敏引發(fā)劑的濃度；選擇合適的樹脂等。這些方法雖然收到了一定的成效，但也只是最大程度上減少了氧的干擾，這種干擾在制造一般圖型時(shí)可以不考慮，然而在制造細(xì)線或精細(xì)的圖型時(shí)就必須認(rèn)真去克服，否則達(dá)不到預(yù)期的效果（指制造2mil的細(xì)線和網(wǎng)點(diǎn)）
　　6.2光能量的計(jì)算和實(shí)例：
　　公式： E＝I·T
　　其中I=光強(qiáng)，用mv/㎝表示
　　T＝時(shí)間，用秒為單位，
　　E＝光能量，用mj/cm表示
　　例：我們測算一曝光機(jī)的光強(qiáng)為10mv/cm，選用曝光時(shí)間為10秒：
　　共光能量E＝I·T＝10·10＝100mj/cm
　　同樣測得另一臺(tái)曝光機(jī)的光強(qiáng)為5mv/cm，選用曝光時(shí)間20秒也能獲得100 mj/cm的光能量。但是經(jīng)過曝光顯影后用100×的放大鏡觀察，后者線條變粗（陽紋）、變細(xì)（陰紋），嚴(yán)重時(shí)顯影困難。因?yàn)闈衲さ纳蠈邮躑V光照射后很快產(chǎn)生交聯(lián)，但后者因強(qiáng)度較小UV光不低瞬間射入底部，這時(shí)氧從非曝光區(qū)進(jìn)入缺氧的曝光區(qū)，因時(shí)間的加長及光的擴(kuò)散，部分交聯(lián)和聚合不能及時(shí)完成，氧停留在曝光區(qū)及周圍。此現(xiàn)象多發(fā)生在用濕膜較厚的產(chǎn)品，如模具，或分辨率較高的產(chǎn)品柵網(wǎng)等。雙面板及多層板升層細(xì)線的圖型制造也在此范疇。
　　6.3在曝光工序中降低氧的阻聚
　　另外一個(gè)解決辦法就是在曝光的工序中去考慮，如上所述解決的辦法就是增加曝光強(qiáng)度相對地縮短曝光時(shí)間，短時(shí)間內(nèi)溶解氧的速度快于氧擴(kuò)散進(jìn)入曝光區(qū)的速度，也就是在非曝光區(qū)的氧還未進(jìn)入曝光區(qū)時(shí)已經(jīng)完成了整個(gè)曝光程序，UV光能迅速地射入濕膜的底部完成聚合和交聯(lián)。