干膜光阻剂在线路板制程中是不可或缺的一种原料。近十年，随着经济的发展和科技的进步，国内外的曝光设备均出现了较大的发展。与此同时，国内外的干膜生产厂商也根据设备的升级对相关干膜配方进行了匹配升级改进。近些年，各个企业都在向着减排节能的绿色生产模式转变。从下游线路板生产厂商处了解到，LDI曝光机在逐渐替代传统的高压汞灯。LDI曝光机在节能的同时还可以降低能耗，提高生产效率等方面的优势［3］。尤其是到了2019年，随着国内LDI曝光机的发展，越来越多的LDI曝光机投入到了实际的线路板生产线使用。本公司密切结合市场的需求，自主研发了适用于LDI曝光机的LDI干膜光阻剂。在兼顾不同类型的LDI曝光机的同时，也改善了干膜本身的耐电镀性。
引言
随着科技和电子工业的发展，各类通讯设备呈现越来越小的趋势。电器元件也实现了体积越来越小的改变。其中，线路板的变小和多层积压技术实现了线路板质的飞越［1］。线路板也越来越多地被应用到人民生活生产的各个方面，线路板的生产量每年都在增长。生产效率也在逐年提升，LDI曝光机的大面积使用又进一步提高了线路板制造的生产效率。LDI曝光机的使用，传统干膜尤其是在405nm的LDI曝光机上往往表现的不好。传统UV型干膜一般情况下曝光速度较慢，在加上引发体系和LDI曝光机的兼容性不好，导致传统干膜在LDI曝光机上使用时，表现不出干膜本来的性能。LDI干膜相比较传统型的UV干膜，曝光速度更快，解析能力和附着力都有更高的要求。由于其曝光速度过快，往往在电镀工艺制作线路板时，尤其是在制作细线路时，往往出现渗镀的现象。珠海市能动科技光学有限公司研发中心研发人员，在均衡了配方中各种物料的情况下，发现一种改性的丙烯酸树脂可以很好地提高LDI干膜本身的耐电镀性能。
1 苯乙烯-马来酸酐共聚物在LDI干膜中的应用
1.1 苯乙烯-马来酸酐共聚物的介绍
苯乙烯-马来酸酐共聚物又叫SMA树脂，是由苯乙烯和马来酸酐共聚得来的线性高分子化合物。SMA树脂结构特殊（见图1），又具有一定碱溶性。通过调整苯乙烯和马来酸酐的比例以及合成工艺的优化，筛选出了适用于本公司LDI干膜用的分子量和架构配比。用来部分替换原本配方中的线性丙烯酸树脂。可明显提高干膜的耐镀性。
图1：SMA树脂结构
1.2 SMA树脂的应用方案
实验思路，因SMA树脂亦属于线性丙烯酸树脂，故使用其替代部分配方中原有的主体树脂。表格一中列出实验中有代表性的方案。
表1：SMA树脂替代性实验方案
|
序号 |
方案序号 |
SMA |
原主体树脂 |
|
1 |
对比样 |
0% |
50% |
|
2 |
方案一 |
2% |
48% |
|
3 |
方案二 |
5% |
45% |
|
4 |
方案三 |
10% |
40% |
|
5 |
方案四 |
15% |
35% |
注：表1中的百分比均为质量比，以树脂固含计；
1.3 干膜性能数据记录
按照以上方案，配置好胶液，使用涂布仪把胶液涂敷在PET薄膜上，调整涂布仪，确保烘干后光阻剂层的厚度在38~40μm。烘干后贴在预先准备好的铜板上，在平行光曝光机上曝光，曝光后在1.0%碳酸钠溶液中显影，显影后在清水中冲洗干净并在40℃的热风下烘干［2］，读取数据。
表2：显影后数据对比
|
序号 |
方案序号 |
解析度μm |
附着力μm |
曝光能量 |
曝光尺 |
|
1 |
对比样 |
35 |
30 |
15mj/cm² |
7 |
|
2 |
方案一 |
35 |
30 |
15mj/cm² |
7 |
|
3 |
方案二 |
35 |
30 |
15mj/cm² |
7 |
|
4 |
方案三 |
35 |
25 |
15mj/cm² |
7 |
|
5 |
方案四 |
35 |
25 |
15mj/cm² |
7 |
注：曝光尺为21阶曝光尺；以上数据为实验室数据；
1.4 电镀铜实验数据记录
为测试SMA树脂对提升LDI干膜抗电镀性能的帮助，实验室条件下，选择线宽线距(L/S)为63.5/63.5μm，75/75μm和100/100μm三种线路类型L/S测试。电镀液配液成份和测试结果见表3 和表4。
表3 电镀液配液成份：
|
名称 |
设定值 |
控制范围 |
|
硫酸铜(CuSO4·5H2O) |
75g/l |
60-90g/l |
|
硫酸 (密度：1.84) |
110ml/l |
100-120ml/l |
|
氯离子 |
75ppm |
40-80ppm |
|
镀铜承载剂 |
10ml/l |
5-15ml/l |
|
镀铜光亮剂 |
0.3ml/l |
0.2-0.4ml/l |
|
温度 |
24℃ |
22-26℃ |
|
阴极电流密度 |
20ASF |
15-30ASF |
表4：镀铜后渗铜点记录
|
序号 |
方案序号 |
镀铜厚度 |
63.5/63.5μm |
75/75μm |
100/100μm |
|
|
1 |
对比样 |
25.2μm |
6 |
4 |
3 |
|
|
2 |
方案一 |
25.3μm |
5 |
5 |
2 |
|
|
3 |
方案二 |
25.7μm |
1 |
0 |
0 |
|
|
4 |
方案三 |
25.5μm |
0 |
0 |
0 |
|
|
5 |
方案四 |
26.1μm |
1 |
0 |
0 |
|
1.5 电镀锡实验数据记录
把1.4镀铜后的板进行镀锡测试。电镀锡药水配比和实验结果见表5和表6。
表5 电镀锡药水配比：
|
项目 |
控制范围 |
最佳值 |
|
二价锡 |
14-20g/l |
17g/l |
|
硫酸 |
90-110ml/l |
100ml/l |
|
镀锡添加剂 |
5-15ml/l |
10ml/l |
|
镀锡湿润剂 |
100-160ml/l |
130ml/l |
|
温度 |
20-25℃ |
23℃ |
|
阳阴极面积比 |
2:1 |
|
|
阴极电流密度 |
0.5-2.5A/dm2 |
|
|
阴极搅拌 |
强烈的槽液运动或阴极移动 |
表6：镀锡后渗锡点记录
|
序号 |
方案序号 |
镀锡厚度 |
63.5/63.5μm |
75/75μm |
100/100μm |
|
1 |
对比样 |
6.5μm |
5 |
1 |
0 |
|
2 |
方案一 |
6.3μm |
3 |
2 |
1 |
|
3 |
方案二 |
6.4μm |
10 |
0 |
0 |
|
4 |
方案三 |
6.6μm |
0 |
0 |
0 |
|
5 |
方案四 |
6.5μm |
0 |
0 |
0 |
2 SMA树脂在LDI干膜中的应用优势
因SMA树脂特殊的结构，以及可以对SMA树脂进行嵌段设计，会使SMA树脂呈现多种性能，可以有效地提升LDI干膜的抗电镀性能。
2.1 干膜耐酸性比较(Film-A 竞品干膜；LDI-X能动干膜;厚度均为1.5mil，见图2)
2.2 干膜填覆凹坑能力比较（见图3）
左： LDI-X能动干膜 12μm；右：Film-A 9μm
LDI-X能动干膜能够有效填覆凹坑深度达12μm，而竞品Film-A 填覆凹坑深度仅9μm，两款干膜厚度均为1.5mil。
2.3 样品完成电镀锡和SES后SEM图像见图4
左： L/S=12/2.5mil(with Sn)；右：L/S=12/2.5mil(after SES)
电镀完成锡面光滑，无渗镀发生；完成SES后线宽线距正常，无狗牙现象发生。
2.4 Foaming & Sludge，见表7
表7 ：Foaming & Sludge 对比
|
LDI-X能动干膜 |
Film-A |
|
|
Sludge(wt%) |
3.0 |
5.2 |
|
Foaming(cm) |
＜1 |
2.5 |
采用独特的干净配方，对显影槽的污染极小，有效减少线路不良的发生几率，节省人工和洗槽成本。
参考文献
［1］日立化成．光敏树脂组合物、使用光敏树脂组合物的感光性元件、蚀刻图形的制法及印刷线路板的制法. CN00804533.X, 2002年3月27
［2］旭化成电子材料元件株式会社.感光性树脂组合物及其用途.日本:03805765.4,2015年7月20日
［3］联合兄弟装备科技有限责任公司.国内激光直接成像(LDI)技术发展和市场状况 .作者：张国龙 马迪《印制电路信息》2011 No.8
作者：杜永杰、张卫国 珠海市能动科技光学产业有限公司
更多内容请点击在线查看。
