一、细线与湿膜

      由于干膜光阻本身的平均厚度在1.0~1.5mil之间，即使封装用精密金属脚  架（Lead Frame，业界称导线架）之抗蚀刻者，其厚度也薄不到哪去而在  0.5~0.6mil(12-15μm)左右(单价自然贵了很多)。对水平输送蚀刻之上板面而 言，一定会造成细密线区的“水沟效应”（Puddle Effect，大面积时可译为水池  效应）。使得所喷射新鲜蚀刻液的强力水点，打不到待蚀的铜面，而且连空气中的“氧气”也被阻隔。蚀刻中“氧气”的角色，是协同药液将金属铜（CU0）氧化成可水溶的蓝色铜离子（Cu++），抽风正是氧气输送的重要管道，赶走臭味只是一般外行者所仅知的另一种用途而已。

    氧化力减弱蚀刻未辙底，将造成线底雨侧伸出之残足，成为细线工程的一大隐优。至于另一种半氧化中间态的Cu+亚铜离子则很难水溶，经常会附着在线路腰部流速不高冲刷较弱的侧壁上，此种效果却可当成意外的护岸剂（Banking Agent），使得不良侧蚀（Undercut，大陆称为掏蚀）也因而减低。

    为了降低水沟效应减少侧蚀兴残足等不良效果起见，4mil以下的细线应尽可能将待蚀刻的铜层逼薄，同时也还应将抗蚀阻剂的厚度降低。如此，除可避免积水而方便氧气进入外，还可加速新鲜药液更换的频率，有效的排除废铜液，迫使Z轴方向的扩散层（Diffusion layer）尽量薄化，以增快正蚀（下蚀）减缓侧掏，再往细线密距品质更好的境界努力。以减少后续离子迁移（Migration）绝缘不足的漏电（Dendrite）行为，而令讯号完整性的品质得以再形提升·

  图1. 水平输送中,垂直打击待蚀区的向下水箭,会在水沟效应中产生涡流造成侧蚀。但扩散层中所暂时出现的Cu+难溶物（黑色皮膜），却可在侧壁处当成护岸剂。一旦水沟淹满及新旧液的交换不易时，难免会妨碍沟底正蚀的进行。幸好水平行进朝下的板面，将不会发生水沟效应。

    湿膜光阻干燥后的平均厚度约为11μm（0.3mil），在水沟效应之不利方面还软干膜光阻为低。近年来在湿膜业者们对配方不断的努力下，其针孔，沾底片，沾板面，与解像（Resolution）不佳等缺失已逐渐改进。由于没有较厚的直立侧壁，故除了二次铜等“线路电镀”（Pattern Process）与盖孔制程之外层板场合无法施展外，其余各种传统内层板的酸性蚀刻均可派上用场。

二、光阻剂之分类

      光阻（Photo-Resist）可区分为“感光分解”式的正型（Positive－Working）光阻，与“感光聚合”式的负型（Negative Working）光阻两大类。其之所以如此称呼的原因，是与其在显像液中的溶解度（Solubility）有关。也就是当板子铜面上的光阻剂（干膜或湿膜），继底片贴合与曝光后，其已局部感光的阻剂区，若在后续显像液（Developing－Solution）中出现溶解度（Solubility）增加者（即表已遭到分解），其溶解度曲线会呈上升态势，故称之为正型：反之已感光之部分区域，若其溶解度反而下降时（即表已完成聚合），则称之为负型。电路板业几乎全数采用较便宜的负型干膜或湿膜光阻、半道体业则一律使用高单价品质更好的正型液态光阻。

  图2.光阻剂完成曝光后，在后续显像液中溶解度增加者称为正型光阻，溶解度降低者称为负型光阻。

    此等正负不同性质的两大类光阻剂，按其配方与感光反应的原理不同，又可再细分如下：

2.l负型自由基式光阻（Negative Free-Radical Resist）

      此类感光聚合（Photopolymarizing）式光阻其反应之进行，是首先由配方中的感光起始剂（Photoinitiator，简称为PI）所发动。当此物吸收到紫外光的能量后，本身立即分解成为“主要自由基”。随后配方中的光敏剂（Sensitizer，简称为ITX）也因吸收光能而裂解成为“转能自由基”（Energy Transfer），可将能量转给启始剂又再次形成额外的“主要自由基”。之后，主要自由基即分别与单体（Monomer）与中体（Oligomer）等进行交联(Crosslinkage)反应，而成为聚合体（Polymer），现以简式与示意图表达如下：

      图3.负型光型光阻剂中的单体或中体，与主要自由基进行交联反应后形成聚体（聚合物）之示意图

    实务上，阻剂配方业者都是购买大型化工公司之感光单体，再自行合成为中体后，才进行精密的商品配方作业。以下即为湿膜成线三大主要制程站之图标说明。

图4.以上三大站反应之示意图分别说明此为负型自由基式湿膜光阻(LPI)之曝光（Exposure）显像（Developing）及剥膜等机理（Mechanism）。本自由基类全树脂型的LPI，是目前垂直涂布与水平涂布量产线上的主流耗材物料

2.2负型阳离子式光阻剂（Negative Cationic Resist）

此系配方中含可感光成酸之“感光成酸剂”（Photo－Acid Generator，简称PAG感光后会产生H+）所形成的酸份会在阻剂形体内四处移动，并于加热情况中促使两种聚合物，各以其多处反应位点（Sites）进行交联。

现以三个反应式表达如下：

图5.上三式系在说明负型阳离子式光阻剂的反应过程。后二式中其含氮聚合物之分子中，共有六个氧原子都是反应基点之所在。

2.3正型DNQ式光阻剂

  此类湿膜光阻剂多用于半导体晶圆之制造，其阻剂成分中含有可感光而产生活性的化合物（Photoactive Compound；PAC），是一种称为DNQ（Diazo-Naptho-Quinone）的有机化合物，再搭配酚醛类（Novolac）式黏结剂（Binder），即可进行局部区域之感光分解反应。未感光不分解者将成为局部性阻剂。由于这些精致化学品的价格很高，故只能用于获利较多的半导体产业。

事实上碱性显像液（Developer）对酚醛类而言，原本就具有少许程度的溶解度，但经混入了DNQ之后却几乎不再溶解。不过当局部感光区域再受到紫外光能量的刺激后，却又可全部溶解于碱性显像液中。所留下未感光不分解的部分，则仍附着于晶圆上被当成阻剂。下两图即说明其解像过程。

图6.左为具光活性有机物DNQ之感光反应；右为DNQ再加上酚醛后虽使其溶解度暂行降低，但感光反应后溶解度却反而增大。箭头所指者即为该正型光阻之分解过程。

2.4正型阳离子式光阻剂（Positive Cationic Resist）

由于上述正型DNQ式光阻剂，对远紫外光(Deep UV:DUV)区域的感光速度不够快也不够敏锐，因而在阻剂的配方中又加入了一种“感光成酸剂”（PAG）。使原本在碱液中稍具溶解度的酚醛类（Novolac），会受到PAG感光所产生酸类的另一种拉脱（Deblocking）作用后，会使得溶解度变得更低，进而成为可靠度更好的阻剂。目前最现代化的IC晶圆片制造业，已逐渐开始使用此种新型阻剂，以下即为此种正型光阻的感光分解过程。

图7.左为感光成酸剂产生酸（H+,即阳离子）后，即可将酚醛分子中之CO2予以拉脱，而成为右图中更具正型性质光阻剂的变化过程。

此处所称的阳离子“解套”作用，是指感光分解中的H+，可将酚醛结构内妨碍碱性水溶的抑制端（Inhitor）予以排除之谓。使已遭到感光分解的皮膜其水溶解像品质会更好，以上二图即说明此种反应的过程。

图8.左上图为解像后之Shiply负型湿膜光阻，其幅宽仅2mil；右上为直径2mil之人类毛发；左下为幅宽1μm之人类染色体（Chromosome）画面，右下为Shiply之DUV微型光阻(Micro Resist)，幅宽仅0.25μm（0.01mil或10μin）而己。

三、湿膜光阻评选之重点

负型湿膜光阻（LPI）是否能在内层细线工程中发挥功用，是否能与干膜前辈在PCB市场中一较长短，则端视其各方面的表现如何。以下即就生产线中几项重要的条件做一些检讨。

3.1物料成本

正型光阻由于含有价格很贵的感光活性化合物（PAC），且又占了阻剂中的大部分组成，致使正型光阻的成本高居不下，而令PCB业不敢奢想，只能用于高单价的半导体业界。

正型光阻中最便宜者是一种铬化酪蛋白（Chromated Casein），而且是一种水溶性的感光物质，早期曾用于单面板直接网版的制作中，但因解像品质不佳料龄短促，加以铬素对生态与环保都不好，已渐被放弃。

    负型干膜光阻（D/F）的单价，十几年来已一路降价了近十倍，目前PCB用阻剂1.5mil厚者之行情价在N.T.3元/ft2左右，1.3mil厚者在2.8元/ ft2左右。Lead Frame导线架业所用厚度0.6mil(15μm)者，行情价在4.5元/ ft2上下，其中PET盖膜（或载膜）也已薄到0.6mil之极限。至于0.5mil甚至10μm等干膜，其单价都不是PCB业者之所敢问津。然而不管D/F如何控制成本或降价，其高达1/3成本的PET盖膜与PE隔膜总是少不了的。此等辅料之于干膜制程前，虽然是不可或缺的必需品，制程后却成了还要额外花钱的头痛垃圾！

    负型LPI单面涂布干燥厚度11μm者，其物料行情价约在0.8-1.0元/ ft2，不及干膜的1/3。树脂型每公斤N.T.400元至少可涂布360 ft2，其它显像与废水处理费用则与D/F相去不多。不过LPI操作的机动性，又要比幅宽呆板的D/F灵活得很多。至于低阶空网印刷用之填充剂型（Filler Type）湿膜，其单价则与树脂相差有限，但操作成本却可更低。这就是广东地区PCB业者对四层板流血报价4.5¢/in2的原因之一。穿皮鞋的如何能跟穿草鞋或不穿勤者，去打拚争生存呢!

3.2工作环境

    下表1中所列的各种性能皆出自于最佳的生产环境，以正型酪蛋白为例，虽然价格便宜，但因受到湿度与温度的影响很大，故必须对作业环境的温度变化严加管理，否则会在感光速度（Photospeed）上出现很大的变化。至于PCB业界最常用的“负型自由基”感光过程之干膜，则对氧气非常敏感。必须在曝光之前先在光阻层的表面贴附透明盖膜(如Mylar，此物亦做为阻剂涂布时的载膜)，以隔绝氧气的负面作用，避免干扰到感光聚合反应的进行。至于此型之液态光阻（LPI）由于无法使用盖膜，故必还于配方中另行加入抗氧化剂（Oxygen Scaveners）以减少氧气的杯葛。但也使得光敏度比起干膜来差了一截，而不得不在曝光时采用较大的能量与贴紧底片加强抽气；以争取聚合反应的时间与减少氧气的干涉！

    不过LPI与D/F一样，其涂布段亦必须装置在无尘环境中，后段无尘烤箱也不可马虎。接着暂存的“靠叠”与曝光作业仍然是少不了无尘室。这方面的投资比起低阶空网印刷之LPI自然草率不得！幸好LPI厚度甚薄而不必用到昂贵的平行光源，长期做活下来也不无小补。

3.3操作成本

湿膜在现场操作成本又与施工方式及设备有关，以下表1.就将各种加工方式、膜厚分布、性能、成等做一比较。

上列LPI各种加工方法中，目前只剩下滚涂（Roller Coating）在台湾与大陆的量产自动线中存活过来，其它几乎都只停留在实验室的领域。滚涂自动联机机组又分为水平及垂直两种输送方式，两者国产机的市价都在N.T.600万左右。操作品质丝毫不差，而价格却只有舶来品的一半。水平滚涂的产能每天三班约在9000片（24”×24” ）左右，比起垂直线约多出10％，但后者除了能涂布LPI以外，另在Solder Mask与Dielectrics方面还可大显身手。

若另就曝光品质比较时，D/F在盖膜绝氧下之光敏性较好，其所需能量可低至35mj/cm2，在5KW平行光曝光机中仅5到6秒即大功告成。无盖膜的LPI光敏性虽然不如D/F，但也已从180mj/cm2进步到了130mj/cm2，于7KW立廉价的非平行光中，6秒钟照样可以办妥聚合反应。11μm厚度的LPI比起33μm的D/F当然又会争回一些曝光时间，而且别忘了平行光成本的高出！

细线干膜所用平行光曝光机之5KW灯管，一支6万台币可耐800小时。但湿膜所用散射光之5KW灯管一支800小时却不到1万元，而且机器本身与维修等之价差也相当可观！

3.4阻剂之安定性

液态光阻在仓库中的储龄(Shelf Life)，与生产上已调配妥当后施工中的料龄（Pot Life）也都是考虑的重点。一般商品储龄须在6个月以上，而料龄则也需耐过一周。不过便宜的酪蛋白光阻剂的料龄却只有一两天而已。

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