濕膜的應用分析

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。現已經廣泛用于電路板行業中，且發展勢頭很大。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良的分辨率，其應用范圍廣泛。因它有良好的分辨率，在制造柵網和螺旋線時它能輕松獲得0．012mm寬的精細線條(已形成大批量生產)，其遠遠超過了電路板制造細線條0．06mm寬度。當用于鈦金、標牌、面板的掩膜時，又能耐以氟硼酸為主的溶液的攻擊，成為首選的掩膜，且價格便宜。
　　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。在多層板的內層生產中，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，樣不僅節省了一臺設備（酸性蝕刻機），減少了生產面積，省去了輔助設備（再生裝置）和蝕刻液的調整與維護，也減少了污染。
　　1.2用于標牌面板的掩膜
　　近幾年來濕膜又普遍用于標牌、面板、金屬畫、濾網、柵網、集成電路框架的掩膜。過去制造這些產品的掩膜都是以重鉻酸鹽為感光劑的骨膠和聚乙烯醇。根據感光理論：感光的部分產生交聯變為三價鉻，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鉻。現在用濕膜代替不僅縮短了生產周期，避免了六價鉻的排放，為環保立了大功，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牌技術座談會上，到會的廠長及各位代表對此呼聲很高。一家濕膜制造商在會上發放了約30戶樣品，銷售火爆。看來結束以重鉻酸鹽以感劑的時刻已經為期不遠了。
　　1.3用于模具制造的掩膜
　　濕膜有良好的耐蝕性并非表現在電路板的直接蝕刻，因為一般的敷銅厚度在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，用硝酸蝕刻的設備（材質以45＃鋼、工具鋼較多）。蝕刻方式均按壓輥自轉浸入法，時間約5～10分鐘，用于大規模集成電路框架的蝕刻大都用于三氯化鐵溫度40～45℃，時間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
　　在標牌、面板的蝕刻中，廢液的處理和排放是個大問題，在無條件回首和處理廢蝕刻液的小城市更為突出。近幾年來風靡全行業的電蝕刻（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設備，這是因為電蝕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，是用自動刻字機預先刻出不干膠圖型，然后再轉貼到被蝕刻的表面進行電蝕刻，這樣就限制了成批生產（成批成本太高）而細小的字及較精細復雜的圖案無法加工，改使用濕膜后，無論是單件還是大批量，無論圖案復雜精細與否。均能操作自如。另外，濕膜用于陽紋圖案（即圖型凸出）的大面積蝕刻的標牌面板更能顯示出它的優良性能：底面平整，側蝕較小。
　　2、較高的分辨率
　　突出的另一優點是有較高的分辨率，從而為電路板加工細線，和精美金屬畫創造了條件。從經濟價值上沒有那一種掩膜能和它相比。用單面板的直接蝕刻（包括多層板的內層）時能輕松地做出2mil的線寬和線間。這些數據是在現實的生產中獲得而不是試驗和樣品。
　　近幾年在我所能接觸的產品中柵網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，其產品精美具有收藏價值。現在剃須刀的網罩、過濾網、隔音板、金屬名片的制作……均以濕膜為掩膜。
　　3、抗電鍍性質
　　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為濕膜。隨著科技的進步和環保的要求，嚴禁氟化物的排放已經提到日程上來，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，生產實踐證明濕膜做為鍍純錫的掩膜已經被電路板行業認可。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用。
　　3.1用于標牌的電鍍
　　它的抗電鍍性能為標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用在標牌、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牌。
　　其流程為：蝕刻凸圖型→鍍黑鎳→去膜→保護銅面。這樣字和圖型維凸出的金色、底為黑色鍍層的標牌或面板就完成了，其效果 美觀大方，有突出的特色，實為精品（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用在高檔標牌的鍍金。北京某研究所的牌子就是鍍金，始終保持著光亮的本色。選擇鍍金是標牌行為制造高檔標牌的手段，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保型的濕膜
　　在諸多的濕膜品牌中，如何選擇適于自己產品的濕膜是使用中的主要問題。這就要根據自己的產品特點來選擇，在同種產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、醚或大量的有機溶劑已經對環境造成污染。有的廠商在標貼上明文告之有機溶劑的名稱和含量，但也有相當數量的品牌為低毒型的或正在向低毒邁進的濕膜。可是大量稀釋劑的使用（有機溶劑）不可小視。第二個條件就是價格和質量性能的統一。
　　4.2用于單面、內層的電路板、標牌面板的濕膜選擇（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印或滾涂，在板面上能迅速流平。因為是用于直接蝕刻其涂布厚度大約在5～10um。有的廠商用加稀釋劑擴大涂布面積（隨之降低成本），按常規濕膜加稀釋劑的量不應超過總量的5％，因產品不同使用者經常加入量由10％～25％不等，其涂布面積由原來的20～25㎡擴大至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（也可選擇環保或低毒型）。如果稀釋劑加的太多將產生曝光能量的下降或抗蝕刻性能的下降。尤其用于滾涂時輥子的槽溝不同（有的無槽溝）加入的稀釋劑也各異，也可根據產品的不同適量添加。
　　稀釋攪拌時會出現氣泡，這是攪拌的原因。攪拌時應沿一個方向，若正反混用，按流體力學理論，流動的液體遇到反作用力將產生漩渦，于是便出現氣泡。正常情況下氣泡應在網印后40秒內消失。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。
　　4.2.2濕膜的細度
　　按常規油墨商的說明書上標細度為小于5um。這種細度用于一般線條和網點地掩膜是可行的，但用于細線和細網點時，上述的細度就較為勉強。顯影后線條和網點的邊緣會出現細小的毛刺。在這種情況下我們就應選擇2.5um～3.0um的細度。為了操作方便可購細度計對所購的濕膜進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氫化合物，最好不用或者少用。濕膜是集UV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（根據不同品牌不同溶劑而言），嚴重地危害工人健康和周圍環境。早在上世紀八十年代德國統計，每年用涂料和油墨的溶劑高達40噸。美國、瑞典等國也立法嚴格限制有機溶劑的加入，并規定：油墨及涂料含苯的碳氫化合物不得高于5%。
　　我國在《工業企業設計衛生標準》也規定在操作間甲苯、甲醛、苯及苯的同系物在1m內的最高允許值。隨著我國工業的飛速發展，現在地操作間有很大改善，通風送風室內空氣新鮮，但是最根本的問題是請研究部門或專家們研究開發無毒或低毒的濕膜，其體系的改進是唯一的出路。
　　5、用于抗電鍍的濕膜選擇
　　首先應滿足雙面板的圖型電鍍及多層板升層的圖型電鍍，以及標牌面板和裝飾性較強的金屬畫的電鍍。
　　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格。首先是濕膜應有良好的觸變性和所規定的粘度。在網印時隨著潤量（即在網印前為使濕膜能潤 網版，在承印物上放一張干凈白紙，刮印幾次在紙上；正式印時將紙掰掉）次數的增加，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，顯示出良好的觸變性。
　　5.2耐顯影性
　　它的耐顯影性應表現在規定的范圍內有較大的寬容度。在規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。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（前面有部分敘述）。在規定的工藝條件內褪膜較易。
　　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，可用攪拌或用粗網印刷便可解決。
　　5.4.1濕膜的固體含量、厚度和鍍層關系
　　雙面板和多層板的升層在圖型電鍍時均進行：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準所規定的0.015～0.025mm，那么耐電鍍的濕膜也應達到或近似這個厚度（指干燥后）。如果膜層很薄，鍍層將會出現突沿（也稱壓邊），去膜后線條的兩側將會有一條極細的濕膜被鍍層壓住，蝕刻后將會出現邊緣不整齊，達不到陡直的效果，嚴重時造成報廢。
　　如果固體含量低，無論用何種方法一次無法印出所需厚度，也會出現堵孔現象，給下道工序帶來麻煩。
　　5.4.2滿足厚度的必要條件和測算
　　為滿足電鍍時所要求的濕膜厚度，進行網目的選擇是非常必要的。從絲網的材質上應選擇尼龍絲網，因為它有廉價、較小的摩擦系數、良好的透墨性和平滑性，這在手工印刷時操作者省力，且獲得較多的透墨率。網印時影響濕膜厚度的因素很多，有兩個恒量：絲網厚度和濕膜的固體含量。變量有：刮板硬度、刮印時刮板和承印物的角度、刮板壓力的大小、刮印的次數、刮印度速度。這里提供一個計算公式參加：Ft·S
　　公式中Ft為絲網厚度，S為固體含量。其實，Ft·S也只是膜厚的理論值，但有關資料所提供的數據同本公式出入較大：即刮印一次留在承印物上的濕膜僅有網厚的25～30％，準確地計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目數所印出的不同厚度。實踐表明：隨著網數的減少而印的漸厚，但同所標識的數據相差較大。所以，也只能按自己的產品要求的膜厚選擇絲網，并認真地將五個變量考慮進去，才能算出較準確的膜厚。
　　6、濕膜在使用中的缺陷：氧的阻聚
　　在濕膜曝光時，氧的阻聚能使光化交聯速度減慢直至阻止，嚴重時還能使膜面發粘。氧的阻聚有兩個方面：一是對引發劑的影響，可是激發狀態下的光敏劑猝降，降低了引發劑的效率。二是在聚合過程中有阻聚作用。
　　6.1調整濕膜配方降低氧的阻聚
　　為了躲避氧的干擾，使濕膜在陽光下順利完成聚合，油墨制造商和專家們進行了長期的探索和實踐，找出了許多方法：如在濕膜配方中選擇理想的光敏引發體系，使氧和固化體系隔離；提高光敏引發劑的濃度；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可以不考慮，然而在制造細線或精細的圖型時就必須認真去克服，否則達不到預期的效果（指制造2mil的細線和網點）
　　6.2光能量的計算和實例：
　　公式： E＝I·T
　　其中I=光強，用mv/㎝表示
　　T＝時間，用秒為單位，
　　E＝光能量，用mj/cm表示
　　例：我們測算一曝光機的光強為10mv/cm，選用曝光時間為10秒：
　　共光能量E＝I·T＝10·10＝100mj/cm
　　同樣測得另一臺曝光機的光強為5mv/cm，選用曝光時間20秒也能獲得100 mj/cm的光能量。但是經過曝光顯影后用100×的放大鏡觀察，后者線條變粗（陽紋）、變細（陰紋），嚴重時顯影困難。因為濕膜的上層受UV光照射后很快產生交聯，但后者因強度較小UV光不低瞬間射入底部，這時氧從非曝光區進入缺氧的曝光區，因時間的加長及光的擴散，部分交聯和聚合不能及時完成，氧停留在曝光區及周圍。此現象多發生在用濕膜較厚的產品，如模具，或分辨率較高的產品柵網等。雙面板及多層板升層細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度相對地縮短曝光時間，短時間內溶解氧的速度快于氧擴散進入曝光區的速度，也就是在非曝光區的氧還未進入曝光區時已經完成了整個曝光程序，UV光能迅速地射入濕膜的底部完成聚合和交聯。