干膜曝光工艺

干膜曝光即在紫外光照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液体型大分子结构。曝光一般在自动双面曝光机内进行，现在曝光机根据光源冷却方式不同，可分风冷和水冷式两种，影响曝光成像质量因素除干膜光致抗蚀剂性能外，光源选择、曝光时间(曝光量) 控制、照相底版质量等都是影响曝光成像质量重要因素。

一。光源选择

任何一种干膜都有其自身特有光谱吸收曲线，而任何一种光源也都有其自身发射光谱曲线。如果某种干膜光谱吸收主峰能与某种光源光谱发射主峰相重叠或大部分重叠，则两者匹配良好，曝光效果最佳。国产干膜光谱吸收曲线表明，光谱吸收区为310—440nm(毫微米)。镐灯、高压汞灯、碘镓灯在310—440nm波长范围均有较大相对辐射强度，是干膜曝光较理想光源。氙灯不适应于干膜曝光。同时还应考虑选用功率大光源，因为光强度大，分辨率高，而且曝光时间短，照相底片受热变形程度也小，此外灯具设计也很重要，要尽量做到使入射光均匀性好，平行度高，以避免或减少图形曝光不均匀。

二。曝光时间(曝光量)控制

在曝光过程中，干膜光聚合反应并非“一引而发”或“一曝即成”，而是大体经过三个阶段。

干膜中由于存在氧或其它有害杂质阻碍，因而需要经过一个诱导过程，在该过程内引发剂分解产生游离基被氧和杂质所消耗，单体聚合甚微。但当诱导期一过，单体光聚合反应很快进行，胶膜粘度迅速增加，接近于突变程度，这就是光敏单体急骤消耗阶段，这个阶段在曝光过程中所占时间比例是很小。当光敏单体大部分消耗完时，就进入了单体耗尽区，此时光聚合反应已经完成。该过程类似于原子弹爆炸过程。

正确控制曝光时间是得到优良干膜抗蚀图像非常重要因素。当曝光不足时，由于单体聚合不彻底，在显影过程中，胶膜溶涨变软，线条不清晰，色泽暗淡，甚至脱胶，在电镀前处理或电镀过程中，膜起翘、渗镀、甚至脱落。当曝光过头时会造成难于显影、胶膜发脆、留下残胶等弊病。更为严重是不正确曝光将产生图像线宽偏差，过量曝光会使图形电镀线条变细，使印制蚀刻线条变粗，反之，曝光不足使图形电镀线条变粗，使印制蚀刻线条变细。

如何正确确定曝光时间呢?

由于应用于膜各厂家所用曝光机不同，即光源，灯功率及灯距不同，因此干膜生产厂家很难推荐一个固定曝光时间。国外生产干膜公司都有自己专用或推荐使用某种光密度尺，干膜出厂时都标出推荐成像级数、国内干膜生产厂家没有自己专用光密度尺，通常推荐使用瑞斯顿帜iston)17级或斯图费(stouffer)21级光密度尺。

瑞斯顿17级光密度尺第一级光密度为0.5，以后每级以光密度差AD为0.05递增，到第17级光密度为1.30。斯图费2l级光密度尺第一级光密度为0.05，以后每级以光密度差△D为0．15递增，到第2l级光密度为3.05。在用光密度尺进行曝光时，光密度小(即较透明)等级，干膜接受紫外光能量多，聚合较完全，而光密度大(即透明程度差)等级，干膜接受紫外光能量少，不发生聚合或聚合不完全，在显影时被显掉或只留下一部分。这样选用不同时

间进行曝光便可得到不同成像级数。现将瑞斯顿17级光密度尺使用方法简介如下：a．进行曝光时药膜向下；b．在覆铜箔板上贴膜后放15分钟再曝光；c．曝光后放置30分钟显影。任选一曝光时间作为参考曝光时间，用Tn表示，显影后留下最大级数叫参考级数，将推荐使用级数与参考级数相比较，并按下面系数表进行计算。

级数差系数K级数差系数K

1 1.12

2 6 2.000

2 1.259 7 2.239

3 1.4138 2.512

4 1.58

5 9 2.818

5 1.77810 3.162

当使用级数与参考级数相比较需增加时，使用级数曝光时间T＝KTR。当使用级数与参考级数相比较需降低时，使用级数曝光时间T＝TR/K。这样只进行一次试验便可确定最佳曝光时间。在无光密度尺情况下也可凭经验进行观察，用逐渐增加曝光时间方法，根据显影后干膜光亮程度、图像是否清晰、图像线宽是否与原底片相符等来确定适当曝光时间。

严格讲，以时间来计量曝光是不科学，因为光源强度往往随着外界电压波动及灯老化而改变。光能量定义公式E＝IT，式中E表示总曝光量，单位为毫焦耳／平方厘米；I表示光强度，单位为毫瓦／平方厘米；T为曝光时间，单位为秒。从上式可以看出，总曝光量E随光强I 和曝光时间T而变化。当曝光时间T恒定时，光强I改变，总曝光量也随之改变，所以尽管严格控制了曝光时间，但实际上干膜在每次曝光时所接受总曝光量并不一定相同，因而聚合程度也就不同。为使每次曝光能量相同，使用光能量积分仪来计量曝光。其原理是当光强I发生变化时，能自动调整曝光时间T，以保持总曝光量E不变。

三。照相底版质量

照相底版质量主要表现在光密度和尺寸稳定性两方面。

关于光密度，要求最大光密度Dmax大于4，最小光密度Dmin小于0．2。最大光密度是指底片在紫外光中，其表面挡光膜挡光下限，也就是说，底片不透明区挡光密度Dmax超过4时，才能达到良好挡光目。最小光密度是指底片在紫外光中，其挡光膜以外透明片基所呈现挡光上限，也就是说，当底片透明区之光密度Dmin小于0.2时，才能达到良好透光目。照相底片尺寸稳定性(指随温度、湿度和储存时间变化)将直接影响印制板尺寸精度和图像重合度，照相底片尺寸严重胀大或缩小都会使照相底版图像与印制板钻孔发生偏离。国产硬性软片受温度和湿度影响，尺寸变化较大，其温度系数和湿度系数大约在(50—60)×10－6／℃及(50—60)×10－6／％，对于一张长度约400mm底片，冬季和夏季尺寸变化可达0.5—1mm，在印制板上成像时可能偏半个孔到一个孔距离。因此照相底版生产、使用和储存最好均在恒温恒湿环境中。另曝光机如冷却系统有问题，机内温度过高会使底片产生胀缩影响定位精度。

采用厚聚酯片基银盐片(例如0.18mm)和重氮片，可提高照相底版尺寸稳定性。除上述三个主要因素外，曝光机真空系统及真空框架材料选择等也会影响曝光成像质量。

四。曝光定位（适用于非自动曝光机）

1)目视定位通常适用于使用重氮底版手动定位曝光，重氮底版呈棕色或桔红色半透明状态；但不透紫外光，透过重氮图像使底版焊盘与印制板孔重合对准，用胶带固定即可进行曝光。

2)脱销定位系统定位脱销定位系统包括照相软片冲孔器和双圆孔脱销定位器。定位方法是：首先将正面、反面两张底版药膜相对在显微镜下对准；将对准两张底版用软片冲孔器于底版有效图像外任冲两个定位孔，把冲好定位孔底版任取一张去编钻孔程序，便能得到同时钻出元件孔及定位孔数据带，一次性钻出元件孔及定位孔，印制板金属化孔及预镀铜后，便可用双圆孔脱销定位器定位曝光。

3)固定销钉定位，固定销钉分两套系统，一套固定照相底版，另一套固定印制板，通过调整两销钉位置，实现照相底版与印制板重合对准。

一般曝光后聚合反应还要持续一段时间，为保证工艺稳定性，曝光后不要立即揭去聚酯膜，以使聚合反应持续进行。一般曝光以后需放置15分钟－30分钟以后才显影，待显影前再揭去聚酯膜。