常用感光树脂的性能和应用探析

1.光致抗蚀树脂

（1）概述 光致抗蚀树脂，俗称为光致抗蚀剂，是用光致抗蚀性树脂配制的涂料。其涂层在光能作用下会变成抗腐蚀性保护膜或易溶解膜，结合显影、蚀刻等工艺，可用于制作印刷版、半导体器件和集成电路等。例如，在加工半导体器件和集成电路时，需在硅晶体或金属表面制作极细密、图形复杂的连线网络，此时可用抗蚀剂先涂敷于表面，然后用光刻机在涂层表面按线路图进行光刻运动，使受光刻部分的涂层吸收光能变为不溶性保护层，再用适当的溶剂将未受光刻的部分涂层溶解掉，即可得到所需图形的器件。光刻工艺及光致抗蚀剂的作用原理如图16-17所示。

图16-17 光刻工艺及光致抗蚀剂的作用原理

光加工工艺是指在被加工材料表面涂敷保护用光刻胶，根据加工要求对保护性光刻胶进行选择性光化学处理，使部分区域的保护胶溶解性发生变化，并用适当溶剂溶解脱除，再用腐蚀加工方法对脱保护处进行加工。如制造半导体电子器件或集成电路时，需要在硅晶体或金属表面进行选择性腐蚀，为了使需要保留的地方不受影响，需要用抗腐蚀的材料把它保护起来。通过对所需加工的图形进行曝光，由于受光与未受光部分发生溶解度的差别，曝光后用适当的溶剂显影，就形成了所需要的图形。

（2）光致抗蚀剂的分类 光致抗蚀剂按其光化学反应可分为光交联型光致抗蚀剂和光分解型光致抗蚀剂；根据聚合物的形态或组成又可分为感光性化合物与聚合物的混合型及具有感光基团的聚合物型；按成像作用的不同也可分为负性光致抗蚀剂和正性光致抗蚀剂两大类。

1）负性光致抗蚀剂。在紫外线作用下，光刻胶中光照部分产生交联反应，溶解度变小，用适当的溶剂即可把未曝光的部分显影后去除，在被加工表面上形成与曝光掩膜（通常用照相底版或其复制品）相反的负图像，因此称为负性光致抗蚀剂，如图16-17所示。显然，负性光致抗蚀剂中的感光性高分子是属光交联型的。

2）正性光致抗蚀剂。在紫外线作用下，光刻胶的光照部分分解，溶解度增大，用适当溶剂可把光照部分显影后除去，即形成与掩膜一致的图像，因此称为正性光致抗蚀剂，如图16-17所示。正性光致抗蚀剂的感光高分子属光分解型。

（3）光致抗蚀剂的性能指标 （光致抗蚀剂的性能指标包括感光速度（感度）、分辨力、显影性、耐久性和光增感等。

1）感光速度（又称感度）。它是指该树脂在一定曝光条件下转变为不溶性物质的速度；它与树脂发生感光反应所需的能量有关，如果树脂感光反应需用的光照强度大，光照时间长，则反应所需的能量大，即意味着该树脂感光速度慢。反之，感度小，则表示树脂感光反应所需要的能量小，感光性好。

感度大小决定于树脂的分子结构，且每种树脂只对某一波段长的光波有感光性。当有些树脂自身不能直接进行感光反应，或需要较大光能才能反应时，则可加入增感化合物（增感剂），由它来吸收光能，再转嫁给树脂，促发光化反应或扩大感光光波长范围，扩大吸收光能范围，这种现象称为增感（或光增感）。

2）分辨率。它表示该树脂感光面上，可再现两条以上等间隔排列线条的间隔宽度。用单位长度可再现线数表示，如260线/mm，即为树脂可再现间隔为5μm的线条。分辨率与树脂分子大小有关，分辨率高，则光刻精度高。

3）显影性。它表示树脂对显影条件要求的高低，如显影液取材方便、配制工艺简便、显影温度和时间等工作条件控制不严、显影方法简便，则为显影性好。不同树脂需配适应的显影液。

4）耐用性。耐用性表示在显影、刻蚀等后加工中抗蚀膜耐用的程度，如耐腐蚀、抗破损、不变形、印刷使用寿命长等。

5）易剥离性。它即指在剥胶工序中可顺利地剥离抗蚀膜的程度。

感光树脂的感光性能受多种因素影响，如膜厚度大、树脂相对分子质量大、分子分布不均匀等，都会导致感度及分辨力下降。

（4）光致抗蚀剂举例 几种光致抗蚀剂简介见表16-75。

表16-75 几种光致抗蚀剂简介

2.印刷版用感光树脂

印刷版品种很多，如凸版、凹版、平版和网版等，不同用途的印刷版需选用不同的感光材料，如用感光树脂板制作印刷版或用感光涂料层与基材组成印刷版等，其所用感光树脂也不同。(www.xing528.com)

（1）感光树脂凸版 凸版有液体固化版和固体版两种，适用于印刷新闻、商业单据、书刊、纸制品等一般印刷。印刷版由感光树脂层（0.3～0.8mm）、底板、粘结剂等组成的。固体版为预制板材。液体固化版需在晒版机上涂覆制版，其特点是原料易得，成本低，设备简单，易冲洗，制版速度快，但分辨率低，一般为40～48线/cm，适于印制快件印刷品和印制质量要求不高的制品。固体版是由感光树脂制成的预制品，可直接购取制版使用，印制品质量高，原稿再现性好，且可用于彩色套印。

感光材料由感光树脂、交联剂（如不饱和单体）、增感剂（光敏剂、光引发剂）、热阻聚剂等助剂组成。

液体感光树脂主要为不饱和聚酯及不饱和聚氨酯。国外商品中除美国Lettertlex和日本KPM-1040、KPM-1000品种为氨基甲酸酯外，其余均为不饱和聚酯。国内产品均为不饱和聚酯类，多数用邻苯类和对苯类不饱和聚酯。

固体版或光树脂基本组分由二乙烯基化合物交联剂和饱和聚合物组成，饱和聚合物常用聚乙烯醇衍生物、纤维素衍生物、聚酰胺等。凸版用感光树脂版见表16-76。

（2）柔性版 用于滚筒印刷机，是由苯胺类感光树脂组成的柔软性凸印刷版。苯胺版用感光性树脂的分类如图16-18所示。

表16-76 凸版用感光树脂版

（续）

图16-18 苯胺版用感光性树脂的分类

国内所用固体版主要是由上海印刷技术研究所开发的GS版，其中通用型用于印刷塑料袋、金属箔、纸巾和信封；精细型用于印刷商标、标签、彩色图片；薄纸型用于印刷书刊、报纸；纸箱型用于印刷瓦楞纸盒、纸箱和纸袋等。部分国外柔性版印刷用感光性树脂版见表16-77。

表16-77 部分国外柔性版印刷用感光性树脂版

（3）平印版及PS版 平版印刷是在印刷版的图文部分经处理具有亲油性，非图文部分具有亲水性，两者略差6μm左右，基本处于同一水平面，印刷时油墨即可粘附于图文部分，且形成一定厚度的膜，然后再在压力下，将油墨移印到橡皮滚筒上再转印到印刷品上。

平印版一般用金属锌板作基材，经表面加工及处理后涂覆感光液后制成，常用感光液由蛋白、重铬酸胺、氨水配制，或用聚乙烯醇、重铬酸铵配制而成。经曝光显影、腐蚀处理后，在非印刷部分涂上阿拉伯亲水胶，即可制成平印版。

PS版是预涂感光版的简称，用亲水性铝薄板（0.15～0.5mm）为基材，用流延法涂覆感光液制成预涂版，可供直接制作印刷版。PS板可分为平版和凸版。平版又可分为阳图形（正型）和阴图形（负型）两种。它们应选用不同的感光树脂层，凸版常用聚乙烯基肉桂酸酯和酚醛/叠氮化合物；负型平版用重氮树脂+碱可溶性聚合物或光聚合物；正型平版用α萘醌二叠氮化合物+线型PF。

（4）网印版 网印刷俗称丝网印刷，用绢、涤纶、尼龙、不锈钢丝网涂覆感光树脂显影后组成的印刷版，感光树脂有感光胶和感光膜两种形式。常用感光树脂有PVA或PVAC+重氮树脂作感光剂，丙烯酸系聚合物或尼龙+丙烯酸单体等。

（5）凹印版 凹印版是图文部分凹下，空白部分凸起，印刷时将油墨填满凹下“孔穴”内，且将空白部分的油墨刮去，在压力下图文部分油墨转移到印刷品上完成印制。凹印版加工方法很多，树脂版是一种新型凹印版，以0.3mm薄钢板为基材，涂覆感光胶层（厚0.2mm）。常用树脂为聚乙烯基肉桂酸酯、聚乙烯醇/酸盐。

（6）制版胶片用感光树脂 它是指印刷版曝光时用的阴、阳图片及蒙版等胶片上涂覆用的感光材料。常用树脂有α萘醌二叠氮化物、重氮树脂和叠氮系光聚合物等。