羅少軒、陳育翔、朱文彬、黃耀正 / 工研院材化所
乾膜光阻(DFPR)是一種感光性材料，主要應用於印刷電路板(PCB)與柔性電路板(FCCL)中；其為三層結構，包含基材層提供機械支撐，光敏層在紫外光照射下形成不溶於顯影液的固化結構，保護膜層則在儲存和處理過程中防止污染和損傷。從20世紀50年代起，乾膜光阻經歷了從濕膜光阻的雛形到現代高性能膜材的發展歷程。現今的乾膜光阻生產大多採用狹縫式塗佈技術來進行，具備高效率、高品質、環保等優勢，應用範圍則包括PCB製造、表面黏著技術(SMT)、柔性電路板和扇出型堆疊封裝(FOWLP)等；特別是在FOWLP中，乾膜光阻因其低翹曲性和高可靠性被廣泛研究和應用。在構裝用厚膜乾膜光阻領域，工研院材料與化工研究所針對材料與製程的挑戰開發了多項技術，如：樹脂設計、固含量調控、溶劑配比、唇口調整、流變物性量測和膜溫與溶劑乾燥預測技術等，解決了厚膜光阻生產上的各種問題。未來，乾膜光阻作為電子製造業不可或缺的核心材料，將在高密度互連和高性能需求下的應用領域中發揮關鍵作用，工研院亦將持續深化研究成果以推動電子技術的不斷進步。
【內文精選】
乾膜光阻應用範圍
乾膜光阻的應用範圍廣泛且多樣，例如：①印刷電路板(PCBs)製造；②表面黏著技術(SMT)；③柔性電路板(FCCL)；④光電器件製造；⑤扇出型堆疊封裝(Fan-out Wafer Level Packaging; FOWLP)等製程。其中扇出型堆疊封裝技術是一種先進的半導體封裝技術，旨在滿足現代電子產品對小型化、高性能和高密度集成的需求。該技術通過在晶圓層級上進行再分布和扇出，將多個晶片整合在一起，形成如圖二所示之高效的三維封裝結構。
圖二、扇出型堆疊封裝技術示意圖
厚膜用乾膜光阻材料與製程技術
1. 材料技術
現有主要之構裝用厚膜光阻供應商為日本與歐美廠商，生產之乾膜厚膜光阻材料提供半導體廠高階封裝使用。本文介紹工研院開發之構裝用厚膜光阻，用於被動元件、封裝元件與散熱陶瓷，為負型UV I-line (365 nm)形式光阻，乾膜厚≥240 μm光阻材料，與材化所塗佈製程共同配合開發，可達有效面積利用率≥75%之高階光阻材料技術。
樹脂設計由單體選擇開始，挑選溶劑種類，經計算設計目標酸價(AV)、玻璃轉化溫度(Tg)、平均分子量(Mw)、固含量(SC)等進行合成反應，反應採取自由基聚合，需於N2下進行，控制反應溫度≥80˚C，總體反應所需時間約3~7小時間完成。
厚膜用顯影樹脂設計高Tg特性，是為了光阻塗佈成膜後能抵抗乾燥成膜收縮，增加塗膜兩側邊緣區域的可用部分。厚膜光阻劑由前述厚膜樹脂、感光物、溶媒與添加劑組成，厚膜光阻液配方技術為高固含量調控與低沸點、易流平溶劑的搭配，調控黏度以適合塗佈流變。
2. 製程技術
厚膜光阻的塗料多為高黏度、高固含量之塗料，此種塗料多為黏彈性塗料，因此會有肥邊與塗膜厚度不均等塗佈的問題。另外厚膜光阻的乾膜厚度約為180~240 μm之間，因此濕膜厚度約為300~500 μm之間，此種濕膜厚度的乾燥條件極難調控，常會有大量氣泡之乾燥問題。針對以上的製程困難點，工研院材料與化工研究所已有相關的解決方案。
高黏度與高固含量塗料常具有黏彈性，而具有黏彈性的材料會有爬竿效應，此種特性於生產時會在膜面邊緣造成肥邊問題，導致無法收卷而影響整體產能。在這裡工研院研發團隊藉由唇口調整技術來處理。導入技術後可以有效解決肥邊的問題，將肥邊的高度撫平，同時不會增加肥邊的不穩定區域，進而達到解決缺陷同時提升產能的目標。
乾燥氣泡缺陷的主要成因為300 ~500 μm的高濕膜厚度塗膜在乾燥過程中表面先乾燥固化，造成底部的溶劑無法藉由擴散方法到達塗膜表面所致。為了解決此缺陷，一般多使用降速與降溫等方法來應對，但上述的方法都會造成產能的下降。因此工研院材化所開發塗膜乾燥技術，預測塗膜溫度與溶劑殘餘量，順利解決此氣泡缺陷問題，同時藉由整合溶劑質傳係數、烘箱熱傳係數、烘箱溫度、烘箱風量、噴嘴形式、生產速度等參數，達到在塗膜無缺陷下，產能/產速最佳化的目標(圖十二) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十二、塗膜乾燥預測技術
★本文節錄自《工業材料雜誌》454期，更多資料請見下方附檔。