A volte è possibile utilizzare dei dry film cosiddetti “universali”; tuttavia, quando diventa necessario spingere i processi su prestazioni specifiche e/o estreme, è molto importante poter scegliere un dry film che sia specificamente caratteristico per quel processo.
Spesso le prestazioni tecniche e la qualità del dry film vengono sottovalutate e poste in secondo piano nell'ottenimento del risultato finale, considerando quasi esclusivamente l'aspetto economico. È tuttavia dimostrato che - a parità di processo - l'utilizzo di un dry film al posto di un altro può fare la differenza, aumentando le prestazioni e/o le rese di produzione di parecchi punti percentuali.
Formulazione e ottimizzazione di un dry film per il processo del fine line
Per ottimizzare la formulazione di un dry film per un'applicazione specifica è necessario analizzare i vari passaggi del processo produttivo del circuito stampato al fine di individuarne i punti chiave e focalizzare, di conseguenza, quali caratteristiche legate al dry film entrino in gioco in maniera determinante e debbano essere ottimizzate perché potenzialmente responsabili di una eventuale limitazione delle prestazioni e delle rese del processo.
Il processo del fine line
Già da diversi anni è nata la richiesta di PCB ad alta densità che, con il tempo, hanno acquisito un'importanza sempre maggiore. In questo contesto il processo del fine line ha preso sempre più importanza giustificando la necessità di un progetto specifico per la messa a punto di un dry film ottimizzato per il fine line.
Da un'analisi del processo emerge che le principali cause di difettosità legate alle prestazioni del dry film sono:
1- scarsa adesione delle piste di resist sul rame;
2- scarsa risoluzione (gli spazi tra le linee non possono essere aperti per sviluppo non completo del resist);
3- le scaglie di strippaggio possono rimanere incastrate nel pattern di linee e spazi molto fini.
Ovviamente tale difettosità comporta poi nel circuito finito problemi diversi di corti circuiti o interruzione del segnale a seconda del fatto che si abbia la deposizione di rame su una zona che doveva rimanere coperta del dry film o viceversa.
Le performance del dry film
Da questa analisi emerge che per ottenere un dry film performante per il processo del fine line è necessario che questo abbia ottime performance di:
1- adesione;
2- risoluzione;
3- strippaggio.
Ciascuna delle tre performance è fortemente influenzata dai parametri di processo, ma nello stesso tempo corrisponde a caratteristiche chimiche/meccaniche ben precise del dry film, caratteristiche che sono proprio quelle che dovranno essere ottimizzate:
Adesione
Per avere una buona adesione il trattamento superficiale è fondamentale al fine di ottenere una microrugosità che possa creare più punti di adesione possibili tra il dry film laminato e la superficie di rame. In base al tipo di trattamento utilizzato è possibile ottenere superfici con caratteristiche morfologiche molto diverse. Ad un estremo esistono i trattamenti meccanici che creano delle rugosità con solchi molto profondi e che, proprio per questo motivo, danno pochi punti di adesione; dall'altro esistono trattamenti chimici che creano quella microrugosità necessaria a ottenere tantissimi punti di adesione.
Dal punto di vista formulativo l'adesione del dry film alla superficie del rame è ottenuta mediante due meccanismi:
- chimico (legami di Van der Waals);
- meccanico (conformabilità).
L'adesione chimica è dovuta ai legami chimici che si formano dopo la laminazione tra la superficie del rame e alcuni componenti specifici del resist, secondo un equilibrio che è però molto delicato. Un'adesione chimica troppo forte, infatti, può trasformarsi in un problema, in quanto la rimozione del resist dal rame nelle fasi di sviluppo e/o strippaggio può diventare difficoltosa. Tale meccanismo deve quindi essere considerato secondario e diventa generalmente importante solo in condizioni di pretrattamenti superficiali piuttosto scarsi.
L'adesione meccanica è invece la caratteristica più importante e coincide con quella proprietà del dry film denominata conformabilità. In fase di laminazione il dry film viene riscaldato al di sopra della sua Tg (temperatura di transizione vetrosa), temperatura oltre la quale il materiale diventa più morbido ed elastico riducendo la sua viscosità. Questo fa sì che il resist, essendo meno viscoso, possa penetrare (cioè conformare) più facilmente all'interno di eventuali irregolarità della superficie (graffi, difetti, ecc.) aumentando così i punti di adesione.
Tale caratteristica - come si può intuire facilmente dall'immagine - aumenta di conseguenza l'adesione e la resa del processo.
Il primo obiettivo che ci siamo posti per aumentare l'adesione è stato quindi quello di aumentare la conformabilità del resist.
La cosa più semplice da fare per aumentare la conformabilità è quella di formulare un resist più morbido aumentando ad esempio la quantità di monomeri o diminuendo i pesi molecolari del polimero o del monomero. In questo caso però è facile andare incontro a numerosi svantaggi tra cui la comparsa precoce della fusione dei bordi del rotolo tagliato in fase di stoccaggio, o la variazione di caratteristiche fondamentali del dry film quali ad esempio l'allungamento dei tempi di strippaggio o un peggioramento della resistenza alla tendinatura.
Selezionando il polimero in base alla sua struttura e al peso molecolare è però possibile variare la conformabilità del resist senza peggiorare il problema di edge fusion. È infatti necessario che la viscosità del resist sia il più bassa possibile nel range delle T di laminazione in cui il film viene scaldato per aderire alla superficie del rame e, nello stesso tempo, far sì che la viscosità del resist alla T di stoccaggio rimanga elevata limitando il fenomeno dell'edge fusion.
È così che si possono ottenere caratteristiche di conformabilità ancora superiori. In questo contesto è facilmente intuibile quanto la T di laminazione sia un parametro fondamentale e che per ottenere una buona conformabilità - e quindi una buona adesione - è necessario che la T della piastra in uscita dal laminatore sia superiore alla Tg del resist.
Un altro importante aspetto formulativo che influenza l'adesione del dry film e che non va sottovalutato è la polimerizzazione degli strati profondi del resist (cioè in prossimità della superficie del rame) e il profilo di pista.
Il secondo obiettivo che ci siamo posti per lo sviluppo di un dry film per il fine line è quindi quello di ottenere una buona polimerizzazione degli strati profondi e un buon profilo di pista.
Questo è possibile selezionando e bilanciando in maniera accurata il tipo e la quantità di fotoiniziatori nella formulazione, in quanto a parità di sensibilità di un dry film è possibile avere due profili di pista completamente diversi.
Risoluzione
In presenza di linee e spazi molto fini e di pattern complicati (situazione tipica di un circuito per fine line) è difficile che gli spray della soluzione di sviluppo riescano agevolmente a solubilizzare il resist negli spazi rimuovendolo completamente dalla superficie del rame, andando così a discapito dell'ottenimento di una buona risoluzione.
La solubilizzazione del dry film si ottiene tramite due meccanismi: chimico e meccanico.
La solubilizzazione chimica del resist nella soluzione alcalina di sviluppo avviene per la presenza di gruppi acidi (-COOH) nel polimero e per le proprietà di idrosolubilità di alcune delle materie prime presenti nella formulazione.
La solubilizzazione meccanica è invece ottenuta dall'azione meccanica, appunto, della pressione esercitata dagli spray della sviluppatrice.
Aumentare la solubilizzazione del dry film per azione meccanica, aumentando cioè la pressione degli ugelli della sviluppatrice, può essere controproducente in quanto è facile danneggiare le piste di resist creando una sorta di “morsicatura” alla base inficiando così le proprietà di adesione del resist sulla superficie del rame.
Il terzo obiettivo per sviluppare un dry film per il fine line è quindi quello di aumentare il più possibile la solubilità chimica del dry film non esposto in modo da potere operare con pressioni in fase di processo il più basse possibile e di permettere la solubilizzazione del resist anche negli spazi più piccoli grazie all'azione chimica della soluzione di sviluppo.
Strippaggio
Lo strippaggio negli spazi stretti di un pattern per il fine line può essere difficoltoso, soprattutto se il dry film produce scaglie di strippaggio grandi o gelatinose/appiccicose. Tali scaglie possono infatti rimanere facilmente incastrate tra le piste creando problemi nelle successive fasi di lavoro. È possibile cercare di ridurre la scaglie del dry film nel processo di strippaggio riducendo le concentrazioni della soluzione di strippaggio, ma si ottiene di contro un notevole rallentamento del processo lasciando quindi poco spazio ad eventuali aggiustamenti di processo.
Il nostro quarto obiettivo per la messa a punto di un dry film per il fine line è quindi quello di bilanciare la formulazione al fine di ridurre il più possibile le dimensioni della scaglia di strippaggio e di renderla, nello stesso tempo, il meno appiccicosa e gelatinosa possibile.
Dal punto di vista formulativo è il polimero che determina in primis le caratteristiche di strippaggio di un dry film; tali caratteristiche sono comunque notevolmente influenzate anche dai monomeri contenuti nella formulazione.
I gruppi acidi (-COOH) del polimero sono quelli che intervengono nella reazione di strippaggio, pertanto più gruppi acidi sono presenti più si velocizza il processo e si riducono le scaglie. Tali gruppi acidi sono gli stessi che determinano la solubilità e, in proporzione inversa, la resistenza del dry film alle soluzioni alcaline, pertanto è importante non eccedere e determinare un equilibrio che non vada a peggiorare quelle caratteristiche del dry film direttamente legate alle proprietà di risoluzione e/o adesione.
Conclusioni
Concludendo si può affermare che un dry film per il fine line deve possedere delle ottime performance di adesione, risoluzione e strippaggio determinate dalle proprietà di conformabilità, polimerizzazione degli strati profondi, profilo di pista, sviluppabilità per solubilità chimica e dimensione ridotta delle scaglie di strippaggio.
