触控屏网版印刷型光刻胶

2013-07-23刘永庆

网印工业 2013年5期

文刘永庆

随着触控屏幕在MP4、手机、平板计算机、一体机等科技产品中应用的增加，触控技术进入人们的视野中并逐渐占据主要的地位。触控操作作为一种全新的人机交流方式，有着生动直观的操作接口且符合人体的使用习惯，能让娱乐办公变得更加生动和放松。自从苹果公司推出采用电容式多手指触控面板的iphone、ipod Touch，接着Google Phone、RIM的黑莓机都纷纷采用多手指触控面板，微软也发表支持多指触控的新操作系统Windows 8，以及苹果2010年推出的iPad，多手指触控面板的热潮将会延伸应用到中大尺寸的触控屏幕，成为消费性电子业的一股新潮流，触醒了长期沉睡的UI（用口接口）市场。触控技术的应用范围迅速扩大，使触控这场革命正式拉开了序幕。

触控技术的种类相当多，电容式触控传感技术越来越多地应用于便携式电子产品、IP电话、大型家用电器、个人医疗设备和安全产品。触控式人机接口正朝着更具高灵敏度显示接口的方向发展。投射式电容技术已经成功地吸引了众多厂商的投入。预计投射式电容式触控面板产量将超出电阻式面板，成为触控式面板的主流。

投射电容式触控屏的结构

自从iPhone采用投射电容式触控屏以来，在较短的时间里就出现大量结构设计的方案。投射电容式触控屏的特点是：感应器在触控表面以下，外覆有保护玻璃。一些正在开发的新产品采用了单面设计，即所有的感应层都设计在单一基板的一面上。在这个目前最薄的投射电容设计中，每一层采用积层溅射工艺。基于两层透明导电层的投射电容的基本原理，设计上可以作各种变化。例如，用超微细（10μm）导线可以替代某层，从而少溅射一层ITO。目前市面上绝大多数手机和签名采集板在不同PET层上镀有ITO。此外，常见的触控屏也是使用双面镀层或两层基板上单面镀层的ITO镀层玻璃。

<<< 触控屏导体

方块电阻是指导电材料单位厚度单位面积上的电阻值。通常采用方块电阻为150Ω的ITO涂层玻璃加工之后，要形成线宽20μm的图样，需要用光蚀刻技术完成，如在LCD面板制造工艺上使用的光刻消融剂。ITO越厚，电阻越小，信噪比越好，但透光率差；反之，ITO越薄，透光率越好，但信噪比较差。用PET（透明塑料）作基板时，线宽通常是100～200μm，可以使用丝网印刷、光蚀刻或激光切割。在PET上制作线宽30～50μm的网纹图样的工艺还在研究中，实际应用中最下面还有第3层ITO，用作屏蔽层以隔绝LCD的干扰。屏蔽层通常采用方块电阻为150～300Ω的导电材料。触控屏边框上的信号线采用的材料为铜-铝-铜，采用真空磁控溅射工艺在ITO溅镀之后镀上的。

<<< 膜层图样

在投射电容式触控屏中，ITO膜可以设计蚀刻成各式各样，目前大部分投射电容屏都采用菱形图样。

<<< 边框

投射电容式触控展设计中很重要一个成本因素是触控屏边框。与传统模拟电阻式触控屏只有4根或5根信号线不同，投射电容式触控屏有40根甚至更多的连接引线。采用多次溅射和蚀刻，在边框上形成多层布线，该工艺增加了生产成本。采用50～100μm线宽和间距的精细丝网印刷印制，相比多层溅射会降低成本。

网版印刷光刻胶

在触控屏制造技术中，首先需要制作一个高精细的网版，通常用500目不绣钢丝网，丝径为18μm，用这块精细丝网空版，放置于ITO玻璃上进行满版印刷网版型光刻胶。印刷环境应该是在十分洁净的操作室内进行（室温在22℃左右，湿度为55～60%），在黄或红灯安全条件进行。

网版印刷型光刻胶简称光刻胶，又称光阻液或光致抗蚀耐酸油墨等。光刻胶一般由感光剂、增感剂和溶剂组成。感光剂是一种对光敏感的高分子化合物，当它受到适当光波长的光照射时能吸收一定波长的光能量，使之发生交联、聚合或分解等光化学反应，使光刻胶改变性能。光刻胶是光刻工艺中最为重要的抗蚀刻材料。目前光刻胶种类有很多，根据光刻胶曝光前后溶解特性的变化，可将光刻胶分为正性胶和负性胶两大类。光刻胶受光照的区域发生化学变化，使其性质（溶解性）不同于未曝光区域。对于正性的光刻胶来说，未曝光前是不溶或难溶的，曝光后则变成易溶了，这样，当在特定溶剂中显影时，曝光部分被洗去，未曝光部分保留下来。负性光刻胶则相反，曝光导致其从易溶变成不溶或难溶，显影后保留了曝光部分区域。

正性光刻胶与负性光刻胶

在光刻技术中，掩膜的作用是根据设计线路的要求，允许特定图案的光线通过，而把其余部分阻隔。当进行曝光时，被掩膜阻挡而光线无法透过，而其他部分因曝露而曝光，在涂覆光刻胶的表面上形成与掩膜相应的图案，光亮区域的光刻胶因曝光而发生变化，而暗区（图案）的光刻胶则保持原来状态。曝光后当进行显影时，光亮区域被冲洗而除去，剩下没有曝光的暗区域，则这种光刻胶被称之为正性光刻胶。反之，如果显影后如果曝光部分保留下来，而暗区的光刻胶被洗去，则称之为负性光刻胶。在高精细触控屏光刻胶网版印刷制造工艺中，首先要制作高精细的网版，除用极高的解像力的感光胶之外，还要有高耐极性溶剂的能力以及与不锈钢丝网具有极优的黏合力，只有这样网版才能应对印刷光刻胶（光致抗蚀刻油墨）。

光刻工艺

光刻工艺就是要在透明导电玻璃上制作出显示性的图来，电极光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合，综合性的精密表面加工技术。光刻的目的就是按照产品设计要求，在导电玻璃上涂覆感光胶进行曝光，然后利用光刻胶保护作用，对ITO导电层进行选择性化学腐蚀，从而在ITO导电玻璃上得到与掩膜版完全对应的图形。目前在生产中普遍采用的光刻方法是接触曝光法。光刻工艺流程图如下：

光刻过程示意图

<<< 光刻胶的配制

必须根据不同的光刻对象和要求，选用不同的光刻胶配比。配比的原则是：既要使光刻胶具有良好的抗蚀能力，又要有较高的分辨率。由于光刻胶中溶剂用量的多少决定着光刻胶的稀稠，从而影响光刻胶的厚薄，所以需要根据蚀刻图形的大小，来选配光刻胶的稀稠，当蚀刻细小图形时，为了提高分辨率，就要采用较稀一些的胶体，会使光刻胶胶膜薄一些。使照射光的散射和衍射作用的影响变弱一些，光刻出来的图形不仅边缘整齐而且清晰。若刻蚀ITO层较厚时，腐蚀的时间就要加长，为了满足抗蚀能力的要求，需要使用较稠的光刻胶。

光刻胶的配制方法：配制地点应在清洁的暗室中进行，为了操作方便室内应设置在红灯或黄灯条件进行，按照选定配制数量，用洁净的量筒按照比例将原光刻胶及溶剂分别测量好，再将溶剂倒入原胶中，并用玻璃棒进行充分地搅拌使其配制混合均匀。为了改善胶膜和掩膜版的接触以减少胶膜层中针孔和提高分辨率，必须将配制好的光刻胶中未充分溶解的固态杂质微粒滤除。一般采用加压法、吸引法或自然下滴法，如果用自然沉淀法或高速离心沉淀法就需要采用一些过滤设备。过滤好的光刻胶要装入暗色（茶色）玻璃瓶中保存在阴凉和干燥的暗箱中。

<<< 涂胶前处理

涂胶前的ITO玻璃表面状况对涂布光刻胶与ITO层表面黏附质量影响很大，在生产中为保证ITO膜与光刻胶之间有良好的接触和黏附力，要对玻璃进行清洗，其方法是利用各种化学洗洁剂或甲苯、丙酮、乙醇等有机溶剂与吸附在玻璃表面上的杂质及油污发生化学反应和溶解作用，随后用烘干法、甩干法或有机溶剂脱水法和风筒吹干法，使其杂质脱离玻璃表面，然后用大量纯净的热、冷离子水冲洗，从而获得洁净的玻璃表面（用有机物清洗注意明火，以防燃烧）。

<<< 网版印刷光刻胶

利用绷好洗净的空版丝网版（前边已介绍过）放置于ITO玻璃上面，然后版面上加入光刻胶，进行全版满版刮印光刻胶，刮胶时涂层厚度要均匀，涂层表面状态要优良，网印涂胶效果控制好坏是直接影响光刻胶质量的。

<<< 前烘

利用网版均匀涂布光刻胶后，要进行前烘，其目的是促使胶膜内溶剂得到充分挥发，使胶膜干燥以增强胶膜与ITO表面的黏附性和胶膜的耐磨性。曝光时，掩膜版与光刻胶即使有些触碰也不会损伤光刻胶膜或玷污掩膜版，另一原因是只有光刻胶具有一定干燥度，才会在曝光时充分发生光化反应。前烘的方法是用红外炉烘干为主，影响前烘质量的是温度和时间两个因素，两因素过低胶膜内溶剂未充分挥发掉影响显影。如果两因素过高会导致胶膜翘曲硬化，显影时会不出图形或留有底膜。

<<< 曝光

曝光就是在已经涂布好光刻胶的ITO玻璃表面上覆盖上掩膜版，然后通过紫外光进行选择性的照射，使受紫外光照射部位的光刻胶发生化学反应，改变这部分胶膜在显影液中的溶解度。显影后光刻胶显现出与膜版相对应的图形。为了使曝光操作不出现问题，要特别注意如下的一些要求：①掩膜版在曝光前要认真检查，查看版面是否有什么缺陷，版面是否清洁，无污染，无划痕等。②曝光定位要准确，重叠要准确无误，否则后序工作将无法进行。③操作中不论对版还是玻璃移动都要轻拿轻放。④涂布光刻胶的玻璃放置时间不可过久，曝光前不可漏光，如果漏光胶膜就会失效而无法用做正品，应返工处理。

<<< 显影

显影就是将涂布的光刻胶进行曝光，将感光部分的光刻胶溶解去掉，而留下未感光部分的胶膜从而显示所需要的图形。显影操作过程就是将曝光后的ITO玻璃放进显影槽中，显影液是通过一种可摇摆的喷头喷洒在玻璃的光刻胶面上，过一定时间就会显现出图形后，再将玻璃取出，用水冲洗，使上面的显影液冲掉。显影液有与光刻胶相配套的专用湿影液和一定浓度的碱液（KOH、NaOH）两种，后边这种是使用普遍的，此种碱液配制方法如下：在专用的调制槽中进行，先在槽中注进一定量的高纯净水，根据要配溶液浓度称量的碱放入槽中，为快速溶解要不停搅拌，将配制好的溶液注入槽中。显影的温度和时间直接影响显影速度和质量，若显影时间不足或温度过低，会造成感光部位的光刻胶不能完全溶解，会留有一层光刻胶，在刻蚀时，这层胶会对ITO膜起保护作用，使应该刻蚀掉的ITO层被保护下来。若是显影时间过长或温度过高，显影时未被曝光的光刻胶就会从边缘处向里边渗溶，使图形边缘不整齐，更严重时会使光刻胶大片地脱落下来。

<<< 坚膜

经过前边显影时，对光刻胶膜进行了水洗等过程，胶膜会发生软化、膨胀，影响胶膜的抗蚀能力，为此显影后必须用适当温度对玻璃进行烘烤以除去其中的水分，增强胶膜与玻璃的黏附性能。

<<< 刻蚀

刻蚀就是用一定比例的酸溶液把玻璃上未受光刻胶保护的ITO上的膜浸蚀掉，而将有光刻胶保护的ITO膜保存下来，最终在ITO上形成图形。选用浸蚀液必须是能将ITO胶膜腐蚀掉而又不会损害玻璃表面和光刻胶，通常选用一定比例的HCl、HNO3和水混合液。刻蚀的温度和时间对刻蚀效果有显著影响，两者的变化都影响到刻蚀速度。速度太快，使操作难以控制，容易产生过刻蚀；若速度太慢，需要时间过长，则光刻胶抵抗蚀能力会下降，容易出现溶胶现象。一般恒定刻蚀温度后，用时间来调整刻蚀效果，刻蚀时间应如何控制，应由刻蚀速度和ITO膜层厚度来确定，ITO膜越厚刻蚀时间也就越长。

<<< 去膜和清洗

去膜是指把刻蚀后ITO玻璃上剩余的光刻胶剥离除去，去膜液是用碱液配制而成的，一般采用3%的NaOH（氢氧化钠）水溶液，在该水溶液中剥除光刻胶，它的碱浓度要高于显影浓度。去膜的是在一定温度条件下进行，剥离液温变为40℃，时间为10～30s，或者20℃条件下，时间为20～80s。用碱液冲洗并用滚刷擦洗玻璃以保证将玻璃上的残胶去除干净；清洗是用高纯度水中洗玻璃上残留的碱液，同时也是冲洗残胶。