定義與特性
負(fù)性光刻膠是一種在曝光后,未曝光區(qū)域會溶解于顯影液的光敏材料,形成與掩膜版(Mask)圖案相反的圖形。與正性光刻膠相比,其主要特點是耐蝕刻性強、工藝簡單、成本低,但分辨率較低(通?!?μm),主要應(yīng)用于對精度要求相對較低、需要厚膠或高耐腐蝕性的場景。
化學(xué)組成與工作原理
主要成分
基體樹脂:
? 早期以聚異戊二烯橡膠(天然或合成)為主,目前常用環(huán)化橡膠(Cyclized Rubber)或聚乙烯醇肉桂酸酯,提供膠膜的機械強度和耐蝕刻性。
光敏劑:
? 主要為雙疊氮化合物(如雙疊氮芪)或重氮醌類衍生物,占比約5%-10%,吸收紫外光后引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。
交聯(lián)劑:
? 如六亞甲基四胺(烏洛托品),在曝光后與樹脂發(fā)生交聯(lián),形成不溶性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
溶劑:
? 多為有機溶劑(如二甲苯、環(huán)己酮),溶解樹脂和光敏劑,涂布后揮發(fā)形成均勻膠膜。
工作原理
曝光前:光敏劑和交聯(lián)劑均勻分散在樹脂中,膠膜可溶于顯影液(有機溶劑)。
曝光時:
? 光敏劑吸收紫外光(G線436nm為主)后產(chǎn)生活性自由基,引發(fā)交聯(lián)劑與樹脂分子間的共價鍵交聯(lián),使曝光區(qū)域形成不溶于顯影液的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
顯影后:
? 未曝光區(qū)域的樹脂因未交聯(lián),被顯影液溶解去除,曝光區(qū)域保留,形成負(fù)性圖案(與掩膜版相反)。
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主要應(yīng)用場景
印刷電路板(PCB):
? 通孔/線路加工:負(fù)性膠厚度可達(dá)20-50μm,耐堿性蝕刻液(如氯化鐵、堿性氯化銅),適合制作大尺寸線路(線寬/線距≥50μm),如雙面板、多層板的外層電路。
? 阻焊層:作為絕緣保護層,覆蓋非焊盤區(qū)域,需厚膠(50-100μm)和高耐焊接溫度(260℃以上),負(fù)性膠因工藝簡單、成本低而廣泛應(yīng)用。
微機電系統(tǒng)(MEMS):
? 深硅蝕刻(DRIE):負(fù)性膠作為蝕刻掩膜,厚度可達(dá)100μm以上,耐SF?等強腐蝕性氣體,用于制作加速度計、陀螺儀的高深寬比結(jié)構(gòu)(深寬比>20:1)。
? 模具制造:在硅或玻璃基板上制作微流控芯片的通道模具,利用負(fù)性膠的厚膠成型能力。
平板顯示(LCD):
? 彩色濾光片(CF)基板預(yù)處理:在玻璃基板上制作絕緣層或緩沖層,耐濕法蝕刻(如HF溶液),確保后續(xù)RGB色阻層的精確涂布。
功率半導(dǎo)體與分立器件:
? IGBT、MOSFET的隔離區(qū)蝕刻:負(fù)性膠用于制作較寬的隔離溝槽(寬度>10μm),耐高濃度酸堿蝕刻,降低工藝成本。
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市場拓展
? 短期目標(biāo):2025年前實現(xiàn)LCD光刻膠國內(nèi)市占率10%,半導(dǎo)體負(fù)性膠進入中芯國際、華虹供應(yīng)鏈,納米壓印膠完成臺積電驗證。
? 長期愿景:成為全球的半導(dǎo)體材料方案提供商,2030年芯片光刻膠營收占比超40%,布局EUV光刻膠和第三代半導(dǎo)體材料。
. 政策與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同
? 受益于廣東省“強芯工程”和東莞市10億元半導(dǎo)體材料基金,獲設(shè)備采購補貼(30%)和稅收減免,加速KrF/ArF光刻膠研發(fā)。
? 與松山湖材料實驗室、華為終端建立聯(lián)合研發(fā)中心,共同攻關(guān)光刻膠關(guān)鍵技術(shù),縮短客戶驗證周期(目前平均12-18個月)。
. 挑戰(zhàn)與應(yīng)對
? 技術(shù)壁壘:ArF/EUV光刻膠仍依賴進口,計劃2026年建成中試線,突破分辨率和靈敏度瓶頸(目標(biāo)曝光劑量<10mJ/cm2)。
? 供應(yīng)鏈風(fēng)險:部分原材料(如樹脂)進口占比超60%,正推進“國產(chǎn)替代計劃”,與鼎龍股份、久日新材建立戰(zhàn)略合作為原材料供應(yīng)。
技術(shù)研發(fā):從配方到工藝的經(jīng)驗壁壘
配方設(shè)計的“黑箱效應(yīng)”
光刻膠配方涉及成百上千種成分的排列組合,需通過數(shù)萬次實驗優(yōu)化。例如,ArF光刻膠需在193nm波長下實現(xiàn)0.1μm分辨率,其光酸產(chǎn)率、熱穩(wěn)定性等參數(shù)需精確匹配光刻機性能。日本企業(yè)通過數(shù)十年積累形成的配方數(shù)據(jù)庫,國內(nèi)企業(yè)短期內(nèi)難以突破。
工藝控制的極限挑戰(zhàn)
光刻膠生產(chǎn)需在百級超凈車間進行,金屬離子含量需控制在1ppb以下。國內(nèi)企業(yè)在“吸附—重結(jié)晶—過濾—干燥”耦合工藝上存在技術(shù)短板,導(dǎo)致產(chǎn)品批次一致性差。例如,恒坤新材的KrF光刻膠雖通過12英寸產(chǎn)線驗證,但量產(chǎn)良率較日本同類型產(chǎn)品低約15%。
EUV光刻膠的“代際鴻溝”
EUV光刻膠需在13.5nm波長下工作,傳統(tǒng)有機光刻膠因吸收效率低、熱穩(wěn)定性差面臨淘汰。國內(nèi)企業(yè)如久日新材雖開發(fā)出EUV光致產(chǎn)酸劑,但金屬氧化物基光刻膠(如氧化鋅)的納米顆粒分散技術(shù)尚未突破,導(dǎo)致分辨率只達(dá)10nm,而國際水平已實現(xiàn)5nm。
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依托自主研發(fā)與國產(chǎn)供應(yīng)鏈,吉田半導(dǎo)體 LCD 光刻膠市占率達(dá) 15%,躋身國內(nèi)前段企業(yè)。吉田半導(dǎo)體 YK-200 LCD 正性光刻膠采用國產(chǎn)樹脂與單體,實現(xiàn) 100% 國產(chǎn)化替代。其分辨率 0.35μm,附著力 > 3N/cm,性能優(yōu)于 JSR 的 AR-P310 系列。通過與國內(nèi)多家大型企業(yè)的深度合作,產(chǎn)品覆蓋智能手機、電視等顯示終端,年供貨量超 200 噸。公司建立國產(chǎn)原材料溯源體系,確保每批次產(chǎn)品穩(wěn)定性,推動 LCD 面板材料國產(chǎn)化進程。
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吉田半導(dǎo)體厚板光刻膠 JT-3001:國產(chǎn)技術(shù)助力 PCB 行業(yè)升級
JT-3001 厚板光刻膠支持 500nm/min 深蝕刻,成為國產(chǎn) PCB 電路板制造推薦材料。
吉田半導(dǎo)體自主研發(fā)的 JT-3001 厚板光刻膠,分辨率 1.5μm,抗深蝕刻速率 > 500nm/min,適用于高密度 PCB 制造。其無鹵無鉛配方通過歐盟 RoHS 認(rèn)證,已應(yīng)用于華為 5G 基站主板量產(chǎn)。產(chǎn)品采用國產(chǎn)原材料與全自動化工藝,批次穩(wěn)定性達(dá) 99.5%,幫助客戶提升生產(chǎn)效率 20%,加速國產(chǎn) PCB 行業(yè)技術(shù)升級,推動 PCB 行業(yè)國產(chǎn)化進程。
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