觸控屏網(wǎng)版印刷型光刻膠

文 劉永慶

隨著觸控屏幕在MP4、手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、一體機(jī)等科技產(chǎn)品中應(yīng)用的增加，觸控技術(shù)進(jìn)入人們的視野中并逐漸占據(jù)主要的地位。觸控操作作為一種全新的人機(jī)交流方式，有著生動(dòng)直觀的操作接口且符合人體的使用習(xí)慣，能讓娛樂辦公變得更加生動(dòng)和放松。自從蘋果公司推出采用電容式多手指觸控面板的iphone、ipod Touch，接著Google Phone、RIM的黑莓機(jī)都紛紛采用多手指觸控面板，微軟也發(fā)表支持多指觸控的新操作系統(tǒng)Windows 8，以及蘋果2010年推出的iPad，多手指觸控面板的熱潮將會(huì)延伸應(yīng)用到中大尺寸的觸控屏幕，成為消費(fèi)性電子業(yè)的一股新潮流，觸醒了長(zhǎng)期沉睡的UI（用口接口）市場(chǎng)。觸控技術(shù)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，使觸控這場(chǎng)革命正式拉開了序幕。

觸控技術(shù)的種類相當(dāng)多，電容式觸控傳感技術(shù)越來越多地應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、IP電話、大型家用電器、個(gè)人醫(yī)療設(shè)備和安全產(chǎn)品。觸控式人機(jī)接口正朝著更具高靈敏度顯示接口的方向發(fā)展。投射式電容技術(shù)已經(jīng)成功地吸引了眾多廠商的投入。預(yù)計(jì)投射式電容式觸控面板產(chǎn)量將超出電阻式面板，成為觸控式面板的主流。

投射電容式觸控屏的結(jié)構(gòu)

自從iPhone采用投射電容式觸控屏以來，在較短的時(shí)間里就出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案。投射電容式觸控屏的特點(diǎn)是：感應(yīng)器在觸控表面以下，外覆有保護(hù)玻璃。一些正在開發(fā)的新產(chǎn)品采用了單面設(shè)計(jì)，即所有的感應(yīng)層都設(shè)計(jì)在單一基板的一面上。在這個(gè)目前最薄的投射電容設(shè)計(jì)中，每一層采用積層濺射工藝?；趦蓪油该鲗?dǎo)電層的投射電容的基本原理，設(shè)計(jì)上可以作各種變化。例如，用超微細(xì)（10μm）導(dǎo)線可以替代某層，從而少濺射一層ITO。目前市面上絕大多數(shù)手機(jī)和簽名采集板在不同PET層上鍍有ITO。此外，常見的觸控屏也是使用雙面鍍層或兩層基板上單面鍍層的ITO鍍層玻璃。

<<< 觸控屏導(dǎo)體

方塊電阻是指導(dǎo)電材料單位厚度單位面積上的電阻值。通常采用方塊電阻為150Ω的ITO涂層玻璃加工之后，要形成線寬20μm的圖樣，需要用光蝕刻技術(shù)完成，如在LCD面板制造工藝上使用的光刻消融劑。ITO越厚，電阻越小，信噪比越好，但透光率差；反之，ITO越薄，透光率越好，但信噪比較差。用PET（透明塑料）作基板時(shí)，線寬通常是100～200μm，可以使用絲網(wǎng)印刷、光蝕刻或激光切割。在PET上制作線寬30～50μm的網(wǎng)紋圖樣的工藝還在研究中，實(shí)際應(yīng)用中最下面還有第3層ITO，用作屏蔽層以隔絕LCD的干擾。屏蔽層通常采用方塊電阻為150～300Ω的導(dǎo)電材料。觸控屏邊框上的信號(hào)線采用的材料為銅-鋁-銅，采用真空磁控濺射工藝在ITO濺鍍之后鍍上的。

<<< 膜層圖樣

在投射電容式觸控屏中，ITO膜可以設(shè)計(jì)蝕刻成各式各樣，目前大部分投射電容屏都采用菱形圖樣。

<<< 邊框

投射電容式觸控展設(shè)計(jì)中很重要一個(gè)成本因素是觸控屏邊框。與傳統(tǒng)模擬電阻式觸控屏只有4根或5根信號(hào)線不同，投射電容式觸控屏有40根甚至更多的連接引線。采用多次濺射和蝕刻，在邊框上形成多層布線，該工藝增加了生產(chǎn)成本。采用50～100μm線寬和間距的精細(xì)絲網(wǎng)印刷印制，相比多層濺射會(huì)降低成本。

網(wǎng)版印刷光刻膠

在觸控屏制造技術(shù)中，首先需要制作一個(gè)高精細(xì)的網(wǎng)版，通常用500目不繡鋼絲網(wǎng)，絲徑為18μm，用這塊精細(xì)絲網(wǎng)空版，放置于ITO玻璃上進(jìn)行滿版印刷網(wǎng)版型光刻膠。印刷環(huán)境應(yīng)該是在十分潔凈的操作室內(nèi)進(jìn)行（室溫在22℃左右，濕度為55～60%），在黃或紅燈安全條件進(jìn)行。

網(wǎng)版印刷型光刻膠簡(jiǎn)稱光刻膠，又稱光阻液或光致抗蝕耐酸油墨等。光刻膠一般由感光劑、增感劑和溶劑組成。感光劑是一種對(duì)光敏感的高分子化合物，當(dāng)它受到適當(dāng)光波長(zhǎng)的光照射時(shí)能吸收一定波長(zhǎng)的光能量，使之發(fā)生交聯(lián)、聚合或分解等光化學(xué)反應(yīng)，使光刻膠改變性能。光刻膠是光刻工藝中最為重要的抗蝕刻材料。目前光刻膠種類有很多，根據(jù)光刻膠曝光前后溶解特性的變化，可將光刻膠分為正性膠和負(fù)性膠兩大類。光刻膠受光照的區(qū)域發(fā)生化學(xué)變化，使其性質(zhì)（溶解性）不同于未曝光區(qū)域。對(duì)于正性的光刻膠來說，未曝光前是不溶或難溶的，曝光后則變成易溶了，這樣，當(dāng)在特定溶劑中顯影時(shí)，曝光部分被洗去，未曝光部分保留下來。負(fù)性光刻膠則相反，曝光導(dǎo)致其從易溶變成不溶或難溶，顯影后保留了曝光部分區(qū)域。

正性光刻膠與負(fù)性光刻膠

在光刻技術(shù)中，掩膜的作用是根據(jù)設(shè)計(jì)線路的要求，允許特定圖案的光線通過，而把其余部分阻隔。當(dāng)進(jìn)行曝光時(shí)，被掩膜阻擋而光線無法透過，而其他部分因曝露而曝光，在涂覆光刻膠的表面上形成與掩膜相應(yīng)的圖案，光亮區(qū)域的光刻膠因曝光而發(fā)生變化，而暗區(qū)（圖案）的光刻膠則保持原來狀態(tài)。曝光后當(dāng)進(jìn)行顯影時(shí)，光亮區(qū)域被沖洗而除去，剩下沒有曝光的暗區(qū)域，則這種光刻膠被稱之為正性光刻膠。反之，如果顯影后如果曝光部分保留下來，而暗區(qū)的光刻膠被洗去，則稱之為負(fù)性光刻膠。在高精細(xì)觸控屏光刻膠網(wǎng)版印刷制造工藝中，首先要制作高精細(xì)的網(wǎng)版，除用極高的解像力的感光膠之外，還要有高耐極性溶劑的能力以及與不銹鋼絲網(wǎng)具有極優(yōu)的黏合力，只有這樣網(wǎng)版才能應(yīng)對(duì)印刷光刻膠（光致抗蝕刻油墨）。

光刻工藝

光刻工藝就是要在透明導(dǎo)電玻璃上制作出顯示性的圖來，電極光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合，綜合性的精密表面加工技術(shù)。光刻的目的就是按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，在導(dǎo)電玻璃上涂覆感光膠進(jìn)行曝光，然后利用光刻膠保護(hù)作用，對(duì)ITO導(dǎo)電層進(jìn)行選擇性化學(xué)腐蝕，從而在ITO導(dǎo)電玻璃上得到與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的圖形。目前在生產(chǎn)中普遍采用的光刻方法是接觸曝光法。光刻工藝流程圖如下：

光刻過程示意圖

<<< 光刻膠的配制

必須根據(jù)不同的光刻對(duì)象和要求，選用不同的光刻膠配比。配比的原則是：既要使光刻膠具有良好的抗蝕能力，又要有較高的分辨率。由于光刻膠中溶劑用量的多少?zèng)Q定著光刻膠的稀稠，從而影響光刻膠的厚薄，所以需要根據(jù)蝕刻圖形的大小，來選配光刻膠的稀稠，當(dāng)蝕刻細(xì)小圖形時(shí)，為了提高分辨率，就要采用較稀一些的膠體，會(huì)使光刻膠膠膜薄一些。使照射光的散射和衍射作用的影響變?nèi)跻恍?，光刻出來的圖形不僅邊緣整齊而且清晰。若刻蝕ITO層較厚時(shí)，腐蝕的時(shí)間就要加長(zhǎng)，為了滿足抗蝕能力的要求，需要使用較稠的光刻膠。

光刻膠的配制方法：配制地點(diǎn)應(yīng)在清潔的暗室中進(jìn)行，為了操作方便室內(nèi)應(yīng)設(shè)置在紅燈或黃燈條件進(jìn)行，按照選定配制數(shù)量，用潔凈的量筒按照比例將原光刻膠及溶劑分別測(cè)量好，再將溶劑倒入原膠中，并用玻璃棒進(jìn)行充分地?cái)嚢枋蛊渑渲苹旌暇鶆?。為了改善膠膜和掩膜版的接觸以減少膠膜層中針孔和提高分辨率，必須將配制好的光刻膠中未充分溶解的固態(tài)雜質(zhì)微粒濾除。一般采用加壓法、吸引法或自然下滴法，如果用自然沉淀法或高速離心沉淀法就需要采用一些過濾設(shè)備。過濾好的光刻膠要裝入暗色（茶色）玻璃瓶中保存在陰涼和干燥的暗箱中。

<<< 涂膠前處理

涂膠前的ITO玻璃表面狀況對(duì)涂布光刻膠與ITO層表面黏附質(zhì)量影響很大，在生產(chǎn)中為保證ITO膜與光刻膠之間有良好的接觸和黏附力，要對(duì)玻璃進(jìn)行清洗，其方法是利用各種化學(xué)洗潔劑或甲苯、丙酮、乙醇等有機(jī)溶劑與吸附在玻璃表面上的雜質(zhì)及油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和溶解作用，隨后用烘干法、甩干法或有機(jī)溶劑脫水法和風(fēng)筒吹干法，使其雜質(zhì)脫離玻璃表面，然后用大量純凈的熱、冷離子水沖洗，從而獲得潔凈的玻璃表面（用有機(jī)物清洗注意明火，以防燃燒）。

<<< 網(wǎng)版印刷光刻膠

利用繃好洗凈的空版絲網(wǎng)版（前邊已介紹過）放置于ITO玻璃上面，然后版面上加入光刻膠，進(jìn)行全版滿版刮印光刻膠，刮膠時(shí)涂層厚度要均勻，涂層表面狀態(tài)要優(yōu)良，網(wǎng)印涂膠效果控制好壞是直接影響光刻膠質(zhì)量的。

<<< 前烘

利用網(wǎng)版均勻涂布光刻膠后，要進(jìn)行前烘，其目的是促使膠膜內(nèi)溶劑得到充分揮發(fā)，使膠膜干燥以增強(qiáng)膠膜與ITO表面的黏附性和膠膜的耐磨性。曝光時(shí)，掩膜版與光刻膠即使有些觸碰也不會(huì)損傷光刻膠膜或玷污掩膜版，另一原因是只有光刻膠具有一定干燥度，才會(huì)在曝光時(shí)充分發(fā)生光化反應(yīng)。前烘的方法是用紅外爐烘干為主，影響前烘質(zhì)量的是溫度和時(shí)間兩個(gè)因素，兩因素過低膠膜內(nèi)溶劑未充分揮發(fā)掉影響顯影。如果兩因素過高會(huì)導(dǎo)致膠膜翹曲硬化，顯影時(shí)會(huì)不出圖形或留有底膜。

<<< 曝光

曝光就是在已經(jīng)涂布好光刻膠的ITO玻璃表面上覆蓋上掩膜版，然后通過紫外光進(jìn)行選擇性的照射，使受紫外光照射部位的光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變這部分膠膜在顯影液中的溶解度。顯影后光刻膠顯現(xiàn)出與膜版相對(duì)應(yīng)的圖形。為了使曝光操作不出現(xiàn)問題，要特別注意如下的一些要求：①掩膜版在曝光前要認(rèn)真檢查，查看版面是否有什么缺陷，版面是否清潔，無污染，無劃痕等。②曝光定位要準(zhǔn)確，重疊要準(zhǔn)確無誤，否則后序工作將無法進(jìn)行。③操作中不論對(duì)版還是玻璃移動(dòng)都要輕拿輕放。④涂布光刻膠的玻璃放置時(shí)間不可過久，曝光前不可漏光，如果漏光膠膜就會(huì)失效而無法用做正品，應(yīng)返工處理。

<<< 顯影

顯影就是將涂布的光刻膠進(jìn)行曝光，將感光部分的光刻膠溶解去掉，而留下未感光部分的膠膜從而顯示所需要的圖形。顯影操作過程就是將曝光后的ITO玻璃放進(jìn)顯影槽中，顯影液是通過一種可搖擺的噴頭噴灑在玻璃的光刻膠面上，過一定時(shí)間就會(huì)顯現(xiàn)出圖形后，再將玻璃取出，用水沖洗，使上面的顯影液沖掉。顯影液有與光刻膠相配套的專用濕影液和一定濃度的堿液（KOH、NaOH）兩種，后邊這種是使用普遍的，此種堿液配制方法如下：在專用的調(diào)制槽中進(jìn)行，先在槽中注進(jìn)一定量的高純凈水，根據(jù)要配溶液濃度稱量的堿放入槽中，為快速溶解要不停攪拌，將配制好的溶液注入槽中。顯影的溫度和時(shí)間直接影響顯影速度和質(zhì)量，若顯影時(shí)間不足或溫度過低，會(huì)造成感光部位的光刻膠不能完全溶解，會(huì)留有一層光刻膠，在刻蝕時(shí)，這層膠會(huì)對(duì)ITO膜起保護(hù)作用，使應(yīng)該刻蝕掉的ITO層被保護(hù)下來。若是顯影時(shí)間過長(zhǎng)或溫度過高，顯影時(shí)未被曝光的光刻膠就會(huì)從邊緣處向里邊滲溶，使圖形邊緣不整齊，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)使光刻膠大片地脫落下來。

<<< 堅(jiān)膜

經(jīng)過前邊顯影時(shí)，對(duì)光刻膠膜進(jìn)行了水洗等過程，膠膜會(huì)發(fā)生軟化、膨脹，影響膠膜的抗蝕能力，為此顯影后必須用適當(dāng)溫度對(duì)玻璃進(jìn)行烘烤以除去其中的水分，增強(qiáng)膠膜與玻璃的黏附性能。

<<< 刻蝕

刻蝕就是用一定比例的酸溶液把玻璃上未受光刻膠保護(hù)的ITO上的膜浸蝕掉，而將有光刻膠保護(hù)的ITO膜保存下來，最終在ITO上形成圖形。選用浸蝕液必須是能將ITO膠膜腐蝕掉而又不會(huì)損害玻璃表面和光刻膠，通常選用一定比例的HCl、HNO3和水混合液?？涛g的溫度和時(shí)間對(duì)刻蝕效果有顯著影響，兩者的變化都影響到刻蝕速度。速度太快，使操作難以控制，容易產(chǎn)生過刻蝕；若速度太慢，需要時(shí)間過長(zhǎng)，則光刻膠抵抗蝕能力會(huì)下降，容易出現(xiàn)溶膠現(xiàn)象。一般恒定刻蝕溫度后，用時(shí)間來調(diào)整刻蝕效果，刻蝕時(shí)間應(yīng)如何控制，應(yīng)由刻蝕速度和ITO膜層厚度來確定，ITO膜越厚刻蝕時(shí)間也就越長(zhǎng)。

<<< 去膜和清洗

去膜是指把刻蝕后ITO玻璃上剩余的光刻膠剝離除去，去膜液是用堿液配制而成的，一般采用3%的NaOH（氫氧化鈉）水溶液，在該水溶液中剝除光刻膠，它的堿濃度要高于顯影濃度。去膜的是在一定溫度條件下進(jìn)行，剝離液溫變?yōu)?0℃，時(shí)間為10～30s，或者20℃條件下，時(shí)間為20～80s。用堿液沖洗并用滾刷擦洗玻璃以保證將玻璃上的殘膠去除干凈；清洗是用高純度水中洗玻璃上殘留的堿液，同時(shí)也是沖洗殘膠。

<<< 最后檢查

觸控屏網(wǎng)印光刻膠工藝就此告一段落，對(duì)上述各段工藝操作還要進(jìn)行詳細(xì)的檢查，查找上述各段工藝過程是否有什么毛病，若經(jīng)檢查合格后可繼續(xù)進(jìn)行其他工序。

觸控屏在國(guó)民生產(chǎn)、生活中的廣泛應(yīng)用，直接刺激著觸控屏技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品產(chǎn)量的提升，如今觸控屏已經(jīng)滲透到了幾乎每一個(gè)可以想象得到的應(yīng)用領(lǐng)域。不久地將來觸控屏還要走進(jìn)每一個(gè)家庭。

《參考資料》

①周志敏 紀(jì)愛華 編著

觸控屏實(shí)用技術(shù)與工程應(yīng)用

人民郵電出版社 北京 2011年11月