2023 La guida completa ai fotoresistori

Risposta rapida: La scelta del fotoiniziatore è solitamente guidata dalla compatibilità con la lampada, dalla profondità di polimerizzazione, dall'ingiallimento e dalla capacità del film finale di performare sul substrato reale. Il pacchetto migliore è raramente il singolo grado più economico.

For negative photoresist development, Fotoiniziatore OXE-02 is a useful product reference when evaluating cure speed and imaging performance under UV exposure.

La fotoresistenza, nota anche come photoresist, è un liquido misto sensibile alla luce. È composto da fotoiniziatore, resina fotoresistente, monomero, solvente e altri additivi. Il fotoresist è un tipo di mezzo di trasferimento grafico che può essere utilizzato per trasferire la versione grafica della maschera sul substrato con diverse solubilità dopo la reazione alla luce. Attualmente, il fotoresist è ampiamente utilizzato per la realizzazione di linee grafiche sottili nell'industria dell'informazione optoelettronica. È uno dei materiali chiave nel campo della produzione elettronica.
In base alla lunghezza d'onda della luce, i fotoresist possono essere suddivisi in fotoresist ultravioletti (300-450 nm), fotoresist ultravioletti profondi (160-280 nm), fotoresist ultravioletti estremi (EUV, 13,5 nm), fotoresist a fascio di elettroni, fotoresist a fascio di ioni, fotoresist a raggi X, ecc. In generale, minore è la lunghezza d'onda, migliore è la risoluzione di lavorazione con lo stesso metodo di processo.
In base alle diverse applicazioni, i fotoresist possono essere suddivisi in fotoresist per circuiti stampati (PCB), schermi a cristalli liquidi (LCD), semiconduttori e altre applicazioni. Le barriere tecniche dei fotoresist per PCB sono relativamente basse rispetto alle altre due categorie, mentre i fotoresist per semiconduttori rappresentano il livello tecnologico più avanzato dei fotoresist.
In base alla struttura chimica, i fotoresistenti possono essere suddivisi in fotopolimerici, fotolitici, fotoreticolati e chimicamente esagerati. I fotoresistenti fotopolimerici utilizzano monomeri alcheni per generare radicali liberi sotto l'azione della luce, che innescano ulteriormente la polimerizzazione dei monomeri e infine generano polimeri. Le fotoresistenze fotolitiche utilizzano diazochinoni (DQN) come fotorecettori, che possono essere trasformati in fotoresistenze positive per reazione fotolitica dopo l'illuminazione; le fotoresistenze reticolate utilizzano il polivinil laurato come materiale fotosensibile, che può essere trasformato in fotoresistenze negative formando una struttura a rete insolubile sotto l'azione della luce e resistendo alla corrosione. Dopo l'utilizzo di sorgenti di luce ultravioletta profonda (DUV) nella litografia dei circuiti integrati a semiconduttore, la tecnologia di amplificazione chimica (CAR) è diventata gradualmente il mainstream delle applicazioni industriali. Nella tecnologia CAR, la resina è un polietilene protetto da gruppi chimici e quindi difficile da sciogliere. Le fotoresistenze amplificate chimicamente utilizzano fotoacidi (PAG) come fotoiniziatori. Quando il fotoresist viene esposto, il PAG produce un acido nell'area esposta. Questo acido agisce come catalizzatore durante il processo di cottura post-riscaldamento e rimuove i gruppi protettivi della resina, rendendola facilmente solubile. I fotoresistenti amplificati chimicamente sono 10 volte più veloci dei fotoresistenti DQN e presentano una buona sensibilità ottica alle sorgenti di luce UV profonda, un elevato contrasto e un'alta risoluzione.
Il fotoresist è un materiale importante per la produzione di circuiti integrati: la qualità e le prestazioni del fotoresist sono un fattore chiave che influisce sulle prestazioni, sulla resa e sull'affidabilità dei circuiti integrati, il costo del processo di fotolitografia è pari a circa 35% dell'intero processo di produzione dei chip e richiede circa 40-50% del tempo dell'intero processo di produzione dei chip, il costo del fotoresist rappresenta circa 4% del costo totale dei materiali di produzione dei circuiti integrati, il mercato è enorme. Secondo l'istituto terzo Wisdom Research Consulting, le dimensioni del mercato globale delle fotoresistenze dovrebbero raggiungere quasi $9 miliardi nel 2019, con un CAGR di circa 5,4% dal 2010 a oggi. Si prevede che il mercato continuerà a crescere a un tasso medio annuo di 5% nei prossimi tre anni e che le dimensioni del mercato globale delle fotoresistenze supereranno i 10 miliardi di dollari entro il 2022. L'industria delle fotoresistenze presenta barriere industriali molto elevate, per cui il settore si trova in una situazione di oligopolio a livello globale. Il settore delle fotoresistenze è stato monopolizzato per molti anni da aziende professionali giapponesi e americane. Attualmente, i primi cinque produttori occupano l'87% del mercato globale delle fotoresistenze e il settore è altamente concentrato. Tra questi, la quota di mercato di Japan JSR, Tokyo E&C, Japan Shin-Etsu e Fuji Electronic Materials raggiunge complessivamente 72%. La tecnologia di base dei fotoresist ad alta risoluzione KrF e ArF per semiconduttori è sostanzialmente monopolizzata dalle aziende giapponesi e americane e la maggior parte dei prodotti proviene da aziende giapponesi e americane, come DuPont, JSR Corporation, Shin-Etsu Chemical, Tokyo Chemical Industry, Fujifilm e Korea Dongjin. Per quanto riguarda l'intero modello di mercato delle fotoresistenze, il Giappone è il principale punto di raccolta dell'industria delle fotoresistenze. Attualmente, la Cina continentale dipende fortemente dall'estero per i materiali elettronici, in particolare per le fotoresistenze. Pertanto, la sostituzione della produzione nazionale di materiali per semiconduttori è una tendenza inevitabile.

 

Un percorso pratico di selezione per progetti relativi ai fotoiniziatori

Quando gli acquirenti tecnici o i formulator valutano i fotoiniziatori, il quadro decisionale più utile è solitamente la qualità della polimerizzazione più l'idoneità dell'applicazione: quale confezione polimerizza in modo affidabile, mantiene un aspetto accettabile e funziona ancora sotto le condizioni di lampada, spessore del film e substrato del processo effettivo.

• Abbina prima il pacco alla lampada: lampade a mercurio, LED UV e sistemi a luce visibile possono classificare gli stessi fotoiniziatori in modo molto diverso.
• Verificare la polimerizzazione in profondità e la polimerizzazione superficiale separatamente: un film che sembra arido in superficie può essere comunque debole sotto.
• Bilanciare l'ingiallimento con la reattività: Il percorso di polimerizzazione profonda più forte non è sempre la scelta commerciale migliore se il colore o il rischio di migrazione diventano inaccettabili.
• Usa la formula finale come riferimento: carico di pigmento, pacchetto di monomero e spessore del film possono tutti cambiare la classifica apparente dello stesso iniziatore.

Riferimenti prodotto consigliati

• CHLUMINIT TPO-L: A strong low-yellowing reference for LED-oriented UV systems.
• CHLUMINIT 819: Utile quando una formulazione necessita di un maggiore assorbimento e di un supporto per una cura più profonda.
• CHLUMINIT 184: A classic free-radical benchmark for fast surface cure in many UV systems.

FAQ per acquirenti e formulatori

Perché i pacchetti di fotoiniziatori miscelati sono così comuni?
Poiché un prodotto può controllare l'ingiallimento o adattarsi bene alla lampada, mentre un altro migliora la profondità di polimerizzazione o le prestazioni della linea di velocità, il pacchetto completo è spesso più forte di qualsiasi singolo grado.

La cura incompleta dovrebbe essere sempre risolta aggiungendo più iniziatore?
Non automaticamente. La vera limitazione potrebbe essere la lampada, lo spessore del film, la sfumatura del pigmento o il resto del sistema reattivo piuttosto che un semplice sottodosaggio.