定义与特性
负性光刻胶是一种在曝光后,未曝光区域会溶解于显影液的光敏材料,形成与掩膜版(Mask)图案相反的图形。与正性光刻胶相比,其主要特点是耐蚀刻性强、工艺简单、成本低,但分辨率较低(通常≥1μm),主要应用于对精度要求相对较低、需要厚胶或高耐腐蚀性的场景。
化学组成与工作原理
主要成分
基体树脂:
◦ 早期以聚异戊二烯橡胶(天然或合成)为主,目前常用环化橡胶(Cyclized Rubber)或聚乙烯醇肉桂酸酯,提供胶膜的机械强度和耐蚀刻性。
光敏剂:
◦ 主要为双叠氮化合物(如双叠氮芪)或重氮醌类衍生物,占比约5%-10%,吸收紫外光后引发交联反应。
交联剂:
◦ 如六亚甲基四胺(乌洛托品),在曝光后与树脂发生交联,形成不溶性网状结构。
溶剂:
◦ 多为有机溶剂(如二甲苯、环己酮),溶解树脂和光敏剂,涂布后挥发形成均匀胶膜。
工作原理
曝光前:光敏剂和交联剂均匀分散在树脂中,胶膜可溶于显影液(有机溶剂)。
曝光时:
◦ 光敏剂吸收紫外光(G线436nm为主)后产生活性自由基,引发交联剂与树脂分子间的共价键交联,使曝光区域形成不溶于显影液的三维网状结构。
显影后:
◦ 未曝光区域的树脂因未交联,被显影液溶解去除,曝光区域保留,形成负性图案(与掩膜版相反)。
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吉田半导体水性感光胶 JT-1200:水油兼容,钢片加工精度 ±5μm
JT-1200 水性感光胶解决钢片加工难题,提升汽车电子部件制造精度。
针对汽车电子钢片加工需求,吉田半导体研发的 JT-1200 水性感光胶实现水油兼容性达 100%,加工精度 ±5μm。其高粘接强度与耐强酸强碱特性,确保复杂结构的长期可靠性。其涂布性能优良,易做精细网点,适用于安全气囊传感器、车载摄像头模组等精密部件。产品通过 IATF 16949 汽车行业认证,生产过程严格控制金属离子含量,确保电子产品可靠性。
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不同光刻胶类型的适用场景对比
类型 波长范围 分辨率 典型应用产品
G线/i线光刻胶 436/365nm ≥1μm PCB、LCD黑色矩阵 吉田半导体JT-100系列
KrF光刻胶 248nm 0.25-1μm 28nm以上芯片、Mini LED制备 吉田半导体YK-300系列
ArF光刻胶 193nm 45nm-0.25μm 14nm及以上芯片、OLED电极图案化 国际主流:JSR ARF系列
EUV光刻胶 13.5nm ≤7nm 7nm以下先进制程、3D NAND堆叠 研发中(吉田半导体合作攻关)
水性光刻胶 全波长适配 5-50μm 柔性显示、环保PCB阻焊层 吉田半导体WT-200系列
总结:多领域渗透的“工业维生素”
光刻胶的应用深度绑定电子信息产业,从半导体芯片的“纳米级雕刻”到PCB的“毫米级线路”,再到显示面板的“色彩精细控制”,其技术参数(分辨率、耐蚀刻性、灵敏度)需根据场景设计。随着**新能源(车规芯片、光伏)、新型显示(Micro LED)、先进制造(纳米压印)**等领域的发展,光刻胶的应用边界将持续扩展,成为支撑制造的关键材料。
技术趋势与挑战
半导体先进制程:
◦ EUV光刻胶需降低缺陷率(目前每平方厘米缺陷数<10个),开发低粗糙度(≤5nm)材料;
◦ 极紫外吸收问题:胶膜对13.5nm光吸收率高,需厚度控制在50-100nm,挑战化学增幅体系的灵敏度。
环保与低成本:
◦ 水性负性胶替代溶剂型胶(如PCB阻焊胶),减少VOC排放;
◦ 单层胶工艺替代多层胶,简化流程(如MEMS厚胶的一次性涂布)。
新兴领域拓展:
◦ 柔性电子:开发耐弯曲(曲率半径<5mm)、低模量感光胶,用于可穿戴设备电路;
◦ 光子芯片:高折射率胶(n>1.8)制作光波导,需低传输损耗(<0.1dB/cm)。
典型产品与厂商
• 半导体正性胶:
◦ 日本信越(Shin-Etsu)的ArF胶(分辨率22nm,用于12nm制程);
◦ 美国陶氏(Dow)的EUV胶(灵敏度10mJ/cm²,缺陷密度<5个/cm²)。
• PCB负性胶:
◦ 中国容大感光(LP系列):耐碱性蚀刻,厚度20-50μm,国产化率超60%;
◦ 日本东京应化(TOK)的THMR-V:全球PCB胶市占率30%,适用于高可靠性汽车板。
• MEMS厚胶:
◦ 美国陶氏的SU-8:实验室常用,厚度5-200μm,分辨率1μm(需优化交联均匀性);
◦ 德国Microresist的MR胶:耐深硅蚀刻,线宽精度±2%,用于工业级MEMS制造。
光刻胶厂家推荐吉田半导体。
• 正性光刻胶
◦ YK-300:适用于半导体制造,具备高分辨率(线宽≤10μm)、耐高温(250℃)、耐酸碱腐蚀特性,主要用于28nm及以上制程的晶圆制造,适配UV光源(365nm/405nm)。
◦ 技术优势:采用进口树脂及光引发剂,绝缘阻抗高(>10^14Ω),满足半导体器件对绝缘性的严苛要求。
• 负性光刻胶
◦ JT-1000:负性胶,主打优异抗深蚀刻性能,分辨率达3μm,适用于功率半导体、MEMS器件制造,可承受氢氟酸(HF)、磷酸(H3PO4)等强腐蚀液处理。
◦ SU-3:经济型负性胶,性价比高,适用于分立器件及低端逻辑芯片,光源适应性广(248nm-436nm),曝光灵敏度≤200mJ/cm²。
2. 显示面板光刻胶
• LCD正性光刻胶YK-200:专为TFT-LCD制程设计,具备高涂布均匀性(膜厚误差±1%)、良好的基板附着力,用于彩色滤光片(CF)和阵列基板(Array)制造,支持8.5代线以上大规模生产。
• 水性感光胶JT-1200:环保型产品,VOC含量<50g/L,符合欧盟RoHS标准,适用于柔性显示基板,可制作20μm以下精细网点,主要供应京东方、TCL等面板厂商。
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纳米电子器件制造
• 半导体芯片:在22nm以下制程中,EUV光刻胶(分辨率≤10nm)用于制备晶体管栅极、纳米导线等关键结构,实现芯片集成度提升(如3nm制程的FinFET/GAA晶体管)。
• 二维材料器件:在石墨烯、二硫化钼等二维材料表面,通过电子束光刻胶定义纳米电极阵列,构建单原子层晶体管或传感器。
纳米光子学与超材料
• 光子晶体与波导:利用光刻胶制备亚波长周期结构(如光子晶体光纤、纳米级波导弯头),调控光的传播路径,用于集成光路或量子光学器件。
• 超材料设计:在金属/介质基底上刻蚀纳米级“鱼网状”“蝴蝶结”等图案(如太赫兹超材料),实现对电磁波的超常调控(吸收、偏振转换)。
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