PCB生產(chǎn)過程中的蝕刻工藝技術(shù)解析

一種改良過的適用于生產(chǎn)超精密板的蝕刻技術(shù) Vacuum Etching Technology： An Improved Etching Technique for Ultra-Fine Structures By Frank Baron and Ron Salerno。

蝕刻過程是PCB生產(chǎn)過程中基本步驟之一，簡(jiǎn)單的講就是基底銅被抗蝕層覆蓋，沒有被抗蝕層保護(hù)的銅與蝕刻劑發(fā)生反應(yīng)，從而被咬蝕掉，最終形成設(shè)計(jì)線路圖形和焊盤的過程。當(dāng)然，蝕刻原理用幾句話就可以輕而易舉地描述，但實(shí)際上蝕刻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)還是頗具有挑戰(zhàn)性，特別是在生產(chǎn)微細(xì)線路時(shí)，很小的線寬公差要求，不允許蝕刻過程存在任何差錯(cuò)，因此蝕刻結(jié)果要恰到好處，不能變寬，也不能過蝕。

進(jìn)一步解釋蝕刻的過程，PCB制造商更愿意使用水平的蝕刻線進(jìn)行生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)最大程度上的生產(chǎn)自動(dòng)化，使生產(chǎn)成本降低，但水平蝕刻也不是十全十美，無(wú)法消除的“水池效應(yīng)”使板的上表面和下表面產(chǎn)生不同的蝕刻效果，板邊的蝕刻速率比板中心的蝕刻速率快，有時(shí)候，這種現(xiàn)象會(huì)使板面上的蝕刻結(jié)果產(chǎn)生比較大的差異。

也就是說，“水池效應(yīng)”會(huì)使板邊上的線路過蝕比板中心的線路過蝕大，甚至精心進(jìn)行的線路修正（在板邊上適當(dāng)?shù)丶訉捑€路寬度），來補(bǔ)償不同的蝕刻速率也會(huì)出現(xiàn)失敗，因?yàn)橐@得超細(xì)的線路必須非常精細(xì)的控制蝕刻公差。

這種情況導(dǎo)致蝕刻速率的變化是十分顯著的。位于線路板上面，靠近板邊的部分，蝕刻液更容易流出板外，新舊蝕刻液更容易進(jìn)行交換，因此保持了較好的蝕刻速率。而在板中心的位置，比較容易形成“水池”情況，蝕刻劑的流動(dòng)因此受到限制，富含銅離子的溶液流出板面相對(duì)要難一些，結(jié)果對(duì)比板邊或板的下面，蝕刻效率降低，蝕刻效果變差。實(shí)際上，在實(shí)踐中不太可能避免“水池效應(yīng)”，因?yàn)殒湕l式的水平傳動(dòng)輥輪會(huì)阻止蝕刻液的排出，結(jié)果導(dǎo)致蝕刻液在輥輪間積聚，這種現(xiàn)象在生產(chǎn)面積較大的板或超微細(xì)線路時(shí)更加明顯，即使是采用了比較特殊的生產(chǎn)過程控制和補(bǔ)償方式，例如水平于傳輸方向可獨(dú)立調(diào)整的噴淋系統(tǒng)、增加振蕩式的噴淋管及增加矯正性的再蝕刻段等，如果沒有巨大的技術(shù)投入，這個(gè)問題也無(wú)法很好解決，于是實(shí)現(xiàn)避免“水池效應(yīng)”的目標(biāo)又不不得不回到起點(diǎn)，重新開始。

在去年底，PILL e.K.發(fā)布了一項(xiàng)新的工藝技術(shù)，僅通過抽水泵來吸取使用過的蝕刻液就可改善板面朝上部分的蝕刻液的流動(dòng)性，從而阻止水坑效應(yīng)的產(chǎn)生。 這種方法被稱為真空蝕刻。

第一條真空蝕刻線于2001年11月在Productronica向公眾演示。同時(shí)由線路板制造商進(jìn)行的測(cè)試也確證了僅在用較少的精力控制工程條件的情況下，真空蝕刻工藝可達(dá)到卓越的效果。

經(jīng)真空蝕刻后，在板的雙面整個(gè)表面蝕刻效果都非常均勻。

真空蝕刻技術(shù)的原理很簡(jiǎn)單。蝕刻段 中不僅安裝了噴嘴，也在噴管之間離線路板表面相對(duì)距離較近的位置安裝了抽氣單元。這些抽氣單元將使用過的蝕刻液吸走后，通過閉合回路回到模塊的液槽中。

在這里真空指系統(tǒng)操作區(qū)域的負(fù)壓和剛夠防止蝕刻液產(chǎn)生水坑效應(yīng)的較低的吸力。即使是最薄的內(nèi)層板也不能被抽氣單元吸起，且生產(chǎn)精度需得到保證。設(shè)計(jì)者通過將抽氣機(jī)的軌道與傳送系統(tǒng)中的上層固定轆連接，確保了抽氣過程與板面之間距離為最佳值，不管生產(chǎn)的是薄板還是厚板均可被處理。此點(diǎn)意味不管是何種類型的PCB板，均能得到均勻的蝕刻液抽出率。在整個(gè)24”X24”大板的表面上，線路板朝上的一面，僅發(fā)現(xiàn)有1 micron的銅厚波動(dòng)。經(jīng)比較，板朝上部分與朝下部分的蝕刻效果基本一致。

使用真空蝕刻技術(shù)生產(chǎn)板的線路質(zhì)量也非常好。 與不同PCB制造商一起進(jìn)行的詳細(xì)測(cè)試表明新的真空蝕刻技術(shù)可生產(chǎn)出更直的導(dǎo)體剖面，這樣生產(chǎn)出來的板就可更精確地接近布線的要求。

在真空蝕刻工藝中，反映在抗蝕膜下蝕刻介質(zhì)對(duì)導(dǎo)線側(cè)面攻擊量的收縮率及用來描述導(dǎo)線蝕刻深度與側(cè)向蝕刻量的蝕刻因子的值都非常高。

當(dāng)然，也有一系列基本不受制造商影響的其它因素會(huì)影響到實(shí)際蝕刻效果。例如，抗蝕劑的厚度，曝光和顯影工序的質(zhì)量、蝕刻基材的銅厚各有很大的影響，總的來說，估計(jì)蝕刻工序或蝕刻液的更新頻率對(duì)蝕刻效果的影響僅占一半。但PILL項(xiàng)目經(jīng)理Oliver Briel強(qiáng)調(diào)“事實(shí)證明我們讓這50%完全受控”。

真空蝕刻技術(shù)也顯示了其它方面一系列的長(zhǎng)處：

可充分利用蝕刻流程的產(chǎn)能。因蝕刻速度增快使生產(chǎn)時(shí)間縮短，所以蝕刻流程的產(chǎn)量上升。

因第一次蝕刻就可達(dá)到滿意的效果，所以無(wú)需返工進(jìn)行重蝕刻。

可以減少相關(guān)的工廠控制工程，降低相應(yīng)的成本。

真空蝕刻系統(tǒng)采用相對(duì)簡(jiǎn)單的技術(shù)就可生產(chǎn)超精細(xì)導(dǎo)線，不再需要安裝可擺動(dòng)的噴射歧管。

可不再使用間歇性可調(diào)節(jié)噴射壓力的噴嘴構(gòu)造。該設(shè)計(jì)主要用于確保減少水坑效應(yīng)，現(xiàn)簡(jiǎn)單地采用吸氣系統(tǒng)就可完成該功能。

真空蝕刻技術(shù)允許流程模塊更短、更緊促，可在同一模塊中同步完成吸氣及蝕刻的功能。

真空蝕刻技術(shù)系統(tǒng)的額外的優(yōu)勢(shì)在于噴射歧管可沿行進(jìn)方向橫向安置。用于生產(chǎn)精細(xì)導(dǎo)線板的傳統(tǒng)噴射歧管，其噴管通常需沿行進(jìn)方向縱向安置，以便在板邊和板中可有不同的噴壓存在。噴管與行進(jìn)方向角度適當(dāng)便于維護(hù)且更換時(shí)需要的時(shí)間較少，而且這種排置方法也可以對(duì)每個(gè)噴射歧管單獨(dú)進(jìn)行簡(jiǎn)單的流量電氣監(jiān)控。如果出現(xiàn)不規(guī)則的情況，使用者能夠立即識(shí)別出是哪支噴射歧管出現(xiàn)問題，然后可毫不延誤地直接進(jìn)行調(diào)整。

真空蝕刻技術(shù)未來潛力非常大，因該制程特別適于細(xì)導(dǎo)線及超細(xì)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)板的生產(chǎn)。對(duì)低于50微米的導(dǎo)電圖形的初步測(cè)試可得到承諾的結(jié)果。現(xiàn)正對(duì)采用真空蝕刻技術(shù)生產(chǎn)厚銅板線路的能力進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估，目前所有的數(shù)據(jù)均表明結(jié)果良好。特別值得注意的是，試驗(yàn)時(shí)不僅采用傳統(tǒng)氯化銅作為蝕刻介質(zhì)，而且也采用目前特別是在亞洲普遍使用的氯化鐵（Ⅲ）作為蝕刻介質(zhì)。盡管使用這種蝕刻介質(zhì)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，但其導(dǎo)體剖面陡直度較大時(shí)效果比較好，而且毫無(wú)疑問地為目前已被作為標(biāo)準(zhǔn)接受的流程提供了一種替代，特別是對(duì)于特細(xì)線路的生產(chǎn)。

如有要求，真空蝕刻線可安裝有利環(huán)保的再生系統(tǒng)：根據(jù)HUMLEITEC研發(fā)的技術(shù)，不再使用過氧化氫，使用空氣中的氧，即不需另外添加純氧，重新氧化銅氯化物溶液。在長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際應(yīng)用中，已證明了采用這種技術(shù)的系統(tǒng)是成功的，而且很快就可收回投資成本。（ 編輯：Levi ）