PCB真空蝕刻技術詳細分析,原理和優勢詳細概述

發表時間:2020-10-10 13:34:10 人氣:636

蝕刻過程是PCB生產過程中基本步驟之一,簡單的講就是基底銅被抗蝕層覆蓋,沒有被抗蝕層保護的銅與蝕刻劑發生反應,從而被咬蝕掉,最終形成設計線路圖形和焊盤的過程。當然,蝕刻原理用幾句話就可以輕而易舉地描述,但實際上蝕刻技術的實現還是頗具有挑戰性,特別是在生產微細線路時,很小的線寬公差要求,不允許蝕刻過程存在任何差錯,因此蝕刻結果要恰到好處,不能變寬,也不能過蝕。

進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行生產,以實現最大程度上的生產自動化,使生產成本降低,但水平蝕刻也不是十全十美,無法消除的“水池效應”使板的上表面和下表面產生不同的蝕刻效果,板邊的蝕刻速率比板中心的蝕刻速率快,有時候,這種現象會使板面上的蝕刻結果產生比較大的差異。


也就是說,“水池效應”會使板邊上的線路過蝕比板中心的線路過蝕大,甚至精心進行的線路修正(在板邊上適當地加寬線路寬度),來補償不同的蝕刻速率也會出現失敗,因為要獲得超細的線路必須非常精細的控制蝕刻公差。


這種情況導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,蝕刻劑的流動因此受到限制,富含銅離子的溶液流出板面相對要難一些,結果對比板邊或板的下面,蝕刻效率降低,蝕刻效果變差。實際上,在實踐中不太可能避免“水池效應”,因為鏈條式的水平傳動輥輪會阻止蝕刻液的排出,結果導致蝕刻液在輥輪間積聚,這種現象在生產面積較大的板或超微細線路時更加明顯,即使是采用了比較特殊的生產過程控制和補償方式,例如水平于傳輸方向可獨立調整的噴淋系統、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投入,這個問題也無法很好解決,于是實現避免“水池效應”的目標又不不得不回到起點,重新開始。


在去年底,PILL e.K.發布了一項新的工藝技術,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性,從而阻止水坑效應的產生。 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。同時由線路板制造商進行的測試也確證了僅在用較少的精力控制工程條件的情況下,真空蝕刻工藝可達到卓越的效果。 


經真空蝕刻后,在板的雙面整個表面蝕刻效果都非常均勻。

 

真空蝕刻技術的原理很簡單。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。  


在這里真空指系統操作區域的負壓和剛夠防止蝕刻液產生水坑效應的較低的吸力。即使是最薄的內層板也不能被抽氣單元吸起,且生產精度需得到保證。設計者通過將抽氣機的軌道與傳送系統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,不管生產的是薄板還是厚板均可被處理。此點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24”X24”大板的表面上,線路板朝上的一面,僅發現有1 micron的銅厚波動。經比較,板朝上部分與朝下部分的蝕刻效果基本一致。

 

使用真空蝕刻技術生產板的線路質量也非常好。 與不同PCB制造商一起進行的詳細測試表明新的真空蝕刻技術可生產出更直的導體剖面,這樣生產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對導線側面攻擊量的收縮率及用來描述導線蝕刻深度與側向蝕刻量的蝕刻因子的值都非常高。


當然,也有一系列基本不受制造商影響的其它因素會影響到實際蝕刻效果。例如,抗蝕劑的厚度,曝光和顯影工序的質量、蝕刻基材的銅厚各有很大的影響,總的來說,估計蝕刻工序或蝕刻液的更新頻率對蝕刻效果的影響僅占一半。但PILL項目經理Oliver Briel強調“事實證明我們讓這50%完全受控”。 


真空蝕刻技術也顯示了其它方面一系列的長處: 


可充分利用蝕刻流程的產能。因蝕刻速度增快使生產時間縮短,所以蝕刻流程的產量上升。 


因第一次蝕刻就可達到滿意的效果,所以無需返工進行重蝕刻。  


可以減少相關的工廠控制工程,降低相應的成本。  


真空蝕刻系統采用相對簡單的技術就可生產超精細導線,不再需要安裝可擺動的噴射歧管。  


可不再使用間歇性可調節噴射壓力的噴嘴構造。該設計主要用于確保減少水坑效應,現簡單地采用吸氣系統就可完成該功能?! ≌婵瘴g刻技術允許流程模塊更短、更緊促,可在同一模塊中同步完成吸氣及蝕刻的功能。  


真空蝕刻技術系統的額外的優勢在于噴射歧管可沿行進方向橫向安置。用于生產精細導線板的傳統噴射歧管,其噴管通常需沿行進方向縱向安置,以便在板邊和板中可有不同的噴壓存在。噴管與行進方向角度適當便于維護且更換時需要的時間較少,而且這種排置方法也可以對每個噴射歧管單獨進行簡單的流量電氣監控。如果出現不規則的情況,使用者能夠立即識別出是哪支噴射歧管出現問題,然后可毫不延誤地直接進行調整。 


真空蝕刻技術未來潛力非常大,因該制程特別適于細導線及超細導線結構板的生產。對低于50微米的導電圖形的初步測試可得到承諾的結果?,F正對采用真空蝕刻技術生產厚銅板線路的能力進行進一步評估,目前所有的數據均表明結果良好。特別值得注意的是,試驗時不僅采用傳統氯化銅作為蝕刻介質,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。盡管使用這種蝕刻介質需要較長的時間,但其導體剖面陡直度較大時效果比較好,而且毫無疑問地為目前已被作為標準接受的流程提供了一種替代,特別是對于特細線路的生產。  


如有要求,真空蝕刻線可安裝有利環保的再生系統:根據HUMLEITEC研發的技術,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。在長時間的實際應用中,已證明了采用這種技術的系統是成功的,而且很快就可收回投資成本。


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