PCB新聞 - 多層電路板外電路蝕刻工藝分析

多層電路板外電路蝕刻工藝分析

1、概述

現今, 的典型過程 印刷電路板(PCB多層電路板) processing selects "graphic plating method". 那就是, 線上路板外層需要保存的銅箔部分預鍍一層鉛錫防腐層, 那就是, 電路的圖案部分, 然後化學腐蝕其他銅箔, 這叫做蝕刻.

應注意，此時多層電路板上有兩層銅。 在外層腐蝕過程中，只有一層銅必須被完全腐蝕掉，其他層最終將形成所需的電路。 這種圖案電鍍的特點是鍍銅層只存在於鉛錫電阻層之下。 另一種工藝方法是在整個多層電路板上鍍銅，感光膜以外的部分僅為錫或鉛錫抗蝕劑。 該工藝稱為“全板鍍銅工藝”。 與圖案電鍍相比，在整個電路板上鍍銅的最大缺點是必須在電路板表面鍍兩次銅，並且在蝕刻過程中需要對其進行腐蝕。 囙此，當導線寬度非常精確時，會出現一系列問題。 同時，側面腐蝕會嚴重影響線路的均勻性。

在PCB電路板（多層電路板）外部電路的加工技術中，還有另一種方法，即使用感光膜代替金屬塗層作為防腐層。 這種方法與內層刻蝕工藝非常相似，可以參考內層制造技術中的刻蝕。

現今, 錫或鉛錫是最常用的防腐層, 用於氨基蝕刻劑的蝕刻工藝. 氨基腐蝕劑是一種應用廣泛的化學液體, 與錫或鉛錫沒有任何化學反應. 氨腐蝕劑主要是指氨/氯化銨蝕刻液. 此外, 氨/市場上也有硫酸銨蝕刻化學品.

使用硫酸鹽基蝕刻液後, 其中的銅可以通過電解分離, 囙此可以重複使用. 因為它的腐蝕速率很低, 這在實踐中通常很少見, 但有望用於無氯蝕刻. 一些人嘗試用硫酸-過氧化氫作為腐蝕劑來腐蝕外層圖案. 由於經濟和廢液處理等諸多原因, 該工藝尚未在商業意義上得到廣泛應用. 此外, 硫酸-過氧化氫不能用於鉛錫抗蝕劑的蝕刻, 這種工藝並不是生產 多層電路板, 所以大多數人很少關心它.

2 關於上下 多層電路板 曲面, the etching conditions of the leading edge and the trailing edge are different

許多與蝕刻質量相關的問題將與上層多層電路板的蝕刻部分結合在一起。 理解這一點非常重要。 這些問題源於蝕刻劑在印刷電路板上表面產生的膠狀團塊的影響。 一方面，銅表面上膠體板的累積會影響噴發力，另一方面，會阻礙新鮮蝕刻溶液的補償，從而導致蝕刻速度降低。 正是由於膠體板的組成和積累，電路板上下圖案的蝕刻程度不同。 這也使得板首先進入的蝕刻機部分（多層電路板）完全被簡單地蝕刻或簡單地構成過度腐蝕，因為此時累積沒有結構，蝕刻速度更快。 相反，多層電路板進入後進入的部分在進入時會累積，並减慢其蝕刻速度。

3、設備調整及與腐蝕性溶液的相互作用

在印刷電路（多層電路板）的加工過程中，氨腐蝕是一個更複雜、更混亂的化學反應過程。 另一方面，這是一項容易的工作。 一旦工藝得到上調，就可以連續生產。 關鍵是開機後要堅持連續運行，不宜乾燥停機。 蝕刻工藝在很大程度上取決於設備的良好操作條件。 現時，無論使用哪種蝕刻液，都必須使用高壓噴塗，為了獲得更規則的線側和高品質的蝕刻效果，必須嚴格選擇噴嘴結構和噴塗方法。

為了獲得顯著的副作用，提出了許多不同的理論，它們構成了不同的規劃方法和設備結構。 這些理論往往非常不同。 但是所有關於蝕刻的理論都認識到了最基本的原理，即儘快使金屬表面接觸到新的蝕刻溶液。 腐蝕過程的化學機理分析也證實了上述觀點。 在氨蝕刻中，假設所有其他參數保持不變，蝕刻速率主要由蝕刻溶液中的氨（NH3）决定。 囙此，使用新鮮溶液和蝕刻外觀效果有兩個主要目的：一個是沖洗掉剛剛發生的銅離子； 另一種是持續供應響應所需的氨（NH3）。

在印刷電路行業的傳統常識中，尤其是印刷電路資料的供應商，我們認識到氨蝕刻溶液中的單價銅離子含量越低，響應速度越快。 這是從經驗證明中學到的。 事實上，許多氨基蝕刻液產品含有單價銅離子的特殊配體（一些雜亂的溶劑），其作用是减少單價銅離子（這些是其產品的科技訣竅，具有高響應能力），可以看出單價銅離子的影響不小。 如果單價銅從5000ppm减少到50ppm，蝕刻速度將新增一倍以上。

由於在蝕刻反應過程中會產生大量單價銅離子，並且單價銅離子總是與氨的絡合基團緊密結合，囙此很難將其含量保持在接近零的水准。 通過大氣氧的作用將單價銅轉化為二價銅可以去除單價銅。 上述目的可通過噴塗實現。

這是使空氣進入蝕刻盒的功能原因。 但是，假設空氣過多，會加速溶液中氨的損失並降低pH值，其效果仍會降低蝕刻速率。 溶液中的氨也是需要控制的改性量。 一些用戶選擇將純氨通入蝕刻池。 為此，需要添加PH計控制系統。 當主動量測的pH值效應低於給定值時，溶液將主動新增。

在相關的化學蝕刻（也稱為光化學蝕刻或PCH）領域，研究工作已經初步完成，並已達到蝕刻機結構規劃階段。 在這種方法中，使用的溶液是二價銅，而不是氨銅蝕刻。 它可用於印刷電路行業。 在PCH行業中，蝕刻銅箔的典型厚度為5至10密耳（密耳），在某些情况下，厚度相當大。 其對蝕刻參數的要求通常比PCB行業的要求更嚴格。

PCM工業系統的研究效果尚未正式宣佈，但其效果將令人耳目一新。 由於相對强大的項目資金支持，研究人員能够在長期意義上改變蝕刻設備的規劃思路，並共同討論這些變化的影響。 例如，與錐形噴嘴相比，最佳噴嘴方案是使用扇形，噴射歧管（即噴嘴擰入的筦道）也有一個設備視點，可以在與進入蝕刻室的工件成30度角的位置噴射。 假設未進行此類修改，歧管上噴嘴的安裝方法將導致每個相鄰噴嘴的噴射角度不完全一致。 第二組噴嘴的噴塗表面與第一組噴嘴的噴塗表面略有不同（這表示噴塗操作狀態）。 這樣，噴射溶液的形狀就會重疊或交叉。 理論上，假設溶液的形狀相互相交，該部分的噴射力將减小，並且蝕刻表面上的舊溶液無法有效沖洗，新溶液可以接觸。 在噴霧表面的邊緣，這種情況特別好。 其噴發力遠小於直線方向的噴發力。

這項研究發現，最新的規劃參數是每平方英寸65磅（即4+巴）。 每個蝕刻過程和每個有用的解決方案都有一個最佳噴發壓力的問題，現時，蝕刻室中的噴發壓力達到30 psig（2Bar）或以上是最小的。 有一個原理是，蝕刻溶液的密度越高（即比重或波美度），最佳噴發壓力應越高。 當然，這不是一個單一的參數。 另一個重要參數是相對遷移率（或遷移率），它控制其在溶液中的響應速度。

第四，蝕刻質量和之前存在的問題

蝕刻質量的基本要求是能够完全移除和清潔除抗蝕劑層下方以外的所有銅層，僅此而已。 嚴格地說，假設精確定義，蝕刻質量必須包括線寬的一致性和咬邊程度。 由於當前刻蝕溶液的固有特性，不僅向下，而且各個方向都會發生刻蝕效應，囙此側面刻蝕幾乎是不可避免的。

底切問題是刻蝕參數中經常提到的問題，它被定義為底切寬度與刻蝕深度之比，稱為刻蝕係數。 在印刷電路行業，其改造計畫非常廣泛，從1:1到1:5。 顯然，較小的咬邊度或較低的蝕刻係數是最令人滿意的。

蝕刻設備的結構和蝕刻液的不同成分會影響蝕刻因數或側面蝕刻的程度。 也許在大觀方面，它可以被操縱。 使用某些增粘劑可以降低側面侵蝕的程度。 這些添加劑的化學成分通常是商業秘密，它們各自的開發商不會將其洩露給外界。 關於蝕刻設備的結構，以下章節將具體討論。

在許多方面，蝕刻質量早在印刷電路板（多層電路板）進入蝕刻機之前就存在了。 由於印刷電路（多層電路板）處理的各種過程或過程具有非常緊密的內部連接，囙此沒有不受其他過程影響且不影響其他過程的過程。 在去除薄膜的過程中，實際上存在許多被確定為蝕刻質量的問題，甚至在過去更為嚴重。 對於外層圖形的蝕刻工藝，由於它所呈現的“逆流”優於大多數印製板工藝，許多問題最終反映在它身上。 同時，這也是因為蝕刻是一系列自粘和初始光敏過程的最後一步，之後外層圖案成功轉移。 連結越多，出現問題的可能性就越大。 這可以看作是印刷電路生產過程中的一個非常特殊的方面。

理論上，印刷電路進入蝕刻階段後，在通過圖案電鍍處理印刷電路的過程中， 理想的情况應該是：電鍍後銅和錫或銅和鉛錫的總厚度不應超過電鍍電阻。感光膜的厚度使電鍍圖形完全被膜兩端的“壁”阻擋並嵌入其中。 然而，在實際生產中，世界各地的印刷電路板（多層電路板）電鍍後的電鍍圖案比感光圖案厚得多。 在銅和鉛錫電鍍過程中，由於電鍍高度超過感光膜，會出現橫向積累的趨勢，從而出現問題。 覆蓋線條頂部的錫或鉛錫抗蝕劑層延伸至兩端，形成“邊緣”，覆蓋“邊緣”下感光膜的一小部分。

由錫或鉛錫製成的“邊緣”使得在移除感光膜時無法完全移除感光膜，在“邊緣”下留下一小部分“殘留膠”。 在抗蝕劑的“邊緣”下留下的“殘留膠”或“殘留膜”將構成不完整的蝕刻。 蝕刻後，線條在兩端形成“銅根”。 銅根線間距過窄，印製板不符合甲方要求，甚至可能被拒收。 因為拒收將大大新增PCB多層電路板的生產成本。

此外，在許多情况下，溶解是由反應引起的。 在多層印製電路板行業中，殘留的薄膜和銅也可能在腐蝕性液體中形成堆積物，並堵塞在腐蝕機和耐酸泵的噴嘴中，囙此必須關閉。 處理和清潔影響工作效率。

5、蝕刻設備的保護

保護蝕刻設備的最關鍵因素是確保噴嘴清潔無堵塞，使噴發暢通無阻. 在噴發壓力的作用下，堵塞或結渣會影響佈局. 假設噴嘴不乾淨, 蝕刻將不均勻，整個 多層電路板 將被廢棄.

顯然，設備的保護是更換損壞和磨損的部件，包括更換噴嘴，這些部件也有磨損問題。 此外，更關鍵的問題是堅持蝕刻機中沒有結渣。 在許多情况下，會有爐渣堆積。 過多的熔渣堆積甚至可能影響蝕刻溶液的化學平衡。 同樣，如果蝕刻溶液呈現過度的化學不平衡，結渣將更加嚴重。 結渣問題怎麼強調都不過分。 一旦蝕刻溶液突然出現大量結渣，通常表明溶液的平衡有問題。 應使用强鹽酸進行清洗或補充溶液。

殘餘膜也會引起結渣，極少量的殘餘膜溶解在蝕刻液中，然後形成銅鹽沉積。 殘餘膜引起的結渣表明之前的膜去除過程不完整。 漆膜去除不良通常是邊緣漆膜和過度電鍍的結果。