堿性蝕刻子液在線路板蝕刻過程中提高蝕刻均勻性的研究

夏群康，路建萍

(陜西省石油化工研究設(shè)計院,陜西 西安 710065)

堿性蝕刻子液在線路板蝕刻過程中提高蝕刻均勻性的研究

夏群康，路建萍

(陜西省石油化工研究設(shè)計院,陜西 西安 710065)

在線路板蝕刻過程中通過使用蝕刻補(bǔ)充子液配合自動添加裝置替代傳統(tǒng)的固體氯化銨補(bǔ)充工藝，提高線路板表面蝕刻的均勻性，提高線路板實際生產(chǎn)的工藝能力。

蝕刻；均勻性；密度；自動添加

堿性蝕刻是印制線路板生產(chǎn)加工過程中的重要步驟，其主要是指利用化學(xué)藥水的作用將覆銅板上不需要的銅蝕刻掉，將需要保留的銅保留下來，最終形成線路的過程，主要化學(xué)過程如圖 1。蝕刻工序通常是由蝕刻機(jī)配合蝕刻液來完成。蝕刻工序在印制線路板的生產(chǎn)過程中非常關(guān)鍵，蝕刻工序做得好與差，會直接影響整個印制電路板的質(zhì)量和性能。

這些年來，隨著電子產(chǎn)品的小型化，集成化程度的不斷提高，線路板制作的精度也逐步由原有的線寬/間距0.2mm(8mil)提升至0.075～0.1mm(3～4mil)。線寬間距的縮小提高了線路板上的布線密集程度，同時對傳統(tǒng)的固體氯化銨/氨水蝕刻液體系發(fā)起了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)線路板蝕刻使用固體氯化銨和氨水對蝕刻液進(jìn)行補(bǔ)充添加。當(dāng)蝕刻速率顯著下降時下降時將一定量的氯化銨和氨水補(bǔ)加至蝕刻機(jī)儲液槽，循環(huán)溶解后繼續(xù)使用。此方法存在藥液濃度，密度波動較大，蝕刻速率不穩(wěn)定的特點。

本文旨在使用陜西省石油化工研究設(shè)計院新研制的添加了抗側(cè)蝕劑，穩(wěn)定劑及氧化劑的液體蝕刻補(bǔ)充子液利用密度控制系統(tǒng)實現(xiàn)藥液的自動添加，將密度控制在1.170～1.190，相對狹窄的工藝窗口內(nèi)。以便于提高堿性蝕刻的均勻性，連續(xù)性及蝕刻精度。

圖1 化學(xué)過程

1 實驗部分

1.1 儀器、設(shè)備、藥水及試驗條件

SCHMID堿性蝕刻機(jī)(德國SCHMID公司)；MPOR涂層測厚儀 (德國菲希爾FISCHER公司)；SGO-3230正置金相顯微鏡(深視光谷)。

高速堿性蝕刻子液(HK-43)、氨水(CP，40%)、蝕刻母液、雙面覆銅板(生益科技，S1141，銅厚70μm)。

設(shè)定工藝參數(shù)：Gu2濃度128.3g/L，Cl2+濃度5.36N，密度1.181，pH值 8.13，溶液溫度48℃，噴淋壓力上噴38Psi，下噴25Psi，蝕刻機(jī)運轉(zhuǎn)速度3.0m/min。

1.2 試驗過程

取兩塊18英寸×24英寸的覆銅板，標(biāo)注好正反面及走板方向。使用涂層測厚儀測量每面固定位置(8×10個點)的原始銅厚并記錄。

其中一塊夾雜在正常生產(chǎn)板中在正常工藝參數(shù)下通過蝕刻機(jī)，通過后重新試用涂層測厚儀測試銅厚并記錄。另一塊待密度控制及自動添加系統(tǒng)啟動半小時后夾雜在正常生產(chǎn)板中通過蝕刻機(jī)，通過后重新試用涂層測厚儀測試銅厚并記錄。

通過蝕刻前后的銅厚變化差異計算蝕刻均勻性。并同時對整個實驗過程中蝕刻液每10min取樣一次，通過密度及pH變化分析蝕刻均勻性差異的原因。

均勻性計算方法：均勻性=1-(蝕銅最大值-蝕銅最小值)/2蝕銅平均值=1-R/2蝕銅平均值

2 結(jié)果與討論

2.1 正常蝕刻均勻性結(jié)果

圖2 上表面

表1，圖2、圖3為正常工藝條件下測試板上下表面的蝕銅量數(shù)據(jù)。

圖3 下表面

最大蝕銅量/μm最小蝕銅量/μm極差/μm平均蝕銅量/μm均勻性/%上表面48.937.011.943.2786.24下表面47.940.67.343.9692.00

2.2 使用蝕刻子液配合自動添加系統(tǒng)的蝕刻均勻性結(jié)果

圖4 上表面

圖5 下表面

表2、圖4、圖5為使用蝕刻子液配合自動添加系統(tǒng)條件下測試板上下表面的蝕銅量數(shù)據(jù)。

表2 使用蝕刻子液上下表面的蝕銅量數(shù)據(jù)

2.3 均勻性結(jié)果差異的討論

(1)由于重力影響，試板在水平通過蝕刻機(jī)的過程中，上表面的蝕刻液會產(chǎn)生溶液堆積，無法順利流出(水池效應(yīng))，所以通常會出現(xiàn)板面上表面的均勻性差于下表面的均勻性。

圖6 pH值變化趨勢

圖7 密度變化趨勢

(2)蝕刻子液配合密度自動添加系統(tǒng)可保證每個噴嘴噴淋至板面的藥液始終為狹窄工藝窗口內(nèi)的新鮮藥液，因此蝕刻均勻性比正常工藝情況下的均勻性有大幅提高。

(3)通過圖6、7，在沒間隔10min所取的蝕刻槽液進(jìn)行密度及pH值測定。結(jié)果使用蝕刻子液配合自動添加系統(tǒng)的工藝波動更小，控制范圍更精細(xì)，從側(cè)面驗證了以上結(jié)論。

3 結(jié)論

(1)使用液體蝕刻添加子液配合密度自動添加設(shè)備比傳統(tǒng)的固體蝕刻鹽定期添加工藝更有利于提高蝕刻過程的均勻性。其中上表面積可提高6.6%，下表面積可提高1%。

(2)使用液體蝕刻添加子液配合密度自動添加設(shè)備可將蝕刻液的pH及密度控制在相對狹窄的工藝窗口內(nèi)，有利于提高蝕刻生產(chǎn)的一致性，進(jìn)而可提高線路板線路制作的精密程度，提高產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝能力。

(3)使用蝕刻子液替代固體氯化銨可提高產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

[1] 任致程.印制線路板的制作及應(yīng)用[M]. 天津:兵器工業(yè)出版社，1993.

[2] 姜培安，魯永寶，暴 杰.印制電路板的設(shè)計與制造[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2012.

[3] [美]克里斯朵夫T 羅伯特森 (Christopher T Robertson). 印制電路板(PCB)設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

(本文文獻(xiàn)格式：夏群康，路建萍 .堿性蝕刻子液在線路板蝕刻過程中提高蝕刻均勻性的研究[J].山東化工，2016，45(24)：32-33.)

Alkaline Atching Added Liquid in the Process of PCB Etching Improve Etching Uniformity of Research

Xia Qunkang , Lu Jianping

(Shaanxi research and Design Institute of petroleum and chemical industry,Shaanxi 710065,China)

In PCB etching process by using the etching liquid supplement cooperate to automatically add device instead of traditional solid ammonium chloride added process, improve the uniformity of the circuit board surface etching, improve the ability of circuit board of the actual production process.

etching; uniformity; the proportion ; automatically add

2016-11-08

夏群康(1981—)，陜西西安人，工程師，本科，主要從事電子化學(xué)品的研發(fā)工作。

TN41

A

1008-021X(2016)24-0032-02