堿蝕流程精細(xì)線路板件線寬補(bǔ)償規(guī)則的改善研究

Paper Code: S-132

林偉娜（汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515041）

堿蝕流程精細(xì)線路板件線寬補(bǔ)償規(guī)則的改善研究

Paper Code: S-132

林偉娜
（汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515041）

文章主要是通過(guò)試驗(yàn)及Cpk計(jì)算評(píng)估精細(xì)線路板件在堿蝕流程中的加工情況，找出不同蝕銅厚度、不同線路類型及不同線路走向之間的線寬補(bǔ)償規(guī)律，從資料制作上改善受圖形分布或平板加厚導(dǎo)致線細(xì)與蝕不凈矛盾，降低生產(chǎn)難度，提高板件加工穩(wěn)定性。

堿蝕；CPK計(jì)算；精細(xì)線路；線寬補(bǔ)償規(guī)律；加工穩(wěn)定性

1 前言

對(duì)于高多層及細(xì)線路板件在外層堿蝕制作過(guò)程中，受圖形分布或蝕刻銅厚等因素影響，易出現(xiàn)過(guò)孔線細(xì)或密集線路蝕不凈的矛盾，使其在外層制作過(guò)程控制難度加大。為此，本文主要是通過(guò)試驗(yàn)及Cpk計(jì)算評(píng)估細(xì)線路板件在堿蝕流程中的加工情況，找出不同蝕銅厚度、不同線路類型及不同線路走向之間的線寬補(bǔ)償規(guī)律，從資料制作上改善受圖形分布或蝕刻銅厚導(dǎo)致線細(xì)與蝕不凈矛盾，降低生產(chǎn)難度，提高板件加工穩(wěn)定性。

2 試驗(yàn)方案

采用457 mm×610 mm試板，根據(jù)線路類型、布線走向、不同線寬控制和補(bǔ)償幾大因素分不同水平設(shè)計(jì)，通過(guò)蝕刻后的線寬控制情況尋找個(gè)中差異和規(guī)律。同時(shí)為避免設(shè)備加工能力差異性影響，試板指定同一設(shè)備（PTH、圖形轉(zhuǎn)移、圖形電鍍線）進(jìn)行生產(chǎn)制作。

圖1 試板單元設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖2 試板拼板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

此次評(píng)估主要包括“布線走向?qū)€路側(cè)蝕影響”、“不同蝕刻銅厚線路控制情況”、“不同蝕刻速度對(duì)線路制作影響”及“不同線寬/間距補(bǔ)償對(duì)線路控制的影響”等。

3.1 線路布線走向?qū)€路側(cè)蝕影響

線路布線走向?qū)ξg刻過(guò)程藥水的流向可能存在影響，進(jìn)一步影響線路蝕刻情況，因此在不同蝕刻銅厚情況下設(shè)計(jì)不同布線走向?qū)Ρ染€路蝕刻控制效果。

（1）隨著蝕銅厚度增加，密集線路出現(xiàn)線腳大蝕不凈幾率增大；

（2）在線路蝕刻控制方面，豎向走線效果優(yōu)于斜向45°走線，橫向走線效果最差。

3.2 不同蝕刻速度對(duì)線路制作影響

由于蝕刻設(shè)備結(jié)構(gòu)間的差異，對(duì)于相同蝕銅厚度的板件在不同的生產(chǎn)線蝕刻速度可能存在差異，蝕刻速度的差異直接影響表面藥水流速，對(duì)線路側(cè)蝕可能存在影響，因此設(shè)計(jì)同類型試板在不同蝕刻速度下評(píng)估線路制作質(zhì)量差異。

（1）蝕刻銅厚較薄時(shí)，線路控制整體優(yōu)于銅厚較厚時(shí)；

（2）蝕厚銅情況下，蝕刻速度快時(shí)線路側(cè)蝕平整度較優(yōu)，線腳情況控制良好。

表1 不同蝕刻銅厚及不同布線走向的密集線路蝕刻效果

3.3 不同線寬/間距補(bǔ)償對(duì)線路控制的影響

蝕銅厚度/μm 20、30、40線路類型布線走向非BGA密集線、孤立線、BGA孔孔夾線線寬控制/mm線路補(bǔ)償/mm 非BGA最小間距/mm BGA最小間距/mm豎向、橫向、斜向45° 0.063、0.075、0.089 0.013～0.025、0.019～0.031、0.025～0.038 0.1、0.094、0.089 0.089、0.081、0.075

表2 不同蝕刻速度下線路側(cè)蝕情況

不同的線寬補(bǔ)償將直接影響線路間距，進(jìn)而對(duì)蝕刻過(guò)程藥水在線路之間的交換和蝕刻效果產(chǎn)生差異，因此設(shè)計(jì)不同線寬間距補(bǔ)償，對(duì)比評(píng)估其對(duì)密集線路蝕刻控制的影響。

（1）線路補(bǔ)償與間距與線路蝕刻效果并未出現(xiàn)比例關(guān)系，0.063 mm線路在補(bǔ)償=0.75的情況下反而會(huì)出現(xiàn)線腳大現(xiàn)象，而3種線路在“補(bǔ)償/間距= 0.031 mm/0.089 mm”的情況下均會(huì)出現(xiàn)線腳大現(xiàn)象，主要是密集線路間距小，藥水交換不充分，易蝕不凈。因此線路補(bǔ)償與間距需控制在一個(gè)較為均衡的水平。

（2）3種線路在“補(bǔ)償/間距=0.025 mm/0.094 mm”的條件下，其線路側(cè)蝕及線寬控制均為最佳。

3.4 BGA孔孔夾線過(guò)蝕情況

對(duì)于BGA孔孔夾線控制，由于過(guò)孔處蝕刻藥水交換較快，因此該處易出現(xiàn)線細(xì)，針對(duì)該類型線路對(duì)比不同線寬補(bǔ)償及間距下的孔孔夾線控制情況。

（1）以上3種補(bǔ)償條件下，線寬均可滿足控制要求，無(wú)出現(xiàn)過(guò)蝕線細(xì)現(xiàn)象。

（2）隨著過(guò)孔線補(bǔ)償加大，即線盤間距減小，焊盤夾線會(huì)逐漸出現(xiàn)局部肥胖的現(xiàn)象，當(dāng)間距僅為0.075 mm尤其明顯。原因應(yīng)是是間距縮小，藥水交換難度大，蝕刻量減少。所以為防止夾膜或孤立段線腳大，該處需保證線盤最小間距≥0.075 mm。

表3 不同線寬間距補(bǔ)償對(duì)線路蝕刻控制效果

3.5 線寬控制方面

對(duì)不同試驗(yàn)條件下的試板線寬進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，具體如下：

從表7、表8可知，在蝕銅厚度20 μm ～30 μm，“過(guò)孔線路補(bǔ)償0.038 mm—常規(guī)孤立線路補(bǔ)償0.031 mm—密集線路補(bǔ)償0.019 mm”的條件下，各類線寬較為

接近。在蝕銅厚度40 μm，“過(guò)孔線路補(bǔ)償0.044 mm—常規(guī)孤立線路補(bǔ)償0.038 mm—密集線路補(bǔ)償0.031 mm”的條件下，各類線寬較為接近。

表4 不同線寬補(bǔ)償及間距BGA孔孔夾線制作情況

表7 蝕銅20μm條件下的不同線寬測(cè)量結(jié)果

表8 蝕銅30μm條件下的不同線寬測(cè)量結(jié)果

表9 蝕銅40μm條件下的不同線寬測(cè)量結(jié)果

3.6 線寬控制CPK制程分析

對(duì)于3類線寬在不同線路補(bǔ)償下生產(chǎn)制作的Cpk制程分析如下：

對(duì)于0.063 mm線路，當(dāng)線寬補(bǔ)償為“過(guò)孔線0.038 mm/密集線0.025 mm”，Cpk最佳，整體數(shù)據(jù)相對(duì)集中，偏向中值。0.075 mm線路，當(dāng)線寬補(bǔ)償為“過(guò)孔線0.038 mm密集線0.025 mm”，Cpk最佳，整體數(shù)據(jù)接近中值，但過(guò)孔線分布較為分散。對(duì)于0.088 mm線路，當(dāng)線寬補(bǔ)償為“過(guò)孔線0.038 mm/密集線0.025 mm”，Cpk最佳，均值接近中值，但整體數(shù)據(jù)分布較為分散。如表12所示

表10 不同線路補(bǔ)償下線寬Cpk制程分析結(jié)果

表11 不同線路補(bǔ)償下線寬均值控制結(jié)果

表12 3類線寬的CPK最佳控制情況

從表10、表11結(jié)果看出，0.063 mm、0.075 mm及0.088 mm Cpk總體變化趨勢(shì)較為一致。

（1）線寬補(bǔ)償過(guò)孔線0.025 mm/密集線0.013 mm，Cpk最差，數(shù)據(jù)偏靠下限，說(shuō)明線寬補(bǔ)償不足；

（2）線寬補(bǔ)償過(guò)孔線0.031 mm/密集線0.019 mm，Cpk有所改善。整體仍偏下限，需加大補(bǔ)償；

（3）線寬補(bǔ)償過(guò)孔線0.031 mm/密集線0.019 mm，Cpk最佳，整體數(shù)據(jù)偏向中值。但Cpk仍無(wú)法滿足≥1.33，主要受部分板角或板邊線寬偏小影響，可通過(guò)局部調(diào)整線寬補(bǔ)償進(jìn)行改善。

（4）對(duì)比3種線路的密集線路與過(guò)孔線路數(shù)據(jù)分布情況，當(dāng)線路補(bǔ)償過(guò)孔線0.031 mm/密集線0.019 mm時(shí)，其過(guò)孔線分布曲線肥胖程度接近密集線，但當(dāng)線路補(bǔ)償“過(guò)孔線0.025 mm/密集線0.013 mm”或“過(guò)孔線0.013 mm/密集線0.025 mm”時(shí)，其過(guò)孔線分布曲線明顯比密集線較胖，主要是此兩種線路設(shè)計(jì)排布在前后兩側(cè)，部分板件過(guò)孔線蝕刻后較小，導(dǎo)致數(shù)據(jù)較為分散。同時(shí)也說(shuō)明板角或板邊的過(guò)孔線蝕刻量高于密集線，因此需相應(yīng)加大線寬補(bǔ)償調(diào)整。

4 試驗(yàn)結(jié)果及小結(jié)

綜上試驗(yàn)結(jié)果，影響線路控制穩(wěn)定性主要包括蝕銅厚度、線寬補(bǔ)償、蝕刻速度、板件特性等。

4.1 蝕銅厚度控制

（1）隨著蝕銅厚度的增加，密集線路蝕不凈可能性會(huì)加劇。

當(dāng)蝕銅厚度≤30 μm，密集線路不同走向?qū)?cè)蝕影響情況不大，基本不會(huì)出現(xiàn)蝕不凈；

當(dāng)蝕銅厚度≥40 μm，橫向密集線路側(cè)蝕量會(huì)大于豎向或斜向，易出現(xiàn)蝕不凈，線路控制較差。

（2）線寬越小，對(duì)蝕刻銅厚的要求越嚴(yán)格。

線寬控制越小，蝕刻銅厚要求越薄，以降低蝕刻側(cè)蝕可能，避免出現(xiàn)線細(xì)或者過(guò)蝕風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 蝕刻速度控制

蝕刻速度越快，越有利于線路側(cè)蝕情況的改善。所以對(duì)于細(xì)線路板件，在設(shè)備能力允許的情況下，可考慮加快蝕刻速度來(lái)提高板件制作質(zhì)量。

4.3 線寬補(bǔ)償方面

0.088 mm以下密集線路，在“線路補(bǔ)償/間距為0.025 mm/0.094 mm”條件下，線路側(cè)蝕及線寬控制均為最佳。

孔孔夾線線細(xì)會(huì)隨著其補(bǔ)償加大得到改善，但隨間距縮小，焊盤夾線肥胖的現(xiàn)象也會(huì)隨之加劇。

隨著蝕銅厚度的增加，需相應(yīng)提高線路補(bǔ)償，以保證線寬控制，同時(shí)對(duì)于孔線和密集線區(qū)域需保證最小間距，以保證藥水交換效果。

4.4 線寬Cpk控制方面

不同線寬Cpk總體變化趨勢(shì)較一致，受線寬補(bǔ)償及間距影響較大。當(dāng)過(guò)孔線線寬補(bǔ)償或密集線間距足夠時(shí)，Cpk控制能力會(huì)提高。

在蝕刻銅厚≤30 μm時(shí)，線寬補(bǔ)償過(guò)孔線0.038 mm/密集線0.025 mm，其Cpk最佳，整體數(shù)據(jù)偏向控制中值，且較為集中。當(dāng)蝕刻銅厚40 μm時(shí)，線寬補(bǔ)償“過(guò)孔線0.044 mm/密集線0.031 mm”時(shí)，其Cpk最佳。且密集線需保證最小間距0.094 mm，BGA過(guò)孔線保證最小間距0.075 mm。

本次試驗(yàn)選取作Cpk數(shù)據(jù)分析對(duì)象中，Cpk無(wú)法滿足≥1.33，主要原因是板角或板邊線寬偏小。

過(guò)孔線分布曲線肥胖程度最接近密集線，為線寬補(bǔ)償“過(guò)孔線0.031 mm/密集線0.019 mm”，主要是該類線寬較多設(shè)計(jì)在板中間，受前后端效應(yīng)或邊緣效應(yīng)影響少，側(cè)面說(shuō)明局部調(diào)整板角或板邊線寬補(bǔ)償?shù)闹匾浴?/p>

4.5 試驗(yàn)小結(jié)綜上，提高細(xì)線路在外層堿蝕過(guò)程的穩(wěn)定性控制，應(yīng)注意控制合適的蝕銅厚度、根據(jù)線路走向認(rèn)面或認(rèn)向生產(chǎn)、孔孔夾線與密集線路線寬補(bǔ)償量及最小間距應(yīng)分開調(diào)整并控制合適平衡點(diǎn)。

林偉娜，工藝工程師，主要負(fù)責(zé)沉銅平板、圖形電鍍和堿性蝕刻工藝工作。

Research to improve the line-width compensation rules of fine line panel in the etching process

LIN Wei-na

This paper mainly evaluated the processing situation of fine line panel in the etching process by testing and CPK, and then summarized the Line-width compensation rules with the different thickness of etched copper, different line types and different line configuration. To solve the contradiction between the over-etching and no clean etching which by cause of pattern or panel plating thicker from the MI design, it intended to reduce the production difficulty and improve the process stability.

Etching Process; CPK; Fine Line; Line-Width Compensation Rules; Process Stability

TN41

A

1009-0096（2014）04-0020-06