不同銅基及精細(xì)線路的蝕刻加工能力改善

林偉娜

（汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515041）

1 前言

隨著高多層及精細(xì)線路板件的增多，外層制作過程對堿蝕制作能力要求更是愈加苛刻。通過試驗評估不同蝕刻制作條件下的加工情況，以此為參考進而對設(shè)備蝕刻段的噴淋系統(tǒng)、傳送參數(shù)及滾輪等方面進行優(yōu)化，提高加工能力，使其能夠滿足高低基銅及精細(xì)線路板件的穩(wěn)定性制作。

2 試驗方案

根據(jù)蝕刻速度、蝕刻壓力及噴淋長度等幾大因素分不同水平設(shè)計，通過蝕刻均勻性及線寬控制情況尋找其中差異和規(guī)律，并以此結(jié)果為參考尋找相應(yīng)的改善措施。同時為避免不同時間段藥水狀態(tài)變化后的蝕刻量差異影響，所有試驗均是在同一時間段進行。

采用457 mm×610 mm銅厚68.6 mm的基銅板件，蝕刻后采用9*6點法（短邊前后各留邊38 mm、各點間距為76 mm，長邊左右各留邊25.4 mm、各點間距為63.5 mm）均勻測量（如圖1），測量工具為銅厚測量儀。均值及蝕刻均勻性COV，除COV外，其它數(shù)據(jù)單位均為mm。

圖1 蝕刻均勻性數(shù)據(jù)測量圖

2.1 不同蝕刻壓力對蝕刻均勻性的影響

試驗條件包括不同壓力數(shù)值及上下板面的不同壓力差值，且考慮上板面受水池效應(yīng)影響，蝕刻量較小于下板面，因此試驗時上壓力均設(shè)置大于下壓力。試驗過程中均采用同一蝕刻速度及有效缸體噴淋長度，試驗條件及結(jié)果如表1。

從以上試驗結(jié)果可以看出，隨著蝕刻壓力的增大，上板面COV值逐漸上升，下板面基本接近。說明壓力的增大可一定程度上提高上板面蝕刻均勻性。

2.2 不同速度對蝕刻均勻性的影響

實際生產(chǎn)過程中相同板件所需的蝕刻量是一定的，所以本次試驗過程為較為接近的蝕刻量，根據(jù)不同的蝕刻速度設(shè)置值而調(diào)整噴淋壓力及缸體有效噴淋長度進行對比，看出傳送速度對是蝕刻均勻性的影響，試驗條件及結(jié)果如表2。

從以上試驗結(jié)果可以看出，在保持較為接近的蝕刻量前提下，蝕刻速度越快，缸體有效長度越大，蝕刻均勻性會更佳，尤其對上板面影響愈加明顯。

3 改善措施及分析

由于加大蝕刻壓力、增加缸體有效噴淋長度、加快蝕刻速度均能改善蝕刻均勻性，尤其是上板面COV。因此為提高設(shè)備對于精細(xì)線路及低基銅板件的制作能力，且不影響其在高基銅板件的控制穩(wěn)定性，在綜合評估設(shè)備的改造難度后，將主要從噴淋系統(tǒng)、傳送參數(shù)及傳送系統(tǒng)著手改善。預(yù)期改善目標(biāo)為生產(chǎn)精細(xì)線路板件時上板面COV≥96.5%，極差≤5 mm。

3.1 傳送參數(shù)的改善

對于精細(xì)線路或低基銅板件，受其所需蝕刻量較低限制。作為本次改造對象的設(shè)備，原計劃生產(chǎn)方式是縮短有效蝕刻缸體長度以實現(xiàn)蝕刻速度的下降。但在試驗過程中發(fā)現(xiàn)該種制作方式下容易出現(xiàn)線路不良或側(cè)蝕量大的蝕不凈隱患，一方面可能是缸體有效長度縮短后蝕刻均勻性能力下降，另一方面蝕刻速度下降影響板面藥水流速，從而加劇上板面線路側(cè)蝕量有關(guān)。

表1 不同壓力下蝕刻均勻性情況

序號 上壓 下壓 噴淋長 蝕刻速度 均勻性測試結(jié)果力/MPa 力/MPa 度/m /(m/min) 最大值 最小值 極差 平均值 COV 6 0.17 0.14 4.5 3.8 上板面 43.0 35.5 7.5 39.0 93.4%下板面 42.8 38.0 4.8 40.9 96.5%7 0.21 0.14 4.5 4.0 上板面 43.7 34.2 9.5 38.4 94.1%下板面 42.1 36.9 5.2 38.5 97.4%8 0.24 0.17 4.5 4.2 上板面 44.4 37.5 7.4 40.0 94.6%下板面 43.0 38.8 4.2 40.5 97.7%9 0.27 0.24 4.0 s3.5 上板面 32.0 24.7 7.3 28.0 93.0%下板面 30.8 27.7 3.1 29.0 97.2%

因此為改善板件的制作質(zhì)量，結(jié)合生產(chǎn)線特點，主要采取措施是加長該類板件的有效蝕刻缸體長度，并提高設(shè)備的傳送速度控制范圍以滿足板件的蝕刻控制速度。

改善后對比不同蝕刻速度下的蝕刻均勻性，結(jié)果如表3。

隨著蝕刻速度的提高，上板面蝕刻均勻性明顯改善，COV可由93.9%提高至94.8%，極差由8.4 mm下降至4.1 mm；下板面蝕刻均勻性基本不變。隨著速度的提高，上板面板中間蝕刻量低的區(qū)域越來越小，說明水池效應(yīng)的影響在逐漸下降。

3.2 傳送系統(tǒng)的改善

雖然對傳送參數(shù)進行調(diào)整后，基本可以滿足細(xì)線路板件的速度控制要求，也解決藥水流速帶來的線路側(cè)蝕問題。但從表3的試驗結(jié)果，4.0 m/min 下的COV僅93.9%、極差值為8.4 mm，還是無法達(dá)到制作精細(xì)線路板件預(yù)期目標(biāo)，而從其蝕刻均勻性測試圖可以看出改善關(guān)鍵點在于消除上板面水池效應(yīng)。

結(jié)合設(shè)備特點及改造費用，首先考慮采取的最便捷及節(jié)約方式是結(jié)合噴嘴排布來調(diào)整壓水棍，及時驅(qū)趕上板面中間表面滯留藥水，減少水池效應(yīng)。

對于蝕刻速度為4.0 m/min的蝕刻均勻性，改善前后結(jié)果如表4。

調(diào)整傳送系統(tǒng)后，上板面蝕刻均勻性明顯改善，對于常規(guī)中高基銅所需蝕刻條件，COV可由93.9%提高至94.6%，極差由8.4 mm下降至7.5 mm；下板面蝕刻均勻性基本不變。改善后上板面板中間蝕刻量低的區(qū)域明顯縮小，說明水池效應(yīng)的影響已得到下降。

3.3 噴淋系統(tǒng)的改善

在增加壓水棍后，雖然上板面水池效應(yīng)已得到改善，但仍然無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。由于在前面的試驗及改善過程中均發(fā)現(xiàn)下板面蝕刻均勻性基本不變，因此后續(xù)改善關(guān)鍵點在于解決上板面后半部分與前端的蝕刻量差異。

結(jié)合設(shè)備的現(xiàn)有特點及各工藝條件，主要是從預(yù)噴參數(shù)及預(yù)噴壓力著手，目的在于加大上板面后半部分的蝕刻量。改善前后結(jié)果如表5。

表3 改善傳送參數(shù)前后蝕刻均勻性數(shù)據(jù)對比

表4 改善傳送系統(tǒng)前后蝕刻均勻性數(shù)據(jù)對比

表5 改善噴淋系統(tǒng)前后蝕刻均勻性數(shù)據(jù)對比

調(diào)整噴淋系統(tǒng)后，上板面蝕刻均勻性明顯改善，對于常規(guī)中高基銅所需蝕刻條件，其COV可由93.9%提高至96.6%，極差由8.4 mm下降至5.1 mm。在通過增加實心棍、提高預(yù)蝕壓力及調(diào)整預(yù)噴參數(shù)后，上板面板中間蝕刻量低區(qū)域已基本消除，說明上板面水池效應(yīng)已基本得到解決。

3.4 細(xì)線路板件制作條件下蝕刻均勻性

在相關(guān)改善措施完成后，對于精細(xì)線路或低基銅制作條件下的上板面蝕刻均勻性重新進行測試，對比結(jié)果如表6。

對于精細(xì)線路制作，其上板面蝕刻均勻性COV已由93.0%提高至96.2%，極差由7.3 mm下降至4.0 mm，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，實現(xiàn)穩(wěn)定性制作能力的要求。

3.5 線寬穩(wěn)定性控制

同一類型精細(xì)線路及低基銅板件各取36拼，對比改善前后兩種方式下的線寬控制情況，制作條件如下：

（1）平板電鍍、外層圖形轉(zhuǎn)移、圖形電鍍均采用相同設(shè)備及工藝條件；

（2）同一時間段進行蝕刻，認(rèn)面認(rèn)向制作；

（3）采用相同設(shè)備及測量參數(shù)進行數(shù)據(jù)收集。

（4）每面測量同一位置的過孔線及孤立線，設(shè)計線寬為0.094 mm。

測量結(jié)果及數(shù)據(jù)分析如表7。改善后上下板面的線寬CPK值均得到提高，數(shù)據(jù)分布更為集中，實現(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定性控制要求。改善后的密集線路線腳更好，側(cè)蝕更小，線路更均勻整齊，更有利于精細(xì)線路的穩(wěn)定性控制要求。

表6 改善前后精細(xì)線路制作條件下的蝕刻均勻性數(shù)據(jù)對比

表7 改善前后精細(xì)線路線寬穩(wěn)定性數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)果與小結(jié)

通過初期試驗的對比，發(fā)現(xiàn)提高蝕刻壓力、增加缸體有效噴淋長度、加快蝕刻速度均能改善蝕刻均勻性。以此為基礎(chǔ)上綜合評估設(shè)備的現(xiàn)有特點及改造難度，對傳送參數(shù)、傳統(tǒng)系統(tǒng)及噴淋系統(tǒng)逐一改造并驗證、再調(diào)整的方式進行改善，降低設(shè)備改造難度及改造費用。

在基本不改變設(shè)備原生產(chǎn)操作參數(shù)的前提下，實現(xiàn)蝕刻均勻性的提高（上板面COV可提升3%，極差值可下降3.5 mm），達(dá)到預(yù)期改善目標(biāo)，提高設(shè)備整體加工能力，滿足高低（12 mm ~ 171.5 mm）基銅及細(xì)線路板件的穩(wěn)定性制作。