在印制板的制造过程中,采用化学反应的方式将不要部分之铜箔除去,使其形成电路图形的过程,称之为蚀刻。
目前,业界所采用的多层印制板外层图形蚀刻液,主要分为酸性氯化铜蚀刻液和碱性氯化铜蚀刻液。
碱性氯化铜蚀刻液,是以氯化铜、氯化铵、氨水所配成,并加入补助成分如氯化钴、氯化钠、碳酸铵或其它含硫化合物等,以加强蚀刻液的特性。它一般适用于多层印制板的外层板电路图形的制作。它具有以下特点:
(1)适用于图形电镀之金属抗蚀层,如镀覆金、镍、锡铅合金,及纯锡印制板的蚀刻:
(2)蚀刻速率快(可达70μm以上),侧蚀小;
(3)溶铜能力高,蚀刻容易控制;
(4)蚀刻液能连续再生循环使用,成本低。
一、多层印制板外层图形制作之蚀刻工艺流程
一般采说,多层印制板之外层图形的蚀刻制作工序,是将经紫外线曝过光的干膜板,经过显影、蚀刻和脱膜等工艺操作,使线路图形转移到覆铜板上的过程。上述过程,通常采用连线式设置。
多层印制板外层图形蚀刻制作工艺过程如下:

二、多层印制板外层图形制作蚀刻之质量控制技术
1 碱性蚀刻用蚀刻盐(U.E.F.L盐)补加液(Replenisher)的来料控制(IQC)
为保证多层印制板蚀刻工序的正常运作,提高线条的蚀刻精度,需对碱性蚀刻所采用的蚀刻盐补加液进行来料分析控制。要求及分析结果参见下表4-51。

对于质量稳定且供应商资信度高之情况,可适当减少分析频率,或采取“STS”方式收货。
2 多层印制板外层图形制作蚀刻的过程质量控制
1 药液分析控制
按工艺要求,需对蚀刻工序各功能段进行药液的分析控制,并开出料单,及时添加调整到位,从而保证多层印制板图形制作质量。
多层印制板外层图形制作蚀刻过程之药液分析控制参见下表4-52。

2 铜之蚀刻速率控制
蚀刻液中的Cu2+浓度、PH值、氯化铵浓度和蚀刻液的温度,都影响着蚀刻速率。若想得到好的蚀刻质量,就必须控制好上述各影响因素,才能控制好蚀刻溶液,使其一直处于稳定的最佳蚀刻状态。
(1)蚀刻液中的Cu2+,起着氧化剂的作用,其浓度的高低是影响蚀刻速率的主要因素。在具有自动控制蚀刻系统设置时,铜浓度是通过比重来控制的。在印制板蚀刻过程中,随着铜的不断溶解,溶液的比重将不断升高,当比重超过一设定值时,自动控制蚀刻系统将自动补加氯化铵和氨水,调整蚀刻液的比重到合适的范围内。
(2)蚀刻液的PH值随其所含的自由氨气而定,通常母液保持在8.1至8.3之间。低于8.0时,一方面造成蚀刻速率减慢,且侵蚀锡等金属抗蚀层;另一方面,蚀刻液中的铜不能被完全络合成铜氨络离子,溶液会出现沉淀,并在槽底形成泥状沉淀,在加热器上结成硬皮,从而损坏加热器,还会堵塞泵和喷嘴,给蚀刻造成困难。但蚀刻液PH值过高,一方面会造成游离氨释放引起的环境污染,另一方面,蚀刻液的PH值增大还会增大侧蚀程度,最终影响蚀刻精度。
(2)氯化铵含量的影响,也即是氯离子浓度对蚀刻速率的影响。随着蚀刻的进行,如果溶液中缺乏氯化铵,而使大量的[Cu(NH3)2]+ 得不到再生,必然会导致蚀刻速率的降低,甚至失去蚀刻能力。所以,氯化铵的含量对蚀刻速率的影响很大,随着蚀刻的进行,须不断补加氯化铵。但需注意的是,溶液中氯离子的含量过高也不好,它会引起金属抗蚀层被侵蚀。

(4)蚀刻速率与蚀刻液温度有着很大的关系,蚀刻速率随着温度的升高而加快。一般控制在50℃左右。蚀刻液温度低于40℃时,蚀刻速率很慢,并会增大侧蚀量,直接影响到蚀刻质量。若温度高于60℃,蚀刻速率会明显增大,但会导致氨挥发量增大的环境污染,并使蚀刻液中的化学组份比例失调。
此外,由于各生产厂家所选用的蚀刻设备的差异,加之“水池效应”的存在,印制板在蚀刻传输过程中,其上下两面及左右两边的蚀刻速率也会有一定的差异。它可以通过调节上下各喷嘴的喷液压力、喷嘴的分布、喷嘴的角度等来进行改善。
多层印制板外层图形制作之蚀刻速率控制测定参见下表4-53。

2 多层印制板外层图形蚀刻制作周计划须进行的品质控制
1 多层印制板外层蚀刻制作工序(D/F Strip,Outer Etching and Tin Strip)生产过程监查控制
多层印制板外层蚀刻制作工序的生产过程监查控制内容参见表4-54。


2 多层印制板外层图形制作中蚀刻后线宽的质量控制
众所周知,多层印制板的层间互连,是通过金属化孔来实现的。而欲想获得可靠性高的多层印制板,对金属化孔之孔壁铜层的厚度就有一定的要求。为此,需通过一段时间的电镀铜才能达到,这与随后进行的图形蚀刻去铜过程是背道而驰的。在前人经验的基础上,目前采用的是全板电镀加上选择性图形电镀的孔化制作工艺,其目的只有一个,即减少随后进行蚀刻制作时出现的侧向腐蚀现象。
我们将发生在抗蚀层图形下面,导线侧壁的蚀刻现象,称之为侧向腐蚀,简称为侧蚀。侧蚀的程度是以侧向蚀刻的宽度来表示。侧蚀与蚀刻液的种类、组成,所采用的蚀刻工艺和所选用的蚀刻设备有关。
业界通常采用蚀刻因子或蚀刻系数(它被定义成需蚀刻铜层的厚度H与侧蚀量Q之比值。)的大小来衡量侧蚀的程度。蚀刻因子越高,侧蚀量越小。随着多层印制板制作向高密度之精细线条方向发展,对于印制板图形制作之蚀刻处理,希望其侧蚀量越小越好,也即有较高
的蚀刻因子。参见下表4-55。


3 多层板外层图形蚀刻制程的统计式工序过程控制(SPC)
统计式工序过程控制是质量管理的重要途径。它是由工艺技术部门确定工艺参数的最高和最低控制极限,有关人员收集操作过程收据,绘制成SPC图,反馈至技术部门。技术部门根据SPC图,分析工序的工艺控制状态和能力,对工艺参数失控的工序进行分析,提出相应之改正措施。
外层图形蚀刻制作工序需进行SPC控制的项目主要有:
(1)脱膜槽1#之氢氧化钠浓度控制(X/MR图):
(2)脱膜槽2#之氢氧化钠浓度控制(X/MR图);
(3)铜蚀刻速率的控制(X/MR图);
(4)蚀刻液中二价铜含量的控制(X/M图):
(5)蚀刻液中氯含量的控制(X/M图);
(6)外层图形蚀刻板之缺陷分析。
统计上一周内层图形蚀刻板之缺陷种类及数量,与总板数进行比较,结果参见表4-56。同时,将各缺陷所占比例进行比较,参见图4-3。将上述表、图于内层图形蚀刻制作工序进行张贴,便于广大生产员工了解上周发生的内层图形蚀刻板之缺陷,及时采取措施加以眼进,减少同类缺陷的再次产生。


5 外层图形蚀刻后板之补线质量控制
在多层印制板之外层图形制作中,由于受制作条件、生产工具、环境或其他人为因数影响,不可避免地会出现断线之质量缺陷。在保证多层印制板制作质量的基础上,征得客户同意的前提下,可根据具体情况,对部分位置之断线进行补线处理。具体要求如下(各印制板制作厂家对此情况的处理方式各不相同,这里仅供参考。):
(1)对出现此类缺陷的数量,有一个大致规定。例如,每平方英尺面积内,,缺陷数量仅可以出现一处;
(2)每块在制板,断线发生不能超过3处;
(3)断线之分隔距离,若超出3mm,则不可对此线进行补线处理;
(4)若断线出现在两平行线之相同位置,不可进行补线;
(5)若两平行线间距离相距小于0.1mm,不能进行补线修理;
(6)开路位置在线的连接点处,不得进行补线处理;
(7)线与焊盘的颈处出现开路,不可补线;
(8)开路位置处于线路之转角处,也不允许进行补线修理;
(9)补线所用之焊线宽度,不得小于线条宽度的4/5;
(10)补线完成后,所补焊线与邻线距离,不小于线间距的4/5;
(11)断线补好后,焊接点与底线的重叠部分需大于1.5mm;
(12)补线完成后,需用阻焊膜对补线处进行覆盖。
6 碱性氯化铜蚀刻过程中常出现问题之原因分析
(1)蚀刻速率降低
蚀刻速率与很多因素有关,一旦出现蚀刻速率降低的情况,需检查蚀刻条件。如温度、蚀刻液比重、PH值、氯化铵含量及喷淋压力等,使其处于规定之最佳范围。
(2)待蚀刻板之铜表面发黑,蚀刻不动
若出现此种情况,一般是由于蚀刻液中氯化铵含量偏低所造成的。
(3)抗蚀刻镀层被侵蚀
抗蚀镀层被侵蚀之现象的发生,往往是因蚀刻液中PH值过低或氯离子含量过高所引起的。
(4)蚀刻液中出现沉淀
蚀刻液中一旦出现沉淀现象,通常是由于氨的含量过低,或用水稀释等原因所造成。另外,溶液之比重过大,也会造成沉淀之出现。
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