真空蝕刻技術(shù)

???? 一種改良過的適用于生產(chǎn)超精密板的蝕刻技術(shù)
Vacuum Etching Technology: An Improved Etching Technique for Ultra-Fine Structures
By Frank Baron and Ron Salerno??
　　關(guān)鍵詞：Vacuum Etching：真空蝕刻、Puddle effect：水坑效應(yīng)(也稱水池效應(yīng))
　　Etch Factor：蝕刻因子

　　蝕刻制程是PCB制造的一個基本生產(chǎn)步驟：首先采用抗蝕劑蓋住覆銅板上需保留的導(dǎo)線及元器件引腳，利用蝕刻除去未被抗蝕劑覆蓋的不需要保留的銅，生成需要的導(dǎo)電圖形。蝕刻技術(shù)的挑戰(zhàn)性較大，特別是在生產(chǎn)精細導(dǎo)線的板時，公差要求很嚴，不允許出現(xiàn)任何錯誤。因此蝕刻后效果需盡可能保持一致。

　　因水平濕制程線的自動化程度較高，PCB制造商在生產(chǎn)中使用較多，這樣一來，使得蝕刻工藝進一步復(fù)雜化。作為自動化設(shè)備提供的低成本的代價，我們無法避免水坑效應(yīng)，因為水平線的上下板面的蝕刻效果不同，明確地說，板邊的蝕刻速率比板中間部位的蝕刻速率要快。在某些情況下，可能會造成 嚴重地比例失調(diào)(見圖1)。

圖1：水坑效應(yīng)??

　　水坑效應(yīng)會導(dǎo)致對板邊部分導(dǎo)線的側(cè)蝕遠遠大于對板中央部分導(dǎo)線的側(cè)蝕。即使精心布線修正來補償蝕刻速率的不同 (輕微加寬沿板邊的導(dǎo)線的線寬)，也因超精細線路嚴格的公差要求而避免不了失敗的結(jié)局。

　　造成蝕刻速率不同的原因很明顯。在水平傳送線中，因線路板朝上部分板邊的蝕刻液比較容易流走，所以經(jīng)?？傻玫叫迈r蝕刻液補充。相反，在板中央部分會產(chǎn)生水坑效應(yīng)，因蝕刻液較難得到更新，所以該區(qū)域蝕刻速率比蝕刻液容易排走/流走的板邊或板的朝下一面慢。在實際操作中，水平的傳送轆阻礙了蝕刻液的排出，使其在轆間積存，所以無法避免水坑效應(yīng)的產(chǎn)生。

　　水坑效應(yīng)在生產(chǎn)大板或超精細導(dǎo)線板時變得特別明顯。除非進行較大規(guī)模的技術(shù)投入，否則就算進行特別的工藝工程措施時，如：將可單獨調(diào)節(jié)的噴管調(diào)至與傳送方向平行，對噴射歧管進行擺動或修正復(fù)蝕刻系統(tǒng)，該問題都無法衩妥善處理。所以從一開始就要避免蝕刻時出現(xiàn)水坑效應(yīng)。

　　在去年底，PILL e.K.發(fā)布了一項新的工藝技術(shù)，僅通過抽水泵來吸取使用過的蝕刻液就可改善板面朝上部分的蝕刻液的流動性，從而阻止水坑效應(yīng)的產(chǎn)生。 這種方法被稱為真空蝕刻 (見圖2-3)。

　　第一條真空蝕刻線于2001年11月在Productronica向公眾演示。同時由線路板制造商進行的測試也確證了僅在用較少的精力控制工程條件的情況下，真空蝕刻工藝可達到卓越的效果。

　　經(jīng)真空蝕刻后，在板的雙面整個表面蝕刻效果都非常均勻 (見圖4-5)。

　　真空蝕刻技術(shù)的原理很簡單。蝕刻段 (見圖6) 中不僅安裝了噴嘴，也在噴管之間離線路板表面相對距離較近的位置安裝了抽氣單元。這些抽氣單元將使用過的蝕刻液吸走后，通過閉合回路回到模塊的液槽中。??

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　　在這里真空指系統(tǒng)操作區(qū)域的負壓和剛夠防止蝕刻液產(chǎn)生水坑效應(yīng)的較低的吸力。即使是最薄的內(nèi)層板也不能被抽氣單元吸起，且生產(chǎn)精度需得到保證。設(shè)計者通過將抽氣機的軌道與傳送系統(tǒng)中的上層固定轆連接，確保了抽氣過程與板面之間距離為最佳值，不管生產(chǎn)的是薄板還是厚板均可被處理。此點意味不管是何種類型的PCB板，均能得到均勻的蝕刻液抽出率。在整個24”X24”大板的表面上，線路板朝上的一面，僅發(fā)現(xiàn)有1 micron的銅厚波動。經(jīng)比較，板朝上部分與朝下部分的蝕刻效果基本一致。

　　使用真空蝕刻技術(shù)生產(chǎn)板的線路質(zhì)量也非常好。 與不同PCB制造商一起進行的詳細測試表明新的真空蝕刻技術(shù)可生產(chǎn)出更直的導(dǎo)體剖面，這樣生產(chǎn)出來的板就可更精確地接近布線的要求。

　　在真空蝕刻工藝中，反映在抗蝕膜下蝕刻介質(zhì)對導(dǎo)線側(cè)面攻擊量的收縮率及用來描述導(dǎo)線蝕刻深度與側(cè)向蝕刻量的蝕刻因子的值都非常高。 (圖7-8)。

　　圖7：板朝下部分的蝕刻效果 圖8：板朝上部分的蝕刻效果

　　當然，也有一系列基本不受制造商影響的其它因素會影響到實際蝕刻效果。例如，抗蝕劑的厚度，曝光和顯影工序的質(zhì)量、蝕刻基材的銅厚各有很大的影響，總的來說，估計蝕刻工序或蝕刻液的更新頻率對蝕刻效果的影響僅占一半。但PILL項目經(jīng)理Oliver Briel強調(diào)“事實證明我們讓這50%完全受控”。

真空蝕刻工藝也有如下一系列其它的優(yōu)勢：

可充分利用蝕刻流程的產(chǎn)能。因蝕刻速度增快使生產(chǎn)時間縮短，所以蝕刻流程的產(chǎn)量上升。??
因第一次蝕刻就可達到滿意的效果，所以無需返工進行重蝕刻。??
可以減少相關(guān)的工廠控制工程，降低相應(yīng)的成本。??
真空蝕刻系統(tǒng)采用相對簡單的技術(shù)就可生產(chǎn)超精細導(dǎo)線，不再需要安裝可擺動的噴射歧管。??
可不再使用間歇性可調(diào)節(jié)噴射壓力的噴嘴構(gòu)造。該設(shè)計主要用于確保減少水坑效應(yīng)，現(xiàn)簡單地采用吸氣系統(tǒng)就可完成該功能。??
真空蝕刻技術(shù)允許流程模塊更短、更緊促，可在同一模塊中同步完成吸氣及蝕刻的功能。??
　　真空蝕刻技術(shù)系統(tǒng)的額外的優(yōu)勢在于噴射歧管可沿行進方向橫向安置。用于生產(chǎn)精細導(dǎo)線板的傳統(tǒng)噴射歧管，其噴管通常需沿行進方向縱向安置，以便在板邊和板中可有不同的噴壓存在。噴管與行進方向角度適當便于維護且更換時需要的時間較少，而且這種排置方法也可以對每個噴射歧管單獨進行簡單的流量電氣監(jiān)控。如果出現(xiàn)不規(guī)則的情況，使用者能夠立即識別出是哪支噴射歧管出現(xiàn)問題，然后可毫不延誤地直接進行調(diào)整。

　　真空蝕刻技術(shù)未來潛力非常大，因該制程特別適于細導(dǎo)線及超細導(dǎo)線結(jié)構(gòu)板的生產(chǎn)。對低于50微米的導(dǎo)電圖形的初步測試可得到承諾的結(jié)果?，F(xiàn)正對采用真空蝕刻技術(shù)生產(chǎn)厚銅板線路的能力進行進一步評估，目前所有的數(shù)據(jù)均表明結(jié)果良好。特別值得注意的是，試驗時不僅采用傳統(tǒng)氯化銅作為蝕刻介質(zhì)，而且也采用目前特別是在亞洲普遍使用的氯化鐵(Ⅲ)作為蝕刻介質(zhì)。盡管使用這種蝕刻介質(zhì)需要較長的時間，但其導(dǎo)體剖面陡直度較大時效果比較好，而且毫無疑問地為目前已被作為標準接受的流程提供了一種替代，特別是對于特細線路的生產(chǎn)。??

　　如有要求，真空蝕刻線可安裝有利環(huán)保的再生系統(tǒng)：，根據(jù)HUMLEITEC研發(fā)的技術(shù)，不再使用過氧化氫，使用空氣中的氧，即不需另外添加純氧，重新氧化銅氯化物溶液。在長時間的實際應(yīng)用中，已證明了采用這種技術(shù)的系統(tǒng)是成功的，而且很快就可收回投資成本。