一文淺談PCB真空蝕刻技術(shù)

隨著全球電子產(chǎn)品市場的需求升級和快速擴張，電子產(chǎn)品的小型化、高精密、超細線路印制電路板技術(shù)正進入一個突飛猛進的發(fā)展時期。為了能滿足市場不斷提升的需求，特別是在超細線路技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)落后的蝕刻技術(shù)正被先進的真空蝕刻技術(shù)所代替。

一、PCB 蝕刻定義

蝕刻：將覆銅箔板表面由化學藥水蝕刻去除不需要的銅導(dǎo)體，留下銅導(dǎo)體形成線路圖形，這種減去法工藝是當前印制電路板加工的主流。

二、 蝕刻的關(guān)鍵是蝕刻溶液、蝕刻操作條件和蝕刻設(shè)備

1. 蝕刻溶液

目前是以氯化銅與鹽酸的酸性氯化銅蝕刻液，及以氯化銅與氨水的堿性氯化銅蝕刻液為主流。

2. 蝕刻操作條件

蝕刻操作條件是對溫度、壓力、時間以及溶液濃度等工藝參數(shù)的控制，使蝕刻過程處于最佳狀態(tài)。

3. 蝕刻設(shè)備是圍繞著生產(chǎn)效率、蝕刻速度和蝕刻均勻性而不斷改進。目前主流是水平傳送噴淋式。

蝕刻線

三、 蝕刻設(shè)備

主要體現(xiàn)在傳送方式和噴淋方式。

1. 傳送方式分為：固定式、垂直式、水平式

固定式：早期的設(shè)備是一個槽缸，存放蝕刻液后，將 PCB 板浸泡在里面。缺點：放板取板效率低；蝕刻效率低；無法做細線路，線條寬度 / 間距在 0.5mm 以上。

垂直式：PCB 板子垂直掛吊于夾具上進入蝕刻機內(nèi), 在蝕刻室兩側(cè)溶液噴淋板面。由于蝕刻設(shè)備復(fù)雜和沒有體現(xiàn)優(yōu)良的蝕刻效果, 因此此技術(shù)沒發(fā)展起來。

水平式：使用滾輪傳送 PCB，滾輪之間有間距，上下安裝噴嘴，用噴淋方式進行蝕刻。優(yōu)點：傳送速率一致，蝕刻相對均勻；效率高，兩面可同時蝕刻。目前主流是水平傳送方式。

2. 噴淋方式

為了使溶液能全面地噴淋到 PCB 板子表面每個部位, 并促使板面溶液加快流動, 需移動噴淋桿 / 噴嘴來實現(xiàn)這個效果；

噴嘴的結(jié)構(gòu)也有多種式樣, 按照噴出液體形狀不同有 a. 實心線束型、b. 空心圓錐形、c. 實心圓錐形、d. 扁平扇形等。從噴射液體不同形狀的效果來看, 實心線束型面積太小, 圓錐形面積過大, 在較密滾輪情況下都被遮擋掉了。因此較多蝕刻機中選擇扁平扇形噴嘴, 溶液呈扇面與 PCB 板子表面垂直沖擊銅箔, 效果較好。

四、“水池效應(yīng)”

目前主流的水平傳送噴淋式，能實現(xiàn)最大程度上的生產(chǎn)自動化，成本降低，但是這種方式也不是完美的，會導(dǎo)致“水池效應(yīng)”，使蝕刻結(jié)果產(chǎn)生差異。普通板子影響不大，但是對于超細線路，無法達到蝕刻的公差要求?！八匦?yīng)”發(fā)生的情況：PCB 水平傳送時，位于板子下面和板子上面靠近邊緣部分，蝕刻液容易流走，新舊蝕刻液更容易進行交換；而板中心的位置，容易形成“水池”，蝕刻液流動受到限制；因此 PCB 板上面中間的線路會比其他位置的蝕刻效果差一些。

德國 PILL e.K. 公司發(fā)布了一項新的工藝技術(shù)，通過吸取使用過的蝕刻液來可改善板面上部分的蝕刻液的流動性，從而阻止“水池效應(yīng)”的產(chǎn)生。這種方法被稱為真空蝕刻。

五、真空蝕刻

原理：在蝕刻段中安裝了噴嘴，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。抽氣單元使操作區(qū)域形成負壓，剛好夠防止蝕刻液產(chǎn)生“水池效應(yīng)”的較低的吸力。經(jīng)比較，板朝上部分與朝下部分的蝕刻效果基本一致。

效果：通過蝕刻的均勻性試驗來確認, 采用 35μm 銅箔的覆箔層壓板分別在常規(guī)與真空這兩種蝕刻機上進行全板面蝕刻, 約板中間銅箔蝕刻到 18μm 厚度時停止, 檢測全板面銅厚度分布。常規(guī)蝕刻得到的銅厚度分布通常是中央呈高山狀, 而真空蝕刻得到的銅厚度分布均勻。在 600mm 長度內(nèi), 常規(guī)蝕刻的中央與邊緣銅厚度差約有±4μm (18～10μm), 而真空蝕刻的中央與邊緣銅厚度差僅約±1μm (19～17μm), 后者只是前者的四分之一。

采用真空蝕刻機使得線寬 / 線距≤30/30μm 的線路圖形容易實現(xiàn)。而要得到理想的效果其中還需把握的是真空力度、噴淋壓力和銅箔厚度等因素。蝕刻機中真空吸嘴對板面溶液的吸引量應(yīng)是等于或稍大于噴淋量, 若吸引量小又會造成老溶液滯留。噴淋壓力會影響到蝕刻速度與側(cè)腐蝕程度, 但壓力大會破壞抗蝕刻膜, 尤其是細節(jié)距線路圖形上。對于線寬 / 線距=30/30μm 線路, 常規(guī)設(shè)備下被蝕刻銅箔厚度小于 12μm, 真空蝕刻時銅箔厚度 18μm 也可加工?？蓞⒖嫉臄?shù)據(jù), 線寬 / 線距=30/30μm, 采用 18μm 銅箔, 噴淋壓力 0.1Mpa (1.02kgf/cm2)時吸引量 40Hz (約 120L/min), 得到均勻的線路圖形。

審核編輯黃昊宇