創(chuàng)新技術(shù)：PCB真空蝕刻技術(shù)解析

蝕刻過(guò)程是PCB生產(chǎn)過(guò)程中基本步驟之一，簡(jiǎn)單的講就是基底銅被抗蝕層覆蓋，沒(méi)有被抗蝕層保護(hù)的銅與蝕刻劑發(fā)生反應(yīng)，從而被咬蝕掉，最終形成設(shè)計(jì)線路圖形和焊盤的過(guò)程。當(dāng)然，蝕刻原理用幾句話就可以輕而易舉地描述，但實(shí)際上蝕刻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)還是頗具有挑戰(zhàn)性，特別是在生產(chǎn)微細(xì)線路時(shí)，很小的線寬公差要求，不允許蝕刻過(guò)程存在任何差錯(cuò)，因此蝕刻結(jié)果要恰到好處，不能變寬，也不能過(guò)蝕。

進(jìn)一步解釋蝕刻的過(guò)程，PCB制造商更愿意使用水平的蝕刻線進(jìn)行生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)最大程度上的生產(chǎn)自動(dòng)化，使生產(chǎn)成本降低，但水平蝕刻也不是十全十美，無(wú)法消除的“水池效應(yīng)”使板的上表面和下表面產(chǎn)生不同的蝕刻效果，板邊的蝕刻速率比板中心的蝕刻速率快，有時(shí)候，這種現(xiàn)象會(huì)使板面上的蝕刻結(jié)果產(chǎn)生比較大的差異。

也就是說(shuō)，“水池效應(yīng)”會(huì)使板邊上的線路過(guò)蝕比板中心的線路過(guò)蝕大，甚至精心進(jìn)行的線路修正（在板邊上適當(dāng)?shù)丶訉捑€路寬度），來(lái)補(bǔ)償不同的蝕刻速率也會(huì)出現(xiàn)失敗，因?yàn)橐@得超細(xì)的線路必須非常精細(xì)的控制蝕刻公差。

這種情況導(dǎo)致蝕刻速率的變化是十分顯著的。位于線路板上面，靠近板邊的部分，蝕刻液更容易流出板外，新舊蝕刻液更容易進(jìn)行交換，因此保持了較好的蝕刻速率。而在板中心的位置，比較容易形成“水池”情況，蝕刻劑的流動(dòng)因此受到限制，富含銅離子的溶液流出板面相對(duì)要難一些，結(jié)果對(duì)比板邊或板的下面，蝕刻效率降低，蝕刻效果變差。實(shí)際上，在實(shí)踐中不太可能避免“水池效應(yīng)”，因?yàn)殒湕l式的水平傳動(dòng)輥輪會(huì)阻止蝕刻液的排出，結(jié)果導(dǎo)致蝕刻液在輥輪間積聚，這種現(xiàn)象在生產(chǎn)面積較大的板或超微細(xì)線路時(shí)更加明顯，即使是采用了比較特殊的生產(chǎn)過(guò)程控制和補(bǔ)償方式，例如水平于傳輸方向可獨(dú)立調(diào)整的噴淋系統(tǒng)、增加振蕩式的噴淋管及增加矯正性的再蝕刻段等，如果沒(méi)有巨大的技術(shù)投入，這個(gè)問(wèn)題也無(wú)法很好解決，于是實(shí)現(xiàn)避免“水池效應(yīng)”的目標(biāo)又不不得不回到起點(diǎn)，重新開(kāi)始。

　　在去年底，PILL e.K.發(fā)布了一項(xiàng)新的工藝技術(shù)，僅通過(guò)抽水泵來(lái)吸取使用過(guò)的蝕刻液就可改善板面朝上部分的蝕刻液的流動(dòng)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。

　　第一條真空蝕刻線于2001年11月在Productronica向公眾演示。同時(shí)由線路板制造商進(jìn)行的測(cè)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(dá)到卓越的效果。

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

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

　　在這里真空指系統(tǒng)操作區(qū)域的負(fù)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(jì)者通過(guò)將抽氣機(jī)的軌道與傳送系統(tǒng)中的上層固定轆連接，確保了抽氣過(guò)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(diǎn)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(gè)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(dòng)。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(jìn)行的詳細(xì)測(cè)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(lái)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(duì)導(dǎo)線側(cè)面攻擊量的收縮率及用來(lái)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。　
　　　
　　當(dāng)然，也有一系列基本不受制造商影響的其它因素會(huì)影響到實(shí)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(lái)說(shuō)，估計(jì)蝕刻工序或蝕刻液的更新頻率對(duì)蝕刻效果的影響僅占一半。但PILL項(xiàng)目經(jīng)理Oliver Briel強(qiáng)調(diào)“事實(shí)證明我們讓這50%完全受控”。

　　真空蝕刻技術(shù)也顯示了其它方面一系列的長(zhǎng)處：

　　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(shí)間縮短，所以蝕刻流程的產(chǎn)量上升。 
　　因第一次蝕刻就可達(dá)到滿意的效果，所以無(wú)需返工進(jìn)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(duì)簡(jiǎn)單的技術(shù)就可生產(chǎn)超精細(xì)導(dǎo)線，不再需要安裝可擺動(dòng)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(jì)主要用于確保減少水坑效應(yīng)，現(xiàn)簡(jiǎn)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(shì)在于噴射歧管可沿行進(jìn)方向橫向安置。用于生產(chǎn)精細(xì)導(dǎo)線板的傳統(tǒng)噴射歧管，其噴管通常需沿行進(jìn)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(jìn)方向角度適當(dāng)便于維護(hù)且更換時(shí)需要的時(shí)間較少，而且這種排置方法也可以對(duì)每個(gè)噴射歧管單獨(dú)進(jìn)行簡(jiǎn)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(shí)別出是哪支噴射歧管出現(xiàn)問(wèn)題，然后可毫不延誤地直接進(jìn)行調(diào)整。

　　真空蝕刻技術(shù)未來(lái)潛力非常大，因該制程特別適于細(xì)導(dǎo)線及超細(xì)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)板的生產(chǎn)。對(duì)低于50微米的導(dǎo)電圖形的初步測(cè)試可得到承諾的結(jié)果。現(xiàn)正對(duì)采用真空蝕刻技術(shù)生產(chǎn)厚銅板線路的能力進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)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(yàn)時(shí)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(zhǎng)的時(shí)間，但其導(dǎo)體剖面陡直度較大時(shí)效果比較好，而且毫無(wú)疑問(wèn)地為目前已被作為標(biāo)準(zhǔn)接受的流程提供了一種替代，特別是對(duì)于特細(xì)線路的生產(chǎn)。