???? 一種改良過(guò)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(chēng)水池效應(yīng))
　　Etch Factor：蝕刻因子

　　蝕刻制程是PCB制造的一個(gè)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(xiàn)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(xì)導(dǎo)線(xiàn)的板時(shí)，公差要求很?chē)?yán)，不允許出現(xiàn)任何錯(cuò)誤。因此蝕刻后效果需盡可能保持一致。

　　因水平濕制程線(xiàn)的自動(dòng)化程度較高，PCB制造商在生產(chǎn)中使用較多，這樣一來(lái)，使得蝕刻工藝進(jìn)一步復(fù)雜化。作為自動(dòng)化設(shè)備提供的低成本的代價(jià)，我們無(wú)法避免水坑效應(yīng)，因?yàn)樗骄€(xiàn)的上下板面的蝕刻效果不同，明確地說(shuō)，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(huì)造成 嚴(yán)重地比例失調(diào)(見(jiàn)圖1)。

圖1：水坑效應(yīng)??

　　水坑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)板邊部分導(dǎo)線(xiàn)的側(cè)蝕遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)板中央部分導(dǎo)線(xiàn)的側(cè)蝕。即使精心布線(xiàn)修正來(lái)補(bǔ)償蝕刻速率的不同 (輕微加寬沿板邊的導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)寬)，也因超精細(xì)線(xiàn)路嚴(yán)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(xiàn)中，因線(xiàn)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(bǔ)充。相反，在板中央部分會(huì)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(shí)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(wú)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(xì)導(dǎo)線(xiàn)板時(shí)變得特別明顯。除非進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)投入，否則就算進(jìn)行特別的工藝工程措施時(shí)，如：將可單獨(dú)調(diào)節(jié)的噴管調(diào)至與傳送方向平行，對(duì)噴射歧管進(jìn)行擺動(dòng)或修正復(fù)蝕刻系統(tǒng)，該問(wèn)題都無(wú)法衩妥善處理。所以從一開(kāi)始就要避免蝕刻時(shí)出現(xiàn)水坑效應(yīng)。

　　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(chēng)為真空蝕刻 (見(jiàn)圖2-3)。

　　第一條真空蝕刻線(xiàn)于2001年11月在Productronica向公眾演示。同時(shí)由線(xiàn)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 (見(jiàn)圖4-5)。

　　真空蝕刻技術(shù)的原理很簡(jiǎn)單。蝕刻段 (見(jiàn)圖6) 中不僅安裝了噴嘴，也在噴管之間離線(xiàn)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。??

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　　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(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)側(cè)面攻擊量的收縮率及用來(lái)描述導(dǎo)線(xiàn)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(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”。

真空蝕刻工藝也有如下一系列其它的優(yōu)勢(shì)：

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(mǎn)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(chǎng)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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)及超細(xì)導(dǎo)線(xiàn)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?，F(xiàn)正對(duì)采用真空蝕刻技術(shù)生產(chǎn)厚銅板線(xiàn)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(xiàn)路的生產(chǎn)。??

　　如有要求，真空蝕刻線(xiàn)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間的實(shí)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。