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蚀刻过程是PCB生产过程中基本步骤之一,简单的讲就是基底铜被抗蚀层覆盖,没有被抗蚀层保护的铜与蚀刻剂发生反应,从而被咬蚀掉,最终形成设计线路图形和焊盘的过程。当然,蚀刻原理用几句话就可以轻而易举地描述,但实际上蚀刻技术的实现还是颇具有挑战性,特别是在生产微细线路时,很小的线宽公差要求,不允许蚀刻过程存在任何差错,因此蚀刻结果要恰到好处,不能变宽,也不能过蚀。
进一步解释蚀刻的过程,PCB制造商更愿意使用水平的蚀刻线进行生产,以实现最大程度上的生产自动化,使生产成本降低,但水平蚀刻也不是十全十美,无法消除的“水池效应”使板的上表面和下表面产生不同的蚀刻效果,板边的蚀刻速率比板中心的蚀刻速率快,有时候,这种现象会使板面上的蚀刻结果产生比较大的差异。(见图1)
    也就是说,“水池效应”会使板边上的线路过蚀比板中心的线路过蚀大,甚至精心进行的线路修正(在板边上适当地加宽线路宽度),来补偿不同的蚀刻速率也会出现失败,因为要获得超细的线路必须非常精细的控制蚀刻公差。
    这种情况导致蚀刻速率的变化是十分显著的。位于线路板上面,靠近板边的部分,蚀刻液更容易流出板外,新旧蚀刻液更容易进行交换,因此保持了较好的蚀刻速率。而在板中心的位置,比较容易形成“水池”情况,蚀刻剂的流动因此受到限制,富含铜离子的溶液流出板面相对要难一些,结果对比板边或板的下面,蚀刻效率降低,蚀刻效果变差。实际上,在实践中不太可能避免“水池效应”,因为链条式的水平传动辊轮会阻止蚀刻液的排出,结果导致蚀刻液在辊轮间积聚,这种现象在生产面积较大的板或超微细线路时更加明显,即使是采用了比较特殊的生产过程控制和补偿方式,例如水平于传输方向可独立调整的喷淋系统、增加振荡式的喷淋管及增加矫正性的再蚀刻段等,如果没有巨大的技术投入,这个问题也无法很好解决,于是实现避免“水池效应”的目标又不不得不回到起点,重新开始。
PILL公司去年底推出了一项新的蚀刻的技术,该技术通过加装简单的抽气装置,吸取富含铜离子的旧蚀刻液,从而增加板上面蚀刻液的交换,有效的阻止“水池”产生,该技术被称作“真空蚀刻”(见图2-3)。
    PILL公司推出的第一条生产线于2001年11月开始安装使用,其间PCB生产厂家进行了相应的测试,实验结果表明,只需要通过在工艺控制方面下一点点的工夫,真空蚀刻技术就可以获得出色的蚀刻效果,在整个蚀刻板面上,不论上表面还是下表面都获得了非常均匀的蚀刻线路(见图4-5)。
 
    真空蚀刻设备设计简洁而令人印象深刻。应用该技术的蚀刻机蚀刻槽内排布有喷淋管、喷淋头等管线系统,还包括位于传动面近距离的上方与喷淋管之间的真空抽吸单元(见图6)。这些真空抽吸单元吸取喷淋到印制板表面已经发生过反应的蚀刻液,然后将其返回到蚀刻液槽内。这里的“真空”一词指的是喷淋操作系统产生负压,产生一个低的吸取力,刚刚好可以阻止蚀刻液“水池”的出现,当然即使最薄的内层板生产也不会受到吸力的影响,都可以非常精确的进行加工。抽吸单元连结在传动系统上的固定杆上,特别设计的最佳间距使各种厚度的板都可以加工,这意味着不需要再顾虑PCB的厚度类型。经过测试的数据显示,在线路板的上表面,24×24inch的整个板面铜厚度波动范围只有±1个微米,板的上表面和下表面的铜厚度异也非常小。
    使用真空蚀刻技术的PCB生产厂家进行全面的实验后发现,该技术可以获得高质量的线路蚀刻结果,线路侧壁陡峭,线路宽度、形状与线路布设的要求符合性非常好。不论是反映抗蚀层下蚀刻剂侧向咬蚀铜的侧蚀因子, 还是描述线路侧壁的倾斜度的蚀刻因子,在数值上都是十分令人满意的。(见图7-8)
    当然,实际的蚀刻结果还要受生产工厂具体的一系列其它因素的影响。例如干膜的厚度的影响,曝光和显影过程的质量对蚀刻结果的影响,铜厚度对蚀刻结果的作用等等,这些条件都扮演着重要角色,总的来说,根据经验,有50%的蚀刻效果是由蚀刻过程和蚀刻液的交换情况决定的,PILL公司的项目经理Oliver  Briel先生强调:“这个真实存在的系统,提供了令人信服的证据,可以让我们更有效的控制这50%。”
真空蚀刻技术也显示了其它方面一系列的长处:
1、蚀刻过程的能力被更有效的发挥,因为更高的蚀刻速度会使板通过蚀刻段的时间缩短,蚀刻过程的产量必然增加了。
2、蚀刻过程在开始的蚀刻段即可完成,因此一般常用的蚀刻校正补偿段可以取消。
3、减少设备的维护工作量,相应的成本也可以减少。
4、使用这项相对简单的技术,可以使设备生产超细线路的能力提高,因此没有必要再安装摇摆喷淋系统。
5、设备具有的可调节喷管压力的间歇喷淋系统可以取消。真空蚀刻技术的设计确保水池效应最小化,抽吸系统的设计使达到这样的目的更加简单。
6、真空蚀刻技术可以同时将