Taustalla elektronisten laitteiden kehitys kohti suurta tehoa ja korkeaa luotettavuutta,paksu kuparinen painettu piirilevyniistä on tullut ydinsubstraatti sellaisilla aloilla kuin tehomoduulit, autoelektroniikka ja teollisuuslaitteet erinomaisen virrankestokykynsä ja lämmönpoistokykynsä ansiosta. Paksun kuparin painetun piirilevyn etsausprosessin aikana esiintyy kuitenkin yleisiä haasteita, kuten suuri etsaussyvyys, sivuetsauksen hallinnan vaikeus ja riittämätön yhtenäisyys. Epätasainen syövytys voi johtaa linjan leveyden poikkeamiin, paikallisiin jäännöksiin tai liialliseen korroosioon, mikä ei vain vaikuta piirin suorituskykyyn, vaan voi myös aiheuttaa erän romun vaaran.
Paksun kuparilevyn etsausprosessin erityispiirteet ja haasteet
Paksu kuparilevy tarkoittaa levyä, jonka kuparikalvon paksuus on vähintään 105 μm, ja yleisiä määrityksiä ovat 105 μm, 140 μm, 180 μm jne. Paksumman kuparikerroksen vuoksi syövytysprosessissa on merkittäviä eroja verrattuna tavalliseen ohueen kuparipaineiseen piirilevyyn.
Suuri syövytyssyvyys: Poistettavan kuparikerroksen paksuus on 3-10 kertaa tavallisen ohuen kuparipainetun piirilevyn paksuus, ja etsausaika pitenee huomattavasti. Esimerkiksi aika, joka tarvitaan etsaukseen 180 μm:stä 35 μm:iin, on 2-5 kertaa pidempi kuin 18 μm:n kuparifoliosta 35 μm:iin syövytykseen tarvittava aika;
Sivuttaiskorroosion hallinnan vaikeus: Syövytysliuoksen etsausnopeus on erilainen pysty- ja vaakasuunnassa. Mitä paksumpi kuparikerros on, sitä selvempi tämä ero on, mikä voi helposti johtaa liialliseen viivanleveyden tarkkuuteen. Jos esimerkiksi suunniteltu viivanleveys 500 μm on syövytetty, se voi olla vain 450 μm, tai etsausjäännösongelmia voi esiintyä, jos paikallista kuparikerrosta ei poisteta kokonaan;
Korkeat tasaisuusvaatimukset: Kun syövytetään suuren-alueen paksua kuparista painettua piirilevyä, kemiallisen liuoksen virtausnopeudessa, lämpötilassa ja muissa parametreissä saattaa olla eroja levyn reunojen ja keskialueen välillä, mikä voi aiheuttaa epätasaista syövytystä eri alueilla ja johtaa kuparin paksuuden yli 10 % poikkeamaan saman levyn eri kohdissa.
Epätasaisen etsauksen tyypilliset ongelmat ja syyanalyysi
1. Epäjohdonmukainen etsausnopeus koko levyllä
Koko levyn epäyhtenäinen etsausnopeus johtuu pääasiassa kemiallisen liuoksen epätasaisesta jakautumisesta ja lämpötilagradientista. Jos ruiskuetsauskoneen suutin on tukossa tai paine on riittämätön, se aiheuttaa epätasaisen nesteen virtauksen levyn pinnalle. Esimerkiksi jos vakiopaine on 2,0 baaria ja mitattu paine vain 1,5 baaria, syövytysnopeus laskee joillakin alueilla merkittävästi. Lisäksi etsaussäiliön sisällä olevan lämpötilan säätöjärjestelmän toimintahäiriö voi aiheuttaa lämpötilan vaihteluita. Jos esimerkiksi asetettu lämpötila on 50 astetta, mutta todellinen lämpötilaero saavuttaa ± 5 astetta, etsausnopeus korkean-lämpötilojen alueilla kiihtyy, kun taas matalan-lämpötilojen alueilla kuparikerroksen jäännös on herkkä. On ollut tapaus, jossa 140 μm paksu kuparilevy on vaurioitunut etsausuran vasemmalla puolella olevasta lämmitysputkesta. Vasemman puoliskon lämpötila oli 8 astetta alhaisempi kuin oikean puoliskon ja jäännöskuparin paksuus vasemmalla puoliskolla ylitti 20 μm.
2. Paikallinen etsausjäännös tai liiallinen etsaus
Paikallinen syövytysjäännös tai liiallinen etsaus liittyy yleensä estokerroksen virheisiin ja kuparikalvon karheuteen. Jos kuivakalvon tai juotosmaskin musteen tarttuvuus paksun kuparin pinnalle on riittämätön, etsauksen aikana voi tapahtua tunkeutumista, eli korroosionkestävän kerroksen reuna voi nousta, mikä aiheuttaa alla olevan kuparikerroksen korroosiota. Samaan aikaan paksun kuparifolion pinnan karheus on suhteellisen korkea. Jos karheus Ra on suurempi kuin 5 μm, kovera alue on taipuvainen pidättämään lääkeliuoksen ja muodostamaan syövyttävän sokean pisteen, mikä johtaa paikalliseen jäännökseen. Esimerkiksi tehomoduulin paksun kuparilevyn korkean virran reititysalueella virrankantokyky voi laskea syövytysjäännöksen vuoksi ja mitattu resistanssi on 15 % suurempi kuin mitoitusarvo.
3. Liiallinen sivueroosio johtaa linjan leveyden tarkkuuden epäonnistumiseen
Liiallinen sivusyövytys johtuu pääasiassa etsausajan pitenemisestä ja etsausliuoksen epätasapainoisesta koostumuksesta. Prosessiajan pidentäminen paksun kuparin täydellisen syövytyksen varmistamiseksi voi johtaa lisääntyneeseen lateraaliseen syövytykseen. Tyypillisesti viivan leveys pienenee jokaista lisäminuuttia kohden 10-15 μm. Lisäksi riittämätön suolahapon pitoisuus tai liiallinen rautakloridipitoisuus syövytysliuoksessa voi heikentää selektiivistä syövytyskykyä samalla, kun se syövyttää korroosionkestävää kerrosta ja kuparikerrosta, mikä johtaa viivan leveyden tarkkuuden menettämiseen.
Kohdennettuja korjausmenetelmiä ja prosessin optimointia
1. Laitteiston ja lääkitysjärjestelmän optimointi
(1) Ruiskutusjärjestelmän päivitys
Kaksoissuihkutuskerrosmallin ansiosta ylempi ja alempi suutin on järjestetty porrastetusti parantamaan lääkkeen peittävyyden tasaisuutta, ja painetta säädetään 2,5-3,0 baariin. Asenna samalla suuttimen virtauksen valvonta-anturi, joka antaa reaaliaikaiset hälytykset tukkeutumisesta, ja puhdista suutin säännöllisesti 5-prosenttisella typpihappoliuoksella vähintään kerran viikossa. Käytäntö on osoittanut, että syövyttäessä 180 μm paksua kuparilevyä ruiskutuspaineen nostaminen 1,8 baarista 2,8 baariin voi parantaa koko levyn syövytyksen tasaisuutta ± 12 %:sta ± 5 %:iin.
(2) Lämpötilan hallinta ja lääkekierron optimointi
Vaihda patterin lämmitys levylämmönvaihtimiin lämpötilanvaihtelujen hallitsemiseksi ± 1 asteen sisällä. Edullinen syövytyslämpötila on 55-60 astetta kemiallisen liuoksen aktiivisuuden lisäämiseksi. Lisää nestekiertopumpun tehoa, lisää virtausnopeutta arvosta 20 m ³/h arvoon 35 m ³/h ja asenna 10 µm suodatinelementti kupari-ionihiutaleiden poistamiseksi ja nesteen pitämiseksi puhtaana.
Korroosionestokerrosprosessin parantaminen-
(1) Esikäsittelyvahvike
Ennen syövytystä hiomalevyn ja mikroetsausprosessin avulla ohjataan hiomalevyn karheutta Ra2-3 μm ja mikroetsaussyvyyttä 1,5-2,0 μm, mikä parantaa kuparipinnan ja korroosionkestävän kerroksen välistä mekaanista lukitusta. Levitetään samanaikaisesti silaanikytkentäainetta, kuten KH-570, muodostamaan molekyylitason adsorptiokerros kuparipinnalle, mikä parantaa kuivakalvon tarttuvuutta ja lisää kuoriutumislujuutta arvosta 1,2 N/mm arvoon 1,8 N/mm.
(2) Korroosionkestävän kerroksen valinta ja pinnoitteen optimointi
Etusijalla tulisi olla paksukalvokuivakalvot, joiden paksuus on 50-75 μm, kuten Asahi Kasei DF-2000, jolla on parempi korroosionkestävyys ja etsausliuoksen läpäisykyky kuin tavallisilla 25 μm kuivakalvoilla. Kun kiinnität kalvoa, nosta paine 1,5-2,0 MPa:iin ja pidä se arvossa 2,5-3,0 kg/cm välttääksesi kuplien tai ryppyjen aiheuttaman paikallisen korroosionkestävyyden epäonnistumisen.
Etsausparametrien dynaaminen säätö
(1) Segmentoitu etsausprosessi
Ottamalla käyttöön vaiheittaisen konsentraation säädön, ensimmäisessä vaiheessa käytetään korkean pitoisuuden etsausliuosta, jonka suolahappopitoisuus on 8 % ja rautakloridipitoisuus 450 g/l, poistamaan nopeasti suurin osa kuparikerroksesta syövytysnopeudella jopa 70 %; Toisessa vaiheessa vaihda pieneen etsausliuokseen, jonka suolahappopitoisuus on 5 % ja rautakloridipitoisuus 300 g/l hienosyövytystä varten sivuetsauksen vähentämiseksi, mikä voi vähentää sivuetsauksen määrää 40 %. Syövytyksen edistymisen reaaliaikainen seuranta saavutetaan verkossa toimivan kuparin paksuusmittarin avulla. Kun jäljellä oleva kuparin paksuus lähestyy tavoitearvoa, se siirtyy välittömästi toiseen vaiheeseen.
(2) Pulssietsaustekniikka
Säännöllinen aloituspysäytysruiskutus, kuten ruiskutus 30 sekunniksi ja pysäytys 10 sekunniksi, hyödyntää kavitaatiovaikutusta vähentämään jatkuvan ruiskutuksen aiheuttamaa sivueroosiota ja edistämään korroosiotuotteiden poistumista. Pulssietsauksen jälkeen 105 μm paksun kuparilevyn viivanleveyden tarkkuus parani ± 25 μm:stä ± 10 μm:iin ja etsauksen tehokkuus parani 15 %.
Uudelleentyöstö- ja korjaustekniikat
(1) Paikallinen etsauslisä
Pienille syövytysjäännöksille alueille, kuten alle 10 cm ², voidaan kastaa laimennettu etsausliuos siveltimellä, sekoittaa suolahappoa ja vettä suhteessa 1:1 ja levittää se tasaisesti jäännösalueelle. 10-30 sekunnin toiminnan jälkeen pese nopeasti vedellä ja säädä tiukasti aikaa ylisyövytyksen välttämiseksi.
(2) Galvanoinnin täyttö ja korjaus
Kun liiallinen syövytys aiheuttaa viivan leveyden poikkeaman, joka ylittää 15 %, täyttöön ja korjaamiseen voidaan käyttää galvanoimista. Suorita ensin öljynpoisto ja mikrosyövytys esikäsittely korjattavalle alueelle ja käytä sitten paikallisia galvanointiprosesseja, kuten sivellinpinnoitusta, virrantiheyden ollessa säädetty arvoon 10-15A/dm² ja galvanointiaikaa 5-10 minuuttia, kunnes suunnitteluviivan leveys on saavutettu.
Havaitsemis- ja ehkäisyjärjestelmän rakentaminen
1. Online-tunnistustekniikka
Röntgenpaksuuden mittaustekniikan avulla jokaisesta viidestä syövytetystä piirilevystä otetaan yksi näyte kuparin paksuuden mittaamiseksi useista kohdista, mukaan lukien neljä reunaa ja yksi keskipiste, toleranssin ollessa ± 5 %. Varustettu automaattisella optisella tarkastuslaitteella, jossa käytetään 50x objektiivilinssiä, skannausnopeus enintään 20 cm ²/s, tunnistaa viat, kuten viivan leveyden poikkeama ja syövytysjäämät, hälytyskynnykseksi asetettu ± 10 μm.
2. Prosessin validointi ja standardointi
Ennen jokaista tuotantoerää ensimmäinen kappale valmistetaan ja analysoidaan viipaloimalla, ja syövytyksen tasaisuus varmistetaan mikroskoopilla 200-kertaisella suurennuksella. Vasta tarkastuksen läpäisyn jälkeen voidaan tehdä massatuotantoa. Luo parametrien jäljitettävyysjärjestelmä lämpötilan, paineen, lääkeainepitoisuuden, ajan ja muiden tietojen tallentamiseksi etsausprosessin aikana sekä suurdatamalli ennustamaan prosessin vaihteluriskit, kuten lääkkeen käyttöiän varoitus.
Paksun kuparin painetun piirilevyn epätasaisen syövytysongelman ratkaisu edellyttää koko ketjun optimointia laitelaitteistosta, prosessiparametreista, materiaalien sovituksesta tunnistusjärjestelmään. Päivittämällä ruiskutusjärjestelmää, vahvistamalla korroosionkestävää kerrosta ja ottamalla käyttöön segmentoituja etsausprosesseja, etsauksen tasaisuutta ja tarkkuutta voidaan parantaa merkittävästi.