Mot bakgrund av utvecklingen av elektroniska enheter mot hög effekt och hög tillförlitlighet,tjockt kretskort av kopparhar blivit kärnsubstratet inom områden som kraftmoduler, fordonselektronik och industriell utrustning på grund av deras utmärkta strömkapacitet och värmeavledningsprestanda. Men under etsningsprocessen av tjocka kopparkretskort finns det vanliga utmaningar såsom stort etsdjup, svårigheter att kontrollera sidoetsning och otillräcklig enhetlighet. Ojämn etsning kan leda till linjebreddsavvikelse, lokala rester eller överdriven korrosion, vilket inte bara påverkar kretsens prestanda utan också kan utgöra en risk för batchskrot.
Det speciella med och utmaningarna med etsningsprocessen för tjock kopparplåt
Tjock kopparplåt avser en skiva med en kopparfolietjocklek på inte mindre än 105 μm, och vanliga specifikationer inkluderar 105 μm, 140 μm, 180 μm etc. På grund av det tjockare kopparskiktet finns det betydande skillnader i etsningsprocessen jämfört med vanliga tunna kopparkretskort.
Stort etsningsdjup: Tjockleken på kopparskiktet som ska tas bort är 3-10 gånger så stor som för vanliga tunna kopparkretskort, och etsningstiden förlängs kraftigt. Till exempel är tiden som krävs för att etsa från 180 μm till 35 μm 2-5 gånger längre än för etsning från 18 μm kopparfolie till 35 μm;
Svårighet att kontrollera lateral korrosion: Etsningshastigheten för etslösningen är olika i vertikala och horisontella riktningar. Ju tjockare kopparskiktet är, desto tydligare är denna skillnad, vilket lätt kan leda till överdriven linjebreddsnoggrannhet. Till exempel, om den designade linjebredden på 500 μm etsas, kan den bara vara 450 μm, eller så kan det uppstå problem med etsningsrester där det lokala kopparskiktet inte är helt avlägsnat;
Höga likformighetskrav: Vid etsning av tjocka kopparkretskort med-yta kan det finnas skillnader i flödeshastighet, temperatur och andra parametrar för den kemiska lösningen mellan kanterna och det centrala området av plåten, vilket kan orsaka ojämn etsning i olika områden och resultera i en koppartjockleksavvikelse på mer än 10 % vid olika positioner på samma platta.
Typiska problem och orsaksanalys av ojämn etsning
1. Inkonsekvent etsningshastighet för hela brädan
Den inkonsekventa etsningshastigheten för hela skivan orsakas huvudsakligen av ojämn fördelning av den kemiska lösningen och temperaturgradienten. Om munstycket på sprayetsmaskinen är blockerat eller trycket är otillräckligt kommer det att orsaka ojämnt flöde av vätska på plattans yta. Till exempel, om standardtrycket är 2,0 bar och det uppmätta trycket endast är 1,5 bar, kommer etsningshastigheten i vissa områden att minska avsevärt. Dessutom kan ett fel i temperaturkontrollsystemet inuti etsningstanken orsaka temperaturfluktuationer. Till exempel, om den inställda temperaturen är 50 grader men den faktiska temperaturskillnaden når ± 5 grader, kommer etsningshastigheten i områden med hög-temperatur att accelerera, medan i områden med låga-temperaturer är kopparlagerrester benägna att uppstå. Det har förekommit ett fall där en 140 μm tjock kopparplåt skadades på grund av värmeröret på vänster sida av etsspåret. Temperaturen i den vänstra halvan var 8 grader lägre än den i den högra halvan och den kvarvarande koppartjockleken i den vänstra halvan översteg 20 μm.
2. Lokaliserade etsningsrester eller överdriven etsning
Lokaliserade etsningsrester eller överdriven etsning är vanligtvis relaterade till defekter i resistskiktet och kopparfoliens grovhet. Om vidhäftningen av den torra filmen eller lödmaskbläcket på ytan av tjock koppar är otillräcklig, kan infiltration inträffa under etsning, det vill säga kanten på det korrosionsbeständiga skiktet kan höjas, vilket orsakar korrosion av kopparskiktet nedanför. Samtidigt är ytråheten hos tjock kopparfolie relativt hög. Om grovheten Ra är större än 5 μm, är det konkava området benäget att behålla läkemedelslösningen och bilda en etsande blind fläck, vilket resulterar i lokala rester. Till exempel, i området för högströmsdirigering av kraftmodulens tjocka kopparplatta, kan strömkapaciteten minska på grund av etsningsrester, och det uppmätta motståndet är 15 % högre än designvärdet.
3. Överdriven sidoerosion leder till fel på linjebreddens noggrannhet
Överdriven lateral etsning orsakas främst av förlängd etsningstid och obalanserad sammansättning av etslösningen. Att förlänga processtiden för att säkerställa fullständig etsning av tjock koppar kan leda till ökad lateral etsning. Vanligtvis, för varje ytterligare minut av etsning, kommer linjebredden att minska med 10-15 μm. Dessutom kan otillräcklig koncentration av saltsyra eller för hög halt av järnklorid i etsningslösningen minska den selektiva etsningsförmågan, samtidigt som det korroderar det korrosionsbeständiga skiktet och kopparskiktet, vilket resulterar i förlust av linjebreddsnoggrannhet.
Riktade åtgärdsmetoder och processoptimering
1. Optimering av utrustning och medicineringssystem
(1) Uppgradering av sprutsystemet
Genom att använda en design med dubbla sprayskikt, är de övre och nedre munstyckena anordnade på ett förskjutet sätt för att förbättra enhetligheten i läkemedelstäckningen, och trycket kontrolleras till 2,5 -3,0 bar. Installera samtidigt en sensor för övervakning av munstycksflöde för att ge realtidslarm för blockering, och rengör regelbundet munstycket med en 5 % salpetersyralösning minst en gång i veckan. Praxis har visat att vid etsning av en 180 μm tjock kopparplåt kan en ökning av spruttrycket från 1,8 bar till 2,8 bar förbättra enhetligheten hos hela plåtetsningen från ± 12 % till ± 5 %.
(2) Temperaturkontroll och optimering av läkemedelscirkulationen
Byt ut batterivärme med plattvärmeväxlare för att kontrollera temperaturfluktuationer inom ± 1 grad. Den föredragna etsningstemperaturen är 55-60 grader för att öka aktiviteten hos den kemiska lösningen. Öka kraften hos vätskecirkulationspumpen, öka flödeshastigheten från 20m³/h till 35m³/h och installera ett 10 μm filterelement för att ta bort kopparjonflockar och hålla vätskan ren.
Förbättring av processen mot-korrosionsskikt
(1) Förbearbetningsarmering
Före etsning används en slipplatta och mikroetsningsprocess för att kontrollera grovheten hos slipplattan vid Ra2-3 μm och mikroetsningsdjupet vid 1,5-2,0 μm, vilket förstärker den mekaniska sammanlåsningen mellan kopparytan och det korrosionsbeständiga skiktet. Samtidigt applicering av silankopplingsmedel, såsom KH-570, för att bilda ett adsorptionsskikt på molekylnivå på kopparytan, vilket förbättrar vidhäftningen av torr film och ökar fläkhållfastheten från 1,2N/mm till 1,8N/mm.
(2) Val och beläggningsoptimering av korrosionsbeständigt-skikt
Prioritet bör ges till tjockfilmstora filmer med en tjocklek på 50-75 μm, såsom Asahi Kasei DF-2000, som har bättre korrosionsbeständighet och genomträngningsförmåga för etslösningar än vanliga 25 μm torra filmer. När du applicerar filmen, öka trycket till 1,5-2,0 MPa och håll det vid 2,5-3,0 kg/cm för att undvika lokal korrosionsbeständighetsfel orsakad av bubblor eller rynkor.
Dynamisk justering av etsningsparametrar
(1) Segmenterad etsningsprocess
Genom att anta en stegvis koncentrationskontroll använder det första steget en etslösning med hög koncentration med en saltsyrakoncentration på 8 % och en järnkloridhalt på 450 g/L för att snabbt avlägsna det mesta av kopparskiktet, med en etsningshastighet på upp till 70 %; I det andra steget, byt till en lågkoncentrerad etslösning med en saltsyrakoncentration på 5 % och en järnkloridhalt på 300 g/L för finetsning för att minska sidoetsningen, vilket kan minska mängden sidoetsning med 40 %. Realtidsövervakning av etsningsförloppet uppnås genom en koppartjocklekstestare online. När den återstående koppartjockleken närmar sig målvärdet växlar den omedelbart till det andra steget.
(2) Pulsetsningsteknik
Periodisk start-stopp-sprutning av medicin, såsom sprayning i 30 sekunder och stopp i 10 sekunder, använder kavitationseffekt för att minska sidoerosion orsakad av kontinuerlig sprayning och främja utsläpp av korrosionsprodukter. Efter pulsetsning förbättrades linjebreddsnoggrannheten för en 105 µm tjock kopparplatta från ± 25 µm till ± 10 µm, och etsningseffektiviteten ökades med 15 %.
Omarbetnings- och reparationstekniker
(1) Lokal etsningstillägg
För små områden med etsrester, såsom områden mindre än 10 cm ², kan en borste användas för att doppa den utspädda etslösningen, blanda saltsyra och vatten i förhållandet 1:1 och applicera den jämnt på restytan. Efter 10-30 sekunders verkan, tvätta snabbt med vatten och kontrollera tiden strikt för att undvika överetsning.
(2) Fyllning och reparation av elektroplätering
När överdriven etsning orsakar en linjebreddsavvikelse som överstiger 15 %, kan elektroplätering användas för att fylla och reparera. Utför först oljeborttagning och mikroetsningsförbehandling på området som ska repareras, och använd sedan lokala galvaniseringsprocesser såsom borstplätering, med strömtäthet kontrollerad till 10-15A/dm² och galvaniseringstid på 5-10 minuter tills designlinjens bredd uppnås.
Konstruktion av detektering och förebyggande system
1. Onlinedetekteringsteknik
Med hjälp av teknik för röntgentjockleksmätning tas ett prov från vart femte etsade kretskort för att mäta koppartjockleken vid flera punkter, inklusive fyra kanter och en mittpunkt, med en tolerans som kontrolleras inom ± 5 %. Utrustad med automatisk optisk inspektionsutrustning, med en 50x objektivlins, skanningshastighet som inte överstiger 20cm ²/s, identifierar defekter såsom linjebreddsavvikelse och etsningsrester, med en larmtröskel inställd på ± 10 μm.
2. Processvalidering och standardisering
Före varje tillverkningssats görs den första biten och analyseras genom skivning, och etsningens enhetlighet bekräftas under ett mikroskop förstorat 200 gånger. Först efter att ha passerat inspektionen kan massproduktion utföras. Etablera ett parameterspårbarhetssystem för att registrera temperatur, tryck, läkemedelskoncentration, tid och andra data under etsningsprocessen, upprätta en stordatamodell för att förutsäga processfluktuationsrisker, såsom varning för läkemedelsliv.
Lösningen på det ojämna etsningsproblemet med tjocka kopparkretskort kräver optimering av hela kedjan från utrustningshårdvara, processparametrar, materialmatchning till detektionssystem. Genom att uppgradera spraysystemet, stärka det korrosionsbeständiga-lagret och implementera segmenterade etsningsprocesser kan etsningens enhetlighet och noggrannhet förbättras avsevärt.