Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Ätzprozess und Prozesssteuerung von Leiterplatten
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Ätzprozess und Prozesssteuerung von Leiterplatten

Ätzprozess und Prozesssteuerung von Leiterplatten

2022-01-23
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Author:pcb

Der Prozess der Leiterplatte Von der optischen Platine bis zur Anzeige von Schaltungsmustern ist ein komplexer Prozess der physikalischen und chemischen Reaktion. Zur Zeit, der typische Prozess der Leiterplatte (PCB) Verarbeitung adopts "graphic electroplating method". Das ist, Eine Schicht Bleizinn-Korrosionsschutzschicht ist auf die Kupferfolie vorbeschichtet, die auf der äußeren Schicht des Leiterplatte, das ist, der grafische Teil der Schaltung, und dann wird der Rest der Kupferfolie chemisch korrodiert, das heißt Ätzen.


Arten von Leiterplatten-Ätzen

Es ist zu beachten, dass sich während des Ätzes zwei Kupferschichten auf der Leiterplatte befinden. Beim Ätzprozess der äußeren Schicht muss nur eine Kupferschicht vollständig geätzt werden, und der Rest bildet den endgültigen erforderlichen Kreislauf. Diese Art der Musterbeschichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kupferbeschichtung nur unterhalb der Bleizinnresistschicht existiert.

Ein anderer Prozess ist, dass die gesamte Leiterplatte mit Kupfer überzogen ist, und der Teil, der nicht der lichtempfindliche Film ist, ist nur Zinn- oder Bleizinnresistschicht. Dieser Prozess wird als "Vollplattform-Kupferplattierungsverfahren" bezeichnet. Verglichen mit Musterplattierungen besteht der größte Nachteil der Vollplattierung darin, dass Kupfer überall auf der Leiterplattenoberfläche zweimal plattiert werden muss und beim Ätzen korrodiert werden muss. Daher, wenn die Drahtbreite sehr fein ist, wird eine Reihe von Problemen auftreten. Gleichzeitig wird Seitenkorrosion die Gleichmäßigkeit der Linie ernsthaft beeinträchtigen.


In der Verarbeitungstechnologie der äußeren Schaltung der Leiterplatte besteht ein anderes Verfahren darin, lichtempfindliche Folie anstelle von Metallbeschichtung als korrosionsbeständige Schicht zu verwenden. Diese Methode ist dem inneren Schichtätzverfahren sehr ähnlich. Sie können sich auf das Ätzen im Herstellungsprozess der inneren Schicht beziehen.

Gegenwärtig ist Zinn- oder Bleizinn die am häufigsten verwendete Resistschicht, die im Ätzprozess von Ammoniakätz verwendet wird Ammoniakätz ist eine weit verbreitete chemische Lösung, die keine chemische Reaktion mit Zinn oder Bleizinn hat. Ammoniakätzlösung bezieht sich hauptsächlich auf Ammoniak- und Ammoniakchloridätzlösung.


Darüber hinaus kann Ammoniak- und Ammoniaksulfatätzlösung auch auf dem Markt gekauft werden. Das Kupfer in der sulfatbasierten Ätzlösung kann nach Gebrauch durch Elektrolyse getrennt werden, so dass es wiederverwendet werden kann. Aufgrund seiner geringen Korrosionsrate ist es in der tatsächlichen Produktion im Allgemeinen selten, aber es wird erwartet, dass es in chlorfreiem Ätzen verwendet wird.

Jemand versuchte, das äußere Muster mit Schwefelsäure Wasserstoffperoxid als Ätzmittel zu ätzen. Aus vielen Gründen, einschließlich Wirtschaftlichkeit und Abfallflüssigkeitsbehandlung, ist dieses Verfahren nicht weit verbreitet im kommerziellen Sinne verwendet worden Darüber hinaus kann Schwefelsäurewasserstoffperoxid nicht zum Ätzen von Bleizinnresistschicht verwendet werden, und dieses Verfahren ist nicht die Hauptmethode bei der Herstellung von PCB-Außenschicht, so dass die meisten Menschen selten darauf achten.

Ätzen von Leiterplatten

Qualität des Ätzes von Leiterplatten und bestehende Probleme

Die Grundvoraussetzung für die Ätzqualität ist, alle Kupferschichten außer unter der Resistschicht vollständig zu entfernen, das ist alles. Streng genommen muss die Ätzqualität, wenn sie genau definiert werden soll, die Konsistenz der Leiterlinienbreite und den Grad der Seitenkorrosion umfassen. Aufgrund der inhärenten Eigenschaften der aktuellen korrosiven Lösung kann sie nicht nur nach unten, sondern auch nach links und rechts ätzen, so dass Seitenkorrosion fast unvermeidlich ist.

Seitenätzproblem wird oft in Ätzparametern diskutiert. Es ist definiert als das Verhältnis von Seitenätzbreite zu Ätztiefe, was Ätzfaktor genannt wird. In der Leiterplattenindustrie variiert es stark von 1:1 bis 1:5. Offensichtlich ist ein kleiner Seitenätzgrad oder niedriger Ätzfaktor am zufriedenstellendsten.

Die Struktur der Ätzausrüstung und der Ätzlösung mit verschiedenen Komponenten beeinflussen den Ätzfaktor oder den Seitenätzgrad, oder in einem optimistischen Wort, es kann kontrolliert werden. Einige Additive können den Grad der Seitenkorrosion reduzieren. Die chemische Zusammensetzung dieser Additive ist im Allgemeinen ein Geschäftsgeheimnis, und ihre Entwickler geben es nicht an die Außenwelt preis.

In vielerlei Hinsicht existierte die Qualität des Ätzes lange bevor die Leiterplatte in die Ätzmaschine gelangte. Da es eine sehr enge interne Beziehung zwischen verschiedenen Prozessen oder Prozessen der Leiterplattenverarbeitung gibt, gibt es keinen Prozess, der nicht von anderen Prozessen beeinflusst wird und andere Prozesse nicht beeinflusst. Viele Probleme, die als Ätzqualität identifiziert wurden, gab es tatsächlich im vorherigen Prozess der Filmentfernung oder sogar mehr.

Für den Ätzprozess von Außengrafiken spiegeln sich schließlich viele Probleme darin wider, weil sein "invertierter Strom"-Bild prominenter ist als die meisten Leiterplattenprozesse. Das liegt aber auch daran, dass Ätzen der letzte Schritt in einer langen Reihe von Prozessen ist, beginnend mit Filmkleben und Lichtempfindlichkeit. Danach wird das äußere Muster erfolgreich übertragen. Je mehr Verbindungen, desto größer die Möglichkeit von Problemen. Dies kann als ein ganz besonderer Aspekt im Produktionsprozess von Leiterplatten betrachtet werden.


Theoretisch sollte, nachdem die Leiterplatte in die Ätzstufe eintritt, während der Verarbeitung der Leiterplatte durch grafische Galvanik der ideale Zustand sein: Die Gesamtdicke von Kupfer und Zinn oder Kupfer und Bleizinn nach der Galvanik sollte die Dicke des galvanischen beständigen lichtempfindlichen Films nicht überschreiten, So wird das galvanische Muster von den "Wänden" auf beiden Seiten der Folie vollständig blockiert und darin eingebettet. In der realen Produktion ist das plattierte Muster von Leiterplatten auf der ganzen Welt jedoch viel dicker als das lichtempfindliche Muster nach dem Galvanisieren. Beim Galvanisieren von Kupfer und Bleizinn, da die Beschichtungshöhe den lichtempfindlichen Film übersteigt, gibt es einen Trend der Querakkumulation, und das Problem tritt auf. Die über der Linie bedeckte Zinn- oder Bleizinnresistschicht erstreckt sich zu beiden Seiten zu einer "Kante" und bedeckt einen kleinen Teil des lichtempfindlichen Films unter der "Kante".

Die "Kante", die aus Zinn oder Bleizinn gebildet wird, macht es unmöglich, den lichtempfindlichen Film beim Entfernen der Folie vollständig zu entfernen, wobei ein kleiner Teil des "Restklebers" unter der "Kante" verbleibt. "Restkleber" oder "Restfilm", die unter der "Kante" des Resists verbleiben, verursachen unvollständige Ätzungen. Die Leitungen bilden nach dem Ätzen beidseitig "Kupferwurzeln", was den Linienabstand verengt, was dazu führt, dass die Leiterplatte die Anforderungen der Partei A nicht erfüllt und sogar abgelehnt werden kann. Aufgrund der Ablehnung werden die Produktionskosten der Leiterplattenschaltung stark erhöht.

Darüber hinaus wird in vielen Fällen eine Auflösung durch Reaktion gebildet. In der Leiterplattenindustrie können sich Restfilm und Kupfer auch in der korrosiven Lösung ansammeln und in der Düse der korrosiven Maschine und der säurebeständigen Pumpe blockieren, so dass sie zur Behandlung und Reinigung abgeschaltet werden müssen, was die Arbeitseffizienz beeinflusst.


Einstellung der Ausrüstung und Interaktion mit korrosiver Lösung

Ammoniakätzen ist ein feines und komplexes chemisches Reaktionsverfahren in der Leiterplattenbearbeitung. Umgekehrt ist es eine einfache Aufgabe. Sobald der Prozess eingestellt ist, kann eine kontinuierliche Produktion durchgeführt werden. Der Schlüssel ist, dass die Maschine nach dem Starten einen kontinuierlichen Betriebszustand aufrechterhalten muss und nicht gestoppt werden sollte. Der Ätzprozess hängt in hohem Maße vom guten Betriebszustand der Ausrüstung ab. Derzeit muss unabhängig davon, welche Art von Ätzlösung verwendet wird, Hochdrucksprühen verwendet werden, und um saubere Linienseiten und einen hochwertigen Ätzeffekt zu erhalten, müssen die Düsenstruktur und der Spritzmodus streng ausgewählt werden.

Um gute Nebenwirkungen zu erzielen, sind viele verschiedene Theorien entstanden, die unterschiedliche Konstruktionsmethoden und Ausstattungsstrukturen bilden. Diese Theorien sind oft ganz unterschiedlich. Alle Ätztheorien erkennen jedoch das grundlegendste Prinzip an, das heißt, die Metalloberfläche so schnell wie möglich mit frischer Ätzlösung in Kontakt zu halten. Auch die Analyse der chemischen Mechanismen des Ätzprozesses bestätigt die obige Ansicht. Bei der Ammoniakätzung wird die Ätzgeschwindigkeit unter der Annahme, dass alle anderen Parameter unverändert bleiben, hauptsächlich durch Ammoniak (NH3) in der Ätzlösung bestimmt. Daher gibt es zwei Hauptzwecke für die Wechselwirkung zwischen frischer Lösung und geätzter Oberfläche: eine ist, die neu erzeugten Kupferionen auszuspülen; Die zweite besteht darin, kontinuierlich Ammoniak (NH3) für die Reaktion bereitzustellen.


Im traditionellen Wissen der Leiterplattenindustrie, insbesondere der Lieferanten von Leiterplattenrohstoffen, wird anerkannt, dass je niedriger der Gehalt an monovalenten Kupferionen in Ammoniakätzlösung, desto schneller die Reaktionsgeschwindigkeit. Dies wurde durch Erfahrung bestätigt. Tatsächlich enthalten viele Ammoniakätzprodukte spezielle Koordinationsgruppen von monovalenten Kupferionen (einige komplexe Lösungsmittel), die verwendet werden, um monovalente Kupferionen zu reduzieren (dies sind die technischen Geheimnisse ihrer Produkte mit hoher Reaktionsfähigkeit). Es zeigt sich, dass der Einfluss monovalenter Kupferionen nicht gering ist. Wenn das monovalente Kupfer von 5000 ppm auf 50 ppm reduziert wird, wird die Ätzgeschwindigkeit mehr als verdoppelt.


Da bei der Ätzreaktion eine große Anzahl von monovalenten Kupferionen erzeugt wird und monovalente Kupferionen immer eng mit der komplexen Gruppe von Ammoniak kombiniert werden, ist es sehr schwierig, ihren Gehalt nahe an Null zu halten. Monovalentes Kupfer kann durch Umwandlung von monovalentem Kupfer in zweiwertiges Kupfer durch Einwirkung von Sauerstoff in der Atmosphäre entfernt werden. Der oben genannte Zweck kann durch Sprühen erreicht werden.

Dies ist ein funktioneller Grund, Luft in den Ätzkasten zu leiten. Wenn jedoch zu viel Luft vorhanden ist, wird der Verlust von Ammoniak in der Lösung beschleunigt und der pH-Wert gesenkt, wodurch die Ätzgeschwindigkeit immer noch reduziert wird. Ammoniak in Lösung muss ebenfalls kontrolliert werden. Einige Benutzer verwenden die Methode, reines Ammoniak in den Ätzspeicher zu geben. Dazu muss ein Satz pH-Meter-Steuersystem hinzugefügt werden. Wenn das automatisch gemessene pH-Ergebnis niedriger als der angegebene Wert ist, wird die Lösung automatisch hinzugefügt.


Im verwandten Bereich des chemischen Ätzes (auch als photochemisches Ätzen oder PCH bekannt) haben Forschungsarbeiten begonnen und das Stadium des Ätzmaschinenstrukturdesigns erreicht. Bei dieser Methode wird zweiwertiges Kupfer verwendet, nicht Ammoniakkupferätzen. Es wird wahrscheinlich in der Leiterplattenindustrie verwendet. In der PCH-Industrie beträgt die typische Dicke der geätzten Kupferfolie 5 bis 10 Millionen und in einigen Fällen ist sie ziemlich groß. Seine Anforderungen an Ätzparameter sind oft strenger als in der Leiterplattenindustrie.

Ätzen von Leiterplatten

Auf der oberen und unteren Plattenoberfläche sind die Ätzzustände von Vorder- und Hinterkante unterschiedlich

Eine Vielzahl von Problemen im Zusammenhang mit der Ätzqualität konzentrieren sich auf den geätzten Teil der oberen Plattenoberfläche. Es ist wichtig, dies zu verstehen. Diese Probleme entstehen durch den Einfluss kolloidaler Strukturen, die durch Ätzen auf die obere Oberfläche der Leiterplatte erzeugt werden. Kolloidale Ablagerungen auf der Kupferoberfläche beeinflussen einerseits die Strahlkraft, blockieren andererseits die Auffüllung von frischer Ätzlösung, was zu einer Verringerung der Ätzgeschwindigkeit führt. Aufgrund der Bildung und Akkumulation kolloidaler Strukturen ist der Ätzgrad der oberen und unteren Grafik der Leiterplatte unterschiedlich. Dadurch kann auch der erste Teil der Leiterplatte in der Ätzmaschine leicht gründlich geätzt oder leicht über Korrosion verursacht werden, da die Ansammlung zu diesem Zeitpunkt nicht gebildet wurde und die Ätzgeschwindigkeit schnell ist. Im Gegenteil, wenn das hinter der Leiterplatte eintretende Teil eintritt, wurde die Akkumulation gebildet und seine Ätzgeschwindigkeit wird verlangsamt.


Wartung von Ätzgeräten

Entscheidend für die Wartung von Ätzgeräten ist, dass die Düse sauber und ungehindert ist.. Verstopfung oder Schlacke beeinflusst das Layout unter Einwirkung von Strahldruck. Wenn die Düse nicht sauber ist, Es wird ungleichmäßiges Ätzen verursachen und das ganze verschwenden Leiterplatte.

Offensichtlich besteht die Wartung der Ausrüstung darin, die beschädigten und verschlissenen Teile einschließlich der Düse zu ersetzen. Die Düse hat auch das Problem des Verschleißes. Darüber hinaus ist das kritischere Problem, den Ätzer frei von Schlacken zu halten, was in vielen Fällen auftreten wird Übermäßige Schlackenansammlung wird sogar das chemische Gleichgewicht der Ätzlösung beeinträchtigen. Ähnlich wird die Schlacke, wenn es ein übermäßiges chemisches Ungleichgewicht in der Ätzlösung gibt, immer ernster. Das Problem der Schlacke und Anhäufung kann nicht überbewertet werden. Sobald plötzlich eine große Menge Schlacke in der Ätzlösung auftritt, ist es normalerweise ein Signal, dass die Balance der Lösung falsch ist. Dies sollte ordnungsgemäß mit starker Salzsäure gereinigt oder der Lösung hinzugefügt werden.


Der Restfilm kann auch Schlacken produzieren. Eine sehr kleine Menge Restfilm wird in der Ätzlösung gelöst, und dann wird Kupfersalzausfällung gebildet. Die Schlacke, die durch den Restfilm gebildet wird, weist darauf hin, dass der vorherige Filmentfernungsprozess nicht abgeschlossen ist. Schlechte Filmentfernung ist oft das Ergebnis von Kantenfolie und Überplattung.