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Leiterplatte Blog - Der Ätzprozess der äußeren Schaltung der Leiterplatte

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Der Ätzprozess der äußeren Schaltung der Leiterplatte

2022-06-02
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Author:pcb

I. Überblick

Zur Zeit, der typische Prozess der Leiterplatten Verarbeitung nimmt die "Musterplattierungsmethode" an. Das ist, Vorbeschichtung einer Blei-Zinn-Resistschicht auf dem Kupferfolienteil der Außenschicht der Platine, der zurückgehalten werden muss, das ist, der grafische Teil der Schaltung, und dann chemisch korrodiert den Rest der Kupferfolie, das heißt Ätzen. Es sollte beachtet werden, dass es zu diesem Zeitpunkt zwei Kupferschichten auf der Platine gibt. Im Ätzprozess der äußeren Schicht, Nur eine Kupferschicht muss vollständig abgeätzt werden, und der Rest bildet die endgültige erforderliche Schaltung. Diese Art der Musterbeschichtung zeichnet sich durch das Vorhandensein einer Kupferschicht nur unter dem Blei-Zinn-Resist aus. Eine weitere Verarbeitungsmethode ist, dass die gesamte Platine verkupfert ist, und das andere Teil als die lichtempfindliche Folie ist nur eine Zinn- oder Bleizinnresistschicht. Dieser Prozess wird als "Vollplattform-Kupferplattierungsverfahren" bezeichnet.. Verglichen mit Musterbeschichtung, Der Nachteil der Vollplatinenbeschichtung ist, dass Kupfer überall auf der Platine zweimal plattiert wird und beim Ätzen weggeätzt werden muss. Daher, Eine Reihe von Problemen wird auftreten, wenn die Drahtbreite sehr fein ist. Zur gleichen Zeit, side corrosion (see Figure 4) can seriously affect the uniformity of the lines.

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In der Verarbeitungstechnologie der äußeren Schaltung der Leiterplatte gibt es ein anderes Verfahren, das darin besteht, den lichtempfindlichen Film anstelle der Metallbeschichtung als Resistschicht zu verwenden. Diese Methode ist dem inneren Schichtätzprozess sehr ähnlich, Sie können sich auf das Ätzen im inneren Schichtherstellungsprozess beziehen. Derzeit ist Zinn oder Blei-Zinn eine häufig verwendete Resistschicht, die im Ätzprozess von Ammoniak Ätzen verwendet wird. Ammoniak Ätz ist eine häufig verwendete chemische Flüssigkeit, die keine chemische Reaktion mit Zinn oder Blei-Zinn hat. Ammoniak Ätzlösung bezieht sich hauptsächlich auf Ammoniak Wasser/Ammoniumchlorid Ätzlösung. Darüber hinaus ist Ammoniak Wasser/Ammoniak Sulfat Ätzlösung auch auf dem Markt verfügbar. Sulfatbasierte Ätzlösung, nach Gebrauch kann das Kupfer in ihr 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. Einige Leute versuchten, Schwefelsäure-Wasserstoffperoxid als Ätzmittel zu verwenden, um das äußere Schichtmuster zu korrodieren. Aus vielen Gründen, einschließlich wirtschaftlicher und flüssiger Abfallbehandlung, ist dieses Verfahren im kommerziellen Sinne nicht weit verbreitet. Darüber hinaus kann Schwefelsäure-Wasserstoffperoxid nicht zum Ätzen von Blei-Zinn-Resist verwendet werden, und dieser Prozess ist nicht PCB. Es ist die Hauptmethode bei der Herstellung der äußeren Schicht der Platte, so dass die meisten Menschen sich selten darum kümmern.


2. Ätzqualität und frühe Probleme

Die Grundvoraussetzung für die Ätzqualität ist, dass alle Kupferschichten außer unter der Resistschicht vollständig entfernt werden können, und das war's. Streng genommen, wenn der Boden definiert werden soll, muss die Ätzqualität die Gleichmäßigkeit der Drahtbreite und den Grad der Seitenätzung umfassen. Aufgrund der inhärenten Eigenschaften des aktuellen Ätzes ätzt er nicht nur nach unten, sondern auch in alle Richtungen, so dass Seitenätzungen fast unvermeidlich sind. Das Unterschnittproblem ist einer der häufig diskutierten Ätzparameter, der definiert wird als das Verhältnis der Unterschnittbreite zur Ätztiefe, genannt Ätzfaktor. In der Leiterplattenindustrie variiert es sehr stark, von 1:1 bis 1:5. Offensichtlich ist ein kleiner Undercut Grad oder ein niedriger Ätzfaktor zufriedenstellend. Die Struktur der Ätzgeräte und die verschiedenen Zusammensetzungen der Ätzlösung haben einen Einfluss auf den Ätzfaktor oder den Seitenätzgegrad oder können optimistisch betrachtet kontrolliert werden. Die Verwendung bestimmter Additive kann den Grad der Seitenätzung reduzieren. Die chemischen Zusammensetzungen dieser Additive sind im Allgemeinen Geschäftsgeheimnisse, und ihre Entwickler geben sie nicht an die Außenwelt weiter. Was den Aufbau der Ätzgeräte betrifft, so werden ihm die folgenden Kapitel gewidmet. In vielerlei Hinsicht besteht die Qualität des Ätzes lange bevor die Leiterplatte in die Ätzmaschine gelangt. Da es eine sehr enge interne Verbindung zwischen den verschiedenen Prozessen oder Prozessen der Leiterplattenverarbeitung gibt, gibt es keinen Prozess, der nicht von anderen Prozessen beeinflusst wird und andere Prozesse nicht beeinflusst. Viele der als Ätzqualität identifizierten Probleme existierten bereits im Abisolierprozess. Für den Ätzprozess des äußeren Schichtmusters spiegeln sich viele Probleme darin wider, weil das Phänomen des "Reverse Stream", das es reflektiert, prominenter ist als die meisten Druckplattenprozesse. Gleichzeitig liegt dies auch daran, dass das Ätzen Teil einer langen Reihe von Prozessen ist, beginnend mit selbstklebender Folie und lichtempfindlich, wonach das äußere Schichtmuster erfolgreich übertragen wird. Je mehr Verbindungen es gibt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit von Problemen. Dies kann als ein ganz besonderer Aspekt des Leiterplattenprozesses gesehen werden. Theoretisch gesehen, nachdem die gedruckte Schaltung in die Ätzstufe eintritt, sollte der Querschnittszustand des Musters wie in Abbildung 2 gezeigt sein. Der ideale Zustand sollte sein: Die Summe der Dicken von Kupfer und Zinn oder Kupfer und Blei und Zinn nach dem Galvanisieren sollte die Dicke des galvanischen lichtempfindlichen Films nicht überschreiten, so dass das galvanische Muster vollständig mit "auf beiden Seiten der Folie. Wand" blockiert und eingebettet ist. In der tatsächlichen Produktion ist das Beschichtungsmuster nach der Galvanisierung von Leiterplatten auf der ganzen Welt jedoch viel dicker als das lichtempfindliche Muster. Beim Galvanisieren von Kupfer und Blei-Zinn, da die Höhe der Beschichtungsschicht den lichtempfindlichen Film übersteigt, besteht eine Tendenz, sich seitlich anzuhäufen, und das Problem tritt auf.


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" wird unter der Resist "Kante" gelassen und verursacht unvollständige Ätzungen. Die Linien bilden nach dem Ätzen auf beiden Seiten "Kupferwurzeln", und die Kupferwurzeln verengen den Linienabstand, was dazu führt, dass die Leiterplatte die Anforderungen der Partei A nicht erfüllt und sogar zurückgewiesen werden kann. Die Produktionskosten der Leiterplatte werden aufgrund der Ablehnung stark erhöht. Darüber hinaus können sich in vielen Fällen aufgrund der Bildung der Auflösung infolge der Reaktion in der Leiterplattenindustrie der Restfilm und Kupfer auch in der Ätzlösung ansammeln und die Düse der Ätzmaschine und der säurebeständigen Pumpe blockieren und zur Verarbeitung und Reinigung abgeschaltet werden. die Arbeitseffizienz beeinträchtigt.


3. Ausrüstungsanpassung und Wechselwirkung mit der korrosiven Lösung

In Leiterplatte Verarbeitung, Ammoniak Ätzen ist ein relativ feines und komplexes chemisches Reaktionsverfahren. Im Gegenzug, es ist ein einfacher Job. Sobald der Prozess aufgetaucht ist, Produktion kann fortgesetzt werden. Der Schlüssel ist, dass sobald es eingeschaltet ist, es muss einen kontinuierlichen Betriebszustand aufrechterhalten, und es ist nicht ratsam, anzuhalten und anzuhalten. Der Ätzprozess hängt in hohem Maße vom guten Betriebszustand der Ausrüstung ab. Zur Zeit, egal, welche Art von Ätzlösung verwendet wird, Hochdrucksprühen muss verwendet werden, und um saubere Linienseiten und einen hochwertigen Ätzeffekt zu erhalten, Struktur und Spritzverfahren der Düse müssen streng ausgewählt werden. Um eine gute Nebenwirkung zu erhalten, viele verschiedene Theorien sind entstanden, resultierend in unterschiedlichen Konstruktionsmethoden und Ausstattungsstrukturen. Diese Theorien sind oft sehr unterschiedlich. Aber alle Theorien über Ätzen erkennen das Grundprinzip an, die Metalloberfläche so schnell wie möglich in ständigen Kontakt mit frischem Ätzen zu bringen.. Die chemische Mechanismusanalyse des Ätzprozesses bestätigte auch den obigen Punkt. In Ammoniakätzungen, vorausgesetzt, alle anderen Parameter sind konstant, the etching rate is mainly determined by the ammonia (NH3) in the etching solution. Daher, using the fresh solution to etch the surface has two main purposes: one is to flush out the copper ions just produced; the other is to continuously provide the ammonia (NH3) required for the reaction.


Im traditionellen Wissen der Leiterplattenindustrie, insbesondere der Lieferanten von Leiterplattenrohstoffen, wird allgemein anerkannt, dass je niedriger der Gehalt an monovalenten Kupferionen in der ammoniakbasierten Ätzlösung, desto schneller die Reaktionsgeschwindigkeit ist. Dies hat sich erfahrungsgemäß bestätigt. Tatsächlich enthalten viele Ammoniak-basierte Ätzprodukte spezielle Liganden (einige komplexe Lösungsmittel) für monovalente Kupferionen, die zur Reduktion monovalenter Kupferionen wirken (dies sind die technischen Geheimnisse der hohen Reaktivität ihrer Produkte). Es kann gesehen werden, dass der Einfluss monovalenter Kupferionen nicht gering ist. Die Reduzierung des monovalenten Kupfers von 5000ppm auf 50ppm verdoppelt mehr als die Ätzrate. Da während der Ätzreaktion eine große Menge an monovalenten Kuprikonen erzeugt wird und die monovalenten Kuprikonen immer eng mit der komplexen Gruppe von Ammoniak kombiniert werden, ist es sehr schwierig, den Inhalt nahe 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 die Ätzkammer 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 Ätzrate immer noch reduziert wird. Ammoniak ist auch eine variable Menge in einer Lösung, die kontrolliert werden muss. Einige Benutzer haben die Praxis übernommen, reines Ammoniak in das Ätzreservoir zu geben. Dazu muss eine PH-Zählersteuerung hinzugefügt werden. Wenn der automatisch gemessene pH-Wert niedriger als ein vorgegebener Wert ist, wird die Lösung automatisch hinzugefügt. Auf dem verwandten Gebiet des chemischen Ätzes (auch als photochemisches Ätzen oder PCH bekannt) haben Forschungsarbeiten begonnen und haben das Stadium der strukturellen Gestaltung des Ätzes erreicht. Bei dieser Methode ist die verwendete Lösung kupferzweiwertig, kein Ammoniak-Kupfer-Ätz. Es wird wahrscheinlich in der Leiterplattenindustrie verwendet. In der PCH-Industrie sind geätzte Kupferfolien typischerweise 5 bis 10 Millionen dick und teilweise deutlich dicker. Seine Anforderungen an Ätzparameter sind oft strenger als in der Leiterplattenindustrie.


Es gibt eine Studie von PCM Industriesystemen, die noch nicht offiziell veröffentlicht wurde, aber die Ergebnisse werden erfrischend sein. Durch die relativ starke Projektförderung haben Forscher die Möglichkeit, das Design-Denken des Ätzgerätes langfristig zu verändern und die Auswirkungen dieser Veränderungen zu untersuchen. Zum Beispiel nimmt das Düsendesign der Düse verglichen mit der konischen Düse eine Ventilatorform an, und der Sprühverteiler (das heißt das Rohr, in das die Düse geschraubt wird) hat auch einen Installationswinkel, der das Werkstück sprühen kann, das in die Ätzkammer in einem 30-Grad-Winkel eintritt. Wenn nicht Wenn eine solche Änderung vorgenommen wird, führt die Installation der Düsen auf dem Verteiler dazu, dass die Sprühwinkel jeder benachbarten Düse nicht genau gleich sind. Die jeweiligen Sprühflächen der zweiten Düsengruppe unterscheiden sich geringfügig von denen der entsprechenden Gruppen (siehe Abbildung 8, die die Arbeitsbedingungen des Sprühs zeigt). Auf diese Weise werden die Formen der gesprühten Lösungen überlagert oder gekreuzt. Theoretisch wird, wenn sich die Lösungsformen kreuzen, die Strahlkraft dieses Teils reduziert und kann die alte Lösung nicht effektiv von der geätzten Oberfläche waschen, während die neue Lösung mit ihr in Kontakt bleibt. Dies gilt insbesondere an den Rändern der Sprühfläche. Seine Strahlkraft ist viel kleiner als die in vertikaler Richtung. Diese Studie ergab, dass der Designparameter 65 psi (dh 4+Bar) war. Jeder Ätzprozess und jede praktische Lösung hat ein Einspritzdruckproblem, und derzeit ist es sehr selten, dass der Einspritzdruck in der Ätzkammer 30 psi (2Bar) übersteigt. Es gibt ein Prinzip, dass je höher die Dichte einer Ätzlösung (d.h. spezifische Schwerkraft oder Baumegrad), desto höher der Einspritzdruck sein sollte. Natürlich ist dies kein einzelner Parameter. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die relative Mobilität (oder Mobilität), die seine Reaktionsgeschwindigkeit in Lösung steuert.


4. Bezüglich der oberen und unteren Bretter haben die Einleitungskante und die hintere Eintrittskante unterschiedliche Ätzzustände

Eine Vielzahl von Problemen im Zusammenhang mit der Ätzqualität konzentrieren sich auf den geätzten Teil der oberen Plattenoberfläche. Es ist wichtig, dies zu wissen. Diese Probleme entstehen durch die Auswirkungen des kolloidalen Aufbaus von Ätzungen auf der Oberseite der Leiterplatte. Die kolloidalen Feststoffe sammeln sich auf der Kupferoberfläche an, was einerseits die Auswurfkraft beeinflusst und andererseits die Auffüllung der frischen Ätzlösung blockiert, was zu einer Abnahme der Ätzgeschwindigkeit führt. Aufgrund der Bildung und Akkumulation kolloidaler Feststoffe unterscheiden sich die Ätzgrade der oberen und unteren Muster der Platte. Dies macht sie auch Teil der Platte, die zuerst in die Ätzmaschine eintritt, leicht vollständig geätzt zu werden oder leicht Überkorrosion zu verursachen, weil die Ansammlung zu diesem Zeitpunkt nicht gebildet wurde und die Ätzgeschwindigkeit schneller ist. Umgekehrt, wenn das Teil, das in die Rückseite der Platte eintritt, eintritt, ist der Aufbau bereits gebildet und verlangsamt seine Ätzrate.


5. Wartung von Ätzgeräten

Der Schlüsselfaktor bei der Wartung von Ätzgeräten ist sicherzustellen, dass die Düsen sauber und frei von Hindernissen sind, um das Sprühen glatt zu machen. Verstopfungen oder Schlacken können das Layout unter Strahldruck beeinträchtigen. Wenn die Düse nicht sauber ist, Das Ätzen wird ungleichmäßig sein und die gesamte Leiterplatte wird verschrottet. Offensichtlich, Die Wartung der Ausrüstung besteht darin, die beschädigten und verschlissenen Teile zu ersetzen, inklusive Austausch der Düse, die auch das Problem der Abnutzung hat. Darüber hinaus, Das kritischere Problem ist, die Ätzmaschine frei von Schlacken zu halten, und Schlackenansammlungen treten in vielen Fällen auf. Übermäßige Schlackenansammlung beeinträchtigt sogar das chemische Gleichgewicht der Ätzlösung. Ebenso, wenn der Ätzmittel ein übermäßiges chemisches Ungleichgewicht aufweist, Schlackenbildung wird verschärft. Das Problem der Schlackenbildung kann nicht überbewertet werden. Sobald plötzlich eine große Menge Schlacke in der Ätzlösung auftritt, Es ist in der Regel ein Signal, dass es ein Problem mit der Balance der Lösung gibt. Diese sollte ordnungsgemäß mit stärkerer Salzsäure gereinigt werden oder die Lösung sollte aufgefüllt werden. Der Restfilm kann auch Schlacke produzieren, eine sehr geringe Menge Restfilm in der Ätzlösung gelöst wird, und dann wird der Kupfersalzausfall 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 einer Kombination von Kantenfolie und Überspielen auf der Leiterplatte.