PCB蝕刻技術(shù)概述PCB蝕刻技術(shù)是指在印制電路板制造過程中，通過腐蝕性化學(xué)藥液對(duì)面板上的銅箔進(jìn)行刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)線路和圖形的制作。該技術(shù)涉及水平式噴淋蝕刻、水平式真空蝕刻、垂直蝕刻以及浸潤(rùn)蝕刻等技術(shù)類型。在實(shí)際生產(chǎn)中，水池效應(yīng)、過孔效應(yīng)和搖擺效應(yīng)是常見的問題，本文將詳細(xì)探討這些效應(yīng)，幫助PCB行業(yè)的專業(yè)人士更好的理解和應(yīng)用此技術(shù)。

隨著全球電子產(chǎn)品市場(chǎng)的需求升級(jí)和快速擴(kuò)張，電子產(chǎn)品的小型化、高精密、超細(xì)線路印制電路板技術(shù)正進(jìn)入一個(gè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展時(shí)期。 為了能滿足市場(chǎng)不斷提升的需求，特別是在超細(xì)線路技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)落后的蝕刻技術(shù)正被先進(jìn)的真空蝕刻技術(shù)所代替。

一、PCB蝕刻定義

蝕刻：將覆銅箔板表面由化學(xué)藥水蝕刻去除不需要的銅導(dǎo)體，留下銅導(dǎo)體形成線路圖形，這種減去法工藝是當(dāng)前印制電路板加工的主流。

01電子產(chǎn)品小型化與蝕刻技術(shù)隨著全球電子產(chǎn)品市場(chǎng)的持續(xù)繁榮和需求升級(jí)，電子產(chǎn)品的小型化、高精密度以及超細(xì)線路印制電路板技術(shù)正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)對(duì)高精度技術(shù)的日益增長(zhǎng)的需求，特別是在超細(xì)線路技術(shù)方面，傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)已逐漸被先進(jìn)的真空蝕刻技術(shù)所取代。

◇ PCB蝕刻的定義與過程

蝕刻，作為印制電路板加工中的關(guān)鍵步驟，涉及到利用化學(xué)藥水將覆銅箔板表面的非必要銅導(dǎo)體進(jìn)行蝕刻去除，從而留下所需的銅導(dǎo)體，進(jìn)而形成精確的線路圖形。這種基于減法的工藝技術(shù)，目前已成為印制電路板加工行業(yè)的主導(dǎo)方法。

02蝕刻關(guān)鍵要素與設(shè)備發(fā)展◇ 核心要素

蝕刻的關(guān)鍵在于蝕刻溶液的選擇、蝕刻操作條件的把控以及蝕刻設(shè)備的性能。這些要素共同決定了蝕刻的質(zhì)量和效率。

蝕刻溶液：目前，主流的蝕刻溶液主要包括氯化銅與鹽酸的酸性氯化銅蝕刻液，以及氯化銅與氨水的堿性氯化銅蝕刻液。

蝕刻操作條件：蝕刻操作條件涉及對(duì)溫度、壓力、蝕刻時(shí)間以及溶液濃度的精細(xì)控制，旨在確保蝕刻過程能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。

蝕刻設(shè)備的發(fā)展：隨著蝕刻技術(shù)的不斷進(jìn)步，蝕刻設(shè)備也在圍繞生產(chǎn)效率、蝕刻速度以及蝕刻均勻性進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

◇ 蝕刻設(shè)備的發(fā)展

蝕刻線是蝕刻工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其性能直接影響著蝕刻的質(zhì)量和效率。隨著蝕刻技術(shù)的不斷革新，蝕刻線也取得了顯著的進(jìn)步，主要體現(xiàn)在傳輸速度、穩(wěn)定性以及蝕刻精度等方面。目前，水平傳送噴淋式蝕刻設(shè)備已成為行業(yè)主流。

03真空蝕刻技術(shù)與水池效應(yīng)◇ 真空蝕刻的原理與優(yōu)勢(shì)

真空蝕刻通過在設(shè)備中形成負(fù)壓，減少“水池效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)更均勻的蝕刻。真空蝕刻的原理是在蝕刻段中安裝噴嘴，并在噴管之間距離線路板表面較近的位置設(shè)置抽氣單元。這些抽氣單元在操作區(qū)域內(nèi)形成負(fù)壓，以適度的吸力防止蝕刻液產(chǎn)生“水池效應(yīng)”。

◇ 水池效應(yīng)及其解決方案

主流的水平傳送噴淋式蝕刻方法雖然能實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化并降低成本，但存在一個(gè)顯著問題——它可能導(dǎo)致“水池效應(yīng)”，進(jìn)而影響蝕刻結(jié)果的一致性。PCB水平傳送導(dǎo)致蝕刻液流動(dòng)不均，真空蝕刻技術(shù)解決此問題?！八匦?yīng)”通常發(fā)生在PCB水平傳送過程中。由于板子下方和上方邊緣部分的蝕刻液容易流失，導(dǎo)致新舊蝕刻液在此處頻繁交換。相比之下，板子中心區(qū)域則容易形成“水池”，蝕刻液流動(dòng)受到阻礙。因此，PCB板上方中間位置的線路蝕刻效果往往比其他區(qū)域差。

為了解決這一問題，德國(guó)PILL e.K.公司最近推出了一種新的工藝技術(shù)——真空蝕刻。該技術(shù)通過吸取使用過的蝕刻液來(lái)改善板面上部分蝕刻液的流動(dòng)性，從而有效防止了“水池效應(yīng)”的產(chǎn)生。

◇ 真空蝕刻的應(yīng)用與成果

通過全板面蝕刻的均勻性試驗(yàn)，我們觀察到采用35μm銅箔的覆箔層壓板在常規(guī)與真空蝕刻機(jī)上的表現(xiàn)有明顯差異。真空蝕刻提高線路圖形均勻性，處理細(xì)線路優(yōu)于傳統(tǒng)蝕刻。當(dāng)板中間銅箔蝕刻至18μm厚度時(shí)停止，我們發(fā)現(xiàn)常規(guī)蝕刻的銅厚度分布呈中央高、兩側(cè)低的趨勢(shì)，而真空蝕刻則能獲得更均勻的銅厚度分布。在600mm的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，常規(guī)蝕刻的中央與邊緣銅厚度差異約為±4μm(18～10μm)，而真空蝕刻的差異僅為±1μm(19～17μm)，后者僅為前者的四分之一。

此外，我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，采用真空蝕刻機(jī)使得線寬/線距≤30/30μm的線路圖形變得容易實(shí)現(xiàn)。然而，要獲得理想的效果，需要精心控制真空力度、噴淋壓力和銅箔厚度等參數(shù)。

02水池效應(yīng)> 水池效應(yīng)定義

在PCB蝕刻過程中，當(dāng)噴淋的藥水接觸到板子的上表面時(shí)，由于重力的作用，這些藥水會(huì)聚集形成一層水膜。這個(gè)水膜的存在會(huì)阻礙新鮮的藥液與待蝕刻的銅面進(jìn)行接觸，導(dǎo)致蝕刻不均勻。然而，這種現(xiàn)象在下板面并不會(huì)出現(xiàn)。

> 水池效應(yīng)問題

在蝕刻過程中，由于藥水在板子表面流動(dòng)形成的水溝效應(yīng)，會(huì)對(duì)蝕刻結(jié)果產(chǎn)生影響。中央蝕刻量小、邊緣過大的問題尤為重要。具體來(lái)說(shuō)，在板子的中央，由于藥水流動(dòng)較慢，蝕刻量相對(duì)較小，這可能導(dǎo)致蝕刻不完全的缺陷;而在板子的邊緣，藥水流動(dòng)迅速，蝕刻量過大，這又可能造成蝕刻線條過細(xì)的缺陷。

> 解決措施

為了解決水池效應(yīng)的影響，可以采取優(yōu)化線路方向、使用真空蝕刻機(jī)等方法。具體措施包括：在進(jìn)行蝕刻操作時(shí)，應(yīng)將精細(xì)線路和密集線路朝下放置，而較粗的線路和大銅面則朝上，以平衡蝕刻量。還可以減少板邊緣的噴嘴數(shù)量，或采用實(shí)心噴嘴進(jìn)行堵塞，以減緩邊緣藥水的流動(dòng)速度。此外，采用真空蝕刻機(jī)，該機(jī)器能夠及時(shí)吸走上板面的藥水，從而有效消除水池效應(yīng)的影響。

03過孔效應(yīng)> 過孔效應(yīng)定義

在PCB制造過程中，過孔效應(yīng)是指上板面的蝕刻藥水通過孔洞加速藥水交換，增加蝕刻量。這種效應(yīng)會(huì)使得孔洞越大，其周圍線路的蝕刻量也相應(yīng)增大。

> 過孔效應(yīng)問題

過孔效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致孔洞周圍的蝕刻量增加。在負(fù)片流程中，由于干膜作為蝕刻抗蝕層，NPTH孔洞周圍的線路會(huì)變得較細(xì);而在正片流程中，使用電鍍錫作為蝕刻抗蝕層，會(huì)導(dǎo)致所有孔洞周邊的線路都出現(xiàn)細(xì)化的現(xiàn)象。

> 處理措施

針對(duì)過孔效應(yīng)，可以通過移線技術(shù)和補(bǔ)償方法來(lái)減小其影響。具體措施包括移線技術(shù)，將孔洞周圍的線路移動(dòng)至安全距離以外。同時(shí)，采用加補(bǔ)償?shù)姆椒?，增大孔洞周邊線路的寬度。

04搖擺效應(yīng)> 搖擺效應(yīng)定義

在蝕刻過程中，由于多種因素的影響，線路可能會(huì)產(chǎn)生微小的搖擺，即所謂的“搖擺效應(yīng)”。線路因方向不同易受藥水沖刷導(dǎo)致蝕刻量差異。具體來(lái)說(shuō)，與搖擺方向平行的線路，由于其直接暴露在藥水中的部分容易被新沖入的藥水沖走，導(dǎo)致藥液更新迅速，從而增加了蝕刻量;而對(duì)于與搖擺方向垂直的線路，則情況相反。

> 搖擺效應(yīng)問題

由于蝕刻過程中線路的搖擺方向不同，會(huì)產(chǎn)生不同的蝕刻效果。具體來(lái)說(shuō)，搖擺方向平行的線路易變細(xì)，而與搖擺方向垂直的線路則可能因?yàn)槲g刻不均勻而出現(xiàn)蝕刻不盡的缺陷。