提高印制板精度的关键加工工艺

　　前言
　　随着电子产品向小型化、多功能化发展，印制电路板的设计密度更高、导线更细、孔径更小，加工难度不断增大。如果按照传统工艺来加工，生产出的印制板不仅质量差，而且报废多。要保证加工出满足设计要求的高品质、高精度的印制板，降低报废，应对印制板的图形制作、蚀刻过程等关键环节的工艺进行有效控制。
　　在印制板加工中，一般来说，报废产生最多的环节就是蚀刻过程。出现报废的最主要原因：(1)蚀刻过程参数控制不良，出现图形部分线条变细、蚀刻不干净造成短路；(2)图形转移不良，造成断线、线条缺口、粗细不一致等。
　　1 印制板图形制作环节控制
　　印制板的加工流程是根据用户的电路设计图进行光绘，制作出照相底版后，再经过丝印感光膜、图形曝光转移，完成印制板的图形转移。图形转移品质的好坏直接影响印制板质量，尤其是精细线条的印制板。在图形转移中需要控制底版质量、丝印湿膜、曝光及显影等环节。
　　1．1  控制底版质量是图形转移质量的前提
　　在印制电路板的图形转移加工工艺控制中，底版的质量是保证电路板图形转移质量的关键环节之一。照相底版的品质直接影响电路板的图形质量。
　　底版是由电路设计的原图，通过激光光绘机制版后制作而成的。底版的片基材料一般是175um厚的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，片基的要求是平整、无划伤、无折痕，并在保质期内。
　　经激光光绘后的底版，技术质量要求为：(1)符合设计原图的技术要求；(2)电路图形准确；(3)黑白强度比大即黑白反差大；(4)导线齐整、无变形：(5)经过拼版的底版图形无变形或失真现象；(6)黑度均匀一致，黑的部分无针孔、缺口、毛边、划伤等缺陷；(7)透明部分无黑点及其它杂质。
　　以上任意一个要求不符，在进行图形转移时将会产生印制板图形制作不良，造成印制板加工的不良品甚至报废。
　　为保证图形制作质量，特别是高精度、高品质的印制板，首先对光绘底版的制作、存放环境进行改进，保证环境的温湿度，减少底版因温湿度变化造成的变形。其次在光绘工段设有专职底版检验员，严格控制底版的品质，并且要求对图形转移使用的菲林底版，操作者在曝光前、中、后均需检查所使用的底版是否有划伤、杂质。全面控制底版质量。
　　1．2  丝印环节对图形转移质量的影响
　　图形转移前覆铜板表面必须经过前处理，保证油墨丝印层与铜箔有良好的结合力。通常使用机械／化学联合处理的磨板生产线，去除板面的氧化层及杂物。丝印感光膜的印刷厚度、预烘时间控制是本环节的控制关键。
　　一般液态抗蚀感光油墨(俗称湿膜)丝印的厚度，由所选用的丝网的目数来决定。根据加工经验，选用丝印目数为120目一160目，刮板的硬度选用700—750来进行丝印，效果比较好。丝印后预烘的过程控制，严格按工艺参数操作。丝印环境要求无尘，防止灰尘、杂物落入丝印的板面，影响精细图形的质量。
　　由于丝印板面脏、油墨进孔、预烘过度或不足的板子均作退洗板处理。对刚丝印预烘完的板子，应静置10min-15min后再转到下道工序。
　　1．3  曝光、显影环节对图形转移质量的影响
　　印制板的图形转移真正实现是通过曝光和显影工序。
　　曝光工序首先控制环境清洁度、曝光机清洁、工作台的清洁(按规定的清洁频率)。在曝光过程中定时检查清洁菲林底版、曝光机、台面。对检查过程中发现的问题及时改正、修补。
　　图形转移还须对曝光参数、对位的准确度严格控制。曝光的能量、时间等参数控制，依据工艺参数严格执行。对丝印转来的板子须冷却至室温后再进行曝光，并注意在印制板曝光后，静置15min以上再进行显影。同时注意显影药水、温度、效果等环节对图形转移的影响。
　　图形转移的最后是修板检查，即全面检查图形的正确性、完整性，对不足地方进行修板。重点检查图形线路上有无可能造成断线缺口的潜在缺陷；检查湿膜层是否有露铜、针孔；是否有偏孔、掉膜；检查图形线路的显影质量，线条是否有断线、线细等问题，不合格板返洗，重新做。
　　2 蚀刻过程的质量控制
　　印制板图形蚀刻后，图形线宽等的精度控制对印制板的质量至关重要。故在蚀刻过程中，如何控制影响蚀刻品质的各参数、蚀刻溶液等对印制板图形精度质量影响比较关键。
　　2．1  蚀刻参数对印制板图形精度的影响
　　印制板的蚀刻工艺所用的蚀刻液种类较多，针对我们使用的碱性蚀刻液来说，影响其蚀刻效果的因素有铜离子浓度、pH值、氯离子浓度及温度等。蚀刻液中Cu：+浓度、pH值、NH4Cl浓度和蚀刻液的温度，都影响着蚀刻速率。要保证良好的蚀刻质量，需控制好上述各因素。
　　2．1．1 铜离子浓度
　　蚀刻液中Cuz+起着氧化剂作用，其浓度的高低是影响蚀刻速率的主要因素。在印制板蚀刻过程中，随着铜的不断溶解，溶液的比重将不断升高。经实践证实：随着铜离子浓度增加，蚀刻速率逐渐加快，但溶液中铜离子增加到一定程度时蚀刻速率反而下降。通过控制比重，来保证蚀刻液中铜离子的浓度。最佳的铜量浓度为90g／l-125g／I之间。
　　2．1．2 pH值
　　由于氨水浓度大小直接影响蚀刻液的pH值，因此pH值影响即是氨水浓度对蚀刻的影响。通常控制蚀刻液的pH值在8．3—8．8之间。pH值低于8．0时，蚀刻速率减慢，且对金属抗蚀层有侵蚀；而且蚀刻液容易出现沉淀，堵塞喷嘴，造成蚀刻困难。DH值高于9．0时，蚀刻的侧蚀增大，影响蚀刻精度。
　　当pH值保持在8．3—8．8时，蚀刻速率较理想，而且不会使锡变黑。
　　2．1．3 氯离子
　　氯离子是以氯化铵(NH4Cl)形式加入蚀刻液中的。随着蚀刻的进行，须不断补加蚀刻盐，其主要成分为NH4Cl，保证Cl-的含量，防止蚀刻速率降低。但Cl-含量过高时，又会引起金属抗蚀层被侵蚀。经试验证明，Cl-的含量为160g/L—175g/L时，蚀刻速率比较好；当低于140g/L时，则蚀刻速率较慢。
　　2．1．4 温度
　　一般来说，蚀刻速率随温度的升高而加快，而对侧蚀与稳定pH值来讲，温度低则有利。但低于40℃时，蚀刻速率太慢，并会增大侧蚀量，影响蚀刻精度。一般印制板的蚀刻温度保持在45℃-50℃，对精细线路的蚀刻，则应保持在42℃-46℃范围内，蚀刻速率快，且效果理想。高于50℃蚀刻，由于溶液蒸发快，氨气加速逸出，致使蚀刻液不稳定，此时铜含量、氯离子含量增加，pH值下降，蚀刻速率反而变慢，造成“欲速则不达”。
　　2．1．5 蚀刻方式
　　印制板蚀刻的质量与所选用设备的蚀刻方式关系密切。常用的蚀刻方式为喷淋蚀刻。蚀刻效果与设备的抽风速度、添加排放系统、喷嘴的形状及喷洒压力、输送速率等有关。印制板在蚀刻传输中其上下两面及左右两边的蚀刻速率也会有一定的差异，在按常规蚀刻时经常会出现上下蚀刻不均匀现象。
　　通过试验所获得的经验，即通过分别调节上下喷嘴的喷淋压力、喷嘴的分布、角度进行改善，或者增加上喷嘴或下喷嘴的数量，来改善上下板面蚀刻不均的问题。
　　对于印制板中心与其边缘蚀刻不均匀的现象。通过采取压力差的工艺方法或采用间歇式喷淋的蚀刻工艺方法来解决。
　　对于小批量的高精细导电图形的印制板，在蚀刻时还可采用单面蚀刻的方法。
　　2．2 蚀刻液的维护
　　蚀刻是氧化还原反应，蚀刻液在使用时会消耗氨水。当氨量(pH值)减小时，会失去蚀刻能力，且会堵塞喷嘴。因此在对蚀刻液进行维护时，补充氨水使其溶液的pH值维持在8．0～9．0之间。
　　通过维护使蚀刻液始终处于较佳的蚀刻状态。在对印制板进行蚀刻时，应最大限度地减少侧蚀、过蚀，提高蚀刻速率，提高印制板的图形蚀刻质量。
　　2．3 侧蚀的控制
　　除了底版本身的质量要求，为保证图形线条的制作精度，在光绘照相底版前，对所光绘的图形线条，按所使用的材料、设计精度要求等进行工艺补偿，以弥补蚀刻中因侧蚀造成的印制板图形中线条、焊环宽度的减少。
　　印制板加工蚀刻后，普遍存在侧蚀。由于侧腐蚀造成线条普遍变细的情况，工艺制作上采取了在绘制底版时对线条进行工艺处理。根据多次试验经验，对线条进行加宽0．03mm-0．05mm的补偿处理，使蚀刻时的侧腐蚀得到了一定的弥补。经过蚀刻后板子的线宽比较接近规定值。
　　2．4 蚀刻设备的维护保养
　　大家都知道，印制板加工是七分设备三分技术，设备在其中的位置是相当高的。蚀刻过程的质量控制也是与蚀刻过程的去膜机、蚀刻机等设备有关。
　　从去膜效果检查，去膜不彻底就会造成蚀刻后线条毛糙，细小间距的印制板连线等，影响蚀刻图形精度与质量。对去膜机、蚀刻机等设备，根据运行现状，进行定期清理、维护，特别是喷嘴清理。
　　2．5 蚀刻注意事项
　　蚀刻时，必须坚持首件加工。通过首件加工来确定蚀刻的参数(速率、温度等)，判定所加工的板子经蚀刻后，图形精度、线宽等是否符合要求。蚀刻首件检查合格后，再进行批量加工。
　　蚀刻工段配置了检查工具一一刻度显微镜，加强蚀刻前后的检查。对蚀刻前后的板子使用刻度显微镜检查微带线宽，及时发现问题，提高加工、检验质量。
　　对于导线走向比较密集的图形，应与蚀刻机的传动方向相一致，防止蚀刻液在板面产生堆积问题，且在蚀刻时将导线比较密的一面朝下，导线疏的面朝上，也可改善印制板电路图形两面蚀刻的均匀性。
　　蚀刻过程中，应随时对蚀刻机进行检查，检查喷嘴的喷淋状态，注意喷嘴是否堵塞、传送带运转是否正常，防止蚀刻中机械故障、擦花线路和废板发生。
　　结语
　　高精度印制板制作环节涉及多个方面，其制作能力不仅是衡量生产设备、工艺水平和材料的配合能力，而且是反映员工素质、工序控制和生产管理的综合水平。本文仅就工艺加工环节进行了讨论。如何提高高精度印制板的制作合格率，只有各个环节做到位才能制作出性能可靠的高品质印制板。