硫酸-雙氧水體系閃蝕藥水在精細(xì)線路成型中的應(yīng)用

陳 鉅 夏 海 郝 意 陳 洪

（深圳市板明科技有限公司，廣東 深圳 518105）

0 前言

以智能手機(jī)為首的電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)如今飛速發(fā)展，隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，眼下對電子產(chǎn)品線路精細(xì)化水平的要求也越來越高。印制電路板（PCB）的75 μm/75 μm以上的線寬/線距已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今電子產(chǎn)品的發(fā)展要求，目前高端智能手機(jī)及平板電腦的線寬線距已經(jīng)普遍降至50 μm以下，甚至達(dá)到了35 μm[1]，這對于線路的精細(xì)度要求就越來越高。

目前在PCB制造工藝中，主要有減成法、全加成法與半加成法三種工藝技術(shù)[2]。硫酸-雙氧水體系閃蝕藥水適用于半加成工藝中PCB精細(xì)線路的生產(chǎn)，特別是線寬/線距40 μm/40 μm以下線路的形成。閃蝕加工過程中，最常見的缺陷是線路底部的側(cè)蝕，這種缺陷會造成線路底部與基材結(jié)合面積少，線路與基材的結(jié)合力下降，特別是在精細(xì)線路制作過程中，容易產(chǎn)生線路與板面分離的現(xiàn)象[3]。本文主要針對閃蝕工藝存在的側(cè)蝕現(xiàn)象，研究該新開發(fā)的硫酸-雙氧水閃蝕藥水的性能，通過線路的線型外觀，藥水穩(wěn)定性等各項(xiàng)性能參數(shù)來驗(yàn)證該體系藥水閃蝕加工工藝中的表現(xiàn)（如圖1）。

圖1 線路底部側(cè)蝕圖

1 原理分析

閃蝕，又稱差分蝕刻或快速蝕刻工藝，即把非圖形區(qū)域的薄銅快速蝕刻，同時(shí)又不會蝕刻過多的圖形區(qū)域的銅，是半加成法工藝中的關(guān)鍵步驟。一般情況下，閃蝕工藝中線路的上部沒有任何金屬或者干膜的抗蝕刻層。省去了抗蝕刻層成型、曝光顯影以及抗蝕刻層剝離等工序，可以極大的簡化生產(chǎn)工藝，減少干膜或者其他抗蝕刻層對精細(xì)化線路的干擾。側(cè)蝕是目前表征閃蝕能力的一個(gè)重要指標(biāo)，藥水在蝕刻銅層的過程中會向各個(gè)角度進(jìn)行作用，因此在薄銅層被去除干凈的同時(shí)，也會造成側(cè)蝕，過量的側(cè)蝕會造成線路與基材之間的剝離，造成缺陷。針對這個(gè)問題，我們通過添加護(hù)岸劑來減少側(cè)蝕對線路的影響。護(hù)岸劑能在蝕銅反應(yīng)的過程中在銅面產(chǎn)生一層不溶性的鈍化膜，而蝕刻過程中噴嘴的壓力足以正面沖破此鈍化膜，但對于線路的兩側(cè)，則因?yàn)閴毫Σ蛔?，鈍化膜依舊牢牢覆蓋住側(cè)壁，從而達(dá)到降低側(cè)蝕的目的。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

開缸藥水濃度如表1，分為三種。實(shí)驗(yàn)是在2000升槽液真空蝕刻噴淋線上進(jìn)行，使用的測試板底銅厚度為2.0～3.5 μm之間，蝕刻后線寬/線距為35 μm/35 μm（見表1）。

2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)測試均在30 ℃進(jìn)行，線速度根據(jù)蝕刻量大小進(jìn)行調(diào)整，噴嘴噴壓0.2～0.22Mpa（2.0～2.2 kg/cm2）。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

試板酸洗、水洗、快速蝕刻、水洗、取樣灌膠、磨切片、觀察。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論

3.1 不同雙氧水濃度（10～18 g/L）對樣板蝕刻速率及線形的影響

如圖2、圖3所示，整個(gè)過程蝕刻速率隨著雙氧水濃度增加而平穩(wěn)上升，并無較大波動，這表明在一定的濃度范圍內(nèi)蝕刻速率的大小是穩(wěn)定可控的，我們可以通過調(diào)節(jié)蝕刻液中雙氧水的濃度來控制整個(gè)閃蝕過程的速率。在測試濃度范圍內(nèi)，線形并無特別影響，未觀察到有線路底部側(cè)蝕和腰部凹蝕的現(xiàn)象，線路縱橫蝕刻比均在1.5以上，調(diào)整雙氧水的濃度并不會對線路的線型造成影響。

表1 藥水開缸濃度

圖2 雙氧水濃度對蝕刻速率和線型的影響

圖3 雙氧水濃度對蝕刻速率的影響

3.2 起始濃度14 g/L雙氧水（整個(gè)過程藥水沒有做任何添加）測試線路線形的穩(wěn)定性

如圖4數(shù)據(jù)所示，起始濃度為14 g/L雙氧水線型穩(wěn)定性測試中，在藥水不作更新的情況下，蝕刻速率隨著雙氧水的分解而下降，線路線型不會因?yàn)殡p氧水的分解而改變，雙氧水的分解只會降低蝕刻速率和蝕刻量，對線路線型無特別影響，未觀察到有線路腰部凹蝕和底部側(cè)蝕的現(xiàn)象，線路縱橫蝕刻比均在1.5以上。隨后通過補(bǔ)充雙氧水使其濃度達(dá)到和開缸時(shí)一樣的濃度14 g/L，蝕刻速率隨著雙氧水的補(bǔ)充而恢復(fù)，線型依舊保持正常，縱橫蝕刻比均在1.5以上，且無明顯側(cè)蝕，基本能與開缸時(shí)的藥水品質(zhì)保持一致（見圖4、圖5）。

3.3 銅離子濃度10～50 g/L下對蝕刻速率和線型的影響

圖4 藥水不做任何添加的情況下線路線形的穩(wěn)定性

圖5 補(bǔ)充雙氧水至14 g/L的蝕刻速率與線型

圖6 銅離子濃度對蝕刻速率和線型的影響

如圖6所示，銅離子濃度從開始的10 g/L到50 g/L，其蝕刻速率有略微的下降，平均銅離子濃度每上升10 g，蝕刻速率降低2%。切片線型顯示銅離子在（10～50）g/L的范圍內(nèi)對線型的影響不大，隨著銅離子濃度的上升，試板的線路縱橫蝕刻比均在1.5以上，線型依舊可以保持正常的狀態(tài)，并無發(fā)現(xiàn)明顯側(cè)蝕現(xiàn)象。

4 總結(jié)

本文通過研究該新開發(fā)閃蝕藥水的各項(xiàng)性能發(fā)現(xiàn)，在測試的濃度范圍內(nèi)，該閃蝕藥水無論在雙氧水濃度的變化或者銅離子濃度變化下，都不會對線路的線型造成影響，線路線型均能表現(xiàn)正常狀態(tài)，無側(cè)面凹蝕和底部側(cè)蝕的現(xiàn)象，線型穩(wěn)定性在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)優(yōu)異。此外，實(shí)驗(yàn)中閃蝕藥水的蝕刻速率會隨著雙氧水的分解而下降，對此可以通過雙氧水更新來解決，且不會對線路線型造成其他負(fù)面影響。