碱蚀流程精细线路板件线宽补偿规则的改善研究

Paper Code: S-132

林伟娜（汕头超声印制板公司，广东 汕头 515041）

碱蚀流程精细线路板件线宽补偿规则的改善研究

Paper Code: S-132

林伟娜
（汕头超声印制板公司，广东 汕头 515041）

文章主要是通过试验及Cpk计算评估精细线路板件在碱蚀流程中的加工情况，找出不同蚀铜厚度、不同线路类型及不同线路走向之间的线宽补偿规律，从资料制作上改善受图形分布或平板加厚导致线细与蚀不净矛盾，降低生产难度，提高板件加工稳定性。

碱蚀；CPK计算；精细线路；线宽补偿规律；加工稳定性

1 前言

对于高多层及细线路板件在外层碱蚀制作过程中，受图形分布或蚀刻铜厚等因素影响，易出现过孔线细或密集线路蚀不净的矛盾，使其在外层制作过程控制难度加大。为此，本文主要是通过试验及Cpk计算评估细线路板件在碱蚀流程中的加工情况，找出不同蚀铜厚度、不同线路类型及不同线路走向之间的线宽补偿规律，从资料制作上改善受图形分布或蚀刻铜厚导致线细与蚀不净矛盾，降低生产难度，提高板件加工稳定性。

2 试验方案

采用457 mm×610 mm试板，根据线路类型、布线走向、不同线宽控制和补偿几大因素分不同水平设计，通过蚀刻后的线宽控制情况寻找个中差异和规律。同时为避免设备加工能力差异性影响，试板指定同一设备（PTH、图形转移、图形电镀线）进行生产制作。

图1 试板单元设计结构

图2 试板拼板设计结构

3 试验结果及数据分析

此次评估主要包括“布线走向对线路侧蚀影响”、“不同蚀刻铜厚线路控制情况”、“不同蚀刻速度对线路制作影响”及“不同线宽/间距补偿对线路控制的影响”等。

3.1 线路布线走向对线路侧蚀影响

线路布线走向对蚀刻过程药水的流向可能存在影响，进一步影响线路蚀刻情况，因此在不同蚀刻铜厚情况下设计不同布线走向对比线路蚀刻控制效果。

（1）随着蚀铜厚度增加，密集线路出现线脚大蚀不净几率增大；

（2）在线路蚀刻控制方面，竖向走线效果优于斜向45°走线，横向走线效果最差。

3.2 不同蚀刻速度对线路制作影响

由于蚀刻设备结构间的差异，对于相同蚀铜厚度的板件在不同的生产线蚀刻速度可能存在差异，蚀刻速度的差异直接影响表面药水流速，对线路侧蚀可能存在影响，因此设计同类型试板在不同蚀刻速度下评估线路制作质量差异。

（1）蚀刻铜厚较薄时，线路控制整体优于铜厚较厚时；

（2）蚀厚铜情况下，蚀刻速度快时线路侧蚀平整度较优，线脚情况控制良好。

表1 不同蚀刻铜厚及不同布线走向的密集线路蚀刻效果

3.3 不同线宽/间距补偿对线路控制的影响

蚀铜厚度/µm 20、30、40线路类型布线走向非BGA密集线、孤立线、BGA孔孔夹线线宽控制/mm线路补偿/mm 非BGA最小间距/mm BGA最小间距/mm竖向、横向、斜向45° 0.063、0.075、0.089 0.013～0.025、0.019～0.031、0.025～0.038 0.1、0.094、0.089 0.089、0.081、0.075

表2 不同蚀刻速度下线路侧蚀情况

不同的线宽补偿将直接影响线路间距，进而对蚀刻过程药水在线路之间的交换和蚀刻效果产生差异，因此设计不同线宽间距补偿，对比评估其对密集线路蚀刻控制的影响。

（1）线路补偿与间距与线路蚀刻效果并未出现比例关系，0.063 mm线路在补偿=0.75的情况下反而会出现线脚大现象，而3种线路在“补偿/间距= 0.031 mm/0.089 mm”的情况下均会出现线脚大现象，主要是密集线路间距小，药水交换不充分，易蚀不净。因此线路补偿与间距需控制在一个较为均衡的水平。

（2）3种线路在“补偿/间距=0.025 mm/0.094 mm”的条件下，其线路侧蚀及线宽控制均为最佳。

3.4 BGA孔孔夹线过蚀情况

对于BGA孔孔夹线控制，由于过孔处蚀刻药水交换较快，因此该处易出现线细，针对该类型线路对比不同线宽补偿及间距下的孔孔夹线控制情况。

（1）以上3种补偿条件下，线宽均可满足控制要求，无出现过蚀线细现象。

（2）随着过孔线补偿加大，即线盘间距减小，焊盘夹线会逐渐出现局部肥胖的现象，当间距仅为0.075 mm尤其明显。原因应是是间距缩小，药水交换难度大，蚀刻量减少。所以为防止夹膜或孤立段线脚大，该处需保证线盘最小间距≥0.075 mm。

表3 不同线宽间距补偿对线路蚀刻控制效果

3.5 线宽控制方面

对不同试验条件下的试板线宽进行测量统计，具体如下：

从表7、表8可知，在蚀铜厚度20 μm ～30 μm，“过孔线路补偿0.038 mm—常规孤立线路补偿0.031 mm—密集线路补偿0.019 mm”的条件下，各类线宽较为

接近。在蚀铜厚度40 μm，“过孔线路补偿0.044 mm—常规孤立线路补偿0.038 mm—密集线路补偿0.031 mm”的条件下，各类线宽较为接近。

表4 不同线宽补偿及间距BGA孔孔夹线制作情况

表7 蚀铜20μm条件下的不同线宽测量结果

表8 蚀铜30μm条件下的不同线宽测量结果

表9 蚀铜40μm条件下的不同线宽测量结果

3.6 线宽控制CPK制程分析

对于3类线宽在不同线路补偿下生产制作的Cpk制程分析如下：

对于0.063 mm线路，当线宽补偿为“过孔线0.038 mm/密集线0.025 mm”，Cpk最佳，整体数据相对集中，偏向中值。0.075 mm线路，当线宽补偿为“过孔线0.038 mm密集线0.025 mm”，Cpk最佳，整体数据接近中值，但过孔线分布较为分散。对于0.088 mm线路，当线宽补偿为“过孔线0.038 mm/密集线0.025 mm”，Cpk最佳，均值接近中值，但整体数据分布较为分散。如表12所示

表10 不同线路补偿下线宽Cpk制程分析结果

表11 不同线路补偿下线宽均值控制结果

表12 3类线宽的CPK最佳控制情况

从表10、表11结果看出，0.063 mm、0.075 mm及0.088 mm Cpk总体变化趋势较为一致。

（1）线宽补偿过孔线0.025 mm/密集线0.013 mm，Cpk最差，数据偏靠下限，说明线宽补偿不足；

（2）线宽补偿过孔线0.031 mm/密集线0.019 mm，Cpk有所改善。整体仍偏下限，需加大补偿；

（3）线宽补偿过孔线0.031 mm/密集线0.019 mm，Cpk最佳，整体数据偏向中值。但Cpk仍无法满足≥1.33，主要受部分板角或板边线宽偏小影响，可通过局部调整线宽补偿进行改善。

（4）对比3种线路的密集线路与过孔线路数据分布情况，当线路补偿过孔线0.031 mm/密集线0.019 mm时，其过孔线分布曲线肥胖程度接近密集线，但当线路补偿“过孔线0.025 mm/密集线0.013 mm”或“过孔线0.013 mm/密集线0.025 mm”时，其过孔线分布曲线明显比密集线较胖，主要是此两种线路设计排布在前后两侧，部分板件过孔线蚀刻后较小，导致数据较为分散。同时也说明板角或板边的过孔线蚀刻量高于密集线，因此需相应加大线宽补偿调整。

4 试验结果及小结

综上试验结果，影响线路控制稳定性主要包括蚀铜厚度、线宽补偿、蚀刻速度、板件特性等。

4.1 蚀铜厚度控制

（1）随着蚀铜厚度的增加，密集线路蚀不净可能性会加剧。

当蚀铜厚度≤30 μm，密集线路不同走向对侧蚀影响情况不大，基本不会出现蚀不净；

当蚀铜厚度≥40 μm，横向密集线路侧蚀量会大于竖向或斜向，易出现蚀不净，线路控制较差。

（2）线宽越小，对蚀刻铜厚的要求越严格。

线宽控制越小，蚀刻铜厚要求越薄，以降低蚀刻侧蚀可能，避免出现线细或者过蚀风险。

4.2 蚀刻速度控制

蚀刻速度越快，越有利于线路侧蚀情况的改善。所以对于细线路板件，在设备能力允许的情况下，可考虑加快蚀刻速度来提高板件制作质量。

4.3 线宽补偿方面

0.088 mm以下密集线路，在“线路补偿/间距为0.025 mm/0.094 mm”条件下，线路侧蚀及线宽控制均为最佳。

孔孔夹线线细会随着其补偿加大得到改善，但随间距缩小，焊盘夹线肥胖的现象也会随之加剧。

随着蚀铜厚度的增加，需相应提高线路补偿，以保证线宽控制，同时对于孔线和密集线区域需保证最小间距，以保证药水交换效果。

4.4 线宽Cpk控制方面

不同线宽Cpk总体变化趋势较一致，受线宽补偿及间距影响较大。当过孔线线宽补偿或密集线间距足够时，Cpk控制能力会提高。

在蚀刻铜厚≤30 μm时，线宽补偿过孔线0.038 mm/密集线0.025 mm，其Cpk最佳，整体数据偏向控制中值，且较为集中。当蚀刻铜厚40 μm时，线宽补偿“过孔线0.044 mm/密集线0.031 mm”时，其Cpk最佳。且密集线需保证最小间距0.094 mm，BGA过孔线保证最小间距0.075 mm。

本次试验选取作Cpk数据分析对象中，Cpk无法满足≥1.33，主要原因是板角或板边线宽偏小。

过孔线分布曲线肥胖程度最接近密集线，为线宽补偿“过孔线0.031 mm/密集线0.019 mm”，主要是该类线宽较多设计在板中间，受前后端效应或边缘效应影响少，侧面说明局部调整板角或板边线宽补偿的重要性。

4.5 试验小结综上，提高细线路在外层碱蚀过程的稳定性控制，应注意控制合适的蚀铜厚度、根据线路走向认面或认向生产、孔孔夹线与密集线路线宽补偿量及最小间距应分开调整并控制合适平衡点。

林伟娜，工艺工程师，主要负责沉铜平板、图形电镀和碱性蚀刻工艺工作。

Research to improve the line-width compensation rules of fine line panel in the etching process

LIN Wei-na

This paper mainly evaluated the processing situation of fine line panel in the etching process by testing and CPK, and then summarized the Line-width compensation rules with the different thickness of etched copper, different line types and different line configuration. To solve the contradiction between the over-etching and no clean etching which by cause of pattern or panel plating thicker from the MI design, it intended to reduce the production difficulty and improve the process stability.

Etching Process; CPK; Fine Line; Line-Width Compensation Rules; Process Stability

TN41

A

1009-0096（2014）04-0020-06