补蚀系统改善蚀刻均匀性的研究

贝俊涛（汕头超声印制板公司， 广东 汕头 515041）

补蚀系统改善蚀刻均匀性的研究

Paper Code: S-133

贝俊涛
（汕头超声印制板公司， 广东 汕头 515041）

蚀刻线补蚀系统可改善蚀刻均匀性，但鉴于印制电路板尺寸、蚀刻铜厚等千差万别，现常规蚀刻补蚀系统难以满足多样化需求，应用价值不大。本研究通过优化改善补蚀系统，实现补蚀系统的灵活应用，大大改善了蚀刻均匀性。

补蚀系统；蚀刻均匀性

1 前言

电子电气产品的发展，在常规感官特征方面，产品日趋轻、薄、短、小；在功能方面，集成化不断加强，功能愈发强大；在性能方面，长期可靠性、散热效率、能源消耗、人机界面互动等不断提升。电子电气产品的快速发展，势必带来印制电路板日新月异的发展与需求，如精细线路、厚铜散热等，由于线宽线距的不断缩小、同一电路板多种厚度铜厚的存在，使得线路加工难度凸显。

2 补蚀系统原理介绍

对于常规蚀刻生产线蚀刻过程，均存在水池效应，它会导致板件上表面药水更新不及时并消除部分蚀刻喷压，从而降低该区域蚀刻速率，板件上表面即表现为四周蚀刻量大、中部蚀刻量小的状况。故在蚀刻均匀性改善方面的新设备、新技术，突破点均放在了消除水池效应方面，如垂直蚀刻利用重力使得板件双面均无法形成水池、真空蚀刻则利用真空消除板件上表面水池等，如下为水池效应形成机理示意图及水池效应导致的板件上表面蚀刻不均问题。

图1 精细SMT（宽度约为头发直径的2倍）及线路（线宽线距均0.05 mm）印制电路板

图2 水池效应示意图及对应测试板件铜厚分布

一般会在其蚀刻段之后配置补蚀段，以补偿蚀刻板件中部区域水池效应导致的“残铜”，改善板件上表面整体蚀刻均匀性。如下为常规蚀刻线蚀刻段及蚀刻后的补蚀段，相应控制面板配置补蚀段的工艺参数控制界面，以实现不同尺寸板件的分类补蚀（图3）。

图3 补蚀段及参数控制界面

补蚀系统的原理相对简单，它是利用光电感应判别板件位置后，然后控制补蚀段不同喷管的开启与关闭，从而实现板件局部位置的补偿蚀刻，消除蚀刻段水池效应导致的板件上表面线路蚀刻不均问题，故补蚀段实际只是配置上喷管、喷嘴进行补蚀，如图4，通过光电开关及相应的PLC控制L1～L6六根喷管的开启关闭，即通过补偿蚀刻对板件上表面中部区域进一步蚀刻，削平“山头”。

图4 补蚀系统基本工作原理示意图

3 补蚀系统优化

3.1 补蚀系统优化背景

水平蚀刻线，业界一般都通过采取补偿蚀刻的方法来弥补水池效应，以提高上板面的蚀刻均匀性，但是目前业界的补偿蚀刻控制系统设计存在诸多缺陷且智能程度低，连续生产过程不同板件只能使用一种补偿参数，无法发挥补偿蚀刻的最大功效。若真正将其实际应用，则面临诸多问题。目前，业界常见的补偿系统有两种实现方式及其缺陷如下：

方式1（图5），控制器需要录入、“前面不喷长度”和“后面不喷长度”两个关键参数。利用人机界面的配方功能，工程人员预先录入十几组参数组合，每次换料号时，操作人员需要到人机界面选择对应参数组合。

方式2（图6），控制器输入“前不喷长度”和“喷淋长度”两个主要参数，假如6根喷管，每次换批操作人员需要录入12个参数。

图5 方式1补蚀示意图

图6 方式2补蚀示意图

业界的控制方式存在共同缺陷：需要人工参与选择或录入参数，操作人员劳动强度高，且容易出错。当蚀刻缸内有大小两种尺寸的板时，补偿功能就会失效，不但无法起到补蚀的效果，反而可能加剧边缘位置的蚀刻量。用一种参数生产所有板件，得不到补偿的效果，故需针对性改善，使其使用更加灵活与方便快捷。

3.2 补蚀系统优化判定

为利于评估补蚀系统优化效果，本次改善采用蚀刻均匀性常用评估方法进行确认，即利用2安士基铜板件进行蚀刻，蚀刻后留下约1安士的余铜，然后测量板件的面铜情况，最后根据测量数据算出蚀刻铜厚的均值及标准差，按如下公式计算蚀刻均匀性：

COV=（1－蚀铜量标准差/蚀铜量平均值）×100%

3.3 补蚀系统优化方法

针对业界补偿存在的缺陷，采用PLC+人机界面，编程开发一套智能补偿蚀刻控制系统；开发一个参数录入功能界面，将不同加工尺寸及相应工艺控制参数，预先存入PLC数据寄存器（录入界面密码保护，由工程人员录入，不需要生产员工修改）。工程人员可以根据不同尺寸的板，定义最佳的参数。

如图7，蚀刻段入板时，检测入板的光电开关动作时，PLC利用输送的编码器，计算出板的长度，通过控制指针，逐个存入PLC一组循环使用的数据寄存器A（n）。

如图8，检测到有入板，开始累积编码器的脉冲数，获得板件的运动实的动态位置数据，并存入另外一组寄存器B（m），获得23片板的位移数据。

图7 获取板件长度

图8 获取每一片板的位移位置

如图9，每一个喷管作为一个独立控制喷淋的模块，以喷管1为例，读取A（X）第一片板的长度，将前不喷和后不喷参数，转换成喷管距离光电开关的脉冲量，然后和第一块板的实时位置比较，控制喷淋启动和结束，结束后，指针+1，读取下一个参数，对比第二片板的实时位置，以此类推。

采用这种算法，最终实现了智能读取参数的功能，实现了不同尺寸板件混合连续生产的目的，如下为新开发系统的参数输入界面与过程运行界面实例图片（图10）。

图9 喷管控制

图10 新开发补蚀系统的参数输入界面与过程运行界面

新开发优化的补偿蚀刻系统，解决了传统蚀刻补蚀系统存在的“通病”，并配合试验摸索的最佳工艺参数，有效改善了蚀刻系统的均匀性，如图11。

图11 蚀刻铜厚极差改善效果图与COV提升效果图

4 总结

优化改善的补偿蚀刻控制系统，先于同行针对不同尺寸板件，在连续生产过程中可识别并自动调取相应补偿蚀刻参数，对不同板件的补蚀更具有针对性，进一步提高了蚀刻的均匀性，蚀刻铜厚极差由14.2 μm降低至8.8 μm，蚀刻均匀性COV由89.2%提升至94.0%；实现了不同尺寸混合连续生产，不需要操作人员修改参数，减少了出错的可能和劳动强度，更适用于多品种小批量的PCB厂。

[1] 龚永林. 谈蚀刻设备与真空蚀刻机. http://www.

pcbcity.com.cn, 2009,2,4.

参考文献

贝俊涛，设备主任工程师，在PCB行业工作近15年，对PLC、自动化控制等拥有丰富的工作经验。

The research on improvement of etching uniformity by post etching system

BEI Jun-tao

The post etching system, which was used to improve etching uniformity, couldn't play an important role as expected. Because it couldn't meet the demands of diversification for various of boards size, copper thickness, and so on. This article improved etching uniformity by improving agile post etching system.

Post Etching System, Etching Uniformity

TN41

A

1009-0096（2014）04-0026-03