碱性蚀刻线路锯齿状现象分析与改善

叶堉楠 宋伟涛 陈斐健 张辉已

（博敏电子股份有限公司，广东 梅州 514768）

0 前言

线路锯齿状，有时又叫“狗牙”，是指在线路板生产过程中，线路蚀刻完成后，线路的两侧边缘不平直，或凸出或凹进，成锯齿状或狗牙状[1]。

PCB板按用途可大分为讯号板及电流板，现如今前者已占总量的60%左右。线路狗牙缺陷会对信号的传输造成干扰，特别是高频高速讯号的传输损耗将增大，从而影响其准确性。

由于生产需要，公司新引进一条图电VCP（垂直连续电镀线）线和碱性蚀刻线，在初期生产过程中发现碱性蚀刻后线路两侧边缘呈现锯齿状，BGA（球栅阵列）变形且部分区域凸出，特别是对于线宽线距较小的板件尤为严重。针对此类问题，从线路、电镀、蚀刻工序关键因素进行分析并进行交叉对比试验，彻底改善线路狗牙问题。

1 造成线路狗牙的因素

线路狗牙原因综合分析（如图1）。

1.1 线路方面

线路前处理磨板效果较差，干膜与基板结合力不好；曝光能量不足、贴膜速度过慢、显影不良，均可能造成干膜无法与基铜结合紧实，尤其在板的基铜表面树脂纤维纺织的纹路较深处，会使干膜与基铜表面有些小间隙。在镀锡时易造成渗镀，锡层延伸在干膜之下形成保护层，在蚀刻后形成不规则线路。

图1 线路狗牙鱼骨图分析

1.2 图电方面

电镀过程中除油缸药水、锡缸光剂对干膜的攻击作用导致干膜松动。另一方面，图电VCP镀铜镀锡缸均采用喷流方式，喷流压力过大也会导致干膜松动。

1.3 蚀刻方面

蚀刻主要为退膜蚀刻流程，由于药水浓度异常或线速过快导致退膜不净，残膜聚集在线路底部，蚀刻后造成线路锯齿状。

2 试验设计

2.1 试验方案一

从板件实际线路形状分析，可以看到主要是线路突起造成锯齿状，BGA区域呈水滴状，初步分析干膜与基板结合不好导致，首先从线路制作流程入手，探究不同处理方式及制作参数对线路狗牙的影响程度（如图2）。

试验计划主要由线路前处理方式、曝光能量、贴膜速度等方面进行正交试验（DOE），试板蚀刻后进行AOI（自动光学检测）全检，统计线路狗牙不良率。线路狗牙严重程度根据AOI扫描报点数目及板面线路突起凹陷程度进行分级，以便更好分析产生的原因，试验结果（见表1）。

图2 线路或焊盘锯齿状

从上述试验我们可以看到无论采用哪种方式，线路狗牙依然存在，不过从板件分析发现过中粗化磨板机试板线路狗牙严重程度要远远大于过针刷磨板机试板，部分线路已经短路连在一起（如图2）。这说明经过中粗化磨板机处理后，干膜结合力较差，图电时易造成渗镀，而导致线路狗牙，这只是其中一方面影响因素，但不是最主要因素，线路狗牙严重程度依然较大。下一步对图形电镀进行相关测试，线路前处理采用过针刷磨板机处理（如图3）。

2.2 试验方案二

通过对不同实物板件的分析，我们还可以发现对于线宽线距较小板件其线路狗牙严重程度要远远大于线宽线距较大板件，在干膜覆盖较大的区域四周边缘线路狗牙很轻微，进一步推论干膜在图电过程中由于某些因素造成了松动。

所用图电VCP采用侧面喷流的搅拌方式，这种方式在促进孔内镀液流动方面较底面喷流更为有效，喷流液体流速增大，在喷嘴数目不变的条件下对应循环流量加大，达到更好的电镀效果[2]。随着喷流压力增大，液体流速增大对板面干膜的冲击变大，很可能造成干膜松动在镀铜镀锡过程中渗镀。取试板线路前处理采用针刷磨板处理方式，图电时选择不同喷流频率进行对比试验，测试结果（见表2）。

表1 DOE试验设计

图3 蚀刻后线路锯齿表现

通过调整喷淋频率，线路狗牙得到有效改善，此前基于深镀能力考虑，针对不同板厚板件设定不同喷流频率，由上述试验可以看到喷流压力增大，对于板件表面冲击会导致干膜松动，对于图电生产应降低喷流频率，以30 Hz为佳，频率过低会造成药水交换不足导致烧板。降低喷流频率的同时，电流密度进一步降低，延长镀铜时间以维持良好的镀铜效果。

2.3 问题再分析

由上述试验可以确定造成线路狗牙的主要因素在于图电喷流频率过大造成干膜松动从而渗镀。但是仍然没有完全消除线路狗牙现象，从狗牙形状来看，还剩下凹陷型的线路狗牙有待解决，此类现象较少，排除是干膜松动引起的。初步分析是由于锡面偏薄或在退膜段锡面受到攻击失去对线路的保护作用，线路在蚀刻过程中被药水咬蚀导致（如图4）。

2.4 试验方案三

电镀液一方面必须添加有机添加剂，以增强镀层结晶细致；提高电镀液均镀能力；另一方面，有机物过多，易产生沉淀，电镀液受到污染，使镀层结晶粗糙、发脆，产生条纹和针孔[3]，这种情况会导致锡层不够致密而被蚀刻药水腐蚀。碱性蚀刻去膜槽碱溶液浓度异常，配槽比例过高也可能使锡面被腐蚀。一般来说，镀锡厚度在5～10 μm便有较强的抗蚀作用，对锡层厚度进行测试，结果显示锡层厚6～8 μm。基于现实情况分析，对比不同锡光剂以及蚀刻退膜浓度的对线路凹陷型狗牙的影响。取相同数量的试板外发A厂进行图电，A厂所用光剂为A光剂，本厂所用光剂为B光剂，新开退膜液浓度分别为20%和15%进行测试。测试结果（见表3）。

从测试结果来看，线路凹陷型狗牙主要是由于退膜液开槽配比过高，对锡的攻击较大，锡面部分腐蚀失去保护作用，线路被咬蚀形成凹坑。

表2 图电喷流频率对线路狗牙的影响

图4 蚀刻后线路锯齿表现

3 改善措施和效果验证

3.1 改善措施

从上述实验结果分析，影响线路狗牙的因素主要有三个方面，针对这些影响采取相应的改善措合本次试验过程，可以看到图电喷流大小对于干膜的影响尤为重要，过大的喷流频率造成干膜松动，进而导致渗镀，当然，过度的降低则会造成药水交换困难导致铜层结晶颗粒大，致密性差，因此，图形电镀过程应将喷流频率控制在合理范围，减少其对干膜的影响。

图电板线路狗牙为PCB比较常见的缺陷，其产生原因是多方面的，也可能是多种情况共同存在。需从生产流程出发，探究每个过程中可能影响的因素，必要时进行DOE试验，通过排除与对比寻找真正产生的原因。经过这次试验，发现电镀缸侧喷流设计虽然可以有效提高药水交换速度，提高深镀施：（1）生产图电板件时线路前处理采用针刷磨板机进行处理，增加干膜与铜面结合力；（2）通知图电线设备供应商设置两组不同的喷淋频率满足生产负片和正片时的不同需要，生产正片时对应喷频率设置为30 Hz，减少喷淋压力过大造成干膜松动；（3）降低退膜液浓度，防止锡面被腐蚀。

表3 对比试验

3.2 效果验证

为验证上述实验结果以及改善措施的可行性，对改善后图电板件线路狗牙状况进行追踪确认，统计一段时间多个生产料号狗牙不良率，对比未调整前板件狗牙不良率。以上改善线路狗牙现象效果非常明显，后续不良率已降至为零（如图5）。

4 结论

图5 线路锯齿改善前后良率对比

通过采用针刷磨板机进行处理，降低图电喷流频率，降低退膜液浓度，有效改善线路狗牙问题，后续板件生产过程中未再发现此类现象。结能力，在正片板的生产过程中影响干膜的结合力。对于图电VCP的铜缸设计建议喷流压力设置无需过大，可更改为底部打气设计，以减少对于干膜的影响。另一方面，对于线路前中粗化处理导致的干膜结合力差需进一步测试研究。