硫酸-双氧水体系闪蚀药水在精细线路成型中的应用

陈 钜 夏 海 郝 意 陈 洪

（深圳市板明科技有限公司，广东 深圳 518105）

0 前言

以智能手机为首的电子设备产业如今飞速发展，随着产品的更新换代，眼下对电子产品线路精细化水平的要求也越来越高。印制电路板（PCB）的75 μm/75 μm以上的线宽/线距已经不能满足现今电子产品的发展要求，目前高端智能手机及平板电脑的线宽线距已经普遍降至50 μm以下，甚至达到了35 μm[1]，这对于线路的精细度要求就越来越高。

目前在PCB制造工艺中，主要有减成法、全加成法与半加成法三种工艺技术[2]。硫酸-双氧水体系闪蚀药水适用于半加成工艺中PCB精细线路的生产，特别是线宽/线距40 μm/40 μm以下线路的形成。闪蚀加工过程中，最常见的缺陷是线路底部的侧蚀，这种缺陷会造成线路底部与基材结合面积少，线路与基材的结合力下降，特别是在精细线路制作过程中，容易产生线路与板面分离的现象[3]。本文主要针对闪蚀工艺存在的侧蚀现象，研究该新开发的硫酸-双氧水闪蚀药水的性能，通过线路的线型外观，药水稳定性等各项性能参数来验证该体系药水闪蚀加工工艺中的表现（如图1）。

图1 线路底部侧蚀图

1 原理分析

闪蚀，又称差分蚀刻或快速蚀刻工艺，即把非图形区域的薄铜快速蚀刻，同时又不会蚀刻过多的图形区域的铜，是半加成法工艺中的关键步骤。一般情况下，闪蚀工艺中线路的上部没有任何金属或者干膜的抗蚀刻层。省去了抗蚀刻层成型、曝光显影以及抗蚀刻层剥离等工序，可以极大的简化生产工艺，减少干膜或者其他抗蚀刻层对精细化线路的干扰。侧蚀是目前表征闪蚀能力的一个重要指标，药水在蚀刻铜层的过程中会向各个角度进行作用，因此在薄铜层被去除干净的同时，也会造成侧蚀，过量的侧蚀会造成线路与基材之间的剥离，造成缺陷。针对这个问题，我们通过添加护岸剂来减少侧蚀对线路的影响。护岸剂能在蚀铜反应的过程中在铜面产生一层不溶性的钝化膜，而蚀刻过程中喷嘴的压力足以正面冲破此钝化膜，但对于线路的两侧，则因为压力不足，钝化膜依旧牢牢覆盖住侧壁，从而达到降低侧蚀的目的。

2 实验设计

2.1 实验材料

开缸药水浓度如表1，分为三种。实验是在2000升槽液真空蚀刻喷淋线上进行，使用的测试板底铜厚度为2.0～3.5 μm之间，蚀刻后线宽/线距为35 μm/35 μm（见表1）。

2.2 实验参数

实验测试均在30 ℃进行，线速度根据蚀刻量大小进行调整，喷嘴喷压0.2～0.22Mpa（2.0～2.2 kg/cm2）。

2.3 实验流程

试板酸洗、水洗、快速蚀刻、水洗、取样灌胶、磨切片、观察。

3 实验数据与讨论

3.1 不同双氧水浓度（10～18 g/L）对样板蚀刻速率及线形的影响

如图2、图3所示，整个过程蚀刻速率随着双氧水浓度增加而平稳上升，并无较大波动，这表明在一定的浓度范围内蚀刻速率的大小是稳定可控的，我们可以通过调节蚀刻液中双氧水的浓度来控制整个闪蚀过程的速率。在测试浓度范围内，线形并无特别影响，未观察到有线路底部侧蚀和腰部凹蚀的现象，线路纵横蚀刻比均在1.5以上，调整双氧水的浓度并不会对线路的线型造成影响。

表1 药水开缸浓度

图2 双氧水浓度对蚀刻速率和线型的影响

图3 双氧水浓度对蚀刻速率的影响

3.2 起始浓度14 g/L双氧水（整个过程药水没有做任何添加）测试线路线形的稳定性

如图4数据所示，起始浓度为14 g/L双氧水线型稳定性测试中，在药水不作更新的情况下，蚀刻速率随着双氧水的分解而下降，线路线型不会因为双氧水的分解而改变，双氧水的分解只会降低蚀刻速率和蚀刻量，对线路线型无特别影响，未观察到有线路腰部凹蚀和底部侧蚀的现象，线路纵横蚀刻比均在1.5以上。随后通过补充双氧水使其浓度达到和开缸时一样的浓度14 g/L，蚀刻速率随着双氧水的补充而恢复，线型依旧保持正常，纵横蚀刻比均在1.5以上，且无明显侧蚀，基本能与开缸时的药水品质保持一致（见图4、图5）。

3.3 铜离子浓度10～50 g/L下对蚀刻速率和线型的影响

图4 药水不做任何添加的情况下线路线形的稳定性

图5 补充双氧水至14 g/L的蚀刻速率与线型

图6 铜离子浓度对蚀刻速率和线型的影响

如图6所示，铜离子浓度从开始的10 g/L到50 g/L，其蚀刻速率有略微的下降，平均铜离子浓度每上升10 g，蚀刻速率降低2%。切片线型显示铜离子在（10～50）g/L的范围内对线型的影响不大，随着铜离子浓度的上升，试板的线路纵横蚀刻比均在1.5以上，线型依旧可以保持正常的状态，并无发现明显侧蚀现象。

4 总结

本文通过研究该新开发闪蚀药水的各项性能发现，在测试的浓度范围内，该闪蚀药水无论在双氧水浓度的变化或者铜离子浓度变化下，都不会对线路的线型造成影响，线路线型均能表现正常状态，无侧面凹蚀和底部侧蚀的现象，线型稳定性在整个实验过程中表现优异。此外，实验中闪蚀药水的蚀刻速率会随着双氧水的分解而下降，对此可以通过双氧水更新来解决，且不会对线路线型造成其他负面影响。