Дефекты травления, часть 3

(перевод статьи из журнала «The PCB Magazine», январь 2021, автор статьи — Michael Carano, вице-президент по технологии и развитию бизнеса компании «RBP Chemical Technology»)

Рис. 1 Горячая накатка резиста. Углубление в фольге может препятствовать адгезии.

Рис. 1 Иллюстрация подтрава

(AW — ширина с допускоом, если возможна)

Введение

При ежедневном устранении проблем процесса окончательное травление сказывается на многих последующих процессах. Это сказывается на подготовке поверхности, получения рисунка и качестве поверхности меди. Есть связь процесса травления, его влияния и параметров процесса на качество получения рисунка схемы. В публикуемой колонке «Проблемы в вашей ванне» предметом рассмотрения послужат подтрав, перетрав и утоньшение проводника.

Фактор подтрава и перетрава

Инженеры-электрики и конструктора печатных плат (ПП) не волнуются, если производственники изготовят рисунок схемы с шириной проводников и зазоров, которые планировались. Проблемы из-за подтрава и перетрава будут снижать качество рисунка схемы. Однако, постоянно идёт борьба за минимальный подтрав при гарантированном удалении меди в процессе травления.

Рассмотрим различие между подравом и фактором травления. Подтрав это — разница между шириной проявленного проводника (это может быть ширина сконструированного проводника) и окончательная ширина после вертикального травления. Иначе говоря, подтрав это количество удалённой меди сбоку, т. к. травитель работает, устраняя нежелательную медь, и продвигается внутрь (рисунок 1).

Фактор травления — это соотношение разницы ширины медного проводника в наиболее разросшейся и узкой частях после травления, и толщиной вытравленной меди. Фактор травления легко отражается делением значения толщины вытравленной меди на величину вытравленной меди сбоку.

Обратите внимание, на рисунке 1 приведено состояние относящееся к процессу печать и травление (известное как получение рисунка — проявление — травление); та же концепция используется там, где и внешний слой, только с небольшим загибом. С металлорезистом при окончательном травлении подтрав продолжает оставаться проблемой. Однако, избыточный подтрав и общий профиль травления ведут к зависанию гальванического травильного резиста (рисунок 2). Проблема здесь в том, что чрезмерный подтрав способствует облому металлического серебра во время травления, приводя к короткому замыканию. Несмотря на это, факторы — те же.

Рис. 2 Иллюстрация подтрава внешнего слоя
(внимание на разрастание металлорезиста)

Можно посмотреть детализированные требования, относящиеся к проблемам разрастания металла, в стандарте IPC-A-600.

И снова, нужно уделить особое внимание процессу травления для минимального подтрава как на внутренних слоях, так и — на внешних.

Подтрав увеличивается когда толщина медной фольги и гальванической меди возрастает. Задумайтесь о 35 мкм медной фольге и минимум 25 мкм гальванической меди. На практике, электроосаждённая медь часто значительно толще 25 мкм, увеличивая далее возможность подтрава.

Щелочное травление

Что можно ещё предпринять с точки зрения процесса, чтобы минимизировать подтрав? А по наихудшему варианту, что может быть сделано, чтобы сократить значительное сужение проводника или остановить подтравливание? Для ответа на эти вопросы каждый должен рассмотреть все факторы, влияющие на подтрав и общую скорость травления.

Установлено, что факторы подтрава группируются на три категории: химия травления, оборудование травления и другие эффекты, не связанные ни с химизмом, ни с оборудованием. Сюда входят: подготовка поверхности, экспонирование, проявление и т. д. О них — позднее.

Контроль процесса по химикатам и другим рабочим параметрам (температура, плотность, рН и т. д.) щелочного травления наиболее важен для уверенности в постоянстве качества и высоком выходе годных. Травление в хлориде меди (на основе кислоты) имеет несколько иные критические параметры химизма, воздействующие на подтрав и скорость травления.

Есть два особых параметра щелочного травления, существенно сказывающихся на подтраве и скорости травления. К сожалению, скорость травления и подтрав двигаются в разных направлениях. Замедление скорости травления меди влияет на производительность, позволяя уменьшить подтрав. Поддержание рН в узком диапазоне 8.0−8.2 — идеально, когда используется щелочное травление для применений печать-травление. Некоторые составы щелочных травителей могут работать при рН 7.9. Хотя это идеально для минимального подтрава, есть риск зашламления травителя.

В противоположность, при росте концентрации меди в травителе, плотность возрастает. Комбинация низкого рН и высокой плотности даёт положительный эффект в уменьшении подтрава. Однако, уменьшение подтрава ведёт дорогостоящему замедлению травления меди. Конечно, более высокие температуры травления увеличат скорость, но и увеличат подтрав, соответственно.

Травление внешних слоёв

Есть несколько дополнительных аспектов при использовании травления как части процесса: снятие-травление-снятие (в подготовке SMOBC — защитная маска по оголённой меди). В-первых, нельзя использовать хлорид меди в качестве финального травления на ПП с металлорезистом. Переходя, таким образом, к аммиачному щелочному травлению. При этом, есть дополнительные моменты, относящиеся к травлению рисунка внешних слоёв. Они охватывают необходимость травления через толстую медь (толщина медной фольги плюс толщина гальванической меди по рисунку схемы). Как говорилось, чем толще медь, тем дольше травитель продвигается по оси Z, тем больше потенциал для подтрава. С увеличением гальванической меди или, если используются фольги более 35 мкм, то подтрав — увеличивается. Все технологи должны поддерживать жёсткий контроль операционных и химических параметров.

Прежде вссего, если подтрав минимален, то меньше возможность нависания (рисунок 3). В этом случае, подтрав — чрезмерный, в некотором роде. Можно видеть, как травитель воздействует на медь, оставляя оловянное покрытие нетронутым. Полоска олова, нависающая с краю проводника, представляет фактор травления. Фактор травления является разницей размеров между плёночным шаблоном и окончательным результатом травления.

Рис. 3 Внешний слой после травления.

(Обратите внимание на чрезмерное нависание)

В последующей колонке будет дальнейшее углубление в окончательное травление, гальваническую металлизацию, подготовку поверхности и получение рисунка.

*************************

По возможному сотрудничеству в технологиях сборочно-монтажного производства и изготовления печатных плат просьба использовать следующий контакт:

Санкт-Петербург, Таллинское шоссе, 206

Электронная почта: office@bmptek.ru

Тел. +7 (921) 895−1422, (921) 994−9502

Управляющий проекта — Алексей Леонов