Химический и операционный контроль прецизионных плат

(Взгляд операционного специалиста)

21 июня 2024 года

Поскольку требования к проводникам и зазорам, а также технические характеристики становятся жёстче, очевидно, что в некоторой точке нужно рассмотреть ужесточение контроля химических параметров и параметров оборудования (температура, плотность, скорость конвейера и т. д.). В данном материале для рассмотрения используются проводники и зазоры не шире 75 мкм с допуском ±5%, как переломная точка для серьёзного рассмотрения контроля.

Имеются дополнительные контроллеры (конечно, с добавленной стоимостью), доступные от большинства производителей оборудования для обеспечения отслеживания жёстких требований. Вопрос в том насколько действительно нужен более дорогое контрольное оборудование?

Фокусировка сделана на травилках с хлорной медью и щелочных составах. Травление — критичная точка производственного процесса, где небольшие изменения в составе или параметров оборудования могут иметь существенные последствия для производительности, а жёсткий контроль наиболее оптимальным. Химические параметры, необходимые для отслеживания: температура, плотность раствора, окислительно-восстановительный потенциал (ORP), свободная кислота в меднохлоридных травителях, рН и хлориды для щелочных составов. Ширина и скорость конвейера, давление распыления и осцилляция — важные параметры оборудования. Большинство травилок, используемых на сегодня, имеют подвижность распыляющих форсунок, улучшающих химизм обмена и даже профиль сверху и снизу вытравливаемых заготовок.

Большинство травилок сегодня оснащены дисплеями контроллеров (PLC). Без такого оснащения не стоит думать о травлении высокоплотных, прецизионных плат. Все травилки оснащены контролем температуры, как стандартная комплектация. В большинстве технических параметров контроля диапазон ±1ºF (фаренгейт), с точность поддержания ±0.5ºF. Испытание показывает, что изменение скорости травления в хлорной меди при температуре 54ºС составляет около 0.5 мкм в минуту /на ºF. (В щелочном травителе немного больше, но не слишком). Поэтому, при контроле температуры в диапазоне ±0.5ºF максимум изменения скорости травления, в большинстве случаев, будет 0.5 мкм в минуту, а может менее. Если возникнет желание более жёсткого контроля температуры, то потребуется дополнительная аппаратура с затратами на пару тысяч долларов.

Также, в большинстве оборудования травления есть контроль плотности раствора. Для хлорной меди максимальная скорость травления при 34ºБоме, а самая низкая при 28ºБоме. Изменение скорости травления в границах этого диапазона составляет примерно 0.4 мкм в минуту на градус Боме (0.11 sg). В стандартной комплектации травилки контроль плотности должен удерживаться на уровне ±0.5ºБоме для отслеживания скорости на уровне 0.4 мкм/мин. Для щелочных травителей ситуация несколько другая. Плотность — это спусковой крючок корректирующей добавки, а также — контроль величины рН аммиаком и уровня содержания хлорида с помощью введения хлорида аммония, содержащихся в растворе травителя. Изменения величины рН и содержания хлорида влияют на скорость травления. Поэтому, рекомендуется более жёсткий контроль плотности щелочного травления. Цена контроллера с заданной точкой ±0.1ºБоме попадает в диапазон стоимости от 5 тыс. до 10 тыс. дол. США.

Для хлорида меди основной контроль — ORP, измеряющий соотношение ионов меди Cu2+ к Cu1+, отражая его в милливольтах. Поскольку концентрация меди Cu1+ увеличивается при травлении, значение потенциала ORP падает, а скорость травления уменьшается незначительно. Медь травится при росте ORP выше 500 мВ, а скорость травления растёт вплоть до предельной на уровне 600 мВ (здесь уже почти нет меди Cu1+ в растворе). Изменение скорости травления в

приведённом диапазоне около 0.25 мкм в минуту на каждые ±10 мВ. Обычные контроллеры потенциала ORP держатся на уровне заданной точки ±10 мВ, поэтому скорость травления изменяется как 0.5 мкм в минуту.

График зависимости травления от потенциала ORP для хлорной меди в этом диапазоне демонстрирует плато между 540 мВ и 580 мВ, скорость травления остаётся постоянной на уровне 25 мкм/мин. Наилучшая контрольная точка для ORP 560 мВ, где поддержание осуществляется на уровне ±10 мВ без изменения скорости травления. Большинство оборудования травления в стандартной комплектации оснащено отслеживанием потенциала ORP, но дополнительная стоимость к оборудованию достигает 15−20 тыс. дол. США. Для производства прецизионных плат это необходимо.

Для травителя на основе хлорной меди важен точный уровень свободной кислоты (HCl). Свободная кислота необходима для предотвращения окисления поверхности меди (отражает скорость травления) и для удержания в растворе ионов меди Cu1+. При небольшом содержании свободной кислоты ионы меди Cu1+ будут высаживаться в растворе, приводя к неточному считыванию потенциала ORP. Рекомендуемый рабочий диапазон для свободной кислоты составляет от 0.5N (18 г/л HСl) до 3N (110 г/л HСl). В этом диапазоне изменение скорости травления составляет 0.75 мкм/мин. На каждое увеличение 0.1N или уменьшение содержания свободной кислоты. Отсюда, есть необходимость поддержания диапазона ± 0.1N. Оснащение контроллером добавит 8−10 тыс. дол. США к стоимости травилки, но это очень необходимо для производства прецизионных плат.

(Из материалов компании «Chemcut» июньского выпуска электронного журнала по печатным платам 2024 года)

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