Ужесточение допуска субтрактивного травления

22 мая 2024 года

Субтрактивное травление стало технологическим выбором на заре печатных плат (ПП), в середине 1950-х годов.

С тех пор испробованы многие альтернативные технологии, например, — проводящие чернила на принтере, прямая металлизация, полу- и полностью аддитивное производство, но они не смогли достичь малой стоимости и большой производительности субтрактивного процесса. Тем не менее, субтрактивный процесс имеет собственные пределы, препятствующие сегодня всё более возрастающим плотностям.

Проблема в том, что субтрактивное травление распространяется в стороны также хорошо, как и вглубь в соотношении 1:3−4, в зависимости от типа травителя и его параметров. Это означает, что есть предел тому, как глубоко можно травить до полного подтрава резиста по верху схемы. Что это за пределы? Хороший производитель плат на сегодня может достигать 75 мкм проводников и зазоров на 35 мкм фольге, 50 мкм проводников и зазоров на 17 мкм фольге и, с некоторыми трудностями, 25 мкм проводников и зазоров на 5 мкм фольге.

Способность вытравливать 25 мкм проводники и зазоры на 5 мкм медной фольге хорошо звучит на фоне требований такого типа по плотности на сегодня. К сожалению, есть ещё что-то, что требуется принять во внимание, в дополнение к тому факту, что, чем тоньше фольга, тем — дороже. Проводник в тонкой медной фольге гораздо меньше в сечении и с большим сопротивлением протеканию тока, чем такой же по ширине проводник, но на толстой фольге. Это означает, что выделяется гораздо больше тепла при той же силе тока, которая может быть не допустима при рассмотрении плотности проводников рисунка схемы. В спецификации по плотности проводников может быть указано требование о 25 мкм проводниках на 17-ти или 35 мкм фольге.

Для соблюдения требований по допускам проводников и зазоров можно сделать ряд вещей. Основное — уменьшить соотношение (совместная толщина травильного резиста и фольги поделённая на вытравленный зазор). Чем выше соотношение, тем более трудно проникновение свежего травителя в зазор для удаления, отработанного травителя. На практике, это означает, что при равной толщине резиста и фольги скорость травления в зазорах замедляется при сужении. Испытания показали, что скорость травления в 25 мкм зазорах составляет около 60% от той, которая имеется 125 мкм зазорах при той же толщине резиста и фольги. В результате, появляется больше времени на боковое травление, а соотношение глубины травления к боковому может достигать от 3:1 до 3:2 или даже 1:1.

Приведённые выше примеры получены на 30 мкм плёночном резисте, что характерно на сегодня, как часто используемая толщина. Это означает, что соотношение для вытравленного 75 мкм зазора на 35 мкм фольге — 30 мкм резист + 35 мкм фольга поделённые на 75 мкм зазор составляет 0.87. Соотношение для 50 мкм вытравленных проводников в 17 мкм фольге с тем же резистом — 0.94. Из этого, можно предположить, что минимальное соотношение для удачного вытравливания в субтрактивном процессе — около 1 (чем ближе к 1, тем труднее травление, но возможно для большинства производителей). Возможно достижение успеха субтрактивного травления с большим соотношением, чем это, но оно требует предельного внимания к деталям и оптимизации каждого шага. В данном рассмотрении минимальным считается соотношение, равное 1. Если уже достигается вытравливание 75 мкм проводников и зазоров на 35 мкм медной фольге с 30 мкм резистом, то можно получать проводники и зазоры при меньшем соотношении без каких-либо проблем.

Снижение соотношения при более тонкой фольге может быть недопустимым из-за усиления тепловыделения, при этом просматривается определённое снижение толщины травильного резиста. Плёночные резисты поставляются с различной толщиной, в зависимости от применения. Наиболее тонкий — 15 мкм. Стремясь к такой толщине, можно вытравить 50 мкм зазоры на 17 мкм фольге (соотношение 0.64) и даже можно получить 25 мкм зазоры на 9 мкм фольге (соотношение 0.94). При этом стоимость 15 мкм резиста значительно больше, чем у 30 мкм.

Наилучшей альтернативой снижения соотношения является использование жидкого резиста. Есть доступные жидкие резисты, которые, в основном, — жидкие сухие плёночное, наносимые на фольгу схемы при толщине 5 мкм или немногим менее. Они имеют дополнительное преимущество вне зависимости от используемого процесса экспонирования, — они не имеют покровной плёнки, как плёночные при горячей накатке. При 5 мкм резисте соотношение 50 мкм зазора на 35 мкм фольге становится равным 0.8, лучше и меньше, чем принятое допущение соотношения 1 для субтрактивного травления. Для 25 мкм проводников на 17 мкм фольге соотношение равно 0.88, позволяя, теоретически, вытравить 25 мкм проводники и зазоры. (Теоретически, исходя из отсутствия доступа к оборудованию нанесения жидкого резиста). Рассуждая, немногим далее, теоретически можно достичь 15 мкм проводников и зазоров на 9 мкм фольге.

В связи с этим, есть надежда расширения пределов субтрактивного травления, используя жидкий резист. Сюда включаются затраты на оборудование нанесения (накаткой, спиновое или погружением) и печь для сушки, а может и для нескольких линий, в зависимости от уровня производства. Также, нужно очень хорошее экспонирование, может потребоваться обновление. Это даёт шанс остаться конкурентоспособным на насыщенном рынке ПП и стать менее затратным, чем переходить к полностью аддитивному процессу.

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

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

.

.

Компания «БалтМедиа Партнёр» в коммерческом партнёрстве с коллегами помогает внедрению и освоению эффективной техники на российском рынке производителей электроники.

По вопросам, связанным с производством электронной продукции, просьба использовать контакт:

Санкт-Петербург, Таллинское шоссе, 206

Тел. +7 (921) 994−95−02

https://bmptek.ru

Электронная почта: office@bmptek.ru

Управляющий проекта — Алексей Леонов

Подпишитесь на рассылку