Tegen de achtergrond van de evolutie van elektronische apparaten naar een hoog vermogen en hoge betrouwbaarheid,dikke koperen printplaatzijn het kernsubstraat geworden op gebieden zoals vermogensmodules, auto-elektronica en industriële apparatuur vanwege hun uitstekende stroomdraagvermogen en warmteafvoerprestaties. Tijdens het etsproces van dikke koperen printplaten zijn er echter veelvoorkomende uitdagingen, zoals een grote etsdiepte, problemen bij het beheersen van het zijetsen en onvoldoende uniformiteit. Ongelijkmatig etsen kan leiden tot afwijkingen in de lijnbreedte, plaatselijk residu of overmatige corrosie, wat niet alleen de prestaties van het circuit beïnvloedt, maar ook het risico van batchverlies met zich meebrengt.
De bijzonderheid en uitdagingen van het etsproces voor dikke koperplaten
Dikke koperplaat verwijst naar een plaat met een koperfoliedikte van niet minder dan 105 μm, en gebruikelijke specificaties omvatten 105 μm, 140 μm, 180 μm, enz. Vanwege de dikkere koperlaag zijn er aanzienlijke verschillen in het etsproces vergeleken met gewone dunne koperen printplaten
Grote etsdiepte: de dikte van de te verwijderen koperlaag is 3-10 maal die van gewone dunne koperen printplaten en de etstijd wordt aanzienlijk verlengd. De tijd die nodig is om van 180 μm tot 35 μm te etsen is bijvoorbeeld 2-5 keer langer dan die voor het etsen van 18 μm koperfolie tot 35 μm;
Moeilijkheden bij het beheersen van laterale corrosie: De etssnelheid van de etsoplossing is verschillend in verticale en horizontale richting. Hoe dikker de koperlaag, hoe duidelijker dit verschil is, wat gemakkelijk kan leiden tot overmatige nauwkeurigheid van de lijnbreedte. Als de ontworpen lijnbreedte van 500 μm bijvoorbeeld wordt geëtst, kan deze slechts 450 μm bedragen, of kunnen er problemen met etsresten optreden waarbij de plaatselijke koperlaag niet volledig is verwijderd;
Hoge uniformiteitsvereisten: Bij het etsen van grote- dikke koperen printplaten kunnen er verschillen zijn in de stroomsnelheid, temperatuur en andere parameters van de chemische oplossing tussen de randen en het centrale gedeelte van de plaat, wat ongelijkmatig etsen in verschillende gebieden kan veroorzaken en kan resulteren in een afwijking van de koperdikte van meer dan 10% op verschillende posities op dezelfde plaat.
Typische problemen en oorzaakanalyse van ongelijkmatige etsen
1. Inconsistente etssnelheid van het hele bord
De inconsistente etssnelheid van het hele bord wordt voornamelijk veroorzaakt door een ongelijkmatige verdeling van de chemische oplossing en een temperatuurgradiënt. Als het mondstuk van de sproei-etsmachine verstopt is of de druk onvoldoende is, zal dit een ongelijkmatige vloeistofstroom op het oppervlak van de plaat veroorzaken. Als de standaarddruk bijvoorbeeld 2,0 bar is en de gemeten druk slechts 1,5 bar, zal de etssnelheid in sommige gebieden aanzienlijk afnemen. Bovendien kan een storing in het temperatuurregelsysteem in de etstank temperatuurschommelingen veroorzaken. Als de ingestelde temperatuur bijvoorbeeld 50 graden is, maar het werkelijke temperatuurverschil ± 5 graden bereikt, zal de etssnelheid in gebieden met hoge- temperaturen toenemen, terwijl in gebieden met lage- temperaturen koperlaagresten kunnen ontstaan. Er is een geval geweest waarbij een 140 μm dikke koperen plaat beschadigd raakte door de verwarmingsbuis aan de linkerkant van de etsgroef. De temperatuur in de linkerhelft was 8 graden lager dan die in de rechterhelft, en de resterende koperdikte in de linkerhelft bedroeg meer dan 20 μm.
2. Gelokaliseerde etsresten of overmatig etsen
Plaatselijke etsresten of overmatig etsen houden meestal verband met defecten in de resistlaag en de ruwheid van de koperfolie. Als de hechting van de droge film of soldeermaskerinkt op het oppervlak van dik koper onvoldoende is, kan er tijdens het etsen infiltratie optreden. Dat wil zeggen dat de rand van de corrosie-bestendige laag omhoog kan komen, waardoor corrosie van de onderliggende koperlaag ontstaat. Tegelijkertijd is de oppervlakteruwheid van dikke koperfolie relatief hoog. Als de ruwheid Ra groter is dan 5 μm, is het concave gebied geneigd de medicijnoplossing vast te houden en een etsende blinde vlek te vormen, wat resulteert in lokaal residu. In het hogestroomrouteringsgebied van de dikke koperen plaat van de voedingsmodule kan het stroomdraagvermogen bijvoorbeeld afnemen als gevolg van etsresten, en is de gemeten weerstand 15% hoger dan de ontwerpwaarde.
3. Overmatige zij-erosie leidt tot falen van de lijnbreedtenauwkeurigheid
Overmatig lateraal etsen wordt voornamelijk veroorzaakt door een langere etstijd en een onevenwichtige samenstelling van de etsoplossing. Het verlengen van de procestijd om volledig etsen van dik koper te garanderen, kan leiden tot meer lateraal etsen. Normaal gesproken neemt de lijnbreedte voor elke extra minuut etsen af met 10-15 μm. Bovendien kan een onvoldoende concentratie zoutzuur of een overmatig gehalte aan ijzerchloride in de etsoplossing het selectieve etsvermogen verminderen, terwijl de corrosiebestendige laag en de koperlaag worden aangetast, wat resulteert in verlies van lijnbreedtenauwkeurigheid.
Gerichte herstelmethoden en procesoptimalisatie
1. Optimalisatie van apparatuur en medicatiesysteem
(1) Upgrade van het spuitsysteem
Door gebruik te maken van een dubbel spuitlaagontwerp zijn de bovenste en onderste spuitmonden verspringend gerangschikt om de uniformiteit van de medicijndekking te verbeteren, en wordt de druk geregeld op 2,5-3,0 bar. Installeer tegelijkertijd een sensor voor het bewaken van de mondstukstroom om realtime alarmen voor verstopping te geven, en reinig het mondstuk regelmatig met een 5% salpeterzuuroplossing, minimaal één keer per week. De praktijk leert dat bij het etsen van een 180 μm dikke koperplaat het verhogen van de spuitdruk van 1,8 bar naar 2,8 bar de uniformiteit van de gehele plaatets kan verbeteren van ± 12% naar ± 5%.
(2) Temperatuurcontrole en optimalisatie van de medicijncirculatie
Vervang de spiraalverwarming door platenwarmtewisselaars om temperatuurschommelingen binnen ± 1 graad te beheersen. De voorkeursetstemperatuur is 55-60 graden om de activiteit van de chemische oplossing te verbeteren. Verhoog het vermogen van de vloeistofcirculatiepomp, verhoog het debiet van 20 m³/u naar 35 m³/u en installeer een filterelement van 10 μm om koperionenvlokken te verwijderen en de vloeistof schoon te houden.
Verbetering van het anti-corrosielaagproces
(1) Voorbewerking van wapening
Vóór het etsen worden een slijpplaat en een micro-etsproces gebruikt om de ruwheid van de slijpplaat te controleren op Ra2-3 μm en de micro-etsdiepte op 1,5-2,0 μm, waardoor de mechanische verbinding tussen het koperoppervlak en de corrosiebestendige laag wordt verbeterd. Gelijktijdig aanbrengen van silaankoppelingsmiddel, zoals KH-570, om een adsorptielaag op moleculair niveau op het koperoppervlak te vormen, waardoor de hechting van de droge film wordt verbeterd en de afpelsterkte wordt verhoogd van 1,2 N/mm naar 1,8 N/mm.
(2) Selectie en coatingoptimalisatie van een corrosiebestendige laag-
Er moet prioriteit worden gegeven aan droge films met dikke films met een dikte van 50-75 μm, zoals Asahi Kasei DF-2000, die een betere corrosieweerstand en penetratievermogen in de etsoplossing hebben dan gewone droge films van 25 μm. Wanneer u de film aanbrengt, verhoogt u de druk tot 1,5-2,0 MPa en handhaaft u deze op 2,5-3,0 kg/cm om lokaal falen van de corrosieweerstand veroorzaakt door luchtbellen of rimpels te voorkomen.
Dynamische aanpassing van etsparameters
(1) Gesegmenteerd etsproces
Door een stapsgewijze concentratiecontrole toe te passen, wordt in de eerste fase gebruik gemaakt van een etsoplossing met een hoge concentratie, een zoutzuurconcentratie van 8% en een ijzerchloridegehalte van 450 g/l, om snel het grootste deel van de koperlaag te verwijderen, met een etssnelheid tot 70%; Schakel in de tweede fase over op een etsoplossing met een lage concentratie met een zoutzuurconcentratie van 5% en een ijzerchloridegehalte van 300 g/l voor fijn etsen om zij-etsen te verminderen, waardoor de hoeveelheid zij-etsen met 40% kan worden verminderd. Realtime monitoring van de etsvoortgang wordt bereikt via een online koperdiktetester. Wanneer de resterende koperdikte de streefwaarde nadert, wordt onmiddellijk overgeschakeld naar de tweede fase.
(2) Pulsetstechnologie
Periodiek starten en stoppen met het spuiten van medicijnen, zoals 30 seconden spuiten en 10 seconden stoppen, maakt gebruik van cavitatie-effect om zij-erosie veroorzaakt door continu spuiten te verminderen en de afvoer van corrosieproducten te bevorderen. Na pulsetsen werd de lijnbreedtenauwkeurigheid van een 105 μm dikke koperen plaat verbeterd van ± 25 μm naar ± 10 μm, en werd de etsefficiëntie met 15% verhoogd.
Rework- en reparatietechnieken
(1) Lokaal etssupplement
Voor kleine oppervlakken met etsresten, zoals gebieden kleiner dan 10 cm², kan een borstel worden gebruikt om de verdunde etsoplossing onder te dompelen, zoutzuur en water in een verhouding van 1:1 te mengen en dit gelijkmatig op het resterende gebied aan te brengen. Na 10-30 seconden inwerken, snel wassen met water en de tijd strikt controleren om overmatig etsen te voorkomen.
(2) Galvaniserend vullen en repareren
Wanneer overmatig etsen een lijnbreedteafwijking van meer dan 15% veroorzaakt, kan galvaniseren worden gebruikt om te vullen en te repareren. Voer eerst olieverwijdering en micro-etsvoorbehandeling uit op het te repareren gebied en gebruik vervolgens lokale galvaniseerprocessen zoals borstelplating, waarbij de stroomdichtheid wordt geregeld op 10-15A/dm² en een galvaniseertijd van 5-10 minuten totdat de ontwerplijnbreedte is bereikt.
Bouw van detectie- en preventiesysteem
1. Online detectietechnologie
Met behulp van röntgendiktemeettechnologie wordt één monster genomen van elke vijf geëtste printplaten om de koperdikte op meerdere punten te meten, waaronder vier randen en één middelpunt, met een tolerantie die binnen ± 5% wordt gecontroleerd. Uitgerust met automatische optische inspectieapparatuur, met behulp van een 50x objectieflens, een scansnelheid van maximaal 20 cm²/s, die defecten zoals lijnbreedteafwijkingen en etsresten identificeert, met een alarmdrempel ingesteld op ± 10 μm.
2. Procesvalidatie en standaardisatie
Vóór elke productiebatch wordt het eerste stuk gemaakt en geanalyseerd door het in plakjes te snijden, en de etsuniformiteit wordt bevestigd onder een microscoop die 200 keer is vergroot. Pas nadat de keuring is doorstaan, kan massaproductie worden uitgevoerd. Zet een traceerbaarheidssysteem voor parameters op om temperatuur, druk, medicijnconcentratie, tijd en andere gegevens tijdens het etsproces vast te leggen, en zet een big data-model op om de risico's van procesfluctuaties te voorspellen, zoals waarschuwingen over de levensduur van medicijnen.
De oplossing voor het ongelijke etsprobleem van dikke koperen printplaten vereist de optimalisatie van de hele keten, van apparatuurhardware, procesparameters, materiaalafstemming tot detectiesysteem. Door het spuitsysteem te upgraden, de corrosiebestendige laag- te versterken en gesegmenteerde etsprocessen te implementeren, kunnen de uniformiteit en nauwkeurigheid van het etsen aanzienlijk worden verbeterd.