有关PCB蚀刻均匀性问题

Christopher Bonsell是Chemcut公司的化学工艺工程师，兼任I-Connect007的新专栏作家。他重点关注湿制程工艺、湿制程加工设备，以及这些领域的变化如何改善PCB制造工艺。

采用湿制程工艺的PCB制造商一直努力获得均匀的蚀刻。虽然蚀刻均匀性是最常见的问题之一，但它可能也是行业了解最少的领域。有几个原因，其中之一就是PCB制造中似乎没有统一的术语。

我用来描述单块在制板蚀刻一致性的术语是“蚀刻均匀性”。有时，这个术语可以等同于多块在制板蚀刻一致性，此处也许更合适的术语是批次均匀性，它与如何保持蚀刻剂的化学性质直接相关。然而，当涉及蚀刻均匀性时，影响蚀刻均匀性的因素可能会变得复杂。

影响蚀刻均匀性的障碍是什么？有两个主要因素：传送带速度和“水池效应”。总的来说，蚀刻反应会受到扩散以及新鲜蚀刻剂接触表面之速度的极大影响。

传送带速度

与湿制程设备相关的传送带速度与处理加工腔内轮子所占的空间有关。要完成传送，需要有足够的开放空间来喷涂。如果有太多的传送带轮来移动在制板，将很难得到想要的蚀刻速度。当涉及到单面蚀刻均匀性时，通常与传送带速度无关，而更多地与轮子的一致性有关。无论传送带轮是用什么材料制成的，最终都需要更换；更换周期取决于材质、蚀刻剂以及设备的使用频率。

如果在PCB顶部和底部都进行蚀刻工艺，因上下两侧的蚀刻速率不同，会影响整体均匀性。这是因为不同的暴露和轮子挡道造成的压力降低。

传送带速度是底部蚀刻均匀性和蚀刻速率的主要限制因素。顶部的主要限制因素是其特有的完全不同的挑战。

水池效应

水池效应是指在喷涂蚀刻剂时，蚀刻剂在PCB顶部积聚引起的现象。这种水池成为蚀刻均匀性的障碍，使板的中心比侧面更难蚀刻。当喷涂单块板时，在蚀刻剂接触到铜的那一刻，它就变得不那么有效，因为它已经发生了反应。在板的中部，这种累积会很快发生，因为蚀刻剂很难从中心流到旁边（图1）。使用振荡喷涂的方式，也需要将板中央的蚀刻剂推到侧边。因此，如果没有任何措施来辅助蚀刻，板中央得到的蚀刻比边缘少。如果试图加工大尺寸板，这种情况会变得非常显著。这已经成为工艺障碍，在关于蚀刻均匀性的讨论中，往往集中在如何克服这种水池效应。

图1 ：在制板顶部观察到的水池效应

挑战水池效应，就要试图解决复杂的流体边界层问题。当喷涂时，需要给周围的液体提供足够的推力和湍流才能冲破水池效应。流体与表面界面问题使得蚀刻均匀性成为业内不熟悉的领域。其中涉及多种因素，如喷嘴、振荡速率、表面结构变化、喷淋管流速等，开发理想模型变得非常复杂。通常情况下，直观的解决方案带来的结果变化不大。

尽管水池效应可能是重大障碍，但有技术可以绕过它。在未来的专栏中，我们将讨论不同技术及其对比，以及这些蚀刻均匀性解决方案的发展方向。

蚀刻均匀性的变化如何影响PCB制造？

蚀刻均匀性技术的改进允许传送系统产生更大的输出，并减少制造误差，因此可极大促进PCB行业的发展。如果像水池效应这样的问题可以被解决，PCB生产商就可以制造任何尺寸的板。拼板生产是常见做法，这一变化将极大提高产量，以更低成本生产电路板。

目前，要克服的主要障碍是水池效应，但在未来，我预计水池效应将变得不那么显著。通过不断努力克服并改善顶部蚀刻均匀性，我们可能会达到顶部均匀性优于底部均匀性的水平。于是，新问题出现：如果顶部刻蚀均匀性成为新标准，那如何提高底部刻蚀均匀性？传送带速度的变化是否足够？如果不是，新的限制因素将是什么？又将如何克服它们？

更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年4月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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