貝俊濤（汕頭超聲印制板公司， 廣東 汕頭 515041）

補蝕系統(tǒng)改善蝕刻均勻性的研究

Paper Code: S-133

貝俊濤
（汕頭超聲印制板公司， 廣東 汕頭 515041）

蝕刻線補蝕系統(tǒng)可改善蝕刻均勻性，但鑒于印制電路板尺寸、蝕刻銅厚等千差萬別，現(xiàn)常規(guī)蝕刻補蝕系統(tǒng)難以滿足多樣化需求，應(yīng)用價值不大。本研究通過優(yōu)化改善補蝕系統(tǒng)，實現(xiàn)補蝕系統(tǒng)的靈活應(yīng)用，大大改善了蝕刻均勻性。

補蝕系統(tǒng)；蝕刻均勻性

1 前言

電子電氣產(chǎn)品的發(fā)展，在常規(guī)感官特征方面，產(chǎn)品日趨輕、薄、短、小；在功能方面，集成化不斷加強，功能愈發(fā)強大；在性能方面，長期可靠性、散熱效率、能源消耗、人機界面互動等不斷提升。電子電氣產(chǎn)品的快速發(fā)展，勢必帶來印制電路板日新月異的發(fā)展與需求，如精細(xì)線路、厚銅散熱等，由于線寬線距的不斷縮小、同一電路板多種厚度銅厚的存在，使得線路加工難度凸顯。

2 補蝕系統(tǒng)原理介紹

對于常規(guī)蝕刻生產(chǎn)線蝕刻過程，均存在水池效應(yīng)，它會導(dǎo)致板件上表面藥水更新不及時并消除部分蝕刻噴壓，從而降低該區(qū)域蝕刻速率，板件上表面即表現(xiàn)為四周蝕刻量大、中部蝕刻量小的狀況。故在蝕刻均勻性改善方面的新設(shè)備、新技術(shù)，突破點均放在了消除水池效應(yīng)方面，如垂直蝕刻利用重力使得板件雙面均無法形成水池、真空蝕刻則利用真空消除板件上表面水池等，如下為水池效應(yīng)形成機理示意圖及水池效應(yīng)導(dǎo)致的板件上表面蝕刻不均問題。

圖1 精細(xì)SMT（寬度約為頭發(fā)直徑的2倍）及線路（線寬線距均0.05 mm）印制電路板

圖2 水池效應(yīng)示意圖及對應(yīng)測試板件銅厚分布

一般會在其蝕刻段之后配置補蝕段，以補償蝕刻板件中部區(qū)域水池效應(yīng)導(dǎo)致的“殘銅”，改善板件上表面整體蝕刻均勻性。如下為常規(guī)蝕刻線蝕刻段及蝕刻后的補蝕段，相應(yīng)控制面板配置補蝕段的工藝參數(shù)控制界面，以實現(xiàn)不同尺寸板件的分類補蝕（圖3）。

圖3 補蝕段及參數(shù)控制界面

補蝕系統(tǒng)的原理相對簡單，它是利用光電感應(yīng)判別板件位置后，然后控制補蝕段不同噴管的開啟與關(guān)閉，從而實現(xiàn)板件局部位置的補償蝕刻，消除蝕刻段水池效應(yīng)導(dǎo)致的板件上表面線路蝕刻不均問題，故補蝕段實際只是配置上噴管、噴嘴進行補蝕，如圖4，通過光電開關(guān)及相應(yīng)的PLC控制L1～L6六根噴管的開啟關(guān)閉，即通過補償蝕刻對板件上表面中部區(qū)域進一步蝕刻，削平“山頭”。

圖4 補蝕系統(tǒng)基本工作原理示意圖

3 補蝕系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 補蝕系統(tǒng)優(yōu)化背景

水平蝕刻線，業(yè)界一般都通過采取補償蝕刻的方法來彌補水池效應(yīng)，以提高上板面的蝕刻均勻性，但是目前業(yè)界的補償蝕刻控制系統(tǒng)設(shè)計存在諸多缺陷且智能程度低，連續(xù)生產(chǎn)過程不同板件只能使用一種補償參數(shù)，無法發(fā)揮補償蝕刻的最大功效。若真正將其實際應(yīng)用，則面臨諸多問題。目前，業(yè)界常見的補償系統(tǒng)有兩種實現(xiàn)方式及其缺陷如下：

方式1（圖5），控制器需要錄入、“前面不噴長度”和“后面不噴長度”兩個關(guān)鍵參數(shù)。利用人機界面的配方功能，工程人員預(yù)先錄入十幾組參數(shù)組合，每次換料號時，操作人員需要到人機界面選擇對應(yīng)參數(shù)組合。

方式2（圖6），控制器輸入“前不噴長度”和“噴淋長度”兩個主要參數(shù)，假如6根噴管，每次換批操作人員需要錄入12個參數(shù)。

圖5 方式1補蝕示意圖

圖6 方式2補蝕示意圖

業(yè)界的控制方式存在共同缺陷：需要人工參與選擇或錄入?yún)?shù)，操作人員勞動強度高，且容易出錯。當(dāng)蝕刻缸內(nèi)有大小兩種尺寸的板時，補償功能就會失效，不但無法起到補蝕的效果，反而可能加劇邊緣位置的蝕刻量。用一種參數(shù)生產(chǎn)所有板件，得不到補償?shù)男Ч?，故需針對性改善，使其使用更加靈活與方便快捷。

3.2 補蝕系統(tǒng)優(yōu)化判定

為利于評估補蝕系統(tǒng)優(yōu)化效果，本次改善采用蝕刻均勻性常用評估方法進行確認(rèn)，即利用2安士基銅板件進行蝕刻，蝕刻后留下約1安士的余銅，然后測量板件的面銅情況，最后根據(jù)測量數(shù)據(jù)算出蝕刻銅厚的均值及標(biāo)準(zhǔn)差，按如下公式計算蝕刻均勻性：

COV=（1－蝕銅量標(biāo)準(zhǔn)差/蝕銅量平均值）×100%

3.3 補蝕系統(tǒng)優(yōu)化方法

針對業(yè)界補償存在的缺陷，采用PLC+人機界面，編程開發(fā)一套智能補償蝕刻控制系統(tǒng)；開發(fā)一個參數(shù)錄入功能界面，將不同加工尺寸及相應(yīng)工藝控制參數(shù)，預(yù)先存入PLC數(shù)據(jù)寄存器（錄入界面密碼保護，由工程人員錄入，不需要生產(chǎn)員工修改）。工程人員可以根據(jù)不同尺寸的板，定義最佳的參數(shù)。

如圖7，蝕刻段入板時，檢測入板的光電開關(guān)動作時，PLC利用輸送的編碼器，計算出板的長度，通過控制指針，逐個存入PLC一組循環(huán)使用的數(shù)據(jù)寄存器A（n）。

如圖8，檢測到有入板，開始累積編碼器的脈沖數(shù)，獲得板件的運動實的動態(tài)位置數(shù)據(jù)，并存入另外一組寄存器B（m），獲得23片板的位移數(shù)據(jù)。

圖7 獲取板件長度

圖8 獲取每一片板的位移位置

如圖9，每一個噴管作為一個獨立控制噴淋的模塊，以噴管1為例，讀取A（X）第一片板的長度，將前不噴和后不噴參數(shù)，轉(zhuǎn)換成噴管距離光電開關(guān)的脈沖量，然后和第一塊板的實時位置比較，控制噴淋啟動和結(jié)束，結(jié)束后，指針+1，讀取下一個參數(shù)，對比第二片板的實時位置，以此類推。

采用這種算法，最終實現(xiàn)了智能讀取參數(shù)的功能，實現(xiàn)了不同尺寸板件混合連續(xù)生產(chǎn)的目的，如下為新開發(fā)系統(tǒng)的參數(shù)輸入界面與過程運行界面實例圖片（圖10）。

圖9 噴管控制

圖10 新開發(fā)補蝕系統(tǒng)的參數(shù)輸入界面與過程運行界面

新開發(fā)優(yōu)化的補償蝕刻系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)蝕刻補蝕系統(tǒng)存在的“通病”，并配合試驗摸索的最佳工藝參數(shù)，有效改善了蝕刻系統(tǒng)的均勻性，如圖11。

圖11 蝕刻銅厚極差改善效果圖與COV提升效果圖

4 總結(jié)

優(yōu)化改善的補償蝕刻控制系統(tǒng)，先于同行針對不同尺寸板件，在連續(xù)生產(chǎn)過程中可識別并自動調(diào)取相應(yīng)補償蝕刻參數(shù)，對不同板件的補蝕更具有針對性，進一步提高了蝕刻的均勻性，蝕刻銅厚極差由14.2 μm降低至8.8 μm，蝕刻均勻性COV由89.2%提升至94.0%；實現(xiàn)了不同尺寸混合連續(xù)生產(chǎn)，不需要操作人員修改參數(shù)，減少了出錯的可能和勞動強度，更適用于多品種小批量的PCB廠。

[1] 龔永林. 談蝕刻設(shè)備與真空蝕刻機. http://www.

pcbcity.com.cn, 2009,2,4.

參考文獻

貝俊濤，設(shè)備主任工程師，在PCB行業(yè)工作近15年，對PLC、自動化控制等擁有豐富的工作經(jīng)驗。

The research on improvement of etching uniformity by post etching system

BEI Jun-tao

The post etching system, which was used to improve etching uniformity, couldn't play an important role as expected. Because it couldn't meet the demands of diversification for various of boards size, copper thickness, and so on. This article improved etching uniformity by improving agile post etching system.

Post Etching System, Etching Uniformity

TN41

A

1009-0096（2014）04-0026-03