травление печатных плат

Процесс травления печатных плат

Основные концепции и важность травления

Травление PCB — это процесс формирования точных цепей путем химического или физического удаления медной фольги, не защищенной антитравящим слоем. Этот процесс напрямую определяет производительность, надежность и срок службы платы и является незаменимым технологическим звеном в области электронного производства.

В современной производственной практике PCB метод гальванического покрытия по рисунку является наиболее часто используемым технологическим методом. При этом методе сначала наносится предварительное свинцово-оловянное антитравящее покрытие на части медной фольги, которые необходимо сохранить, а затем путем химического травления удаляется лишняя медная фольга. Другой метод — технология гальванического покрытия всей платы, но этот метод имеет очевидные ограничения в производстве точных цепей.

Основные виды травления

• Кислотное хлорное медное травление: подходит для трафаретной печати и производства внутренних слоев многослойных PCB
• Щелочное хлорное медное травление: подходит для производства внешних цепей односторонних, двусторонних и многослойных PCB с защитным покрытием припоя

Подробное описание технологического процесса травления PCB

1. Этап предварительной обработки

Предварительная обработка является основным звеном обеспечения качества травления и включает в себя:

Очистка поверхности:

• Удаление оксидов, масел и загрязнений с поверхности платы
• Распространенные методы включают химическую очистку и плазменную очистку
• Обеспечение хорошей адгезии между антитравящим слоем и медной фольгой

Технология микротравления:

• Увеличение шероховатости поверхности медной фольги для улучшения адгезии антитравящего слоя
• Требует точного контроля концентрации химикатов, времени воздействия и температуры

2. Процесс экспонирования

Экспонирование — ключевой этап переноса рисунка цепи на светочувствительный антитравящий слой:

Выбор источника света и настройка параметров:

• Ультрафиолетовые (UV) источники света: подходят для традиционных светочувствительных антитравящих слоев
• Источники глубокого ультрафиолета (DUV): подходят для производства высокоточных слоев платы
• Лазерные источники: подходят для многослойных PCB и гибких печатных плат

Контроль параметров экспонирования:

• Энергия экспонирования (интенсивность света и время)
• Совпадение длины волны источника света
• Размер и равномерность светового пятна

3. Процесс проявления

Проявление — это удаление непроэкспонированных частей светочувствительного антитравящего слоя путем химической реакции:

Приготовление и использование проявляющего раствора:

• Состоит из растворителя, воды и добавок
• Требует точного контроля пропорций компонентов и температуры
• Обеспечивает полное удаление непроэкспонированных областей без повреждения затвердевших частей

Контроль времени проявления:

• Слишком короткое время: неполное удаление антитравящего слоя
• Слишком длинное время: чрезмерное травление проэкспонированных частей

4. Стадия травления

Травление — центральное звено формирования рисунка цепи:

Критерии выбора травильного раствора:

• Высокая избирательность: воздействует только на медь
• Стабильная скорость травления
• Простота обработки и экологичность
• Высокая рентабельность

Контроль процесса травления:

• Контроль температуры: влияет на скорость реакции травления
• Управление концентрацией: поддержание активности травильного раствора
• Скорость потока и перемешивание: обеспечение равномерности травления

Принципы химической реакции:
Кислотное хлорное медное травление: Cu + CuCl₂ → 2CuCl
Щелочное хлорное медное травление: relies on the oxidizing property of divalent copper ions and the complexing action of ammonium ions

5. Технология последующей обработки

Последующая обработка обеспечивает окончательное качество и производительность платы:

Применение средств для удаления покрытия:

• Средства для удаления покрытия на основе растворителей: высокая эффективность, но большое воздействие на окружающую среду
• Щелочные средства для удаления покрытия: экологичны, но медленнее
• Требуют контроля температуры и времени во избежание повреждения основы

Технологии обработки поверхности:

• Увеличение шероховатости поверхности: улучшает адгезию медного слоя к основе
• Металлическое покрытие: предотвращает окисление и обеспечивает хорошую паяемость
• Органические защитные средства: защищают медный слой без влияния на электротехнические свойства

Распространенные проблемы и решения при травлении PCB

Проблема 1: Остаточная медь (неполное травление)

Проявления:

• Точечные, полосовые или пластинчатые остатки меди в зазорах цепи
• Короткое замыкание при электрическом тестировании
• Часто встречается в плотных участках цепи или на краях PCB

Анализ причин:

• Аномальные параметры травильного раствора (низкая концентрация Cu²⁺, недостаточная концентрация HCl/NH₃)
• Проблемы с оборудованием (засорение форсунок, недостаточное давление)
• Проблемы на предыдущих этапах (остатки фоторезиста, загрязнение поверхности)

Решения:

1. Корректировка параметров травильного раствора до стандартного диапазона
2. Регулярная очистка и обслуживание системы распыления
3. Усиление контроля качества на предыдущих этапах

Проблема 2: Превышение бокового подтравливания

Проявления:

• Верх цепи широкий, низ узкий, форма «трапеции»
• Отклонение ширины линии превышает ±10%
• Влияет на стабильность импеданса цепи

Анализ причин:

• Неправильные параметры травильного раствора (слишком высокая концентрация, слишком высокая температура)
• Проблемы системы распыления (неправильный угол, слишком высокое давление)
• Плохая адгезия фоторезиста

Решения:

1. Оптимизация контроля параметров травильного раствора
2. Регулировка угла и давления распыления
3. Выбор фоторезиста с высокой адгезией

Проблема 3: Обрыв цепи (чрезмерное травление)

Проявления:

• Локальные обрывы цепи, особенно в углах тонких линий
• Аномальное сопротивление при проверке проводимости
• Видимые невооруженным глазом обрывы цепи

Анализ причин:

• Слишком длительное время травления или слишком высокая скорость
• Неразумная конструкция цепи (слишком острые углы, слишком узкая ширина линии)
• Дефекты фоторезиста (поры, чрезмерное проявление)

Решения:

1. Точный контроль времени и скорости травления
2. Оптимизация конструкции цепи
3. Улучшение качества фоторезиста и технологии проявления

Рекомендации по оптимизации процесса травления PCB

Основные моменты обслуживания оборудования

• Регулярная очистка форсунок для предотвращения влияния засоров на равномерность травления
• Своевременная замена поврежденных и изношенных деталей
• Мониторинг образования шлама для поддержания химического баланса травильного раствора

Контроль технологических параметров

• Поддержание состава травильного раствора в оптимальном диапазоне
• Контроль температуры и скорости травления
• Мониторинг степени бокового подтравливания (фактор травления)

Меры по управлению качеством

• Внедрение мониторинга качества всего процесса
• Создание плана профилактического обслуживания
• Усиление обучения сотрудников и технологической дисциплины

Заключение

Технология травления PCB — это сложная и точная технология, требующая комплексного учета состояния оборудования, технологических параметров и качества предыдущих процессов. Благодаря глубокому пониманию принципов травления, строгому контролю технологических параметров и реализации эффективных мер по управлению качеством производители могут значительно повысить качество травления и эффективность производства PCB, предоставляя более надежные основные компоненты для электронных устройств.

Овладение точным контролем процесса травления PCB является ключом к повышению качества плат и производительности электронных устройств. По мере развития электронных устройств в направлении миниатюризации и высокой плотности требования к технологии травления будут становиться все выше, и производственные предприятия должны постоянно оптимизировать технологию, чтобы сохранить преимущество в условиях жесткой конкуренции на рынке.