李長(zhǎng)生

（深圳市深聯(lián)電路有限公司，廣東 深圳 518000）

1 前言

隨著密集線路PCB的高速發(fā)展，75 μm/75 μm，100 μm/100 μm線寬/線間的設(shè)計(jì)已是主流產(chǎn)品，如手機(jī)板、高檔游戲板等，在制作這些密集線路PCB過(guò)程中，線寬/間控制極為重要。根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)線路線寬/間按±20%的公差控制，阻抗線路線寬/間按±10%的公差控制。細(xì)小的線寬/間設(shè)計(jì)，高要求公差范圍，成為PCB線路制作的難點(diǎn)。

PCB制作線寬/間控制，涉及多方面的內(nèi)容，如菲林線寬/間補(bǔ)償、干膜線寬損耗、蝕刻側(cè)蝕等，本文將對(duì)PCB制作干膜線寬損耗進(jìn)行淺析，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法分析干膜線寬損耗的影響因素及控制參數(shù)。

2 干膜線寬損耗對(duì)PCB線寬的影響

2.1 菲林線寬補(bǔ)償

PCB制作線寬/間控制，因?yàn)榇嬖诟赡ぞ€寬損耗、導(dǎo)線蝕刻側(cè)蝕因素，需要對(duì)菲林線寬進(jìn)行補(bǔ)償，即菲林線寬補(bǔ)償可分解為干膜線寬損耗量線寬補(bǔ)償與導(dǎo)線側(cè)蝕量線寬補(bǔ)償。菲林線寬補(bǔ)償可能通過(guò)式（1）計(jì)算：

式中：F——菲林線寬補(bǔ)償量；

X——側(cè)蝕量；

N——干膜線寬損耗量。

通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，我公司現(xiàn)行外層（正片）菲林線寬補(bǔ)償與導(dǎo)線底銅厚關(guān)系如表1所示。

表1 導(dǎo)線底銅厚度與菲林線寬補(bǔ)償?shù)年P(guān)系

2.2 側(cè)蝕量和蝕刻系數(shù)

根據(jù)IPC-A-600H標(biāo)準(zhǔn)，蝕刻系數(shù)為蝕刻深度與側(cè)向蝕刻量（簡(jiǎn)稱“側(cè)蝕量”）之比，如圖1所示，計(jì)算公式如式（2）：

式中：X——側(cè)蝕量；

T——蝕刻系數(shù)；

V——蝕刻深度；

W1——導(dǎo)線上幅線寬；

W2——導(dǎo)線上幅線寬；

W——設(shè)計(jì)線寬。

圖1 蝕刻狀態(tài)示意圖

蝕刻系數(shù)反映了蝕刻線的蝕刻能力，蝕刻系數(shù)越大，蝕刻能力越強(qiáng)，側(cè)蝕量越小。當(dāng)蝕刻系數(shù)穩(wěn)定條件下，線路銅厚越大，側(cè)蝕量越大。根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn)，“在采購(gòu)文件規(guī)定導(dǎo)體設(shè)計(jì)寬度，通常測(cè)量導(dǎo)體基體底部的寬度，以確定是否符合‘最小導(dǎo)體寬度’的要求”；W2為蝕刻點(diǎn)為100%條件下完成蝕刻的導(dǎo)線下幅線寬，W為蝕刻點(diǎn)＜100%條件下完成蝕刻的導(dǎo)線下幅線寬，W3為蝕刻點(diǎn)＞100%條件下完成蝕刻的導(dǎo)線下幅線寬；為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線粗糙度小于設(shè)計(jì)導(dǎo)線寬度的20%，彌補(bǔ)蝕刻線蝕刻系數(shù)偏小的缺陷，常以80%～85%蝕刻點(diǎn)條件進(jìn)行PCB蝕刻，以獲得設(shè)計(jì)線寬W的目標(biāo)。

導(dǎo)線蝕刻存在側(cè)蝕，因此須對(duì)菲林線寬進(jìn)行補(bǔ)償，以加大抗蝕刻層的寬度。

2.3 干膜線寬損耗與PCB線寬

在現(xiàn)有菲林線寬補(bǔ)償條件下，根據(jù)三者的關(guān)系，干膜線寬損耗量越大，消耗干膜線寬損耗線寬補(bǔ)償就越多，分配到蝕刻導(dǎo)線側(cè)蝕量補(bǔ)償就越少，出現(xiàn)線幼或蝕刻不凈的風(fēng)險(xiǎn)就越大，蝕刻品質(zhì)就越難保證；例如：在17.1 μm底銅厚條件下，設(shè)計(jì)線寬/間距為100 μm/100 μm，菲林線寬補(bǔ)償19 μm，即菲林線寬/間距為119 μm/81.25 μm，干膜顯影后膜線寬損耗為12.5 μm，則正常圖形電鍍形成抗蝕刻層寬度為106.25 μm；為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)線寬/間100 μm/100 μm、按導(dǎo)線單邊側(cè)蝕量3.125 μm計(jì)算，在常規(guī)蝕刻能力蝕刻系數(shù)在2.0條件下，蝕刻深度為6.25 μm，遠(yuǎn)達(dá)不到蝕刻深度17.1 μm的要求，從而出現(xiàn)蝕刻不凈。

為防止干膜線寬損耗過(guò)大減小導(dǎo)線蝕刻側(cè)蝕線寬補(bǔ)償量，避免蝕刻過(guò)程中出現(xiàn)蝕刻不凈或線幼問(wèn)題，干膜線寬損耗控制顯得尤為重要。

3 干膜線寬損耗的因素

干膜線寬損耗發(fā)生在圖形轉(zhuǎn)移工序，可能與以下原因有關(guān)：

（1）曝光機(jī)型，曝光機(jī)光源照射角度影響干膜受光面積，從而影響干膜線寬/間的大小，曝光機(jī)型可分為平行光機(jī)與散射光機(jī)；

（2）曝光能量，曝光能量以曝光尺衡量；

（3）顯影點(diǎn)。

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.1 實(shí)驗(yàn)流程

干膜線寬損耗實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 干膜線寬損耗實(shí)驗(yàn)流程

4.2 影響因素表

干膜線寬損耗影響因素各取兩個(gè)水平，具體如表2所示。

表2 干膜線寬損耗影響因素表

4.3 正交實(shí)驗(yàn)表

采用三因素兩水平全因子實(shí)驗(yàn),共進(jìn)行8次實(shí)驗(yàn)，具體如下表3所示。

表3 正交實(shí)驗(yàn)表

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

5.1 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與極差分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量10個(gè)線寬數(shù)據(jù)并與菲林補(bǔ)償后線寬進(jìn)行比較，計(jì)算線寬損耗平均值，具體如表4所示。

表4 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與極差分析

極差R反映了各因素對(duì)線寬損耗的貢獻(xiàn)，R越大，則此因素對(duì)線寬損耗的貢獻(xiàn)就越大。從R計(jì)算的結(jié)果可知，對(duì)線寬損耗影響的程度為：曝光機(jī)型＞曝光能量＞顯影點(diǎn)。

5.2 干膜線寬損耗主效應(yīng)圖

圖3試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：控制線寬損耗最佳組合是平行曝光機(jī)/曝光能量7格/顯影點(diǎn)50%，在其組合下干膜線寬損耗平均值5.84 μm最小，其中曝光機(jī)型的影響最大。

圖3 線寬損耗主效應(yīng)圖

5.3 顯著性分析

表5中，曝光機(jī)P值＝0.000＜0.05，以95%的置信度認(rèn)為曝光機(jī)型因素為顯著因素；曝光能量P值＝0.000＜0.05，以95%的置信度認(rèn)為曝光能量因素為顯著因素；顯影點(diǎn)P值＝0.08＞0.05，以95%的置信度認(rèn)為顯影點(diǎn)因素為非顯著因素。

5.4 影響干膜線寬損耗的因素直觀圖

干膜線寬損耗主要取決于曝光機(jī)型、曝光能量的大小，利用相關(guān)因素對(duì)干膜損耗的曲線圖能很好驗(yàn)證正交實(shí)驗(yàn)中各因素對(duì)干膜線寬損耗的的影響。曝光機(jī)中常用水平只有平行光機(jī)與散射光機(jī)兩種，不再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。現(xiàn)只對(duì)曝光能量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

5.4.1 曝光能量對(duì)干膜線寬損耗的影響

在平行光機(jī)，顯影點(diǎn)50%條件下，曝光能量與線寬損耗的關(guān)系如圖4所示。

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)可知，曝光能量越大，干膜線寬損耗越大，但在實(shí)際過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，曝光能量為5格及6格曝光尺時(shí)，均出現(xiàn)了不同程度的顯影后干膜發(fā)白問(wèn)題，曝光能量10格及11格曝光尺時(shí)，出現(xiàn)了曝光不良問(wèn)題。因此，使用7格曝光尺的曝光能量，能保持干膜線寬損耗的可控性。

表5 干膜線寬損耗顯著性分析表

圖4 曝光能量與干膜線寬損耗的關(guān)系圖

6 結(jié)論

干膜線寬損耗大小，對(duì)蝕刻過(guò)程中線寬/間的控制產(chǎn)生重要的影響，在現(xiàn)有的菲林線寬/間補(bǔ)償條件下，干膜線寬損耗越小，形成導(dǎo)線蝕刻側(cè)蝕線寬補(bǔ)償量就越大，出現(xiàn)蝕刻不凈或線幼問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)就越小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，線寬損耗最小因素組合（平行曝光機(jī)/曝光能量7格/顯影點(diǎn)50%）。我司在生產(chǎn)密集線路75 μm/75μm，87.5 μm/87.5 μm，100 μm/100 μm線寬/間距設(shè)計(jì)的產(chǎn)品時(shí)，嚴(yán)格依據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果執(zhí)行，確保了PCB線寬/間制作高品質(zhì)。

[1]張馳. 六西格瑪黑帶叢書(修訂版) 第二版[M]. 廣東：廣東經(jīng)濟(jì)出版社,2007,507.

[2]IPC-A-600H.