葉堉楠 宋偉濤 陳斐健 張輝已

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514768）

0 前言

線路鋸齒狀，有時(shí)又叫“狗牙”，是指在線路板生產(chǎn)過(guò)程中，線路蝕刻完成后，線路的兩側(cè)邊緣不平直，或凸出或凹進(jìn)，成鋸齒狀或狗牙狀[1]。

PCB板按用途可大分為訊號(hào)板及電流板，現(xiàn)如今前者已占總量的60%左右。線路狗牙缺陷會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸造成干擾，特別是高頻高速訊號(hào)的傳輸損耗將增大，從而影響其準(zhǔn)確性。

由于生產(chǎn)需要，公司新引進(jìn)一條圖電VCP（垂直連續(xù)電鍍線）線和堿性蝕刻線，在初期生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)堿性蝕刻后線路兩側(cè)邊緣呈現(xiàn)鋸齒狀，BGA（球柵陣列）變形且部分區(qū)域凸出，特別是對(duì)于線寬線距較小的板件尤為嚴(yán)重。針對(duì)此類問(wèn)題，從線路、電鍍、蝕刻工序關(guān)鍵因素進(jìn)行分析并進(jìn)行交叉對(duì)比試驗(yàn)，徹底改善線路狗牙問(wèn)題。

1 造成線路狗牙的因素

線路狗牙原因綜合分析（如圖1）。

1.1 線路方面

線路前處理磨板效果較差，干膜與基板結(jié)合力不好；曝光能量不足、貼膜速度過(guò)慢、顯影不良，均可能造成干膜無(wú)法與基銅結(jié)合緊實(shí)，尤其在板的基銅表面樹(shù)脂纖維紡織的紋路較深處，會(huì)使干膜與基銅表面有些小間隙。在鍍錫時(shí)易造成滲鍍，錫層延伸在干膜之下形成保護(hù)層，在蝕刻后形成不規(guī)則線路。

圖1 線路狗牙魚(yú)骨圖分析

1.2 圖電方面

電鍍過(guò)程中除油缸藥水、錫缸光劑對(duì)干膜的攻擊作用導(dǎo)致干膜松動(dòng)。另一方面，圖電VCP鍍銅鍍錫缸均采用噴流方式，噴流壓力過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致干膜松動(dòng)。

1.3 蝕刻方面

蝕刻主要為退膜蝕刻流程，由于藥水濃度異?；蚓€速過(guò)快導(dǎo)致退膜不凈，殘膜聚集在線路底部，蝕刻后造成線路鋸齒狀。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)方案一

從板件實(shí)際線路形狀分析，可以看到主要是線路突起造成鋸齒狀，BGA區(qū)域呈水滴狀，初步分析干膜與基板結(jié)合不好導(dǎo)致，首先從線路制作流程入手，探究不同處理方式及制作參數(shù)對(duì)線路狗牙的影響程度（如圖2）。

試驗(yàn)計(jì)劃主要由線路前處理方式、曝光能量、貼膜速度等方面進(jìn)行正交試驗(yàn)（DOE），試板蝕刻后進(jìn)行AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）全檢，統(tǒng)計(jì)線路狗牙不良率。線路狗牙嚴(yán)重程度根據(jù)AOI掃描報(bào)點(diǎn)數(shù)目及板面線路突起凹陷程度進(jìn)行分級(jí)，以便更好分析產(chǎn)生的原因，試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）。

圖2 線路或焊盤鋸齒狀

從上述試驗(yàn)我們可以看到無(wú)論采用哪種方式，線路狗牙依然存在，不過(guò)從板件分析發(fā)現(xiàn)過(guò)中粗化磨板機(jī)試板線路狗牙嚴(yán)重程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過(guò)針?biāo)⒛グ鍣C(jī)試板，部分線路已經(jīng)短路連在一起（如圖2）。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)中粗化磨板機(jī)處理后，干膜結(jié)合力較差，圖電時(shí)易造成滲鍍，而導(dǎo)致線路狗牙，這只是其中一方面影響因素，但不是最主要因素，線路狗牙嚴(yán)重程度依然較大。下一步對(duì)圖形電鍍進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，線路前處理采用過(guò)針?biāo)⒛グ鍣C(jī)處理（如圖3）。

2.2 試驗(yàn)方案二

通過(guò)對(duì)不同實(shí)物板件的分析，我們還可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于線寬線距較小板件其線路狗牙嚴(yán)重程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線寬線距較大板件，在干膜覆蓋較大的區(qū)域四周邊緣線路狗牙很輕微，進(jìn)一步推論干膜在圖電過(guò)程中由于某些因素造成了松動(dòng)。

所用圖電VCP采用側(cè)面噴流的攪拌方式，這種方式在促進(jìn)孔內(nèi)鍍液流動(dòng)方面較底面噴流更為有效，噴流液體流速增大，在噴嘴數(shù)目不變的條件下對(duì)應(yīng)循環(huán)流量加大，達(dá)到更好的電鍍效果[2]。隨著噴流壓力增大，液體流速增大對(duì)板面干膜的沖擊變大，很可能造成干膜松動(dòng)在鍍銅鍍錫過(guò)程中滲鍍。取試板線路前處理采用針?biāo)⒛グ逄幚矸绞?，圖電時(shí)選擇不同噴流頻率進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表2）。

表1 DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖3 蝕刻后線路鋸齒表現(xiàn)

通過(guò)調(diào)整噴淋頻率，線路狗牙得到有效改善，此前基于深鍍能力考慮，針對(duì)不同板厚板件設(shè)定不同噴流頻率，由上述試驗(yàn)可以看到噴流壓力增大，對(duì)于板件表面沖擊會(huì)導(dǎo)致干膜松動(dòng)，對(duì)于圖電生產(chǎn)應(yīng)降低噴流頻率，以30 Hz為佳，頻率過(guò)低會(huì)造成藥水交換不足導(dǎo)致燒板。降低噴流頻率的同時(shí)，電流密度進(jìn)一步降低，延長(zhǎng)鍍銅時(shí)間以維持良好的鍍銅效果。

2.3 問(wèn)題再分析

由上述試驗(yàn)可以確定造成線路狗牙的主要因素在于圖電噴流頻率過(guò)大造成干膜松動(dòng)從而滲鍍。但是仍然沒(méi)有完全消除線路狗牙現(xiàn)象，從狗牙形狀來(lái)看，還剩下凹陷型的線路狗牙有待解決，此類現(xiàn)象較少，排除是干膜松動(dòng)引起的。初步分析是由于錫面偏薄或在退膜段錫面受到攻擊失去對(duì)線路的保護(hù)作用，線路在蝕刻過(guò)程中被藥水咬蝕導(dǎo)致（如圖4）。

2.4 試驗(yàn)方案三

電鍍液一方面必須添加有機(jī)添加劑，以增強(qiáng)鍍層結(jié)晶細(xì)致；提高電鍍液均鍍能力；另一方面，有機(jī)物過(guò)多，易產(chǎn)生沉淀，電鍍液受到污染，使鍍層結(jié)晶粗糙、發(fā)脆，產(chǎn)生條紋和針孔[3]，這種情況會(huì)導(dǎo)致錫層不夠致密而被蝕刻藥水腐蝕。堿性蝕刻去膜槽堿溶液濃度異常，配槽比例過(guò)高也可能使錫面被腐蝕。一般來(lái)說(shuō)，鍍錫厚度在5～10 μm便有較強(qiáng)的抗蝕作用，對(duì)錫層厚度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示錫層厚6～8 μm?；诂F(xiàn)實(shí)情況分析，對(duì)比不同錫光劑以及蝕刻退膜濃度的對(duì)線路凹陷型狗牙的影響。取相同數(shù)量的試板外發(fā)A廠進(jìn)行圖電，A廠所用光劑為A光劑，本廠所用光劑為B光劑，新開(kāi)退膜液濃度分別為20%和15%進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表3）。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，線路凹陷型狗牙主要是由于退膜液開(kāi)槽配比過(guò)高，對(duì)錫的攻擊較大，錫面部分腐蝕失去保護(hù)作用，線路被咬蝕形成凹坑。

表2 圖電噴流頻率對(duì)線路狗牙的影響

圖4 蝕刻后線路鋸齒表現(xiàn)

3 改善措施和效果驗(yàn)證

3.1 改善措施

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，影響線路狗牙的因素主要有三個(gè)方面，針對(duì)這些影響采取相應(yīng)的改善措合本次試驗(yàn)過(guò)程，可以看到圖電噴流大小對(duì)于干膜的影響尤為重要，過(guò)大的噴流頻率造成干膜松動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致滲鍍，當(dāng)然，過(guò)度的降低則會(huì)造成藥水交換困難導(dǎo)致銅層結(jié)晶顆粒大，致密性差，因此，圖形電鍍過(guò)程應(yīng)將噴流頻率控制在合理范圍，減少其對(duì)干膜的影響。

圖電板線路狗牙為PCB比較常見(jiàn)的缺陷，其產(chǎn)生原因是多方面的，也可能是多種情況共同存在。需從生產(chǎn)流程出發(fā)，探究每個(gè)過(guò)程中可能影響的因素，必要時(shí)進(jìn)行DOE試驗(yàn)，通過(guò)排除與對(duì)比尋找真正產(chǎn)生的原因。經(jīng)過(guò)這次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電鍍缸側(cè)噴流設(shè)計(jì)雖然可以有效提高藥水交換速度，提高深鍍施：（1）生產(chǎn)圖電板件時(shí)線路前處理采用針?biāo)⒛グ鍣C(jī)進(jìn)行處理，增加干膜與銅面結(jié)合力；（2）通知圖電線設(shè)備供應(yīng)商設(shè)置兩組不同的噴淋頻率滿足生產(chǎn)負(fù)片和正片時(shí)的不同需要，生產(chǎn)正片時(shí)對(duì)應(yīng)噴頻率設(shè)置為30 Hz，減少噴淋壓力過(guò)大造成干膜松動(dòng)；（3）降低退膜液濃度，防止錫面被腐蝕。

表3 對(duì)比試驗(yàn)

3.2 效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及改善措施的可行性，對(duì)改善后圖電板件線路狗牙狀況進(jìn)行追蹤確認(rèn)，統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間多個(gè)生產(chǎn)料號(hào)狗牙不良率，對(duì)比未調(diào)整前板件狗牙不良率。以上改善線路狗牙現(xiàn)象效果非常明顯，后續(xù)不良率已降至為零（如圖5）。

4 結(jié)論

圖5 線路鋸齒改善前后良率對(duì)比

通過(guò)采用針?biāo)⒛グ鍣C(jī)進(jìn)行處理，降低圖電噴流頻率，降低退膜液濃度，有效改善線路狗牙問(wèn)題，后續(xù)板件生產(chǎn)過(guò)程中未再發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象。結(jié)能力，在正片板的生產(chǎn)過(guò)程中影響干膜的結(jié)合力。對(duì)于圖電VCP的銅缸設(shè)計(jì)建議噴流壓力設(shè)置無(wú)需過(guò)大，可更改為底部打氣設(shè)計(jì)，以減少對(duì)于干膜的影響。另一方面，對(duì)于線路前中粗化處理導(dǎo)致的干膜結(jié)合力差需進(jìn)一步測(cè)試研究。