真空蝕刻技術：一項改良的超細線路蝕刻技術
革命性的蝕刻概念---有效防止“水池效應”和提高蝕刻均勻性
Frank Baron and Ron Salerno

蝕刻過程是PCB生產過程中基本步驟之一，簡單的講就是基底銅被抗蝕層覆蓋，沒有被抗蝕層保護的銅與蝕刻劑發生反應，從而被咬蝕掉，最終形成設計線路圖形和焊盤的過程。當然，蝕刻原理用幾句話就可以輕而易舉地描述，但實際上蝕刻技術的實現還是頗具有挑戰性，特別是在生產微細線路時，很小的線寬公差要求，不允許蝕刻過程存在任何差錯，因此蝕刻結果要恰到好處，不能變寬，也不能過蝕。
進一步解釋蝕刻的過程，PCB制造商更愿意使用水平的蝕刻線進行生產，以實現最大程度上的生產自動化，使生產成本降低，但水平蝕刻也不是十全十美，無法消除的“水池效應”使板的上表面和下表面產生不同的蝕刻效果，板邊的蝕刻速率比板中心的蝕刻速率快，有時候，這種現象會使板面上的蝕刻結果產生比較大的差異。（見圖1）
也就是說，“水池效應”會使板邊上的線路過蝕比板中心的線路過蝕大，甚至精心進行的線路修正（在板邊上適當地加寬線路寬度），來補償不同的蝕刻速率也會出現失敗，因為要獲得超細的線路必須非常精細的控制蝕刻公差。

這種情況導致蝕刻速率的變化是十分顯著的。位于線路板上面，靠近板邊的部分，蝕刻液更容易流出板外，新舊蝕刻液更容易進行交換，因此保持了較好的蝕刻速率。而在板中心的位置，比較容易形成“水池”情況，蝕刻劑的流動因此受到限制，富含銅離子的溶液流出板面相對要難一些，結果對比板邊或板的下面，蝕刻效率降低，蝕刻效果變差。實際上，在實踐中不太可能避免“水池效應”，因為鏈條式的水平傳動輥輪會阻止蝕刻液的排出，結果導致蝕刻液在輥輪間積聚，這種現象在生產面積較大的板或超微細線路時更加明顯，即使是采用了比較特殊的生產過程控制和補償方式，例如水平于傳輸方向可獨立調整的噴淋系統、增加振蕩式的噴淋管及增加矯正性的再蝕刻段等，如果沒有巨大的技術投入，這個問題也無法很好解決，于是實現避免“水池效應”的目標又不不得不回到起點，重新開始。
PILL公司去年底推出了一項新的蝕刻的技術，該技術通過加裝簡單的抽氣裝置，吸取富含銅離子的舊蝕刻液，從而增加板上面蝕刻液的交換，有效的阻止“水池”產生，該技術被稱作“真空蝕刻”。

PILL公司推出的第一條生產線于2001年11月開始安裝使用，其間PCB生產廠家進行了相應的測試，實驗結果表明，只需要通過在工藝控制方面下一點點的工夫，真空蝕刻技術就可以獲得出色的蝕刻效果，在整個蝕刻板面上，不論上表面還是下表面都獲得了非常均勻的蝕刻線路。

真空蝕刻設備設計簡潔而令人印象深刻。應用該技術的蝕刻機蝕刻槽內排布有噴淋管、噴淋頭等管線系統，還包括位于傳動面近距離的上方與噴淋管之間的真空抽吸單元（見圖6）。這些真空抽吸單元吸取噴淋到印制板表面已經發生過反應的蝕刻液，然后將其返回到蝕刻液槽內。這里的“真空”一詞指的是噴淋操作系統產生負壓，產生一個低的吸取力，剛剛好可以阻止蝕刻液“水池”的出現，當然即使最薄的內層板生產也不會受到吸力的影響，都可以非常精確的進行加工。抽吸單元連結在傳動系統上的固定桿上，特別設計的最佳間距使各種厚度的板都可以加工，這意味著不需要再顧慮PCB的厚度類型。經過測試的數據顯示，在線路板的上表面，24×24inch的整個板面銅厚度波動范圍只有±1個微米，板的上表面和下表面的銅厚度異也非常小。

使用真空蝕刻技術的PCB生產廠家進行全面的實驗后發現，該技術可以獲得高質量的線路蝕刻結果，線路側壁陡峭，線路寬度、形狀與線路布設的要求符合性非常好。不論是反映抗蝕層下蝕刻劑側向咬蝕銅的側蝕因子， 還是描述線路側壁的傾斜度的蝕刻因子，在數值上都是十分令人滿意的。

當然，實際的蝕刻結果還要受生產工廠具體的一系列其它因素的影響。例如干膜的厚度的影響，曝光和顯影過程的質量對蝕刻結果的影響，銅厚度對蝕刻結果的作用等等，這些條件都扮演著重要角色，總的來說，根據經驗，有50%的蝕刻效果是由蝕刻過程和蝕刻液的交換情況決定的，PILL公司的項目經理Oliver Briel先生強調：“這個真實存在的系統，提供了令人信服的證據，可以讓我們更有效的控制這50%。”
真空蝕刻技術也顯示了其它方面一系列的長處：
1、 蝕刻過程的能力被更有效的發揮，因為更高的蝕刻速度會使板通過蝕刻段的時間縮短，蝕刻過程的產量必然增加了。
2、 蝕刻過程在開始的蝕刻段即可完成，因此一般常用的蝕刻校正補償段可以取消。
3、 減少設備的維護工作量，相應的成本也可以減少。
4、 使用這項相對簡單的技術，可以使設備生產超細線路的能力提高，因此沒有必要再安裝搖擺噴淋系統。
5、 設備具有的可調節噴管壓力的間歇噴淋系統可以取消。真空蝕刻技術的設計確保水池效應最小化，抽吸系統的設計使達到這樣的目的更加簡單。
6、 真空蝕刻技術可以同時將抽取系統和蝕刻噴淋系統放置在同一蝕刻槽內，因此蝕刻機的結構會更短、更緊湊。
另外，真空蝕刻技術還可帶來的好處，就是蝕刻機的噴淋管的方向可以安排在與板傳送橫切的方向上，而通常用于微細線路加工的蝕刻機，噴淋管排布的方向與板傳送的方向是一致的，這樣才可以使板邊和板中心獲得不同噴淋壓力。噴淋管橫向的排布，幷將噴淋管向板流入方向調整到恰當的角度，可以縮短更換噴嘴需要的時間，更容易進行維護操作。這樣的排放結構，每一個噴淋管的壓力可以使用單獨的電子流量器控制，使操作者能夠立即發現不規律蝕刻結果中的問題，并快速作出反應。
真空蝕刻技術擁有非常巨大的應用潛力，因為它特別適合微細線路、超微細線路的加工。早期的針對50微米以下線寬的實驗，其結果就顯示了該技術十分有價值，到底這項技術是否適合厚銅線路的加工，也經過了更深入的審視和討論，目前所有跡象表明的都非常令人鼓舞。特別有意義的是，通過實驗驗證，應用該技術的設備不僅可以使用傳統的氯化銅蝕刻液生產，而且可以使用目前在亞洲越來越流行的三氯化鐵蝕刻液進行生產，雖然這種蝕刻液需要更長的加工時間，但可以獲得更垂直的線路側壁。
如果要求，真空蝕刻生產線可以安裝有利于環境保護的再生系統：根據HUMLEITEC公司開發的技術，取代過氧化物，可以采用空氣中的氧來氧化再生氯化銅溶液，也就是說，溶液中不需要再添加純氧。應用該技術的系統，在實際生產中可以長時間的發揮作用，投入添置系統的資金也可以很快的收回。

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