线路边缘锯齿形原因分析与改善

线路边缘锯齿形原因分析与改善谢明运;曾红;关俊轩;彭镜辉【摘要】线路边缘呈现锯齿形（犬牙）对线宽有影响，严重的时候线宽超出20%的要求导致产品报废;特别是在高频信号传输方面，影响信号的准确性.文章通过曝光、显影、电镀等因素进行正交试验，分析实际生产过程中遇到的线路犬牙现象的原因，并制定改善线路犬牙的措施.【期刊名称】《印制电路信息》【年（卷），期】2016（024）006【总页数】5页（P22-25,42）【关键词】碱性蚀刻;线路犬牙;曝光;显影;电镀【作者】谢明运;曾红;关俊轩;彭镜辉【作者单位】广合科技（广州）有限公司广东广州510730;广合科技（广州）有限公司,广东广州510730;广合科技（广州）有限公司广东广州I510730;广合科技（广州）有限公司，广东广州I510730【正文语种】中文【中图分类】TN41根据行业内以往的经验，导致PCB线路边缘锯齿形（犬牙）的主要产生点在外层的曝光、显影流程以及电镀二铜的除油、镀锡流程，同时会受到外层图形转移及二铜制作过程中的其它因素影响。本文主要针对公司2014年7月份产生的线路犬牙问题，通过对问题的分析及相关试验模拟，确认主要是由于碱性蚀刻线真空蚀刻段设计的不合理，导致线路犬牙的产生。对于部分特殊的线路板线宽间距小，同时又有特殊工艺不得不通过正片工艺来实现;因此对碱性蚀刻线的要求越来越高，因此真空蚀刻机的设计合理性对提高碱性蚀刻的生产制作能力至关重要。公司碱性蚀刻工序在2014年7月份突然连续爆出多个型号蚀刻后，部分板存在线路犬牙现象，比例高达20%~30%；针对异常线路位置进行表观及切片分析，此次线路异常增宽为我们通常所见的线路犬牙(图1)。1.1影响因素分析从同行业的研究结果分析，一般导致线路犬牙产生的几种路径见后。干膜电镀过程中异常收缩，导致线路边缘渗锡，由于锡层对线路边缘的保护，蚀刻后线路呈局部增宽的线路犬牙现象；干膜边缘残胶，电镀过程铜层延伸包镀残胶，蚀刻过程中残胶影响蚀刻效率，导致产生线路犬牙现象；电镀过程中锡缸药水对干膜攻击，导致线路边缘渗锡，蚀刻后产生线路犬牙；电镀过程中，电镀线振动影响，导致干膜松动，镀锡过程中沿干膜松动位置渗锡，导致蚀刻后线路犬牙产生。从以上分析结果看，影响线路犬牙异常的主要影响因素有：干膜、显影、锡缸光剂、电镀振动(铜缸及锡缸振动均有影响)等。故针对以上影响因素设计试验(表1),分析导致线路犬牙发送的主要影响因素。1.2试验设计DOE试验设计见表2所示。2.1一次试验结果按试验方案测试，结果见表3。从以上试验结果无法有效判断导致碱性蚀刻后线路犬牙的主要原因，可能是多个原因共同作用导致或还有其它影响因素未纳入试验。故需重新分析评估导致异常的可能原因。2.2原因分析及试验重新对问题板进行分析，以便寻找导致线路犬牙的主要原因。2.2.1问题再分析（1）针对线路犬牙的型号分析，线路犬牙主要产生在外层图形孤立线区域；（2）针对线路犬牙的区域分析，线路犬牙主要集中于生产板两侧到板边距离＜10cm的区域；（3）针对线路犬牙的状态分析，产生线路犬牙的线路基本上与蚀刻传送方向有交叉角度，而与碱性蚀刻传送方向平行的线路则无线路犬牙。2.2.2碱性蚀刻线验证通过前期对外层干膜及图形电镀影响因素的试验分析，均无法确认导致线路犬牙的原因；而重新分析问题板，发现目前面临的线路犬牙分布与行业上所分析的线路犬牙分布状态存在一个较大的区别——规律性；通常以前所遇到的线路犬牙出现在板内的各个区域，且在方向上无明显的规律，而此次所遇到的线路犬牙出现了明显的规律性，并存在很强的方向性；故需单独对碱性蚀刻线进行分析排查；试验设计主要验证退膜段与蚀刻段的放板方向对犬牙产生区域的影响（表4）。以上验证得出：线路犬牙的分布区域与碱性蚀刻线蚀刻段生产板的传送方向有关，因此初步确认导致线路犬牙的主要影响因素在碱性蚀刻段（图2、图3）。2.2.3论证初步确认导致线路犬牙的主要影响因素在碱性蚀刻线，为进一步论证问题点，故与其它公司的碱性蚀刻线对比，对比结果见表5。夕卜发A公司电镀32块板，A公司蚀刻20块，无犬牙；广合蚀刻12块板，全部存在犬牙现象。从以上对比结果可以看出，导致公司线路犬牙的主要原因为碱性蚀刻线异常。2.3问题排查与分析通过分析排查导致线路犬牙的主要原因为碱性蚀刻机异常，故对碱性蚀刻机进行调整验证，结果见表6。通过以上改善结果可以看出，导致本次蚀刻犬牙产生的主要原因为碱性蚀刻机滚轮传送轴变形。蚀刻过程中，在部分铜层被蚀刻后，线路形态基本形成时，传送轴变形位置的滚轮压塌线路锡面，锡面对线路侧面铜起到保护作用，产生蚀刻线路犬牙异常问题。2.4问题产生机理2.4.1真空蚀刻机原理真空蚀刻机（图4）主要是通过在传送滚轮轴承上放吸刀，吸刀与抽真空泵相连，蚀刻过程中喷嘴将蚀刻液打到板面并进行蚀刻后，吸刀将板面上的蚀刻液吸走，减少上表面积水效应；即通过吸刀的作用，形成上表面与下表面的蚀刻效果的一致性。2.4.2线路犬牙形成机理线路犬牙是因为在蚀刻中有阻蚀刻材料保护线路侧壁，导致线路的侧壁没有蚀刻或蚀刻速度变慢，线路边缘凸起形成线路犬牙。蚀刻线的吸刀需要耐蚀刻药水的腐蚀，在材料上选择使用耐酸碱效果良好的316钢；由于吸刀重量大，长期使用导致传送轴变形；传送过程中，变形位置的滚轮承载吸刀的大部分重量，且滚轮片轮面较小，导致滚轮片与板面接触位置压力过大，将部分蚀刻后的线面锡层压塌，形成线路犬牙。2.5改善措施及论证针对我司蚀刻机的设计情况，故制定改善措施进行验证（表7）。（1）通过以上分析确认，导致该次线路犬牙的主要原因为蚀刻机的吸刀重量过大，长期使用将蚀刻段的传送压变形；蚀刻过程中，变形位置的滚轮片对线路的压力过大，压塌线面锡层，压塌的锡层对线路侧面形成保护，锡面保护位置的铜层在后续的蚀刻中蚀刻速率较其它位置小，导致局部线路增宽，形成蚀刻线路犬牙。线路犬牙作为PCB正片板的一个较为常见缺陷，从现有的分析改善技术资料来看，导致线路犬牙的原因无外乎几点：①外层干膜结合力出现异常，导致电镀药水渗透形成包镀；②电镀振动过大，电镀除油剂与干膜出现匹配性问题，导致干膜边缘翘起，镀锡形成包镀；③电镀锡缸光剂异常，渗镀至干膜下，形成包镀。以上几种机理产生包镀的位置在蚀刻过程中由于线路侧边被锡层保护，导致局部蚀刻速率较其它位置小，蚀刻后体现线路局部增宽现象。但是随着PCB制作新工艺、新设不断涌现，线路板制作过程中新的缺陷也不断产生，形成机理也完全不同。本文所分析的线路犬牙完全是由于真空蚀刻机设计上不合理性导致。本次蚀刻线路犬牙问题处理过程中，由于受经验影响，前期主要将问题排查方向放在了外层及电镀流程上，却无法找到问题点。任何问题的分析过程中