简介
上个月的专栏文章介绍了PCB制造商在生产高阶封装使用IC载板时遇到的初步挑战。本月专栏文章会继续讨论制造商需要掌控的两个工艺：
· 成像、显影
· 蚀刻
精细走线成像、显影
光刻法是高阶封装和IC载板生产的基石。激光直接成像现在是生产高密度与超高密度载板的必备技术。在不断突破超高密度技术极限的过程中，传统的接触式印制技术显现出了不足之处，于是促进了激光直接成像(laser direct imaging，简称LDI)技术的发展与应用。
与接触式印制技术相比，LDI系统有诸多优势。例如使用LDI技术生产的PCB具有更小的对准容差，直接通过CAD系统印制图形也不再需要使用底片。
而使用接触式印制技术时，底片或面板的尺寸变化会引起对准错误。尺寸之所以发生变化是因为掩模和面板材料（如FR-4）尺寸会随着温度及湿度（在一般的工厂环境下分别控制在±2°C和±5%RH）的变化而变化。
下方列出了制造电路时的5个步骤：
· 表面制备
· 抗蚀剂贴合
· 曝光
· 显影
· 蚀刻
先来看曝光工艺。在使用LED、LDI技术时，总是能听到“焦距”(depth of focus，简称DOF)这个术语。设置正确的DOF是实现最佳分辨率的关键。反之，如果DOF设置不当，就会导致线宽或线距增加、断开或出现走线扭曲缺陷。所以说一定要确保DOF准确无误。
另一个必不可少的步骤是找到成像工艺中的应力点。可以使用精细走线螺旋或精细走线和细间距等测试图形找到应力点。其中包括标有刻度的精细走线和线距，例如100、75、50和25微米的精细走线和线距。这种评估还有助于深入了解其他会影响成像分辨率的工艺参数。例如较高的曝光能量会增强抗蚀剂的附着力。此外，铜箔类型(ED、RTF、RA)、表面制备方式和显影点提前都会影响成像的分辨率。千万不要低估显影点的威力。图1示意图中展示了显影点提前。
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图1：显影过程中早期形成的断裂点(来源：Tim Blair,Tim Blair LLC)
即便使用了理想的曝光能量和表面制备方式，抗蚀剂宽度减少的风险也是相当高的。
图2显示了此类问题的实际扫描电子显微图。显影点提前会导致显影过度和侧蚀问题，而这种情况会进一步导致内层走线宽度变窄。
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图2：早期形成断裂点会导致显影过度(来源：Tim Blair,Tim Blair LLC)
蚀刻
可以说显影和蚀刻是相通的。万事万物皆有联系，这是排除故障时的基本规则。值得注意的是，无论是使用碱性蚀刻液还是酸性蚀刻液，蚀刻都是各向同性的。这就意味着Z轴的铜被蚀刻去除后，侧面的铜也会被横向去除。
一定要严格控制蚀刻的关键工艺参数。碱性氨水蚀刻技术可用于蚀刻内层和外层。但控制精细走线蚀刻工艺的关键参数是碱性蚀刻溶液的pH值。将溶液的pH值保持在8.0~8.2之间有助于降低横向蚀刻和侧蚀。当然，溶液的比重也很重要。将溶液比重保持在上限水平附近有助于减轻横向蚀刻。
另外，像氯化铜这样的酸性蚀刻剂只能用于内层。这种蚀刻剂与金属抗蚀剂不兼容。但与碱性蚀刻技术相比，酸性蚀刻具备更理想的蚀刻因数和侧蚀。有报告称，将酸性蚀刻剂控制在很低的游离酸常态下可以提高蚀刻系数。
另外，还有其他研究对比了不同蚀刻蚀和不同光致抗蚀剂厚度下的蚀刻因数。T.Yamamot等人的早期研究证明了蚀刻通道加宽、抗蚀剂变薄之后产生的有利影响。以上引用的研究也证实了：与碱性蚀刻剂相比，铜蚀刻剂在侧蚀方面具备的优势。
减成法蚀刻加工出的电路密度是有极限的。这是众所周知的常识。蚀刻剂去除目标位置铜的过程越长，就越有可能出现侧蚀和走线宽度变窄。改用半加成型工艺并减小铜箔厚度，或使用介质薄膜可大幅提高蚀刻因数。后续专栏文章将进一步讨论这些工艺。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》23年4月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
