正如我在前几篇专栏文章中提到的，蚀刻可能是湿制程阶段最复杂的工艺，因为有很多因素会影响蚀刻速率。如果不保持这些因素的稳定，蚀刻率就会变化，因而影响产品质量。如果希望利用一种自动化方法来维护蚀刻化学，以下是你需要理解的基本概念。
控制结构
大多数（如果不是全部的话）工艺控制系统都依赖简单的反馈环。通过这个循环，我们得到了清晰的工艺控制方法。在图1中你可以看到我们最初经历了监控阶段。在这个阶段，要查看是否所有期望的参数都符合规范。如果符合，那么该工艺可以正常继续。如果某些条件不符合规范，则将启动流程进行必要的更改。一旦确定了这个变化，就进入“调整”过程。调整后再次对参数进行监测，以确保其符合要求。这一过程将不断重复，直到获得预期的结果。这只是反馈环的基本版本，意味着在特定的工艺中，它会变得更加复杂。工艺可能会有所不同，但从概念上讲，工艺应该保持相似。
图1：简单的工艺控制反馈环
实施控制
既然我们有了工艺控制的基本结构，如何将其应用于蚀刻工艺？在蚀刻化学控制中，会涉及多个反馈环。这是因为蚀刻剂的每个参数都有独有的控制方法。每种可用的蚀刻剂都有一组参数。在开始使用工艺控制方法之前，需要首先评估影响蚀刻质量的所有参数。表1中显示了在蚀刻剂中最常见的参数，以及其监测和控制方法。需要注意的是，温度和喷淋压力是影响蚀刻质量的主要因素，但这些参数在所有蚀刻设备中都是自动控制的；因此本文不会涉及。
表1：常用蚀刻剂化学参数及其监测调整方法。相关蚀刻剂只显示氯化铜、碱性氯化铜 ( 碱性 ) 和氯化铁。未提及的其他蚀刻剂可能具有类似或相同的影响参数。
从表中可以注意到大多数蚀刻参数都有一个特定的测量工具，使监测阶段变得简单。由于监测的每个因素都描述了蚀刻剂中的一种化学物质，大多数情况下只需要通过添加缺乏的化学物质进行调整。这使得它变得简单，因为有了合适的监测系统，可以将其连接到一个泵上，当它超出范围时就会触发。这将提供简单的系统来恢复蚀刻剂的化学成分。但也有一些例外，因为在某些情况下，监测和调整之间的联系不是那么直接。对于氯化物和游离HCl含量等因素，很难简单地监测它们；因此这些因素的调整必须以不同的方式进行。如果在进行滴定后发现其中一个因素超出范围，则可能必须手动将氯化物或HCl添加到设备中。
除此之外，如果工艺技术人员不定期进行滴定，那么可能会在不知情的情况下超出规格范围。为了避免这种情况，还有另一种选择，可以在运行特定数量的面板后简单地添加一定量的试剂，而不是在滴定后手动排队添加化学试剂。这需要对工艺进行一些微调，因此需要进行一些测试和试错。一旦确定了，该工艺中的各种因素就会变得更容易控制。尽管进行了微调，但仍需要继续监控含量，以考虑蚀刻过程中可能发生的任何变化。
再生或不再生
下一个主要因素是ORP。如前所述，ORP是对准备蚀刻的蚀刻剂和用过的蚀刻剂的测量。由于用过的蚀刻剂稀释了蚀刻液，蚀刻效率会降低。因此保持稳定的ORP因子对于一致的蚀刻工艺很重要。要做到这一点，必须考虑是否能够再生蚀刻剂。PCB蚀刻工艺主要由氯化铁或碱性氯化铜组成；可以选择重新生成蚀刻剂，因此可以更轻松地保持ORP的一致性。如果正在使用一种不常见的PCB蚀刻剂，如氯化铁，则将无法有效地再生蚀刻剂。这是因为蚀刻化学中有一条不成文的规则。即使用与试图蚀刻的金属更“相似”的蚀刻剂是理想的情况。这意味着，如果可能的话，蚀刻的金属在蚀刻剂中应该有相同的金属。这是因为溶解在蚀刻剂中的不同组分的数量越大，就越难有效地监测蚀刻剂并进行再生。
例如，如果用氯化铜蚀刻，铜可以直接用来制造更多的氯化铜。然而如果你改为用氯化铁蚀刻，蚀刻剂中的铁含量会变得不那么集中，因为在溶液中添加铜，会阻碍再生并产生更复杂的问题。如果使用的蚀刻剂不是铜基的，可能不得不接受所谓的“进料和出料”过程来控制ORP。这只是一种简单的方法，在蚀刻了大量面板后，随着新蚀刻剂的注入，一些用过的蚀刻剂将被泵出设备。经过微调后，此流程可以能够维持稳定的状态，以保持工艺的一致性。
结论
通过对蚀刻剂化学控制的简要介绍，应该对如何在蚀刻工艺中实施控制有了基本的了解。使用常规监测方法、基于面板数量的控制以及“进料和出料”等工具，应该能够制定出几乎适用于任何蚀刻工艺的化学控制方法。
更多内容点击这里查看，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。
