Кислое травление меди

TEP#15(3):TvEP.qxd24.04.200710:18Page 26Технологии в электронной промышленности, № 3’2007Травление печатных плати регенерация травильных растворовСовременная аппаратура связи и другие электронные устройства приобретают всеменьшие размеры при выполнении все большего числа функций.

При этом возрастаютплотности упаковки элементов и самих печатных плат, на которые они монтируются.Чтобы не отстать от элементной базы с увеличенным числом вводов/выводов, необходимообеспечивать рисунок разводки с более узкими зазорами между проводниками.Уже сегодня в коммутационных платах для монтажа неупакованных кристаллов требуетсяширина проводников 20 мкм и более короткая длина разводки.

Уменьшение шага междупроводниками позволяет размещать большее число проводников между контактнымиплощадками для осуществления разводки от модуля ИС, что позволяет уменьшать числотребуемых отверстий и слоев. Меньшая длина проводников позволит перейти к болеевысоким частотам на плате, что важно для работы, например, мобильных телефонови вычислительной техники.Валентин Терешкин,к. т. н.Жанетта Фантгоф,к.

т. н.Лилия Григорьеваinfo@elmaru.comнастоящее время большинство печатных платизготавливаются субтрактивным способом,как правило, с применением процесса травления распылением (струйного травления). Эта технология основана на эффективном массо-переносетравящих агентов к подлежащей травлению поверхности. Осуществление этой задачи становитсявсе труднее по мере уменьшения ширины зазоровмежду проводниками. Предельные возможностиконтролируемого процесса травления достигаютсяпри приближении ширины зазоров к 75–50 мкм,в зависимости от толщин меди и резиста. Скоростьи направление травления строго определяются соотношением ширина/глубина зазора.

Если начальная глубина зазора равна толщине резиста, то помере травления глубина будет увеличиваться, и конечное ее значение будет зависеть от толщины стравливаемой меди.В областях с широкими зазорами поток травителя может легко проникать в полость зазора и обеспечивать эффективное травление. На участкахже с узкими зазорами массо-перенос будет затруднен и значительно снижена скорость травления.Именно поэтому все факторы, влияющие на интенсификацию процесса подачи травильного растворав зону травления, определяют качество травления.В зарубежной практике принято оценивать качествотравления с помощью показателя, который называется фактором травления. На рис.

1 схематическипредставлено поперечное сечение проводников послетравления. Приведем формулу расчета фактора травления:ВРис. 1. Поперечное сечение проводников после травленияНа фактор травления влияют:• химические свойства раствора и режимы процесса;• конструкция оборудования.Рис.

2 и 3 иллюстрируют зависимость факторатравления от конструкции форсунок и типа осцилляции коллекторов с форсунками.При травлении распылением на конвейерной установке существует также значительное различиеаб2(F + G)Ф = —————,(D – d)где Ф — фактор травления, F — толщина фольги,G — толщина гальванической меди, D — размер проводника на диэлектрике, d — размер проводникана поверхности.вРис. 2.

Различные типы форсунок:а) Ф ~ 1,5; б) Ф ~ 2,0; в) Ф ~ 3,026www.finestreet.ruTEP#15(3):TvEP.qxd24.04.200710:18Page 27Печатные платыбаРис. 3. Различная осцилляция:а) Ф ~ 4,0; б) Ф ~ 2,0в условиях обработки между верхней и нижней сторонами панели, так как при прохождении через горизонтальную камеру травления продукты травления и сам травитель задерживаются на верхней стороне заготовки.На нижней стороне эта проблема отсутствует, поскольку раствор сразу же падает вниз поддействием силы тяжести, что способствуетболее равномерному воздействию свежего травителя.Плохое соотношение скоростей травлениядля участков с высокой и низкой плотностьюмонтажа или с разными зазорами между проводниками, а также между двумя сторонамипанели ведет к снижению качества процесса.Для того чтобы не отставать от новых требований, предъявляемых к травлению, оборудование струйного травления совершенствовалось в направлениях, позволяющих уменьшить разброс скоростей травления и повыситьобщую точность формирования прецизионного рисунка, оптимизировались конструкциии способ движения форсунок, давление распыления.

С этими усовершенствованиями удается получать рисунок с шириной линий и зазоров 75–50 мкм при приемлемом выходегодных.Однако качество выполнения процесса травления и достигаемые характеристики в значительной степени определяются также составом применяемых травителей и режимамитравления.Травление меди может осуществлятьсяв различных кислых и щелочных растворах.При выборе травителя необходимо в первуюочередь обратить внимание на совместимостьтравильного раствора с травильным резистом.Так, например, такие металлорезисты, каколово или олово–свинец, совместимы со щелочными травителями и кислым травителемна основе перекиси водорода (или персульфата) и серной кислоты.Щелочеснимаемые фоторезисты и краскисовместимы со всеми кислыми травителями.В настоящее время подавляющее число производителей печатных плат используют кислые и щелочные травители на основе хлорноймеди, поскольку они отвечают главным требованиям производителей ПП:• имеют высокую скорость травления;• обеспечивают хорошее качество;• не воздействуют на защитный рисунок;• поддаются регенерации, а значит, имеютдлительный срок службы.Ниже рассмотрены основные закономерности процессов травления на примере щелочного травильного раствора.Назначение процесса щелочного травления —обеспечить растворение участков меди, не покрытых металлорезистом (оловом, сплавомолово–свинец, серебром).Компоненты раствора и их назначение:• Cu 2+ — служит окислителем и реагируетс металлической медью, растворяя ее;• NH4OH — служит комплексообразователем,сохраняя растворимость стравленной меди;• NH4Cl — ускоряет процесс травления, увеличивает стабильность раствора.В процессе травления незащищенная медьс печатной платы с помощью окислителя переходит в ионное состояние и соединяетсяс гидроокисью и хлоридом аммония, образуяраствор медно-аммиачного комплекса, который после окисления воздухом обеспечиваетрастворение меди.Реакции, проходящие при травлении,в общем виде выглядят следующим образом:• окисление металлической медиCu + [Cu (NH3)4]2+ →2 [Cu (NH3)4]1+,• окисление медного комплекса воздухом4[Cu (NH3)4]1+ + 8 NH3 + O2 +2 H2O→ 4 [Cu (NH3)4]2+ + 4 OH.Рис.

4. Зависимость скорости травления от концентрации меди в раствореwww.finestreet.ru27Составы применяемых растворов варьируются, но оптимальным можно считать следующий состав:• медь в виде аммиачного комплекса (по металлу) — 80–100 г/л;• аммоний хлористый — 40–100 г/л;• аммиак водный или сжиженный — 5–20 г/л.В качестве компонента, стабилизирующегорН раствора, вводят углеаммонийные соли.Условия эксплуатации:• рабочая температура — 40–45 °С;• рН — 8,2–8,8 (при 45 °С);• плотность раствора — 1,13–1,17 г/см3.После травления обязательна промывка раствором аммиака или аммонийно-аммиачнаяпромывка для полного растворения и удаления продуктов травления с поверхности ПП.Скорость травления сильно зависит от концентрации меди в растворе и температуры.Как видно из рис.

4, при слишком маломи слишком большом содержании меди в растворе происходит резкое изменение скорости травления, что является показателем нестабильности процесса, неприемлемой дляэксплуатации. Рабочей является зона в области от 80 до 100 г/л меди по металлу.Значительно влияет на процесс травлениятемпература раствора (рис. 5). С повышением температуры скорость травления повышается, но ее ограничивает разложение аммиачного комплекса.Значение рН почти не влияет на скоростьтравления, но значительно влияет на растворяющую способность хлористого аммония,т. е. его способность связывать медь в комплекс.Особенностью процесса является то, что приего выполнении кроме вертикального травления меди (по глубине) неизбежно идет процесс горизонтального, т.

е. бокового травления, приводящего к искажению профиля проводника.Это явление называют боковым подтравливанием.На величину бокового подтравливания влияет ряд факторов: химические свойства раствора, конструкция оборудования, режимпроведения процесса.Выше говорилось, что рН щелочного меднохлоридного раствора не слишком сильновлияет на скорость травления, но он значи-Рис. 5. Зависимость скорости травления от температурыTEP#15(3):TvEP.qxd24.04.200710:18Page 28Технологии в электронной промышленности, № 3’2007Рис.