Травление меди (1074342), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При этом распылитель направляется к плате под изменяющимся углом по дуге на 90°. Такой тип распыления ухудшает боковое подтравливание.Второй тип — горизонтальное возвратнопоступательное движение всей системы форсунок. Этот тип наиболее предпочитаем, таккак также обеспечивает постоянное направление распыления, наиболее близкое к 90°по отношению к плоскости плат. При использовании такой осцилляции форсунокдостигается наименьшая величина боковогоподтравливания.Итак, на качество травления влияют многие факторы, комплексное сочетание которых позволяет существенно повысить эффективность процесса.
Этого можно достигнуть подбором оптимальных параметровтемпературы, скорости конвейера, типа осцилляции форсунок, давления распыления,а также плотности расположения и типа самих форсунок. Но также одним из наиболееважных факторов, влияющих на боковоеподтравливание, является обеспечение низкой концентрации свободной соляной кислоты или ее отсутствие в зоне травления.Автоматические системы контролятравильных растворов.Реагенты и методы контроляДля поддержания работоспособности раствора травления (регенерации CuCl в CuCl2),установки травления обычно снабжены автоматическими системами контроля. Чтобылучше разобраться в предлагаемом вариантерешения проблемы, следует сначала поговорить о типах химических реагентов для регенерации и различных методах контроля, используемых в этих системах.Для регенерации CuCl в CuCl2 обычно используются следующие вещества:• газообразный хлор;• перекись водорода;• хлорат натрия.Со всеми тремя используется соляная кислота.Использование газообразного хлора становится все более и более ограниченным.Этому есть много причин.
При поверхностном рассуждении газообразный хлор кажет-ся наилучшим вариантом, так как имеет наименьшую стоимость, однако на практике онанаиболее высока по причине чрезвычайновысокой стоимости первоначального запускаи требуемого обслуживания. Также существует опасность выбросов хлора.Перекись водорода применяется для смешивания ее с присутствующей в растворетравления соляной кислотой с целью выделения хлора, необходимого для регенерации.Проблемы, связанные с перекисью водорода,основаны на свойственном ей недостаткестабильности. Перекись водорода очень огнеопасна, и при обращении с ней требуетсяпринимать меры предосторожности, чтобыизбежать возгорания.
Недостаток стабильности перекиси водорода также становится очевиден в ходе регенерации травильного раствора. При добавлении перекиси водородав раствор она очень быстро реагирует с имеющейся в растворе свободной соляной кислотой и приводит к внезапному выбросу газообразного хлора. Это можно заметитьпо характерному запаху от установки травления, резкому увеличению значения окислительно-восстановительного потенциалаи по увеличению скорости и снижению качества травления, что делает травильный раствор очень нестабильным.Хлорат натрия также применяется для смешивания с присутствующей соляной кислотой с целью выделения хлора, необходимогодля регенерации. В отличие от перекиси водорода, раствор хлората натрия, используемый в производстве печатных плат, в жидкой фазе негорюч, что делает обращениес ним значительно безопаснее.
При добавлении хлората натрия в травильный растворвыделение кислорода происходит медленнее,чем при использовании перекиси водорода,что приводит к более медленному повышению количества хлора в установке травления. Благодаря этому могут быть даже устранены колебания скорости и качества травления, наблюдаемые при использованииперекиси водорода.
Все это дает в результатеболее стабильный травильный раствор.Рассмотрим методы контроля, используемыев автоматических системах контроля травильных растворов на основе хлорида меди (II):1. ОВП/нормальность/плотность;2. светопроницаемость.В первом методе используются: датчикокислительно-восстановительного потенциала (ОВП), контролирующий подачу окислителя, датчик токопроводности (для определениякислотной нормальности), контролирующийподачу соляной кислоты и добавление водыдля поддержания плотности раствора. Большим недостатком данного типа контроля является требование наличия избыточного содержания свободной кислоты (от 3% по объему в одних системах и до 30–40% в других)в травильном растворе для корректной работыдатчика токопроводности. Данные об окислительно-восстановительном потенциале снимаются в диапазоне от 520 до 1000 мВ (максимальное значение для данного зонда).520 мВ — это критическая точка, при которой40травильный раствор может регенерироваться.Меньшее напряжение не позволяет регенерации продолжаться, а при напряжении >520 мВтравильный раствор полностью регенерируется, пока значение ОВП не упадет до значенияниже 520 мВ.
Из-за этого возникает множество проблем.Во-первых, из-за большого количествасвободной соляной кислоты в растворе необходимо быть очень осторожным при добавлении окислителя. Избыток окислителяи выделившегося газообразного хлора,не расходуемого в ходе регенерации CuClв CuCl2, приводит к его выделению в атмосферу. Формируются чрезвычайно небезопасные для здоровья условия, а газообразный хлор воздействует как на заготовки,ухудшая их качество, так и на материал самой установки травления.Во-вторых, во избежание проблем требуется осуществлять очень строгий мониторингсамой системы контроля. На многих производствах с данным типом контроля случались частые случаи выбросов хлора вследствие избытка кислоты, средняя концентрациякоторой обычно составляет 35–105 г/л.Данный тип контроля может использоваться с газообразным хлором, перекисью водорода или хлоратом натрия. При работе с хлоромвсегда существует опасность выброса в рабочем помещении.
Хлор также часто выделяется, если в качестве окислителя используетсяперекись водорода, в силу ее летучести.При использовании хлората натрия объемвыделяющегося хлора при избыточном окислении может быть еще большим, так как хлорат натрия выделяет кислород медленнее, чемперекись водорода. Поэтому в тот момент,когда вы чувствуете запах хлора, объем добавленного хлората натрия уже является избыточным. Все эти выбросы хлора происходятпо причине избытка соляной кислоты.Второй метод контроля основан на свойстверастворов — светопроницаемости. Использование оптического метода, не требующегоповышенного содержания кислоты, делаетвозможной работу с травильным раствором,практически лишенным избыточных реагентов.
Поэтому обеспечивается наилучшая стабильность. При почти полном отсутствиисвободной кислоты (≤0,04N) окислитель может подаваться в раствор очень быстро и безопасно, поскольку для его реакции с несвязанной кислотой содержание последней недостаточно. С другой стороны, кислота такжеможет подаваться в раствор очень быстро,так как концентрация окислителя для осуществления реакции также будет недостаточной(2–5 г/л).На чем основан данный метод?Предположим, что установка травления неснабжена системой контроля и регенерациихлорида меди. Через некоторое время посленачала работы мы замечаем, что раствортравления становится более темным и мутным, и обращаем внимание, что скоростьтравления замедляется. Не имея системыконтроля, мы понимаем, что раствор нуждается в добавлении кислоты или окислителя,www.finestreet.ruTehnol_v_EP_1(1)_web.qxd3/18/200512:02 PMPage 41Печатные платылибо сразу обоих.
Сначала производится забор пробы травильного раствора, в которыйдобавляется кислота. Если произошло цветовое изменение, и чистый зеленый цвет вернулся, добавляем кислоту непосредственнов рабочий раствор. Если же никакого изменения цвета не произошло, проба возвращаетсяв установку травления и производится заборсвежей пробы. Прибавляется окислитель,и снова наблюдаем, произойдет ли восстановление прозрачного зеленого цвета. Еслиэто правильно (изменение цвета снова произошло), проба возвращается в установкутравления, и окислитель вводится в рабочийраствор.
Если никакого цветового измененияв пробе не происходит, тогда добавляетсякислота. Цвет раствора должен восстановитсядо чисто-зеленого. Проба возвращается в установку травления, кислота и окислитель(при необходимости) добавляются поочередно, чем предотвращается внезапное выделение газообразного хлора.Несмотря на то, что этот метод показывает, какой химикат является необходимым,его применение вручную не очень практично, так параметры сильно изменяются междуциклами регенерации. Что касается добавления кислоты первой, практика показала, чтопри добавлении окислителя происходит некоторое посветление раствора в силу простого разбавления по объему, тогда как при добавлении кислоты нежелательного изменения цвета не происходит.Для осуществления автоматического контроля процесса травления компанией OxfordV.U.E.
(США) разработан автоматическийконтроллер Vis-U-Etch, являющийся единственной системой контроля процесса травления на основе светопроницаемости. Травильный раствор контролируется непрерывно с помощью специального фотоэлементана входе, реагирующего на любое потемнение раствора (см. рис. 4). По мере того кактравильный раствор начинает темнеть (становиться непрозрачным), сразу начинаетсяцикл регенерации.Система Vis-U-Etch добавляет сначалакислоту и контролирует результат посредством фотоэлемента на выходе. Если изменения цвета не происходит в течение 7 секунд,Vis-U-Etch переключается на подачу окислителя и снова контролирует изменение цветапосредством фотоэлемента.
Если цвет сноване изменяется в пределах 7 секунд, сновапроисходит переключение на кислоту. Еслипри добавлении какого-либо из реактивовпроисходит изменение цвета, семисекундный цикл приостанавливается, и данный ре-Рис. 4. Фотоэлемент,используемый в системе VisUEtch 5www.finestreet.ruа) VisUEtch 5г) контроллер «ОВП/нормальность»Окислитель — хлорат натрияж) контроллер «ОВП/нормальность»Окислитель — перекись водородаб) VisUEtch 5д) контроллер «ОВП/нормальность»Окислитель — хлорат натрияз) контроллер «ОВП/нормальность»Окислитель — перекись водородав) VisUEtch 5е) контроллер «ОВП/нормальность» и) контроллер «ОВП/нормальность»Окислитель — хлорат натрияОкислитель — перекись водородаРис. 5.
Фотографии проводников в разрезе, полученных при травлении с использованием системы контроляVisUEtch 5 при нулевой нормальности и системами типа «ОВП/нормальность» при более высоком содержаниисвободной HClактив непрерывно поступает в емкость с травильным раствором до завершения регенерации (фотоэлемент на входе фиксируетпрозрачный цвет) либо до прекращения изменения цвета (фотоэлемент на выходе фиксирует темный цвет), тогда вновь осуществляется пробное внесение другого реактива.Так как травильный раствор контролируетсянепрерывно, изменение цвета раствора в ходе работы почти незаметно, и это говоритоб эффективности данной системы.Рассмотрим, что же происходит с химической точки зрения. При простом рассмотрении компоненты в травильном растворе могут существовать в нескольких формах:• Хлорид меди (II) — обеспечивает прозрачный зеленый цвет раствора и осуществляет травление.• Гидроксид меди (II) — дает мутно-зеленый цвет раствору и требует соляной кислоты для перехода в хлорид меди (II).• Хлорид меди (I) — дает темно-зеленыйцвет и требует добавления окислителя,чтобы перейти в двухвалентную форму.• Комбинация перечисленных выше.
Комбинация гидрооксида меди (II) и хлоридамеди (I) делает травильный раствор мутным и темно-зеленым и требует кислотыдля перехода гидрооксида меди в хлоридмеди (II) (частично осветляющий пробураствора), и окислителя для перехода хлорида меди(I) в хлорид меди (II) (частичноеосветление пробы).41Для передачи света неважно, стал ли раствор мутным от гидроксидов или темнымот хлорида меди (I) — свет не пройдет ни через тот, ни через другой. Но он пройдет черезпрозрачный регенерированный хлорид меди(II).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
