高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置及蝕刻方法與流程

本發明涉及PCB基板封裝技術領域，特別是一種高密度基板種子層的蝕刻裝置及蝕刻方法。

背景技術：

在印制板制造工藝中，有加成法、半加成法和部分加成法三種工藝。其中，傳統的半加成法是采用超薄銅箔或化學鍍銅層作為種子層進行圖形電鍍形成線路，線路電鍍完成后，剝去圖形干膜，通過快速蝕刻藥水將干膜下面的種子層銅蝕刻掉，再通過一次超粗化腐蝕處理，將銅線路進行表面處理形成具有一定粗糙度的線路表面，再進行外層半固化片的壓合處理。此過程需要兩次蝕刻，流程較長，工藝較為復雜。

技術實現要素：

本發明需要解決的技術問題是提供一種高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置及蝕刻方法，以縮短工藝流程，降低工藝成本，提高加工效率。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。

高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，包括用于對待加工件進行水洗的快排清洗槽、用于對待加工件進行腐蝕和粗化處理的陽極氧化腐蝕槽、用于對表面未蝕刻干凈的待加工件進行蝕刻的微蝕槽以及用于對待加工件進行烘干的烘干槽；所述待加工件包括高密度基板，基板上附著有金屬種子層，金屬種子層上設置有圖形電鍍線路；經半加成處理的待加工件以垂直掛板方式通過金屬掛架按照工藝流程依次懸掛在上述各槽中完成快速蝕刻。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，所述金屬掛架包括包括橫梁和垂直設置在橫梁兩端的兩根支架，所述待加工件固定在金屬掛架上，待加工件的金屬種子層與金屬掛架的支架相接。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，所述快排清洗槽包括清洗槽和設置在清洗槽下方的廢水箱，清洗槽底端和廢水箱進水口之間通過快排閥實現連通與分離；所述清洗槽的中上部內壁上設置有向懸掛在清洗槽中的待加工件噴灑高純水的高純水噴淋口。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，所述清洗槽底部的內壁上設置有用于向清洗槽內的高純水噴射氣體以攪拌高純水的氮氣鼓包管，氮氣鼓包管與設置在清洗槽外的氮氣源連通。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，所述陽極氧化腐蝕槽包括填充有電解液的腐蝕槽，腐蝕槽中懸掛有與待加工件相對的陰極板，腐蝕槽外設置有為待加工件和陰極板提供電源的電池。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，所述微蝕槽包括盛裝有微蝕藥水的微蝕槽體，浸沒微蝕藥水的微蝕槽體內壁上設置有向待加工件噴射微蝕藥水的循環噴射口；所述微蝕槽體的底部設置有用于向微蝕槽內的微蝕藥水噴射氣體以攪拌微蝕藥水的氮氣鼓包管。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，所述烘干槽包括烘干槽體，位于待加工件上方的烘干槽體內壁上設置有朝向待加工件的上噴口，環待加工件的烘干槽體內壁上設置有若干噴口向下傾斜的水平噴口；所述烘干槽體的底部成漏斗狀，漏斗狀烘干槽體底部設置有出水口。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻裝置，所述烘干槽體內設置有勻流板，位于勻流板與漏斗狀底部的烘干槽體側壁上設置有通向外界的排風管，排風管的進風口朝向出水口設置。

一種高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻方法，具體包括以下步驟：

A.將待加工件垂直懸掛在快排清洗槽中，水洗2-3次，去除基板表面的殘留顆粒；

B.將水洗后的待加工件垂直懸掛在陽極氧化腐蝕槽中，并使待加工件沒入電解液中；采用導線將待加工件的金屬掛架與電池正極連接，將電池的負極與陰極板連接；進行整體陽極氧化快速腐蝕掉電鍍種子層金屬，同時將電鍍線路表面進行粗糙化處理；

C.將腐蝕后的待加工件垂直懸掛在快排清洗槽中，水洗至少5次；

D. 將水洗后的待加工件垂直懸掛在微蝕槽中，并使待加工件沒入微蝕藥水中，將未腐蝕掉的銅牙中的銅殘留顆粒腐蝕掉；

E. 將微蝕后的待加工件垂直懸掛在快排清洗槽中，水洗至少5次；

F. 將水洗后的待加工件垂直懸掛在烘干槽中，向烘干槽中充入加溫度到60℃的氮氣，上噴口和水平噴口全部打開，吹干3-5分鐘。

上述高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻方法，步驟B中的電解液采用2%-10%重量比的硫酸，電解電流為0.1A/cm²-0.6A/dm²。

由于采用了以上技術方案，本發明所取得技術進步如下。

本發明通過一次電化學腐蝕將半加成技術中使用的種子層超薄銅箔或化學鍍銅層腐蝕掉，并將銅線路表面進行粗化腐蝕形成具有一定粗糙度的銅線路，以便后續半固化片的壓合，將種子層蝕刻和表面粗化一次完成，縮短了工藝流程以及加工時間，降低了工藝成本，提高了加工效率。

附圖說明

圖1為本發明所述快速蝕刻裝置的結構示意圖；

圖2為本發明所述快速蝕刻裝置中金屬掛架的結構示意圖；

圖3為本發明所述快速蝕刻裝置中快排清洗槽的結構示意圖；

圖4為本發明所述快速蝕刻裝置中陽極氧化腐蝕槽的結構示意圖；

圖5為本發明所述快速蝕刻裝置中微蝕槽的結構示意圖；

圖6為本發明所述快速蝕刻裝置中烘干槽的結構示意圖；

圖7為本發明所述基板進行圖形電鍍后的結構示意圖；

圖8為本發明所述基板在陽極氧化腐蝕槽中電連接示意圖；

圖9為本發明蝕刻完成后的基板線路示意圖。

其中：1.快排清洗槽，11.清洗槽，12.廢水箱，13.快排閥，14.高純水，15.氮氣鼓包管，16.高純水噴淋口，17.排水口，2.陽極氧化腐蝕槽，21.腐蝕槽，22.電解液，23.陰極板，24.電池，3.微蝕槽，31.微蝕槽體，32.微蝕藥水，33.循環噴射口，4.烘干槽，41.烘干槽體，42.勻流板，43.上噴口，44.水平噴口，45.排水口，46.排風管，5.金屬掛架，51.橫梁，52.支架，6.待加工件，61.基板，62.金屬種子層，63.圖形電鍍線路。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施例對本發明進行進一步詳細說明。

本發明中所提及的待加工件6是指附著有金屬種子層和圖形線路的高密度基板61，其中金屬種子層62附著在基板61上表面，圖形電鍍線路63設置在金屬種子層62上。本發明中的金屬種子層可以是化學鍍銅層，通常為1um厚度左右；也可以是超薄銅箔1-3um；種子層的厚度遠小于線路電鍍銅的厚度，一般10-15倍的差異，在電化學腐蝕中，種子層通過電化學陽極氧化過程，將銅陽極氧化溶解腐蝕蝕掉，線路仍能保留，形成線路布線。

待加工件6依次經過快排清洗槽、陽極氧化腐蝕槽、快排清洗槽水洗5次以上、微蝕槽微蝕、水洗槽水洗5次以上、烘干槽熱氮氣烘干來完成快速蝕刻。

本發明中使用的快速蝕刻裝置，其結構如圖1所示，包括快排清洗槽1、陽極氧化腐蝕槽2、微蝕槽3以及烘干槽4，待加工件采用垂直掛板方式，通過金屬掛架5按照工藝流程依次懸掛在上述各槽中完成快速蝕刻。

金屬掛架5的結構如圖2所示，包括包括橫梁51和垂直設置在橫梁兩端的兩根支架52，待加工件固定在金屬掛架的兩根支架52之間，待加工件的金屬種子層與金屬掛架的支架相接，以便在后續工藝中通過給金屬掛架通電來實現對金屬種子層的電連接。

快排清洗槽1用于對待加工件6進行水洗，具有淋洗和浸泡水洗功能。其結構如圖3所示，包括清洗槽11和設置在清洗槽下方的廢水箱12，清洗槽11底端和廢水箱12進水口之間通過快排閥13實現連通與分離。清洗槽11的中上部內壁上設置有高純水噴淋口16，用于向懸掛在清洗槽中的待加工件噴灑高純水，實現沖洗。清洗槽11底部的內壁上設置有氮氣鼓包管15，氮氣鼓包管15與設置在清洗槽外的氮氣源連通，氮氣鼓包管15的管壁上設置有多個銷孔，用于向清洗槽內的高純水噴射氮氣，以攪拌高純水，提高清洗效果。快排閥13為可以迅速開啟與關閉的大尺寸閥門，可以在清洗完成后快速打開，以便將沖洗用掉的高純水迅速排向廢水箱。廢水箱12底部設置有排水口17，用于排放使用過的廢水，沖洗高純水全部一次性使用，不做循環沖洗。

陽極氧化腐蝕槽2用于對待加工件進行腐蝕和粗化處理。其結構如圖4所示，包括填充有電解液的腐蝕槽21，腐蝕槽21中懸掛有與待加工件相對的陰極板23，腐蝕槽21外設置有為待加工件6和陰極板23提供電源的電池24。腐蝕槽中的電解液并不具有對于銅的化學腐蝕性，將金屬掛架連接電池正極，腐蝕槽的陰極板連接電池負極，便可使整體陽極氧化快速腐蝕掉電鍍種子層金屬，同時將電鍍線路表面進行粗糙化處理。

腐蝕槽21的內壁上也設置有氮氣鼓包管15，用于向腐蝕槽內的電解液噴射氮氣，實現電解液的攪拌和噴流，提高腐蝕的均勻性和對毛牙內的銅顆粒的腐蝕均勻性。

由于基板表面的銅層與基板結合需要表面具有一定的粗糙度，基板銅線路才能與基板形成良好結合，粗糙度一般在Ra=0.2微米，Rz=2-4微米的范圍；這樣具有一定粗糙度的表面沉積的銅層，無論是化學鍍銅還是壓合的電鍍種子層才能形成有一定結合力的線路。然而，電鍍銅線路的銅晶粒比較粗大，在普通的蝕刻藥水中蝕刻速率較慢，在電化學腐蝕中境界邊緣的分子能量比較高，在電化學腐蝕過程中，會以較快的陽極氧化腐蝕速率腐蝕掉，形成晶粒的突起，形成銅線路表面較為粗糙，滿足壓合前處理的需要。

在本發明中，通過陽極氧化腐蝕槽對待加工件進行腐蝕和粗化處理，電化學腐蝕過程中，即將種子層快速通過陽極氧化溶解掉，也將電鍍銅線路表面進行粗化腐蝕形成適合于壓合的粗糙表面，提高銅線路與外層絕緣材料的結合力。

陽極氧化將表面連續的化學鍍銅或超薄銅層去除后，粗糙基板表面的凹陷區域間銅牙將不再連續，而不連續的銅牙無法通過陽極氧化去除。因此，需要在陽極氧化腐蝕掉連續面銅后，對粗糙表面的銅牙進行氧化蝕刻，通過微蝕槽將銅牙快速蝕刻掉。

微蝕槽3用于對陽極氧化蝕刻后表面未蝕刻干凈的待加工件上的殘留銅牙進行蝕刻。微蝕槽的結構如圖5所示，包括盛裝有微蝕藥水的微蝕槽體31，浸沒微蝕藥水的微蝕槽體31內壁上設置有循環噴射口33，用于向待加工件噴射微蝕藥水。本發明中，多個循環噴射口排布在待加工件對應的兩面微蝕槽體31內壁上，將微蝕藥水以一定的壓力噴向待加工件，提高腐蝕效率和均勻性；微蝕藥水經過循環噴射口以一定壓力噴出，有效提高微蝕藥水對粗糙基板表面殘留在凹坑中的銅顆粒進行腐蝕，腐蝕產物在微蝕藥液的沖擊下很容易離開，新的微蝕藥液在銅顆粒表面進行不間斷的交換，提高腐蝕速率和均勻性。

微蝕槽體31的底部設置有氮氣鼓包管15，用于向微蝕槽內的微蝕藥水噴射氮氣，以攪拌微蝕藥水。

烘干槽4用于對待加工件進行烘干。其結構如圖6所示，包括烘干槽體41，向烘干槽內噴射的氣體為高溫氮氣，烘干槽采用PP材質或金屬不銹鋼制造。位于待加工件上方的烘干槽體41內壁上設置有朝向待加工件的上噴口43，上噴口位置在上側，直線排列多個，保證能夠吹到基板最上面的位置。環待加工件的烘干槽體41內壁上設置有水平噴口44，水平噴口具有矩陣排列多個，噴口一律向下傾斜，覆蓋整個基板范圍。上噴口與水平噴口有一定距離，保證基板上放掛架上的水能夠被上噴口吹到。

烘干槽體41的底部成漏斗狀，漏斗狀烘干槽體41底部設置有出水口45。烘干槽體41內設置有勻流板42，勻流板上分布有密排的通孔，主要用于吹干用氮氣向下流動的通道和基板表面吹下來的水從勻流板流過，流入到出水口，經出水口排出。位于勻流板與漏斗狀底部的烘干槽體41側壁上設置有通向外界的排風管46，將使用過的氮氣通過排風管道排出，進過勻流板的勻流作用，使氮氣能夠盡可能垂直于勻流板均勻排出，使基板上承受的氮氣均勻一致。本發明中，排風管46的進風口朝向出水口設置，即排風管進入烘干槽后有一個彎曲向下的開口，保證勻流板上下來的水不會進入排風管道。

烘干槽作業時，氮氣通過上噴口將基板上部的清洗溶液向下吹，再通過水平噴口，將清洗溶液向下趕，所有的水平噴口均向下傾斜，將清洗后的基板表面的清洗溶液快速向下趕，直到清洗溶液通過基板表面留向勻流板，通過勻流板上的孔留到出水口，經過出水口排出；基板表面殘留的水膜在氮氣的強力吹拂下，迅速氣化，從而將基板表面快速吹干。

一種高密度基板半加成工藝種子層快速蝕刻方法，具體包括以下步驟。

A.將待加工件垂直懸掛在快排清洗槽中，水洗2-3次，去除基板表面的殘留顆粒。

具體水洗過程為：打開快排閥，淋洗3秒至1分鐘，關閉快排閥噴淋注水，至水面超過待加工件上邊沿2厘米，關閉噴淋，開氮氣鼓泡30秒；快排閥開啟，同時打開噴淋，并關閉氮氣鼓泡，完成一次水洗。整個清洗過程中，待加工件不是在純水中浸泡，就是在噴淋中淋洗。

B.將水洗后的待加工件垂直懸掛在陽極氧化腐蝕槽中，并使待加工件沒入電解液中；采用導線將待加工件的金屬掛架與電池正極連接，將電池的負極與陰極板連接；進行整體陽極氧化快速腐蝕掉電鍍種子層金屬，同時將電鍍線路表面進行粗糙化處理。

本步驟中，電解液采用2%-10%重量比的硫酸，電解電流控制為0.1A/cm²-0.6A/dm²，直到金屬種子層蝕刻干凈即可。

C.將腐蝕后的待加工件垂直懸掛在快排清洗槽中，水洗至少5次。水洗過程如步驟A。

D.將水洗后的待加工件垂直懸掛在微蝕槽中，并使待加工件沒入微蝕藥水中，將未腐蝕掉的銅牙中的銅殘留顆粒腐蝕掉。

E.將微蝕后的待加工件垂直懸掛在快排清洗槽中，水洗至少5次。水洗過程如步驟A。

F.將水洗后的待加工件垂直懸掛在烘干槽中，向烘干槽中充入加溫度到60℃的氮氣，上噴口和水平噴口全部打開，吹干3-5分鐘。

本發明工藝流程短，將種子層快速蝕刻和線路表面粗化一步通過陽極氧化作用一步完成，僅使用電鍍槽完成閃蝕和壓合前處理，不僅縮短了加工時間，提高了加工效率，而且只使用一種設備和一種藥水，降低了設備和材料成本。