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陕西科技大学毕业设计论文
如何改善蚀刻阻抗
摘 要
PCB(线路板)作为一种原始的半导体产品，在而今的发展中不仅没有落后，而今展现出更大的活力，在目前全国近一千家企业中，大部分都分布在长三角和珠三角地区，当然这与整个物流环节有着很大的关系。整个PCB阻抗在PCB（线路板）的设计中有这重要的地位，随着现在信息技术产业的发展，对信号的准确性和可靠性有了更好的要求，
1绪论
1.1蚀刻阻抗的概述
随着电子信息产业的迅速发展,线路板行业涉及的领域越来越广.因而对信息的传输的频率和速度要求越来越高, 随之而来的也要求PCB能够在高频下运作,因此相应的要求PCB在制造过程中对其阻抗的严格控制.
此课题的引入是由之前的制板如:FP47612的介电层偏薄及铜厚过厚;FP45988的线宽超上限, FP81399线宽,FP81410线底超上限等等及现在的棘手制板FP63153线宽超上限及铜厚不均匀引起一系列阻抗不合格给公司带来的损失及客户对此问题的投诉.
对于如此多的阻抗问题:如何在生产中控制及改善?如何寻求有效的途径来解决此问题?如何更好的改变现状?

2阻抗的原理简介

2．1阻抗的定义
阻抗就是物质对于电子讯号的反射以及阻碍的一个物理常数.

2.2阻抗的分类
2.2.1层别分类
a）内层阻抗:外曾作为零件脚孔及接地面而内层作为讯号线
b）外层阻抗:上层为讯号线,相邻下层为接地曾
2.2.2影响阻抗的因素分类
a)互动阻抗
b)差动阻抗

3影响阻抗的因素
3.1.1因素分类
a)介电层的介电常数（ε）
b） 介电层厚度（H）
c)导线的宽度（W）
d)导电层（包括铜箔和镀金属层）的厚度（T）
e)差动阻抗线的线隙（S）
有关专家将这设定的四个因素的参数值（包括误差范围值）代入阻抗Z0关系的公式内(公式为：Z0=87 ε+1.41×ln[5.98H 0.8W+T])。所得到的各因素项目对Z0精度控制的影响的各自百分比例:介电层厚度为63%，导线宽度为25%，导线厚度为8%，介电常数为4% .
32绝缘层的介电常数(ε)
• 介电层常数与阻抗的关系
• 覆铜箔板的介电常数（ε）的数值低以及数值的分散性小（指同一类或同一块板中）都有利于提高PCB的阻抗精度。一般对CCL的ε高低的影响，来源于四个方面因素：
介电层常数（ε）与阻抗的关系

• 半固化片树脂含量
• 增强材料种类
• 填充材料的种类
介质常数(ε)与阻抗的关系为： ε值↓ &特性阻抗↑ ε值↑ &特性阻抗↓

• 树脂的种类

3.2.1介电层的厚度(H)

参考层
考层

介电层厚度（H）

层厚度（H）
层厚度（H）
厚度（H）
厚度（H）
介电层厚度（H）
电层厚度（H）

介电层的厚度（H）与阻抗的关系

介电层厚度(H)：
介电层厚度↑&特性阻抗↑
介电层厚度↓&特性阻抗↓

3.2.2阻抗线的线宽(W)

W
W1
注：W1—线底（完成线宽）；W—线顶.
阻抗线的线宽(W)与阻抗的关系

线宽(W):
线宽↑&特性阻抗↓
线宽↓&特性阻抗↑

3.2.3阻抗线的线厚(T)
T

阻抗线的线宽(W)与阻抗的关系

线厚(T) :
线厚↑&特性阻抗↓
线厚↓&特性阻抗↑

（备注：这里的T包括镀铜厚度

3.2.3阻抗线的线隙(S)
S

阻抗线的线隙(S)与阻抗的关系

线隙(s) :
线隙↑&特性阻抗↑
线隙↓&特性阻抗↓

（备注：这里的S只有差动阻抗才会有的)

4如何控制和改善

4.1介电常数的控制及改善
介电常数一般与半固化片树脂含量、增强材料种类、填充材料的种类、树脂的种类。随着树脂含量多寡而改变.一般含量愈多则介电常数愈低,愈少则介电常数愈高,故要选择合适的PP与其组合,达到事先控制值.但是介电常数就现有条件来说就是以原料常数来计算. 所以现难以改变.

4.2介电层厚度的控制及改善
介电层厚度一般就是降低压合机及压合条件造成介电层厚度之变异或用高树脂含量树脂来掌控介电层厚度的变异.高树脂含量的又会造成线路板的厚度及重量的增加.对于讯号的传输也是不利的.所以我司现有条件内层主要是控制压板时造成的板边与单元内的介电层的不均匀以及整体的不均匀而给后工序带来的影响.
高树脂含量的又会造成线路板的厚度及重量的增加.对于讯号的传输也是不利的.所以我司现有条件内层主要是控制压板时造成的板边与单元内的介电层的不均匀以及整体的不均匀而给后工序带来的影响.

4.3线路的宽度控制及改善
• 线路的菲林补偿,补偿蚀刻所造成的侧蚀,获的理想的线宽
• 蚀刻段的蚀刻能力,即如何控制蚀刻蚀铜速率及蚀刻因子
1)菲林的补偿是PE根据我们II期的实际生产能力制定的.
2)就是蚀刻段的蚀刻能力,现我司外层蚀刻都是使用的碱性蚀刻 ,而碱性蚀刻是一个较为精细和覆杂的化学反应过程, 却又是一项易于进行的工作。 只要工艺上达至调通﹐就可以进行连续性的生产, 但关键是开机以后就必需保持连续的工作状态﹐不适宜断断续续地生产。 蚀刻工艺对设备状态的依赖性极大, 故必需时刻使设备保持在良好的状态 .
蚀刻原理是:蚀刻过程中，CU2+有氧化性，将板面铜氧化成CU+：
Cu + CuCl2→ 2CuCl
生成的CuCl不溶于水，在过量的氯离子存在下，生成可溶性的络离子：2CuCl＋4Cl-→2[CuCl3]2-
A.比重的控制
随着蚀刻反应的进行， CU+越来越多，蚀铜能力下降，需对蚀刻液再生，使CU+变成CU2+ .蚀刻工作槽中CU2+浓度的控制是通过自动加药系统来控制的。其原理是利用蚀刻液比重与铜离子浓度的线性关系，当蚀刻液不断将PCB上的金属铜溶解之后，其比重亦不断随之升高 。自动加药装置中有一个浮标式比重计和一个比重计位置感应器；当蚀刻液比重升高时，比重计亦随之浮升；在比重计上端贴有一小段铝箔纸，当铝箔纸触到感应器时，自动加药系统便会给加药泵发出加药信号，将新鲜的蚀刻液泵上来加入蚀刻槽中。加入新鲜药水后，蚀刻槽液位升高废液溢流，铜离子浓度降低，比重下降，比重计位置随之下降，当铝箔纸脱离感应器时停止加药。此时加入新鲜药水后，蚀刻槽液位升高，废液溢流，铜离子浓度降低，比重下降 ,蚀刻能力增强.
因此，当更换了比重计或者改变了铝箔纸的粘贴位置，或者感应器的固定位置发生了变化时，都会影响蚀刻工作液铜离子浓度的控制，需要重新调校铝箔纸的粘贴位置或感应器的固定位置，使铜离子浓度控制在最佳范围。一但将比重计感应器位置调到了与最佳铜浓度值对应的位置，就应当将感应器锁死在这个位置，没有特殊情况不要随意乱调。
所以比重的控制范围比较狭窄一般是1.17-1.19。
B.PH的影响及控制
PH值过低，对金属抗蚀层不利；且溶液中的铜不能完全被络合成铜氨络离子，溶液要出现沉淀，并在槽底形成泥状沉淀。这些沉淀能结在加热器上形成硬皮，可能损坏加热器，还会堵塞泵或喷嘴，对蚀刻造成困难。
PH值过高，溶液中氨过饱和，游离到空气中污染环境；且使侧蚀增大。
PH控制是由氨水自动添加控制系统进行。系统会根据PH探头测定的蚀刻工作液的PH值控制氨水的添加，以调节PH值达到要求范围。蚀刻液的PH值较高时﹐侧蚀会增大。 为了减少侧蚀﹐PH值一般应控制在8.5以下.
定时对PH计进行校正,使其偏差范围缩小。
C.Cl-的影响及控制
Cu(NH3)2Cl的再生需要过量的NH3和NH4Cl存在。若氯化氨过低， Cu(NH3)2Cl得不到再生，蚀刻速率会降低。
氯化氨过高，引起抗蚀层被浸蚀。
氯离子在整个蚀刻过程中没有因化学反应而消耗，但会被添加的氨水所稀释，并随PCB板面带走的药液而损失掉。为维持氯离子浓度，须根据实验室提供的氯离子浓度化验结果及加药量向工作液中添加氯化铵，添加量约8kg/kft2。
D.温度的影响及控制
蚀刻温度过低，蚀刻速度会降低，则会增大侧蚀量，影响蚀刻质量。
蚀刻温度高，蚀刻速度明显增大，但氨气的挥发量也增大，既污染环境，有增加成本。
温度控制为45-55℃
E.定期对蚀刻段的保养
洗缸及对喷咀的清洗等等,按WI进行规范操作
F.蚀刻的均匀性
定期做蚀刻均匀性,调整上下压力,使蚀刻对板的上下蚀刻能力基本一样
板的上下两面以及板面各个部位蚀刻均匀性有由板表面受到蚀刻液流量的均匀性决定的。由于水池效应的影响，板下面蚀刻速率高于上面，可根据实际生产情况调整不同位置喷液压力达到目的。生产操作中，需定期对设备进行检测和调校。
板边缘比板中间蚀刻速率快，也可通过调整压力解决此问题，另外使喷淋系统摆动也是有效的。
G.蚀刻的蚀刻因子
蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用，侧蚀是不可避免的。侧蚀宽度与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子。

Etching Factor(蚀刻因子)＝D/C
测试蚀刻因子应该≤2,如果超出范围,应该检查以下几项:
a.蚀刻速率
b.蚀刻液的PH值
c.蚀刻液的密度

4.4.线路厚度的控制及改善
1.底铜的厚度,当底铜越厚,则蚀刻侧蚀越大,不过我司现在制程都在1/3OZ到1/2OZ之间,影响不大
2.PTH镀铜的厚度,当铜厚超过0.7mil时对蚀刻的侧蚀影响比较大,从而增加线底的宽度,导致阻抗不合格.因此也要加强流程控制.
3.PTP镀铜的厚度,主要是流程的控制,是否有合格的FA.镀铜厚度是否均匀,当偏厚或偏薄,都会给阻抗带来影响.

5 结论

总上所述，阻抗的问题，不仅仅是蚀刻的控制，而且前工序的制板品质也是不可忽略的。此报告可以为阻抗的控制及改善带来一定的帮助，从上面的几点来控制的话，我相信阻抗的问题能够降到最低。希望在实际操作中加以控制和运用。

致 谢

参考文献