使用3oz及以上厚銅箔的PCB,蝕刻后線路寬度嚴(yán)重偏離設(shè)計值,細(xì)線路斷開,寬線路則有余銅?
在工控大電流模塊或醫(yī)療激光驅(qū)動板上,線路精度偏差直接影響載流能力和阻抗控制,如何解決?
解決方案:理解厚銅蝕刻特性,實施精準(zhǔn)的工程設(shè)計補(bǔ)償
厚銅板(通常指外層銅厚≥3oz,即105μm以上)的蝕刻是一個獨特的挑戰(zhàn)。由于需要移除的銅層很厚,蝕刻時間更長,側(cè)蝕現(xiàn)象(Undercut)會異常顯著。如果不進(jìn)行預(yù)先的圖形補(bǔ)償,最終的線路寬度將無法達(dá)到設(shè)計目標(biāo),導(dǎo)致電氣性能失控。
1. 厚銅蝕刻的特殊性與偏差成因
顯著的側(cè)蝕效應(yīng):蝕刻藥液在垂直向下腐蝕的同時,也會向線路側(cè)壁橫向侵蝕。銅層越厚,蝕刻時間越長,側(cè)蝕量就越大。這將導(dǎo)致實際線寬 = 設(shè)計線寬 - 2倍側(cè)蝕量。對于細(xì)線路,可能直接被蝕斷;對于需要保留的銅面(如大銅皮),其邊緣會內(nèi)縮,可能影響散熱或載流。
“過蝕刻”需求:為確保線條之間殘留的薄銅被徹底清除(避免短路),通常會進(jìn)行一定程度的“過蝕刻”,這進(jìn)一步加大了側(cè)蝕。
鍍層增厚影響:如果厚銅線路是通過圖形電鍍加厚的,電鍍層的均勻性(鍍層分布)也會影響最終蝕刻后的輪廓。
2. 蝕刻補(bǔ)償(ETCH Compensation)優(yōu)化方法論
建立側(cè)蝕量數(shù)據(jù)庫:這是補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)。通過制作蝕刻測試條(包含不同設(shè)計寬度的線條),在固定的生產(chǎn)工藝(特定的蝕刻液、溫度、速度等)下進(jìn)行蝕刻,然后通過顯微鏡測量實際線寬,計算出該工藝條件下的平均側(cè)蝕量。
實施工程設(shè)計補(bǔ)償:
對于需要保留的線路:在CAM處理時,將線路的圖形進(jìn)行加寬處理。例如,如果側(cè)蝕量為0.05mm,那么為了得到0.2mm的最終線寬,設(shè)計圖形應(yīng)調(diào)整為0.3mm。
對于需要蝕刻掉的間隙(線距):將間隙的圖形進(jìn)行縮小處理,以補(bǔ)償因側(cè)蝕導(dǎo)致間隙的擴(kuò)大,防止線路變細(xì)。
補(bǔ)償?shù)姆蔷€性:需要注意的是,側(cè)蝕量并非絕對恒定,可能與線寬、銅厚、圖形密度有關(guān)。高端CAM軟件可以進(jìn)行更復(fù)雜的基于模型的補(bǔ)償。
優(yōu)化蝕刻工藝本身:
選擇對厚銅蝕刻能力更強(qiáng)、側(cè)蝕更小的蝕刻藥液體系(如堿性蝕刻液在某些厚銅應(yīng)用上表現(xiàn)更佳)。
優(yōu)化蝕刻設(shè)備的噴淋壓力、角度和擺動,使藥液交換更充分,減少因藥液能力局部耗盡造成的蝕刻不均。
3. 大電流與高功率應(yīng)用的嚴(yán)苛性
在工控伺服驅(qū)動或醫(yī)療X光機(jī)電源中,厚銅板用于承載數(shù)十安培的電流。線路寬度的偏差直接關(guān)系到溫升和可靠性。同時,某些射頻功率部分對線路的截面形狀也有要求,過度側(cè)蝕形成的“梯形”截面會影響阻抗。因此,補(bǔ)償必須精準(zhǔn),且工藝必須穩(wěn)定。
4. 工藝Know-how與制造協(xié)同的價值
厚銅板加工是PCB廠商技術(shù)深度的試金石。它要求工程團(tuán)隊不僅懂設(shè)計,更要精通化學(xué)反應(yīng)與物理加工。像深圳捷創(chuàng)電子這樣擁有自有PCB工廠的PCBA一站式服務(wù)商,其內(nèi)部CAM工程部門與生產(chǎn)車間緊密協(xié)同。他們針對不同的銅厚(2oz, 3oz, 4oz等)和材料類型,建立了經(jīng)過驗證的、細(xì)化的蝕刻補(bǔ)償規(guī)則庫。在新產(chǎn)品導(dǎo)入時,工程師能夠快速調(diào)用匹配的補(bǔ)償方案,并結(jié)合小批量試產(chǎn)進(jìn)行微調(diào),從而高效地為客戶實現(xiàn)厚銅板線路的精準(zhǔn)成形,確保大功率工控與醫(yī)療設(shè)備PCB的電氣性能與設(shè)計初衷毫厘不差。