PCB板DES制程中的短路缺陷分析与改善

  【摘要】DES（显影蚀刻去膜）是PCB生产的全部过程当中很重要的制程。生产中，质检部门经常检测到PCB板存在DES制程缺陷造成的线路短路问题，必然的联系到生产所带来的成本的增加，也关系到成品合格率。蚀刻后短路的问题，会造成产线的品质恶化、进度延误，甚至影响出货。本文将分析讨论DES制程中短路缺陷的原因，找出不同的因素来进行过程改善，并展示改善后的结果，包括采取长期措施进行预防。期望在现有的各种生产条件中寻找出最合适的制程操控方法，对DES的短路缺陷进行长期稳定的控制。

  整个显影段由显影槽、溢流水洗段、烘干段组成。显影过程中，未曝光的干膜将会被完全溶解在药液中。聚合的干膜将留在板面上在蚀刻过程中对相应的铜面起保护作用。在水洗槽中显影液会被彻底冲洗干净。水洗中加入硫酸镁可以让水洗更有效率。干燥后，板面上不应残留任何的干膜碎片和其他杂质，否则会有短路风险。

  显影液添加的过程是由导电度控制，当电导率降至设定的最低点时，药水添加泵将自动开始工作，电导率将随之而上升，直到设定的最大值后，碳酸钠的添加将停止。显影段是产生DES短路的重要部分。

  3）DES蚀刻过程中同样可能会产生短路。由于蚀刻中药水是再生循环生产，会存在各种板面上脱落的胶装异物，显影过程中带进的干膜残留会对蚀刻段滚轮造成污染，而且这些污染物会片状的附着在板面，抑制药水对铜面的攻击，产生短路。同样，蚀刻速度、药水浓度、蚀刻温度、药水喷淋压力、蚀刻均匀性也对蚀刻过程产生特别大的影响，如果其中一些参数发生波动，都会无法对铜面进行完整的咬蚀。

  铜颗粒残留造成蚀刻后线路上会有高低差，铜分层中的残留导致蚀刻药水无法完全将颗粒咬干净。所以类似在DES制程之前颗粒操作的短路，需在镀铜制程中对铜缸的杂质进行清理，比如加大过滤芯的更换频率，用滚轮进行清洁等。

  在曝光时，曝光设备发生异常，造成PCB板表面产生大面积短路。正常的情况下，曝光如果有类似以下几种情况会造成大面积短路。

  DES蚀刻后造成的PCB板面划伤，蚀刻后的线路被外因强制造成损伤。该缺陷会使PCB线路开路或者扭曲，导致信号中断。所以在日常设备维护的时候，对滚轮的状况、收放板机的机器要按时进行检查调整。

  DES制程后PCB板还会有短路问题，同样会造成PCB板报废。一般是由DES显影段的干膜残渣，蚀刻段的滚轮污染，药水浓度的变化，参数的不稳定等因素导致的。

  蚀刻的目的是以蚀刻液将铜表面去除，抗蚀干膜的线路。蚀刻主要三点关键：线路线细，线路间距，线路短路。所以生产中重点把控蚀刻不尽和蚀刻过度。蚀刻过程中，Cu2有氧化性，将板面铜氧化成Cu。

  去膜的目的是将线路上抗蚀干膜材料去掉，露出铜线路。生产中必须要格外注意去膜不净，否则在后续工艺中会有干膜渣残留，导致后段压合工艺有氣泡产生。蚀刻后，部分干膜仍然覆盖在线条和焊盘表面，这些经过了紫外光照射而聚合过的干膜，必须在PH值大于12的溶液中融解，所以采用碱性去膜液。

  1）DES显影前的生产板板面是附着的干膜，而干膜表面为保护干膜的迈拉膜。显影前生产板需要经过剥膜机，要将保护的迈拉膜去除。但是在迈拉膜去除的过程中，如果干膜有损伤，也会造成PCB板线）DES显影过程中，显影段会有药水或者异物残留，致使点状显影不尽。该显影不尽直接引发蚀刻药水无法渗透进去，造成微型短路。显影段的压力异常、药水导电度异常、温度异常、速度发生明显的变化都可能会导致显影段槽体内溶膜量增加，影响显影效果，使显影点后移，形成微短。另外在显影水洗段使用的是去离子水，如果水质受到污染，水洗压力不够，同样会污染滚轮，造成板面污染。DES制程生产及保养过程中，显影段一直是着重关注的区域。比如生产时，显影段压力、温度、显影药水的导电度都需要控制在设定范围以内，绝对不可以有任何波动造成的报警。设备保养时要进行酸洗，将槽子酸碱中和，清洁干膜渣。因为生产时显影药水有较高的溶膜量，饱和时干膜渣容易附着在槽体和滚轮上，从而污染PCB板面。

  随着反应的进行，Cu慢慢的变多，蚀刻铜能力变弱，需要对蚀刻液再生，使Cu变成Cu2。目前使用的是双氧水再生（反应速率快，易控制）。

  目前使用的自动控制添加系统经过控制蚀刻速度、双氧水和盐酸的添加比例、比重和液位、温度、蚀刻喷洒压力等项目，达到自动连续生产的效果。生产中，板面上的铜面必须完全蚀刻干净，否则会有线）曝光设备能量异常，导致干膜聚合过度，显影后明显表现为线路外干膜未显影干净;

  2）曝光台面真空不足，导致PCB板曝光时有板翘，镭射无法按照设定程序均匀曝光;

  3）曝光聚焦异常，该表现为PCB板曝光后表面有固定区域的能量过高，干膜过度聚合。

  改善方法：针对这些异常会造成大面积短路风险，DES工艺中都会取样板进行提前观察，检测是否有类似问题，从而决定整个批次要不要退膜返工。

  DES工艺的目的是将前工序所做出的有图形的线路板上未受保护的非导体部分铜蚀刻去，形成线路。DES工艺中，D为显影（Develop），E为蚀刻（Etching），S为去膜（Strip）。

  显影的目的是将未发生聚合反应的区域用显影药水将其冲洗掉，曝光已感光部分则因已发生聚合反应而洗不掉，仍留在铜面上成为蚀刻阻剂膜。在显影中只有水溶性的干膜才能够直接进行显影。显影槽中采用软化水和碳酸钾配制槽液。