随着PCB变得越来越复杂，且在尺寸、重量和功耗方面不断缩小，公差要求也变得越来越严格。即使我们仍然保持传统的±10%蚀刻走线宽度变化，对于一条宽度为50 µm（0.002英寸或2mil）的走线来说，其公差也只有5 µm（0.2 mil）。这个余量非常有限，而当线宽和线距要求降低到25 µm时，情况会变得更加严峻。

　　最近，我看到有些公差已经低至±5%，但目前来看，这更像是一种期望，而非真正可实现的标准。但是，这种“期望”很快就会变成“要求”。

　　那么，什么是管控累积公差的最佳方法？工艺流程中的每个步骤都会影响成品的总体偏差，第二步产生的偏差会叠加到第一步的偏差之上，依此类推，一直到最后一个步骤。

　　据我所知，从来没有哪个工艺步骤能够降低整体偏差。每个工艺步骤引入的偏差都会直接影响成品的公差。如果能够在每个步骤中减少这些偏差，就能降低成品的总体偏差，从而实现更严格的公差控制。因此，管控累积公差的关键在于控制每个工艺步骤中累积的总偏差。

　　考虑到制造一块成品PCB所需的工艺步骤之多（如钻孔、蚀刻、镀覆孔等），以及涉及的各种工艺偏差的数量和类型，我确实认为还能有人把产品顺利生产出来，实在令人惊叹。本文将把讨论范围限定在蚀刻工艺——这当然也是我最熟悉（也是最有把握）的领域。

　　同时，我还会将范围进一步限定在PCB的基本蚀刻流程，包括表面制备、覆膜、曝光、显影和蚀刻，并分享一些在实践中积累的经验，指出为减少整体工艺偏差，在这些工艺环节中应关注的要点。（注：半加成法工艺（Semi-additive process，SAP）在制板有其自身的工艺偏差，更适合由电镀工程师来介绍。）

　　在这里，我们将最终完成蚀刻并去膜后的电路板视为该工艺的成品。这也是可以通过详细检测较为容易判断产品是否符合规范的阶段。

　　因此，人们往往倾向于将精力集中在降低蚀刻工艺中的工艺偏差上。这种做法并非没有道理，因为蚀刻设备确实是蚀刻工艺中产生偏差的主要来源。但需要切记，它并不是唯一的偏差来源。下面我们简要看看在非蚀刻工艺步骤中可能出现的一些偏差。

　　第1步：铜箔厚度

　　铜箔供应商通常承诺其铜箔厚度的最大偏差为±10%。多年来，我使用各种无损厚度测试方法（如β背散射、X射线荧光（XRF）以及涡流检测），发现实际偏差更接近3%~5%，因此供应商显然为自己预留了一定的余量。

　　通常情况下，这对成品影响不大，但当线宽和线距要求降低到25 µm或更小时，这一因素就需要加以考虑。对于来料铜箔的厚度，几乎无法进行改变，但必须对其有所了解。

　　第2步：层压前的表面制备

　　通常，这一步包括喷淋某种碱性溶液，以去除可能影响抗蚀油墨附着的油污和有机物；随后进行微蚀，以粗化铜表面，并形成略带酸性的表面，以提高干膜的附着力。尽管微蚀只去除铜表面最上层的几微米，但它仍然会对铜厚度的变化产生影响。

　　同样，微蚀通常对最终蚀刻线宽影响不大，但当线宽和线距降低到25 µm及以下时，它可能会成为重要的影响因素。我一直使用反向处理（reverse treat，RT）铜箔（即粗糙面朝上进行覆膜）。这种材料成本更高，但可以省去为粗化铜表面而进行的微蚀步骤，从而避免由此带来的铜箔厚度变化。

　　干膜供应商通常会给出覆膜机辊轮温度、传送速度、空气压力等参数的取值范围，并为每项参数提供推荐值，以获得最佳的覆膜效果。对于铜箔，我一般都会按照推荐设置操作，而且效果不错。我建议经常检查在制板出机时的温度，这样可以立即判断当前设置是否合适；红外测温枪价格相对便宜。干膜供应商通常还会给出膜厚±10%的变化范围。我怀疑这里面同样也留有相当大的余量。

　　曝光设备方面，最好交由设备供应商来处理。但如果使用的是汞灯曝光设备（可能大多数公司仍在使用），那么配备一台辐射计，用于检测曝光台各区域的能量水平，是一项很值得的投资。面板上曝光不均匀会对最终公差产生影响。

　　至于LDI和LED曝光设备，则完全是另一回事。我们最近在一个政府项目中开始使用高端LED曝光设备（超级先进、超机密级别的项目，所以就别多问了）。这类设备的学习曲线相当陡峭！后续我可能会再详细谈谈这方面的经验。

　　第3步：显影

　　这是工艺中最简单、最万无一失的步骤。如果曝光操作得当，那么操作窗口非常宽松。几乎任何不会在走线处残留抗蚀油墨或将抗蚀油墨从板上剥离的情况都是可以接受的。

　　为了获得良好的效果，只需要一个简单的pH监测仪即可。与其投资进行显影工艺改进计划，不如把资金用于改善曝光工艺。

　　第4步：蚀刻工艺

　　现在终于该讨论蚀刻工艺了，通过长期经验所获得的小窍门，能帮你节省一些时间：仅仅更换蚀刻机的喷嘴或者改变蚀刻液的配方，并不会改善蚀刻公差。

　　你可能会得到更快的蚀刻速率或更好的蚀刻比，但蚀刻线宽的公差不会因此改善。

　　据我所知没有任何工艺步骤能够改善总体偏差。正如计算机领域的人所说：“输入的是垃圾，输出的也只会是垃圾。”

　　作者：Don Ball Chemcut 公司的工艺工程师。

　　【本文转自公众号电子首席情报官ECIO，转载仅供学习交流。】