[发明专利]一种基于向量乱流法的化学蚀刻装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于向量乱流法的化学蚀刻装置及方法，本发明通过增加导流板，控制蚀刻液在蚀刻区产生方向性向量乱流，包括涡流、空泡、动能层流和动能微流体；乱流最大的特性是具有流体扩散性和能量传导,在向量压力下可以深入微孔及细线路，解决现有技术中由于蚀刻深沟效应而无法蚀刻微孔和细线路中金属的问题，大幅度提升了蚀刻精度；本发明同时解决了水池效应和大面积线路板蚀刻不均的问题，因此增加良品率，降低了生产成本。

技术领域

基于流体力学，雷诺数和Bernoulli 原理，本发明在化学蚀刻领域提供一种能蚀刻微孔和细线路板的向量乱流化学蚀刻方法，简称向流法。

背景技术

向流法的重点是向量和乱流，二者缺一不可；向量是指蚀刻液在整个蚀刻过程中都处于方向性压力之下，蚀刻液的流向和行进中的目标线路板成一个角度而不是和目标线路板平行；向量可解析成水平和向下的分向量或分压，水平方向的压力使流液前进，向下的压力则使得乱流主要是涡流，进入微孔和细线路；涡流是多方向、不定形的动能流体，具有扩散性，在压力下会变形而能进入微孔并替换微孔中的积液。

乱流的产生有两个原因，流速增加和流向改变；流速增加在流体内会产生不同方向和流速的层流，层流之间有相对速度和动压，但扩散性较低，对深入微孔的作用较弱；第二个原因：流体因受到阻碍，必须改变方向时，内部会产生不同方向和压力的动能内流体，和周围的流体之间因压力方向不同而产生压力差，同时形成涡流，压力差更大时会发生空泡 cavitation ，空泡的内部是真空，在外部的压力下，空泡破裂时会产生高速冲击波，扩散性大于涡流，更能深入微孔及细线路，但在设计上无法使整个蚀刻区产生空泡而又不影响流量和向量；向流法导流板的设计有四个部分，兼顾了向量、乱流、涡流、空泡的重要性。

常规化学蚀刻机无法蚀刻微孔和细线路有两个原因，第一个原因：当喷液冲击目标线路板后改变为水平流向前，因为喷液粒径200-400微米，大于微孔50-100微米所以无法进入微孔，液粒中的流体和平流laminar flow一样，只有一个方向和流速，相互之间没有相对速度，对微孔内的积液只会产生静压，积液则对蚀刻液粒会产生同样大的反静压，最后的结果是压力互相抵消，蚀刻液粒无法进入；线路的情形略有不同，线宽25-75微米虽然小于喷液粒径，但线长大于喷液粒径，所以蚀刻液粒可以有限度进入，但无法深入。

第二个原因：蚀刻喷液改变成水平方向流动，方向的改变会产生乱流和涡流，但因为没有上面的压制，所以没有下压的向量；乱流是一种扩散性的动能，很容易消失，流液很快变成平流laminar flow，内部的流体間只有静压，没有向下的压力；常规化学蚀刻机对传动轴一般都采用轮片式轴，即使用实心轴，所产生的乱流因没有下压也无用处；有别于常规化学蚀刻法，向流法的导流板压制了乱流向上的扩散，增加了下压的向量。

常规化学蚀刻机的蚀刻能力一般是线宽75微米，线距75微米，铜厚12微米，感光膜厚25微米，它追求的上限是50×50微米；向流法能蚀刻线宽线距是25×25微米，若想蚀刻25微米以下更精密的细线路，必须有其他制程的配合，例如感光技术和设备必须升级；365nm波长，i-line平行光机能制造的上限是线宽线距50×50微米。

制造细线路板时，化学蚀刻机是最重要的设备，理想的蚀刻机有两个关键问题需要解决：水池效应puddling effect和蚀刻深沟效应deep trench effect，前者造成蚀刻不均匀，后者无法蚀刻微孔和细线路。

水池效应：蚀刻大面积细线路板400mm×500mm，中央部分的蚀刻率较两侧部分慢，被业界普遍接受的说法是，蚀刻过的药水从板中央排移至边上的距离较远，在板上停留的时间较久，形成中央部分积水，而靠近板边上蚀刻过的药水能很快排除，因此蚀刻率较快，致使整个板面蚀刻不均，若使用锥形喷嘴和轮片式传动轴，则水池效应更为严重。