Vacuüm twee-vloeistof etsen voor PCB-productie: precisieproces, voordelen en industriële gebruiksgevallen

Aangezien PCB-ontwerpen steeds dichter worden met fijn pitch componenten (0,4 mm BGA), ultra-dunne sporen (3/3 mil) en HDI (High-Density Interconnect) architecturenHet is moeilijk om de benodigde precisie te leveren.- Voer vacuüm twee-fluid etsen: een geavanceerde techniek die etser vloeistof en gecomprimeerd gas onder vacuüm combineert om ongeëvenaarde trace nauwkeurigheid te bereiken, minimale ondersnijden,en uniforme resultaten over zelfs de meest complexe PCB's.

Deze methode is onmisbaar geworden voor de productie van hoogwaardige elektronica, van 5G-basisstations tot medische wearables,waar de nauwkeurigheid van het spoor rechtstreeks van invloed is op de integriteit en betrouwbaarheid van het signaalDeze gids demonstreert de mysterie van vacuüm-twee-vloeistof-etsen, van de stapsgewijze werkvloei tot de voordelen ervan ten opzichte van conventionele methoden, en beschrijft in detail hoe het kritieke uitdagingen in de moderne PCB-productie oplost.Of u nu HDI-platen ontwerpt of de productie van flex-PCB's schaaltHet begrijpen van dit proces zal u helpen consistente en kwalitatief hoogwaardige resultaten te bereiken.

Wat is vacuüm twee-vloeistof etsen?
Vacuum two-fluid etching is a specialized PCB etching process that uses a combination of liquid etchant (typically ferric chloride or cupric chloride) and compressed gas (air or nitrogen) in a sealed vacuum chamberHet vacuüm elimineert luchtbelletjes en zorgt ervoor dat het etser-gasmengsel (een zogenaamde "twee-vloeistof-spray") gelijkmatig aan het PCB-oppervlak hecht, zelfs in ingespannen gebieden of rond fijne sporen.

Hoe het verschilt van traditionele etseringsmethoden
Traditionele etsen is gebaseerd op:

a.Spray etsen: Hoogdrukmondjes blazen etsen op het PCB, maar hebben moeite met uniformiteit op ongelijke oppervlakken en veroorzaken vaak ondersnijden (overschotend etsen onder sporenrandjes).
b.Immersion Etching: PCB's worden gedompeld in etserende tanks, wat leidt tot trage etseringspercentages, slechte precisie en inconsistente resultaten voor fijne sporen.

Vacuüm-twee-vloeistof-etsen lost deze tekortkomingen op door:

a.Vacuüm gebruiken om ervoor te zorgen dat het mengsel van etser-gas elk deel van het PCB bereikt, met inbegrip van kleine via's en smalle sporen.
b. Beheersing van het effect van de etser via gasdruk, vermindering van ondersnijden en behoud van de integriteit van de sporen.
c. Een snellere en gelijkmatigere etsering mogelijk maken, zelfs voor dunne of flexibele ondergronden.

Belangrijkste doelstellingen van vacuüm-twee-vloeistof etsen
Net als alle etseringsprocessen is het doel om ongewenste koper van het PCB-substraat (FR-4, polyimide) te verwijderen om geleidende sporen te vormen.

1.Precisie: Voor fijne toonhoogte (3/3 mil of kleiner) moeten toleranties van ±2 μm worden gehandhaafd.
2Uniformiteit: Zorg voor een consistente etsering over het gehele PCB, zelfs voor grote panelen (24 x 36 ′′) of HDI-platen met meerdere lagen.
3.Minimum ondersnijding: beperk het etsen onder de rand van het spoor tot ≤ 5% van de breedte van het spoor.

Stap-voor-stap vacuüm twee-vloeistof etsen proces
Het vacuüm twee-vloeistof etsen volgt een gecontroleerde, sequentiële workflow om nauwkeurigheid en herhaalbaarheid te garanderen.Het is belangrijk dat de.
Fase 1: Voorbehandeling Voorbereiding van het PCB voor etsen
De juiste voorbereiding zorgt ervoor dat het etser gelijkmatig aanhangt en het koper consequent verwijdert:

1- Reiniging.
a.Doel: het verwijderen van oliën, stof en restanten van fotoresistenten die het contact van de etser met koper blokkeren.
b.Proces: PCB's worden in een ultrasone bad met alkalisch detergentsubstantie (pH 10 ∼11) schoongemaakt bij 50 ∼60 °C gedurende 10 ∼15 minuten. Een vervolgspoeling met DI water (geleidbaarheid < 5 μS/cm) verwijdert detergentsubstantie.
c.Kritische controle: een “waterbrekentest” bevestigt de zuiverheid “geen waterbeugel op het PCB-oppervlak geeft aan dat de reiniging succesvol is.
2.Fotoresistente inspectie
a.Doel: Controleer of de fotoresist (die de gewenste kopersporen beschermt) intact is, zonder gaten of schrammen.
b.Proces: geautomatiseerde optische inspectie (AOI) scant het pcb bij 500-1000 dpi om fotoresistente defecten op te sporen. beschadigde platen worden herbewerkt of gesloopt om etseringsfouten te voorkomen.
3- Het droogt.
a.Doel: Vocht van het PCB-oppervlak verwijderen, aangezien water het etser verdunt en het mengsel van twee vloeistoffen verstoort.
b.Proces: PCB's worden in een convectieoven gedroogd bij 80 ̊100 °C gedurende 5 ̊10 minuten en vervolgens afgekoeld tot kamertemperatuur (25 ̊C) om te voorkomen dat de fotoresist vervormt.

Fase 2: Inrichting van de vacuümkamer
De vacuümkamer is het hart van het proces, waarbij het mengsel van twee vloeistoffen onder gecontroleerde omstandigheden wordt aangebracht:

1Kamervoorbereiding.
a.Kalibratie van de vacuümdruk: de kamer wordt geëvacueerd tot een temperatuur van 50-100 mbar (millibars) die laag genoeg is om luchtbelletjes te elimineren, maar niet zo laag dat het PCB wordt beschadigd.
b. Temperatuur- en vochtigheidscontrole: de kamertemperatuur wordt gehandhaafd op 25-30°C; de vochtigheid wordt onder 40% gehouden om condensatie van etser te voorkomen.
c.Spuitstukken: High-precision sproeiers (0,5 ∼1,0 mm diameter) zijn uitgelijnd om het hele PCB-oppervlak te bedekken, met een spuithoek van 45° om een gelijkmatige dekking te garanderen.
2.PCB-laden
a.Bevestiging: PCB's worden gemonteerd op een roterende etappe (1015 RPM) om ervoor te zorgen dat alle zijden evenveel blootstelling krijgen aan etser.
b.Fiduciale uitlijning: het podium maakt gebruik van fiduciale merken (1 mm koperen cirkels op het PCB) om het bord met ±0,01 mm nauwkeurigheid te positioneren.

Fase 3: Toepassing van twee-vloeistofmengsel en etsen
Dit is de kernfase, waarbij het etser-gasmengsel ongewenst koper verwijdert:

1Voorbereiding van het mengsel
a.Selectie van etser: ijzerchloride (FeCl3) wordt gebruikt voor FR-4-PCB's (etseringssnelheid: 1 ‰ 2 μm/min); koperchloride (CuCl2) wordt de voorkeur gegeven voor flex-PCB's (zachter op polyimide-substraten).
b.Verhouding gas-etser: gecomprimeerde stikstof (99,99% zuiver) wordt gemengd met etser in een verhouding van 3:1 (gas:vloeistof) om een fijne mist te creëren.Deze verhouding brengt de etssnelheid en de precisie in evenwicht – hogere gasverhoudingen verminderen ondersnijden maar langzaam etsen.

2.Spraytoepassing
a.Drukbeheersing: het mengsel van twee vloeistoffen wordt gespoten bij een druk van 2 ‰ 4 bar. Een lagere druk (2 bar) wordt gebruikt voor 3/3 ml sporen om ondersnijden te minimaliseren; een hogere druk (4 bar) voor dikker koper (2 oz+).
b.Etch Time Monitoring: de etchtijd varieert per koperdikte: 1 2 minuten voor 1 oz (35 μm) koper, 3 4 minuten voor 2 oz (70 μm) koper. Inline optische sensoren meten de koperdikte in realtime,het sproeien van het sproeiwerk om te stoppen zodra het doel bereikt is.

3Vacuüm verwijdering van afvalstoffen
a.Doel: Uittreksel van uitgeputte etserende en koper ionen uit de kamer om opnieuw afzetting op het PCB te voorkomen.
b.Proces: Een vacuümpomp verwijdert afval met 5 ̊10 L/min, met filters die koperdeeltjes vangen voor recycling (vermindering van de milieueffecten).

Fase 4: Nabehandeling Afwerking en kwaliteitscontroles
Na het etsen ondergaat het PCB stappen om fotoresist te verwijderen en de kwaliteit te controleren:

1.Fotoresist Stripping
a.Proces: PCB's worden ondergedompeld in een natriumhydroxide-oplossing (concentratie van 5­10%) bij 50°C gedurende 5­8 minuten om de fotoresist op te lossen.
2- Zuurneutralisatie.
a.Doel: het neutraliseren van overgebleven etserende stoffen om oxidatie van koper te voorkomen.
b.Proces: Een korte duik (30 seconden) in verdund zwavelzuur (concentratie 5%) stabiliseert het koperen oppervlak.
3.Finale drooging
a.Proces: Warmluchtmessen (80°C) verwijderen het oppervlaktevocht, gevolgd door een vacuümdroger om het in de vias opgesloten water te verwijderen.
4.Kwaliteitscontrole
a.meting van de spoorbreedte: laserprofilometers controleren de spoorbreedte bij meer dan 50 punten per PCB, waarbij een tolerantie van ±2 μm wordt gewaarborgd.
b. Ondersnijproeven: door middel van een dwarsdoorsnedeanalyse (microsneden) wordt gecontroleerd of de ondersnijbreedte ≤ 5% van de spoorbreedte bedraagt.
c.AOI-herinspectie: camera's detecteren defecten zoals open sporen, kortsluitingen of residuele koper, waarbij niet-conforme boards worden gemarkeerd voor herbewerking.

Vacuüm twee-vloeistof etsen versus traditionele etsen methoden
Om te begrijpen waarom vacuüm-twee-vloeistof-etsen bij precisie-PCB's de voorkeur krijgt, vergelijk het met spray- en onderdompelingsetsen:

Belangrijkste lessen
a.Vacuum Two-Fluid: De enige keuze voor nauwkeurige ontwerpen (fijne sporen, HDI, flex) waarbij uniformiteit en minimale ondersnijden van kritieke belang zijn.
b.Spray: kosteneffectief voor standaard stijve PCB's, maar onvoldoende voor geavanceerde ontwerpen.
Onderdompeling: Goedkoop voor prototypes, maar te traag en onnauwkeurig voor een grote of complexe productie.

Belangrijkste voordelen van vacuüm-twee-vloeistof-etsen voor PCB-productie
Het unieke proces van vacuüm-twee-vloeistof-etsen biedt voordelen die rechtstreeks tegemoet komen aan de behoeften van de moderne PCB-productie:
1. ongeëvenaarde precisie voor fijne sporen ontwerpen
a.Trace Width Tolerance: bereikt ±2 μm, waardoor 3/3 mil (0,075 mm) traces mogelijk zijn die van cruciaal belang zijn voor HDI-PCB's in 5G-smartphones en AI-versnellers.
b.Verminderde ondersnijdenis: ≤ 5% ondersnijdenis tegenover 10­25% voor traditionele methoden behoudt de sporensterkte en signaalintegritie.ervoor te zorgen dat het niet breekt tijdens de montage.
c. Via Etching: De twee-vloeistof mist bereikt in kleine vias (0,1 mm diameter) om koper gelijkmatig te verwijderen, het vermijden van “hondenboten” defecten die gebruikelijk zijn bij spray etsen.

2. Superieure etsen uniformiteit over grote panelen
a.Consistentie op paneelniveau: vacuüm zorgt ervoor dat het etser-gasmengsel elk deel van 24 x 36 panelen bedekt, met een diktevariatie van ± 1 μm ◄ ideaal voor de productie in grote hoeveelheden van PCB's voor automobiel- of datacenters.
b.Meerlaagcompatibiliteit: voor HDI-platen met 8 ∼12 lagen, etst het proces de binnenste en buitenste lagen gelijkmatig, waardoor de variatie van laag tot laag die signaalcrosstalk veroorzaakt, wordt verminderd.

3Compatibiliteit met delicate substraten
a.Flex-PCB's: een zacht mengsel van etser-gas (verhouding 3: 1) voorkomt schade aan polyimide-substraten, die gevoelig zijn voor vervorming bij spray-etsen.zelfs na 10Meer dan 1000 buigcycli.
b. Dunne substraten: werkt met PCB's die zo dun zijn als 0,2 mm (algemeen in draagbare apparaten), waarbij spray-etsen onder hoge druk buigingen of breuken veroorzaken.

4Sneller dan onderdompeling
a.Etch Speed: 1 ¢2μm/min voor 1 oz koper is 2 ¢4x sneller dan onderdompeling etsen, het verminderen van de productietijd voor grote volumes runs. Een fabrikant verwerken 10.000 HDI PCB's / dag kan de cyclustijd met 30% te verminderen tegen.onderdompeling.
b.Verminderd herwerk: < 1% gebreken betekent dat minder platen opnieuw moeten worden gegraveerd, waardoor de doorvoer verder wordt verhoogd en de kosten worden verlaagd.

5. Duurzaamheid van het milieu
a.Etserefficiëntie: het mengsel van twee vloeistoffen gebruikt 20-30% minder etser dan spray- of onderdompeling etser, waardoor chemisch afval wordt verminderd.
b.Recycling van koper: de in het vacuümsysteem gevangen koperdeeltjes worden gerecycled, waardoor de grondstofkosten en de milieueffecten worden verlaagd.
c.Naleving: voldoet aan de normen ISO 14001 (milieubeheer) en RoHS, zonder gevaarlijke bijproducten.

Industriële toepassingen van vacuüm-twee-vloeistof-etsen
Vacuüm-twee-vloeistof etsen is onontbeerlijk in sectoren waar nauwkeurigheid en betrouwbaarheid niet onderhandelbaar zijn:
1. HDI-PCB's voor consumentenelektronica
a.Gebruiksgevallen: 5G-smartphones, opvouwbare laptops, draagbare apparaten (bijv. Apple Watch, Samsung Galaxy Z Fold).
b.Waarom het belangrijk is: Deze apparaten vereisen 3/3 mil traces en 0,1 mm microvias om complexe circuits in dunne vormfactoren te passen.Vacuüm twee-vloeistof etsen zorgt ervoor dat deze sporen nauwkeurig genoeg zijn om 5G mmWave (28GHz) signalen zonder crosstalk te ondersteunen.
c.Bijvoorbeeld: Een toonaangevende fabrikant van smartphones gebruikt vacuüm-twee-vloeistof-etsen voor zijn 12-lagers HDI-PCB's, waardoor een 99,9% trace-nauwkeurigheid wordt bereikt en veldfalen met 40% worden verminderd.

2. Flex en Rigid-Flex PCB's voor automobielelektronica
a.Gebruiksgevallen: ADAS-sensoren (Advanced Driver Assistance Systems), EV-batterijbeheersystemen (BMS), infotainment in voertuigen.
b.Waarom het belangrijk is: Flexible PCB's in ADAS moeten zich om de voertuigframe buigen en tegelijkertijd de integriteit van de sporen behouden.een betrouwbare prestatie te garanderen in thermische cycli van -40°C tot 125°C.
c.Naleving: voldoet aan de AEC-Q200-normen (automotive component reliability), met traceerbare etseringsparameters voor kwaliteitscontrole.

3. PCB's met hoge frequentie voor telecom en ruimtevaart
a.Gebruiksgevallen: versterkers van 5G-basisstations, radarsystemen (automotief/verdediging), satelliettransceivers.
b.Waarom is het kritisch: hoogfrequente signalen (2860GHz) zijn gevoelig voor sporen van onregelmatigheden.Vermindering van het signaalverlies met 15~20% tegenover. spray etsen.
c.Bijvoorbeeld: Lockheed Martin gebruikt het proces voor militaire radar-PCB's en bereikt 99,99% signaalintegritie in gevechtsomgevingen.

4Medische hulpmiddelen
a.Gebruiksgevallen: implanteerbare sensoren, draagbare echosondes, diagnostische apparatuur (bv. PCR-machines).
b.Waarom het van cruciaal belang is: Medische PCB's vereisen biocompatibele materialen (bijv. keramiek, polyimide) en precieze sporen om elektrische interferentie te voorkomen.Het zachte proces van het vacuüm-twee-vloeistof-etsen behoudt de biocompatibiliteit en zorgt voor betrouwbare prestaties in steriele omgevingen.
c.Naleving: voldoet aan de eisen van ISO 13485 (kwaliteit van medische hulpmiddelen) en FDA, met volledige traceerbaarheid van het proces.

5. Sensoren voor het industriële IoT (IIoT)
a.Gebruiksgevallen: slimme fabriekssensoren, olie- en gasmonitoringstoestellen, landbouw-IoT-systemen.
b.Waarom het van cruciaal belang is: IIoT-sensoren werken in ruwe omgevingen (stof, vocht, extreme temperaturen) en vereisen duurzame, precieze sporen.Vacuüm twee-vloeistof etsen's uniforme etsen zorgt ervoor dat deze sporen resistent tegen corrosie en handhaven geleidbaarheid voor 10+ jaar.

Uitdagingen en oplossingen voor vacuüm-twee-vloeistof-etsen
Hoewel vacuüm-twee-vloeistof-etsen aanzienlijke voordelen biedt, brengt het unieke uitdagingen met zich mee die door gespecialiseerde technieken worden aangepakt:
1. Hoge voorafgaande kosten van de uitrusting
Uitdaging: Vacuümkamers en precisie-spuitstukken kosten $300.000 – $1 miljoen, onbetaalbaar voor kleine fabrikanten.
Oplossing
Leasing: Veel leveranciers bieden leasing van apparatuur aan (maandelijkse betalingen van $5k – $15k) om de aanvankelijke kosten te verlagen.
Contract Manufacturing: Kleine bedrijven kunnen samenwerken met CM's (Contract Manufacturers) die gespecialiseerd zijn in vacuüm-twee-vloeistof-etsen, waardoor investeringen in apparatuur worden vermeden.

2. Kalibratie van vloeistofmengsels
Uitdaging: Onjuiste verhouding gas-etrant veroorzaakt onder-etsen (teveel gas) of over-etsen (teveel vloeistof).
Oplossing
Geautomatiseerde mengsystemen: gebruik computergestuurde mixers om een verhouding van 3:1 te handhaven, met realtime pH- en dichtheidsbewaking.
Regelmatige tests: Voorafgaand aan de volledige productieprocessen moeten coupon-tests (kleine PCB-monsters) worden uitgevoerd om het mengsel te valideren.

3Onderhoud van de spuitstukken
Uitdaging: De restjes van de etser verstoppen de sproeiers, waardoor er onevenwichtige sproeiingen en gebreken ontstaan.
Oplossing
Dagelijkse reiniging: spoel de sproeiers na elke dienst met water om residuen te verwijderen.
Programmaire vervanging: vervang de sproeiers om de 3-6 maanden (of 10.000 PCB's) om de spraykwaliteit te behouden.

4Vacuümkamerlekken.
Uitdaging: lekken verminderen de druk, wat leidt tot onevenwichtige etsen en luchtbelletjes.
Oplossing
Wekelijkse drukonderzoeken: gebruik heliumlekkadetektoren om kleine lekken te identificeren (tot 1×10−9 mbar·L/s).
Vervanging van de afdichting: vervang de pakkingen van de kamer om de 6-12 maanden om lekken te voorkomen.

Best Practices voor optimale vacuüm-twee-vloeistof etseringsresultaten
Om de voordelen van het proces te maximaliseren, volgt u de volgende richtlijnen:

1.Optimaliseer de vloeistofparameters
a.Voor fijne sporen (3/3 mil): gebruik een gas-etantverhouding van 4:1 en een druk van 2 bar om ondersnijden tot een minimum te beperken.
b.Voor dik koper (2 oz+): Verhoog de druk tot 4 bar en verlaag de gasverhouding tot 2:1 om het etsen te versnellen.

2.Houd een constante vacuümdruk
a.Houd de kamerdruk op 50-100 mbar; schommelingen van meer dan 10 mbar veroorzaken onevenwichtige etsen.

3. Temperatuur en luchtvochtigheid beheersen
a.Kamertemperatuur: 25°C-30°C (de reactiviteit van de ketant daalt onder 25°C en stijgt boven 30°C).
b.Vochtigheid: < 40% (vochtigheid verdunt de etser en veroorzaakt condensatie op het PCB).

4.Voer strenge kwaliteitscontroles uit
a.Pre-Etch: AOI voor fotoresistente gebreken; afwijzingsplaten met speldgaten.
b.In-Etch: Realtime controle van de koperdikte om over-etsen te voorkomen.
c. na het etsen: laserprofilometrie en analyse van de dwarsdoorsnede om de breedte van de sporen en de ondersnijding te verifiëren.

5.Treinoperatoren grondig
a.Zorg ervoor dat het personeel het mengen van vloeistoffen, de drukregeling en de probleemoplossing begrijpt (bijv. verstopte sproeiers, vacuümlekken).
b.Maandelijkse herhalingsopleidingen uitvoeren om de consistentie van het proces te handhaven.

Veelgestelde vragen
V: Wat is de minimale tracebreedte die met vacuüm twee-vloeistof etsen kan worden bereikt?
A: De meeste systemen kunnen betrouwbaar 3/3 mil (0,075 mm/0,075 mm) sporen etsen.

V: Kan vacuüm-twee-vloeistof etsen worden gebruikt voor keramische PCB's?
A: Ja, keramische PCB's (bijv. alumina, AlN) vereisen een zachte etsen om ondergrondschade te voorkomen.

V: Hoe vaak heeft een vacuüm-twee-vloeistof etseringssysteem onderhoud nodig?
A: Routinematig onderhoud (reiniging van het spuitstuk, vervanging van het vloeistoffilter) is dagelijks vereist.afhankelijk van het gebruik.

V: Is vacuüm twee-vloeistof etsen compatibel met loodvrije PCB's?
A: Ja loodvrije koperen folie (gebruikt in RoHS-conforme PCB's) etst gelijkmatig met het proces.de naleving ervan te waarborgen.

V: Wat zijn de kosten per PCB voor vacuüm-twee-vloeistof etsen?
A: Voor de productie in grote hoeveelheden (10k+ PCB's/dag) bedraagt de kostprijs per eenheid 0,50$/1,50$ (tegenover 0,30$/0,80$ voor sprayetsen).De premie wordt gecompenseerd door lagere herbewerkingskosten en betere prestaties voor nauwkeurige ontwerpen.

Conclusies
Vacuüm twee-vloeistof etsen heeft de productie van PCB's voor precisie ontwerpen een revolutie teweeggebracht, het oplossen van de beperkingen van de traditionele spuit-en onderdompeling methoden.minimale prijsonderbieding, en uniforme resultaten op grote of delicate substraten maakt het onmisbaar voor HDI-, flex- en hoogfrequente PCB's – de belangrijkste componenten van 5G, automobiel- en medische elektronica.

Hoewel de aanvankelijke uitrustingskosten hoger zijn, rechtvaardigen de snellere doorvoer van het proces, de lagere gebrekencijfers en de milieuvoordelen de investering voor fabrikanten die willen concurreren op de moderne markten.Door de beste praktijken te volgen optimalisatie van de vloeistofverhoudingen, het handhaven van de vacuümdruk en de toepassing van strenge kwaliteitscontroles – kunnen bedrijven het volledige potentieel van vacuüm-twee-vloeistof etsen benutten,productie van PCB's die voldoen aan de meest veeleisende prestatienormen.

Aangezien PCB-ontwerpen blijven krimpen en de snelheden toenemen (bijv. 6G, 1Tbps Ethernet), zal vacuüm-tweefluid-etsen een cruciale factor blijven, waardoor elektronica kleiner, sneller,en betrouwbaarder dan ooit tevoren..