一种印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法技术

本发明专利技术涉及一种印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法，通过三维建模及仿真获取柔性印刷电路板蚀刻所得铜层轮廓，根据所得铜层轮廓和与若干实验结果对比验证，建立以喷淋压强、蚀刻时间和夹角为主的工艺参数关于掩膜线宽补偿量的控制模型，并运用数学方法归纳总结出掩膜线宽补偿量的预测公式和函数曲线。本发明专利技术通过基于欧拉多相流模型的多尺度耦合仿真方法，结合实验验证以及数学方法，建立以喷淋压强、蚀刻时间和夹角为主的工艺参数关于掩膜线宽补偿量的控制模型。补偿量的控制模型。补偿量的控制模型。

【技术实现步骤摘要】
一种印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法


[0001]本专利技术涉及柔性印刷电路板制造领域，尤其涉及湿法蚀刻工艺中的一种印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法。

技术介绍

[0002]在印刷电路板制造工艺中，线宽均匀性作为一个重要性能指标需要被重点考察。随着市场需求的增长和工艺技术的不断进步，柔性印刷电路板的尺寸也在不断缩小，其线宽已缩小至微米级别，生产过程中的关键工艺参数，如蚀刻液喷淋压力、蚀刻工艺处理时间、线路方向与进给方向间夹角和掩膜线宽补偿量等，均会显著影响印刷电路板的性能和产品的良品率。
[0003]在影响柔性印刷电路板生产质量的诸多因素中，铜层电路线宽参数符合设计指标具有重要意义。如果铜层电路线宽超过一定范围时，柔性印刷电路板的性能即会受到影响，如短路、发热严重等缺陷，以及由于线路间距过小导致的不正常放电问题。如果铜层电路线宽过窄，则产品在加工生产的过程中更容易出现断路等缺陷，电路板的线路结构稳定性也会降低，有可能在后续的烘干和清洗等工艺中受到破坏。
[0004]目前，柔性印刷电路的掩膜电路线宽补偿量的设置仍处于试错试验研究阶段，从资金和成本上限制了柔性印刷电路板制造技术的快速发展和应用。同时，由于柔性印刷电路板蚀刻过程中短路、断路等缺陷的形成和发展机理等方面的研究缺少可靠的实验技术和手段。开展柔性印刷电路板蚀刻工艺的掩膜电路线宽补偿量预测方法，能够有效地揭示柔性印刷电路板表面的动压强和残余应力分布、线路轮廓演化、线路缺陷的形成与发展，建立基于材料特性、工艺参数、环境、缺陷的工艺数据库，指导柔性印刷电路板掩膜电路线宽补偿量的研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是根据现有柔性印刷电路板蚀刻工艺中的实验数据，提出一种能揭示柔性印刷电路板蚀刻过程中光刻胶掩膜电路线宽补偿量的预测方法，建立材料
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工艺
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缺陷演变的柔性印刷电路板光刻胶掩膜电路线宽补偿量的精准预测模型。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术提供一种柔性印刷电路板蚀刻工艺中的光刻胶掩膜电路线宽补偿量的预测方法，基于实验数据与仿真计算结果，建立不同的喷淋压力和蚀刻时间等工艺环境下，光刻胶掩膜电路线宽补偿量与电路结构相对于进给方向的夹角之间的关系。该方法包括以下步骤：
[0008]S1，获取柔性印刷电路线宽在多夹角下的补偿量数据和对应的工艺环境参数，所述夹角为电路结构相对于进给方向的夹角；
[0009]S2，建立柔性印刷电路蚀刻工艺中喷淋域的三维几何模型，并通过仿真计算该喷淋域下方印刷电路板上表面的喷淋压力分布；
[0010]S3，建立柔性印刷电路板蚀刻工艺中蚀刻域的三维几何模型，且包括S1中夹角情况的模型，以S2中压力结果为初始条件，计算出蚀刻域中光刻胶掩膜下方铜层线路的形态；
[0011]S4，将S3中铜层线路形态的仿真结果与S1中实验获取的铜层线路形态进行对比，通过调整仿真计算中涉及的工艺参数，将仿真结果与实验结果匹配；
[0012]S5，以各工艺环境参数为划分对象，将S4中匹配结果优良的仿真结果进行分类，再对各工艺参数进行拟合处理，通过与相应的实验结果对比验证后，最终获取印刷电路板光刻胶掩膜电路线宽补偿量的预测曲线。
[0013]进一步地，步骤S1中的夹角覆盖范围为0
°
至90
°
，以每间隔1
°
获取补偿量数据和对应的工艺环境参数。对应的柔性印刷电路板蚀刻域的三维建模，将光刻胶掩膜线路走向与产品进给方向每隔1
°
进行一次建模，最终覆盖0
°
至90
°
。进一步地，所述S1工艺环境参数包括喷淋压力、蚀刻液温度、蚀刻液浓度、传送带进给速度，且所述柔性印刷电路的铜层电路线宽与设计值之间的误差不超过 10％且未出现短路或断路等结构缺陷。
[0014]进一步地，所述步骤S2中，喷淋域的三维几何模型包括喷头高度、喷头间前后和左右间距、喷头内径、计算区域尺寸，应用于喷淋域的欧拉多相流模型选用2相模式，即空气相和蚀刻液相，蚀刻液的物理与动力学参数包括：蚀刻液密度、蚀刻液粘度、蚀刻液温度；根据以上所述的几何和物理参数，确定喷淋域仿真中的流体流态为湍流。
[0015]进一步地，所述步骤S3中，蚀刻域的三维几何模型包括铜层厚度、光刻胶掩膜厚度、掩膜电路线宽、夹角和计算区域尺寸；应用于蚀刻域的欧拉多相流模型选用3相模式，即空气相、蚀刻液相和铜相；铜的物理参数包括：密度、粘度、内摩擦角；根据以上所述的几何和物理参数，确定蚀刻域仿真中的流体流态为湍流，从计算结果调取铜的体积分数分布云图，进而判断铜层线路轮廓。
[0016]更进一步地，步骤S2、S3中仿真计算均基于欧拉多相流模型和湍流模型，具体过程为：
[0017]S23
‑
1基于连续介质流体力学控制方程、K
‑
ε模型方程、多相流中的欧拉微分方程和库仑定律，建立蚀刻域的理论模型，通过计算和查阅文献得到仿真所需参数，如雷诺系数、粘度等；
[0018]S23
‑
2基于喷淋域的几何结构，对喷淋域进行毫米级三维几何建模；
[0019]S23
‑
3对喷淋域进行网格划分，选择标准K
‑
ε湍流仿真模型，设置材料、流体相以及边界条件并对其命名，对于精细结构区域，增加网格密度，如降低
[0020]网格尺寸和设置边界层，保证后期计算的精确度；
[0021]S23
‑
4对喷淋域进行流体仿真计算，得到喷淋域和柔性印刷电路板表面的动压强分布云图、垂直截面和底面的速度矢量图；
[0022]S23
‑
5基于蚀刻域的几何结构，对蚀刻域进行微米级三维几何建模；
[0023]S23
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6对蚀刻域的进行网格划分，对关键研究区域铜层提高网格密度，例如设置更小的网格尺寸以及对铜相与壁面边界之间的区域设置边界层网格，便于后期分析蚀刻机理，减小线宽误差；
[0024]S23
‑
7选择欧拉多相流和湍流仿真模型，根据仿真结果设置入口的边界条件，即蚀刻液进入蚀刻域的初始速度或初始压强，得到蚀刻域的有限体积模型；对蚀刻域进行流体仿真计算，求解柔性印刷电路板铜层的轮廓演化及相关数据。优选地，所述S4中，仿真结果
与S1获取结果匹配的判定标准为电路线宽，即二者间误差不超过5％即可认定为匹配，若不匹配，则修正工艺参数在测量中存在的误差，所述工艺参数包括物理参数、动力学参数以及边界条件，其中，修正的物理参数包括铜相的动力粘度，修正的动力学参数包括蚀刻液的喷淋压力。优选地，所述S5中，工艺参数环境包括喷淋压力和蚀刻时间，喷淋压力和蚀刻时间均有一个设计值，在此设计值附近取一定的误差范围，在该范围内量化分类。在每一种工艺环境类别中，运用最小二乘法对数据进行拟合，获取印刷电路板光刻胶掩膜电路线宽补偿量的预测曲线。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取柔性印刷电路线宽在多夹角下的补偿量数据和对应的工艺环境参数，所述夹角为电路结构相对于进给方向的夹角；S2，建立柔性印刷电路蚀刻工艺中喷淋域的三维几何模型，并通过仿真计算该喷淋域下方印刷电路板上表面的喷淋压力分布；S3，建立柔性印刷电路板蚀刻工艺中蚀刻域的三维几何模型，且包括S1中夹角情况的模型，以S2中压力结果为初始条件，计算出蚀刻域中光刻胶掩膜下方铜层线路的形态；S4，将S3中铜层线路形态的仿真结果与S1中实验获取的铜层线路形态进行对比，通过调整仿真计算中涉及的工艺参数，将仿真结果与实验结果匹配；S5，以各工艺环境参数为划分对象，将S4中匹配结果优良的仿真结果进行分类，再对各工艺参数进行拟合处理，通过与相应的实验结果对比验证后，最终获取印刷电路板光刻胶掩膜电路线宽补偿量的预测曲线。2.根据权利要求1所述的印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法，其特征在于：步骤S1中的夹角覆盖范围为0
°
至90
°
，以每间隔1
°
获取补偿量数据和对应的工艺环境参数。3.根据权利要求1所述的印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法，其特征在于：所述S1工艺环境参数包括喷淋压力、蚀刻液温度、蚀刻液浓度、传送带进给速度，且所述柔性印刷电路的铜层电路线宽与设计值之间的误差不超过10％且未出现短路或断路形成的结构缺陷。4.根据权利要求1所述的印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法，其特征在于：所述步骤S2中，喷淋域的三维几何模型包括喷头高度、喷头间前后和左右间距、喷头内径、计算区域尺寸，应用于喷淋域的欧拉多相流模型选用2相模式，即空气相和蚀刻液相，蚀刻液的物理与动力学参数包括：蚀刻液密度、蚀刻液粘度、蚀刻液温度；根据以上所述的几何和物理参数，确定喷淋域仿真中的流体流态为湍流。5.根据权利要求1所述的印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法，其特征在于：所述步骤S3中，蚀刻域的三维几何模型包括铜层厚度、光刻胶掩膜厚度、掩膜电路线宽、夹角和计算区域尺寸；应用于蚀刻域的欧拉多相流模型选用3相模式，即空气相、蚀刻液相和铜相；铜的物理参数包括：密度、粘度、内摩擦角；根据以上所述的几何和物理参数，确定蚀刻域仿真中的流体流态为湍流，从计算结果调取铜的体积分数分布云图，进而判断铜层线路轮廓。6.根据权利要求4或5所述的印刷电路板掩膜线宽补偿量预测方法，其特征在于：步骤S2、S3中仿真计算均基于欧拉多相流模型和湍流模型，具体过程为：S23
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1基于连续介质流体力学控制方程、K
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ε模型方程、多相流中的欧拉微分方程和库仑定律，建立蚀刻域的理论模型，通过计算和查阅文献得到仿真所需参数，如雷诺系数、粘度；S23

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，申胜男，明瑞鉴，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：