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ETCH工艺 编写人 叶云丰2013年6月 目录前言基础部分 蚀刻目的蚀刻反应基本原理蚀刻工艺流程及原理名词解释设备技术提升部分 生产线简介生产线维护生产注意事项影响蚀刻速率因素分析蚀刻能力提高工序潜力与展望生产安全与环境保护 蚀刻的目的 蚀刻的目的即是将前工序所做出有图形的线路板上的未受保护的非导体部分铜蚀刻去 形成线路 蚀刻有内层蚀刻和外层蚀刻 内层采用酸性蚀刻 干膜为抗蚀剂 外层采用碱性蚀刻 锡铅为抗蚀剂 蚀刻反应基本原理 二 碱性氨类蚀刻液1 特性 不与锡铅发生任何反应 易再生 成本低 易回收 蚀铜速度快 侧蚀小 溶铜能力高 蚀刻速率易控制 2 主要反应原理Cu Cu NH3 4Cl2 2Cu NH3 2Cl4Cu NH3 2Cl 4NH3H2O 4NH4Cl O2 4Cu NH3 4Cl2 6H2O以上两反应重复进行 因此需要有良好抽气 使喷淋形成负压 使空气中的氧气与药液充分混合 从而利于蚀刻反应进行 注意抽气不可过大 否则造成氨水消耗量的增大 二价铜离子在碱性环境下极易生成氢氧化铜沉淀 需加入过量的氨水 使之生成稳定的氨铜错离子团 过量的氨使反应生成的不稳定Cu NH3 2Cl再生成稳定的具有氧化性的Cu NH3 4Cl2 使反应不断的进行 生产过程中自动控制通过监测PH值 比重 进行补加氨水和新液 而达到连续生产的目的 蚀刻工艺流程及原理 碱性蚀刻1 工艺流程 注 整孔工序仅适用于沉金制板 2 工艺原理 褪膜定义 用褪菲林液将线路板面上盖住的菲林褪去 露出未经线路加工的铜面 经电镀工序后的干膜在碱性褪膜液下溶解或部分成片状脱落 我司使用的是3 5 0 5 氢氧化钠溶液 为维持药液的效果 需注意过滤的效果 及时过滤去片状的干膜碎 防止堵塞喷嘴 注 外层干膜厚为1 5mil左右 经图形电镀后 铜厚和锡厚之和通常超过1 5mil 需控制图形电镀电流参数防止夹膜 同时控制褪膜速度以防褪膜不净而短路 蚀刻 定义 用蚀板液将多余的底铜蚀去剩下已加厚的线路 控制 随着反应不断进行 药液中氨水不断降低 铜离子不断增加 为保持蚀铜速度 必需维持药水的稳定 我司通过PH计 比重计控制氨水和新液的自动添加 当PH值低时添加氨水 当比重高时添加新液 为使之蚀铜反应进行更为迅速 蚀液中多加有助剂 例如 a 加速剂 Accelerator 可促使上述氧化反应更为快速 并防止亚铜错离子的沉淀 b 护岸剂 Bankingagent 减少侧蚀 c 压抑剂 Suppressor 抑制氨在高温下的飞散 抑制铜的沉淀加速蚀铜的氧化反应 新液洗使用不含有铜离子的NH3 H2O NH4Cl溶液清除板面残留的药液以及反应生成物Cu NH3 2Cl 其极不稳定 易生成沉淀 整孔除去非镀通孔中的在沉铜工序所吸附上去的钯离子 以防在沉金工序沉上金 褪锡使用含铜保护剂的主要成分为硝酸的药液 褪去线路上的锡铅层 露出线路 名词解释 水池效应在蚀刻过程中 线路板水平通过蚀刻机时 因重力作用在板上面新鲜药液被积水阻挠 无法有效和铜面反应 称之水池效应 而下面则无此现象 蚀刻因子蚀刻液在蚀刻过程中 不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用 侧蚀是不可避免的 侧蚀宽度与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子 设备 对于碱性蚀刻 为增加蚀刻速度 需提高温度到46 以上 因而有大量的氨臭味必须要有适当的抽风 抽风太大则将氨气抽走比较浪费 在抽风管内增加节流阀 控制抽风的强度 无论何种蚀刻液 都需采用高压喷淋 为获得较整齐的线条侧边和高质量的蚀刻效果 须严格选择喷嘴的形状和喷淋方式 但不论如何选择 都遵循一基本理论 那就是以最快速度的让欲蚀刻铜表面接触愈多新鲜的蚀刻液 喷嘴的形状有锥形 空锥形 实锥形 扇形等 我司采用的是扇形喷嘴 与锥形喷嘴相比 最佳的设计是扇形喷嘴 注意集流管的安装角度 能对进入蚀刻槽内的制板进行30度喷射 第二组集流管与第一组比有所不同 因喷淋液互相交叉时会降低喷淋的效果 尽量避免出现此种情况 蚀刻槽内集流管的安装与前进方向比有横置 竖置和斜置 我司采用的安装方式有两种方式 见下图 但摆动方向均垂直于运输方向 板运输方向 摆动方向 碱性氨类蚀刻液蚀刻液的PH值 比重 Cu2 的浓度 氯化氨浓度以及蚀刻液的温度等对蚀刻速度均有影响 1 Cu2 含量的影响 Cu2 过低 蚀刻速率低 且溶液控制困难 Cu2 过高 溶液不稳定 易生成沉淀 须控制Cu2 浓度在115 135g l 连续生产则通过比重来控制 2 溶液PH值的影响 PH值过低 对金属抗蚀层不利 且溶液中的铜不能完全被络合成铜氨络离子 溶液要出现沉淀 并在槽底形成泥状沉淀 这些沉淀能结在加热器上形成硬皮 可能损坏加热器 还会堵塞泵或喷嘴 对蚀刻造成困难 PH值过高 溶液中氨过饱和 游离到空气中污染环境 且使侧蚀增大 3 氯化氨含量的影响 从前面反应可知 Cu NH3 2Cl的再生需要过量的NH3和NH4Cl存在 若氯化氨过低 Cu NH3 2Cl得不到再生 蚀刻速率会降低 氯化氨过高 引起抗蚀层被浸蚀 4 温度的影响 蚀刻速率会随着温度的升高而加快 蚀刻温度过低 蚀刻速度会降低 则会增大侧蚀量 影响蚀刻质量 蚀刻温度高 蚀刻速度明显增大 但氨气的挥发量液增大 既污染环境 有增加成本 5 喷液压力的影响 蚀刻药水压力应在1 5 3 5kg cm2 过低则蚀刻不尽 过高则易打断药水的保护膜 造成蚀刻过度 蚀刻能力提高 一 减少侧蚀和突沿 提高蚀刻因子 侧蚀造成突沿 侧蚀和突沿降低 蚀刻因子会提高 突沿过度会造成导线短路 因为突沿会突然断裂下来 在导线间形成电的连接 严重的侧蚀则使精细导线的制作成为不可能 蚀刻液种类 不同的蚀刻液化学组分不同 蚀刻速度不同 侧蚀也不同 通常 碱性氯化铜蚀刻液比酸性氯化铜蚀刻液蚀刻因子大 药水供应商通常会添加辅助剂来降低侧蚀 不同的供应商添加的辅助剂不同 蚀刻因子也不同 蚀刻运输速率 运输速率慢会造成严重的侧蚀 运输速率快 板在蚀刻液中停留的时间越短 侧蚀量也越小 生产过程中 尽量提高蚀刻的运输速度 蚀刻液的PH值 碱性蚀刻液 PH值较高时 侧蚀增大 一般控制PH值在8 5以下 蚀刻液的比重 碱性蚀刻液的比重太低 会加重侧蚀 选择高铜浓度的蚀刻液对减少侧蚀是有利的 底铜厚度 底铜厚度越大 板需在蚀刻液中停留的时间也越长 侧蚀就越大 制作密集细小线路的制板 尽量使用低厚度的铜箔 减小全板镀铜厚度 二 提高板与板之间蚀刻速率的一致性在连续生产过程中 蚀刻速率越一致 越能获得蚀刻均匀的板 生产越容易控制 因此必须保证溶液始终保持最佳状态 选择易再生 蚀刻速率易控制的药水 选择能提供恒定操作条件的自动控制的工艺和设备 通过自动添加来保证溶液的稳定 通过喷淋系统或喷嘴的摆动来保证溶液流量的均匀性 三 提高整个板面蚀刻速率的均匀性 板的上下两面以及板面各个部位蚀刻均匀性有由板表面受到蚀刻液流量的均匀性决定的 由于水池效应的影响 板下面蚀刻速率高于上面 可根据实际生产情况调整不同位置喷液压力达到目的 生产操作中 需定期对设备进行检测和调校 板边缘比板中间蚀刻速率快 也可通过调整压力解决此问题 另外使喷淋系统摆动也是有效的 常见问题及改善 问题原因解决方法退膜不尽1 药水浓度偏低1 调整浓度到适当范围2 压力 温度不够 行速过快2 即时调整3 喷嘴堵塞3 疏通喷嘴板面氧化1 药水浓度偏高1 调整药水浓度2 温度过高2 调整药水温度蚀铜未净1 蚀刻速度太快1 适当调整运输速度2 药水成份不当2 调整药水成份3 铜面受污染3 避免蚀铜前铜面受污染4 喷嘴堵塞4 清洗喷嘴5 温度偏低5 调整温度蚀铜过度1 机速太慢1 调整机速2 温度偏高2 调整温度 工序潜力与展望 由于我司全板电镀较薄 且切匀性较好 故蚀刻的均匀性也相对较好 随着未来PCB的发展 如挠性板 密的线