蚀刻培训讲义.doc

蚀刻培训讲义一、 流程入板膨松退膜水洗蚀刻氨水洗水洗孔处理（沉金板）水洗退锡水洗烘干出板二、目的将板面上多余之铜蚀去得到符合要求的线路图形三、控制要点与工作原理1 膨松：一种浸泡式过程，先将其软泡，将给后工序退膜。控制条件：浓度3-5% 温度505 行板速率2退膜 用3%的强碱或10-13%的RR-2有机去膜液剥除，抗氧化剂防止铜面氧化，除泡剂消泡。1 蚀刻a. 概述 目前，印刷电路板（PCB）加工的典型工艺采用“图形电镀法”。即先在板子外层需保留的铜箔上，也就是电路的图形部分上预镀一层铅锡抗蚀层，然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉，称为蚀刻。 要注意的是，这时的板子上面有两层铜，在外层蚀刻工艺中仅仅有一层铜是必须被全部蚀刻掉的，其余的将形成最终所需要的电路。在这种类型的电镀叫图形电镀，其特点是镀铜层仅存在于铅锡抗蚀层。另外一种工艺称为“全板镀铜工艺”，与图形电镀相比，全板镀铜的最大缺点是板面各处都要镀两次铜而且蚀刻时还必须都把它们腐蚀掉。因此当导线线宽十分精细时将会产生一系列的问题。同时，侧腐蚀会严重影响线条的均匀性。 目前，锡或铅锡是最常用的抗蚀层，用在氨性蚀刻剂的蚀刻工艺中，氨性蚀刻剂是普遍使用的化工药液，与锡或铅锡不发生任何化学反应。氨性蚀刻剂主要是指氨水/氯化氨蚀刻液，下面作主要介绍。 对蚀刻质量的基本要求就是能够将除抗蚀层下面以外的所有铜层完全去除干净，止此而已。从严格意义上讲，如果要精确地界定，那么蚀刻质量必须包括导线线宽的一致性和侧蚀程度。由于目前腐蚀液的固有特点，不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用，所以侧蚀几乎是不可避免的。 侧蚀问题是蚀刻参数中经常被提出来讨论的一项,它被定义为蚀刻深度与侧蚀宽度之比, 称为蚀刻因子。在印刷电路工业中，它的变化范围很宽泛，从1到5。显然，小的侧蚀度或大的蚀刻因子是最令人满意的。 蚀刻设备的结构及不同成分的蚀刻液都会对蚀刻因子或侧蚀度产生影响，或者用乐观的话来说，可以对其进行控制。采用某些添加剂可以降低侧蚀度。这些添加剂的化学成分一般属于商业秘密，各自的研制者是不向外界透露的。从许多方面看，蚀刻质量的好坏，早在印制板进入蚀刻机之前就已经存在了。因为印制电路加工的各个工序或工艺之间存在着非常紧密的内部联系，没有一种不受其它工序影响又不影响其它工艺的工序。许多被认定是蚀刻质量的问题，实际上在去膜甚至更以前的工艺中已经存在了。同时，这也是由于蚀刻是自贴膜，感光开始的一个长系列工艺中的最后一环，之后，外层图形即转移成功了。环节越多，出现问题的可能性就越大。这可以看成是印制电路生产过程中的一个很特殊的方面。 另外，在许多时候，由于反应而形成溶解，在印刷电路工业中，残膜和铜还可能在腐蚀液中形成堆积并堵在腐蚀机的喷嘴处和耐酸泵里，不得不停机处理和清洁，而影响了工作效率。b. 反应机理 所有有关蚀刻的理论都承认这样一条最基本的原则，即尽量快地让金属表面不断的接触新鲜的蚀刻液。对蚀刻过程所进行的化学机理分析也证实了上述观点。在氨性蚀刻中，假定所有其它参数不变，那么蚀刻速率主要由蚀刻液中的氨（NH3）来决定。因此用新鲜溶液与蚀刻表面作用,其目的主要有两个：一是冲掉刚刚产生的铜离子；二是不断提供进行反应所需要的氨（NH3）。反应式：Cu(NH3）Cl2+Cu2Cu(NH3)2Cl 2Cu(NH3)2Cl+2NH4Cl+2NH3+1/2OZ2Cu(NH3)4Cl2+H2O 在印制电路工业的传统知识里,特别是印制电路原料的供应商们,大家公认,氨性蚀刻液中的一价铜离子含量越低，反应速度就越快.这已由经验所证实。事实上，许多的氨性蚀刻液产品都含有一价铜离子的特殊配位基（一些复杂的溶剂），其作用是降低一价铜离子(这些即是他们的产品具有高反应能力的技术秘诀 ),可见一价铜离子的影响是不小的。将一价铜由5000ppm降至50ppm，蚀刻速率会提高一倍以上。 由于蚀刻反应过程中生成大量的一价铜离子，又由于一价铜离子总是与氨的络合基紧紧的结合在一起,所以保持其含量近于零是十分困难的。通过大气中氧的作用将一价铜转换成二价铜可以去除一价铜。用喷淋的方式可以达到上述目的。 这就是要将空气通入蚀刻箱的一个功能性的原因。但是如果空气太多，又会加速溶液中的氨损失而使PH值下降，其结果仍使蚀刻速率降低。氨在溶液中也是需要加以控制的变化量。一些用户采用将纯氨通入蚀刻储液槽的做法。这样做必须加一套PH计控制系统。当自动测得的PH结果低于给定值时，溶液便会自动进行添加。c. 影响蚀刻速率的因素蚀刻液中的Cu2+的浓度、PH值、氯化铵浓度以及蚀刻液的温度对蚀刻速率均有影响。掌握这些因素的影响才能控制溶液，使之始终保持恒定的最佳蚀刻状态，从而得到好的蚀刻质量。Cu2+浓度的影响 因为Cu2+是氧化剂，所以Cu2+的浓度是影响蚀刻速率的主要因素。研究铜浓度与蚀刻速率的关系表明：在082.5g/L时，蚀刻时间长；在82.5120g/L时，蚀刻速率较低，且溶液控制困难；在135165g/L时，蚀刻速率高且溶液稳定；在165225g/L时，溶液不稳定，趋向于产生沉淀。在自动控制蚀刻系统中，铜浓度是用比重控制的。在印制板的蚀刻过程中，随着铜的不断溶解，溶液的比重不断升高，当比重超过一定值时，自动补加氯化铵和氨的水溶液，调整比重到合适的范围。一般控制在1.1651.185g/L。溶液PH值的影响 蚀刻液的PH值应保持在8.08.8之间。当PH值降到8.0以下时，一方面是对金属抗蚀层不利。另一方面，蚀刻液中的铜不能被完全络合成铜氨络离子，溶液要出现沉淀，并在槽底形成泥状沉淀。这些泥状沉淀能在加热器上结成硬皮，可能损坏加热器，还会堵塞泵和喷嘴，给蚀刻造成困难，如果溶液PH值过高，蚀刻液中氨过饱和，游离氨释放到大气中，导致环境污染。另一方面，溶液的PH值增大也会增大侧蚀的程度，而影响蚀刻的精度。氯化铵含量的影响 通过蚀刻再生的化学反应可以看出:Cu(NH3)21+的再生需要有过量的NH3和NH4Cl存在。如果溶液中缺乏NH4Cl,而使大量的Cu(NH3)21+得不到再生，蚀刻速率就会降低，以至失去蚀刻能力。所以，氯化铵的含量对蚀刻速率影响很大。随着蚀刻的进行，要不断补加氯化铵。但是，溶液中Cl-含量过高会引起抗蚀层被浸蚀。一般蚀刻液中NH4Cl含量在150g/l左右。温度的影响 蚀刻速率与温度有很大关系，蚀刻速率随着温度的升高而加快。蚀刻液温度低于40，蚀刻速率很慢，而蚀刻速率过慢会增大侧蚀量，影响蚀刻质量。温度高于60，蚀刻速率明显增大。但NH3的挥发量也大大增加，导致污染环境并使蚀刻液中化学组份比例失调。故一般应控制在4555为宜。3 退锡当蚀刻完成后，需要将保护图形的锡抗蚀层除去。我们这里使用的是殷田公司SS-188退锡水，这是一种硝酸型退锡水，其主要反应式为：（还原产物）(氧化剂) 4HNO3+Sn+Ox Sn（NO3）2+R R+O2 OX由于氧化剂OX能再生，反应过程消耗量少，其作用似于催化作用，加速退锡速率。控制比重：1.21.45g/L二、蚀刻过程中常出现的问题及其处理方法：蚀刻速率降低 这个问题与许多因素有关。要检查蚀刻条件，例如：湿度，喷淋压力，溶液比重、PH 值和氯化铵的含量等，使之达到适宜的范围。蚀刻溶液中出现沉淀 由于氨的含量过低（PH值降低），或用水稀释等原因造成的。溶液比重过大也会造成沉淀抗蚀镀层被浸蚀 蚀刻液PH值过低或C1-含量过高造成的铜表面发黑，蚀刻不动 蚀刻液中NH4C1的含量过低造成的成因解决方法1.退膜未净a. 速度过快,药液浓度不够b.喷咀、滤网堵塞,压力下降c.夹菲林a.调整药水,降低机速b.保养设备,换缸c.改善电镀状况2.蚀板未净a. 机速与压力