酸性蚀刻工艺流程教材幻灯片.ppt

酸性蚀刻工艺流程教材 1 一 简介 2 二 蚀刻质量指标1 蚀刻因子 蚀刻系数 2 蚀刻均匀性 一般用COV表示 数值小说明均匀性好 COV 标准偏差 平均值3 蚀刻速率 3 三 影响蚀刻特性的因素1 蚀刻液的化学组成 如有酸性蚀刻与碱性蚀刻之分 2 蚀刻温度温度对蚀刻液特性的影响比较大 通常在化学反应过程中 温度对加速溶液的流动性和减小蚀刻液的粘度 提高蚀刻速率起着很重要的作用 但温度过高 也容易引起蚀刻液中一些化学成份挥发 造成蚀刻液中化学组份比例失调 同时温度过高 可能会造成高聚物抗蚀层的被破坏以及影响蚀刻设备的使用寿命 因此 蚀刻液温度一般控制在一定的工艺范围内 4 3 采用的铜箔厚度 铜箔的厚度对电路图形的导线密度有着重要影响 铜箔薄 蚀刻时间短 侧蚀就很小 反之 侧蚀就很大 所以 必须根据设计技术要求和电路图形的导线密度及导线精度要求 来选择铜箔厚度 同时铜的延伸率 表面结晶构造等 都会构成对蚀刻液特性的直接影响 5 4 电路的几何形状 电路图形导线在X方向和Y方向的分布位置如果不均衡 会直接影响蚀刻液在板面上的流动速度 同样如果在同板面上的间隔窄的导线部位和间隔宽的导线部位状态下 间隔宽的导线分布的部位 蚀刻就会过度 所以 这就要求设计者在电路设计时 就应首先了解工艺上的可行性 尽量做到整个板面电路图形均匀分布 导线的粗细程度应尽量相一致 6 5 蚀刻设备的影响 喷淋方式 喷管和喷咀设计 摇摆 喷淋压力调节等因素 6 流体力学方面的影响 表面张力 粘度 表面张力越小越有利 温度 润湿剂 蚀刻过程中 随着铜的不断溶解 蚀刻液的粘度就会增加 使蚀刻液在基板铜箔表面上流动性就差 直接影响蚀刻效果 7 四 氯化铜酸性蚀刻液的特性及蚀刻原理1 特性蚀刻速率易控制 蚀刻液在稳定的状态下 能达到高的蚀刻质量 溶铜量大 蚀刻液容易再生与回收 减少污染 2 蚀刻原理在蚀刻过程中 氯化铜中的二价铜具有氧化性 能将印制电路板面上的铜氧化成一价铜 其化学反应如下 蚀刻反应 Cu Cucl2 2Cucl 8 所形成氯化亚铜是不易溶于水的 在有过量的氯离子存在的情况下 能形成可溶性的络离子 其化学反应如下 络合反应 2Cucl 4cl 2 Cucl3 2 随着铜的蚀刻 溶液中的一价铜越来越多 蚀刻能力很快就会下降 以至最后失去效能 为了保持连续的蚀刻能力 可以通过各种方式对蚀刻液进行再生 使一价铜重新转变成二价铜 达到正常蚀刻的工艺标准 9 3 影响蚀刻速率的因素影响蚀刻速率的因素较多 但影响较大的是蚀刻液中的氯离子 一价铜的含量 蚀刻液的温度及二价铜的浓度等 1 氯离子含量的影响氯离子浓度高 蚀刻速率快 在氯化铜蚀刻液中二价铜和一价铜实际上都以和氯离子的络合形式存在的 在蚀刻反应过程中 生成Cucl不易溶于水 而在铜的表面生成一层氯化亚铜膜 阻止了反应进行 但过量的氯离子能与络合形成可溶性络离子从铜表面溶解下来 从而提高了蚀刻速率 10 2 一价铜含量的影响 在蚀刻过程中 随着化学反应的进行 就会形成一价铜 微量的一价铜存在蚀刻液内 会显著的降低蚀刻速率 3 二价铜含量的影响 二价铜离子浓度低时 蚀刻速率低 太高时会因蚀刻液粘度 比重的增大蚀刻速率也会低 所以二份铜含量在规格范围内 180 210g L 可达到最佳的蚀刻效果一般都采用比重方法来控制溶液内的含铜量 11 4 温度温度升高 蚀刻速率增加 但温度过高会引起盐酸过多的挥发 导致溶液组分比例失调 12 4 蚀刻液的再生原理 主要利用氧化剂将溶液中的一价铜离子氧化成二价铜离子 方法 通氧气或压缩空气法 氯气法 电解法 氯酸钠法和双氧水法等等 在此主要介绍常用的氯酸钠法再生反应 6Cucl NaclO3 6Hcl 6Cucl2 3H2O Nacl 13 氧化剂为自动添加方式控制 众所周知 蚀刻铜的过程实际上是一个氧化一还原过程 随着蚀刻的进行 一价铜离子不断增加 其氧化一还原电位也发生变化 根据奈恩斯特方程 E E0 0 059 nlog Cu2 Cu1 E0 标准电极电位 毫伏 n 反应过程中的得失电子数 Cu2 是二价铜离子浓度 Cu1 是一价铜离子浓度从上述方程式可以看出 氧化还原电位E与 Cu2 Cu1 的比值有关 14 五 蚀刻导线图形时应注意的技术问题1 关于蚀刻均匀度的控制喷淋压力的调节 上下 左右压力的调整 薄板的压力调整 从菲林补偿来改善 密线路区和疏线路区采用不同的补偿值2 操作方式的控制视图形导线疏密走向确定放板的方向 确保蚀刻液在基板面流动快 不会产生蚀刻液堆积的问题 在蚀刻时将导线密面朝下 导线疏的面朝上 以改善电路图形两面蚀刻的均匀性 15 六 常见故障及处理方法 16 17 铜可以三种氧化状态存在 原子形成Cu 蓝色离子的Cu 以及较不常见的亚铜离子Cu 金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解 见下面反应式 1 Cu Cu 2Cu 1 在酸性蚀刻的再生系统 就是将Cu 氧化成Cu 因此使蚀刻液能将更多的金属铜咬蚀掉 3 蚀刻反应机理 18 直觉的联想 在氯化铜酸性蚀刻液中 Cu 及Cu 应是以CuCl2及CuCl存在才对 但事实非完全正确 两者事实上是以和HCl形成的一庞大错化物存在的 Cu H2CuCl4 2HCl 2H2CuCl3 2 其中H2CuCl4实际是CuCl2和HCl的络合物 而H2CuCl3则是CuCl和HCl的络合物 19 在反应式 2 中可知HCl是消耗品 2 式可以简化成以下两个反应式 Cu H2CuCl4 2H2CuCl3 CuCl 不溶 3 CuCl 2HCl 2H2CuCl3 可溶 4 3 式中因产生CuCl沉淀 会阻止蚀刻反应继续发生 但因HCl的存在溶解CuCl 维持了蚀刻的进行 由此可看出HCl是氯化铜蚀刻中的消耗品 而且是蚀刻速度控制的重要化学品 20 在蚀刻中氯化