线路板的蚀刻工艺

线路板的蚀刻工艺 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 主要内容 1 蚀刻工艺研究的意义2 蚀刻方法的分类3 蚀刻液研究概况4 蚀刻的原理5 影响蚀刻质量的因素 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 1蚀刻工艺研究的意义 线路板从发明至今 其历史60余年 历史表明 没有线路板 没有电子线路 飞行 交通 原子能 计算机 宇航 通信 家电 这一切都无法实现 道理是容易理解的 芯片 IC 集成电路是电子信息工业的粮食 半导体技术体现了一个国家的工业现代化水平 引导电子信息产业的发展 而半导体 集成电路 IC 的电气互连和装配必须靠线路板 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 印刷线路板上铜图形形成的方法 添加法工序简单 成本低廉 铜的损耗少 但用化学镀获得良好的镀膜比较困难 减去法工序复杂 但容易操作 容易得到良好的膜层且质量也稳定 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 选择曝光 显影 第1次图形转移 蚀刻 第2次图形转移 去胶 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 在印刷电路板制造工艺中 蚀刻工艺占有很重要的位置 随着电子技术及计算机技术的迅速发展 对半导体存储器的容量提出了新的更高的要求 对现代印制电路板要求愈细愈密 特点是高密度 细线路 细孔径 因此蚀刻技术的要求亦愈精细 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 2蚀刻方法的分类 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 1 浸渍蚀刻法 即把线路板试片浸入到盛有蚀刻液的窑器中蚀刻的方法 但蚀刻速度慢 且有凹蚀大的缺点 2 搅拌蚀刻法 用旋转轮将蚀刻液溅到加工件的方式 虽有蚀刻均匀 凹蚀少等优点 3 喷射蚀刻法 通过喷嘴将蚀刻液喷到加工件的方法 其蚀刻速度快 可通过控制喷射速度 喷雾形状 喷嘴位置和加工件的旋转速度来提高均匀性及减少凹蚀 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 3蚀刻液研究概况 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 1 氢氟酸体系 N EnJo和K Tamura提出了以氟化铵和氢氟酸为主要成分的蚀刻配方 2 硝酸体系 A HbSweIt等人使用硝酸浸蚀细线条印刷电路扳 能蚀刻铜层 N J NIuon也获得含硝酸的溶液蚀刻铜的专利工艺 3 硫酸盐和过硫酸铵盐 以硫酸盐为基础的蚀刻液使用后 其中的铜可以用电解的方法分离出来 因此能够重复使用 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 4 硫酸体系 1 过氧化氢 硫酸蚀刻铜工艺 D A Lukc对稳定剂 抑制剂和催化剂在腐蚀过程中的影响进行了测定 W M McGowan获得一项专利权 该浸蚀液主要成分含有低分子量铵化合物和一种脂肪酸胺 K c Wang采用内脂或F呋喃作催化剂 M L Elias和W L Burger研制出二醇促进剂 A H Reed研究认为 使用硫酸 过氧化氢溶液对印刷电路板铜层进行化学清洗 微蚀刻处理 效果更好 A H Reed提出一种新的稳定溶液 可以降低过氧化氢分解而不减缓蚀刻速度 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 2 铬酸 硫酸蚀刻铜工艺 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 5 三氯化铁体系 三氯化铁蚀刻液适用于网印抗蚀印料 液体感光胶 干膜 金等抗蚀层的印制板的蚀刻 但不适用于镍 锡 锡 铅合金等抗蚀层 在印制电路 电子和金属精饰等工业中广泛采用三氯化铁蚀刻铜 铜合金及铁 锌 铝等 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 6 碱性氯化铜体系 此法优点是蚀铜量增大 价格便宜且效果稳定 但经实验发现也存在着较大缺点 蚀铜到一定浓度后速度很慢且蚀铜效果差 易出现侧蚀等现象 而且 碱性氨水蚀刻铜工艺体系对pH值非常敏感 pH值的范围相当窄 加上游离氨的挥发 pH值的控制显得不容易 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 7 酸性氯化铜体系 酸性氯化铜是在氯化铜基础上添加盐酸等氯化物形成的蚀刻溶液 其特点是蚀刻速度容易控制 侧蚀小 溶铜量大 易再生和回收 减少污染 蚀铜液在稳定状态 包括工艺参数设定 操作条件控制 设备配合 下能达到蚀刻高质量 相对蚀刻系数因子 ETCHIFACTOR 大幅度提升 适合小于0 10mm的精细线路制作 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 4蚀刻的原理 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 若铜表面生成的来不及扩散进入溶液 在蚀刻的表面将发生膜的沉积 其反应为 在酸性蚀刻液体系中 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 在碱性蚀刻液体系中 由以上三式得 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 但无论酸性还是碱性蚀刻液 在采用喷射方法蚀刻时 金属的本体时时刻刻与蚀刻液相接触 一方面利用溶液的冲刷作用 使得表面残留物得以脱落 另一方面溶液可以与空气中大量氧接触 溶解在蚀刻溶液中 加快铜的氧化 这样就可以提高蚀刻的速度 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 5影响蚀刻质量的因素 线宽是蚀刻性能指标最重要的一个参数 也是影响蚀刻质量的一个重要因素 在印刷线路板制造业中通常把小于100微米的线宽称为 精细线 图2蚀刻的四个阶段 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 评判蚀刻状况的好坏 通常以下列数值为依据 突沿侧蚀蚀刻系数因子过蚀蚀刻表面光洁度线间距是否清晰 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 图3铜线与基板之间的角度 图4两线短路示意图 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 影响蚀刻质量的因素可从以下几方面来分析 A 从蚀刻液对蚀刻速度和蚀刻质量的影响来看蚀刻液的本性 主盐浓度 pH值 所加入无机盐和有机添加剂等对蚀刻速度和蚀刻质量有很大影响 B 从工艺规范对蚀刻速度和蚀刻质量的影响来看试样的运动速度 蚀刻温度 喷嘴角度 喷洒压力等都会影响蚀刻速度和蚀刻质量 尤其是运动速度 蚀刻温度对蚀刻速度影响极大 喷嘴角度 喷洒压力等对侧蚀影响也很大 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 C 从蚀刻基材对蚀刻速度和蚀刻质量的影响来看基材的材料性质和洁净度等都会影响蚀刻速度和蚀刻质量 UniversityofScienceandTechnologyBeijing 2020 4 24 例如 酸性氯化铜蚀刻蚀刻体系中主要组分在蚀刻过程中所起的作用中的既是