当印制电路板在完成图形转移之后,无论是采用减成法还是半加成法工艺,最后都要用化学腐蚀方法来去除无用的金属箔部分,以获得所需要的电路图形,这一工艺过程成为“蚀刻工艺”,简称蚀刻。这是印制电路板生产的重要一个环节,成败关系到后续印制电路板是否可以顺利进行。

在蚀刻过程中,主要是蚀刻液与金属箔之间发生氧化还原反应。同时由于金属箔被附着在介质材料上,并有一部分被抗蚀层保护,在蚀刻过程中必然出现侧蚀以及由于侧蚀带来的“凸沿”现象,因此选择蚀刻液和定制蚀刻工艺必须考虑如下几个因素:

(1)与抗蚀剂的适应性

(2)与介质基材的适应性

(3)蚀刻速率

(4)蚀刻速率的控制性能

(5)溶铜量

(6)工艺控制的科学性

(7)设备维护

(8)成本

(9)生产能力

(10)蚀刻液的再生与补加

(11)铜回收

(12)溶液污染的控制

各种蚀刻剂对铜箔的蚀刻基于氧化还原反应的基本原理进行。在蚀刻液作用下,铜失去电子变成二价铜离子二进入溶液中。有抗蚀层(抗蚀剂或者电镀锡-铅焊料)保护的电路图形被蚀刻剂腐蚀保存下来,从而得到所需的电路图形。

现在以氯化铜蚀刻液为主。

1氯化铜蚀刻

用氯化铜作为蚀刻剂,具有配方简单、蚀刻速度快、溶铜量高、稳定性好、产品质量可靠、溶液可再生,铜回收容易、对环境污染小等优点,在印制电路板中得到迅速推广,是目前生产中首选蚀刻剂。

根据印制电路板制作方法不同,分为酸性氯化铜蚀刻剂和碱性氯化铜蚀刻剂。酸性氯化铜适用于丝网印刷及多层印制电路板内层的制作工艺。碱性氯化铜适用于镀焊料(锡-铅)保护层的单面、双面及多层印制电路板外层电路的制作工艺。

1.1酸性氯化铜蚀刻剂

这种蚀刻剂以氯化铜为基础,加入其他酸盐及其他可溶性氯化物配制,适用于丝网印刷印料、干膜、金和锡-镍合金为抗蚀层的印制电路板的生产。

1组成

氯化铜、盐酸、氯化钠、氯化铵

2蚀刻机理

以二价铜离子与铜箔的铜进行氧化还原反应,使铜转变为一价离子,完成蚀刻的作用:

但CuCl是微溶于水的化合物(0.006),可溶于盐酸和氨中,因此,只含有氯化铜一种物质的溶液,对铜的蚀刻速度非常缓慢。当有足够数量的氯离子存在时,氯化铜首先形成铜氯络离子:

具有很强的氧化性,能使Cu氧化溶解进行蚀刻:

或CuCl直接被具有强络合能力的络合而溶解

或者在空气参与下,使Cu+氧化溶解:

这一反应在酸性条件下,由于CuCl2的溶解度非常小(0.0004~0.0008),反而导致反应缓慢而无法进行。通过用空气搅拌加喷淋的方式促进反应的进行和完成,同时又可使蚀刻液不断保持再生,保持其稳定的蚀刻速度,实现自动化连续生产。

在反应中的是由加入的HCl和其他氯化物提供的。随着蚀刻的进行,Cu的溶解,不断被消耗,同时CuCl2不断产生累计。因此需要定期取出一部分蚀刻液,并加入新的HCl和氯化物,以保持蚀刻液正常浓度和蚀刻速度。

在生产实际中,由于印制电路板蚀刻后在清洗时被水带走的蚀刻液正好与添加量相等,由此造成的损失和对环境的污染非常惊人,因此必须对清洗后的水进行认真的处理。

3蚀刻工艺因素

氯离子浓度、铜离子浓度、温度

1.2碱性氯化铜蚀刻

利用二价铜离子的氧化性和氨离子的络合作用,对印制电路板的铜箔进行蚀刻的蚀刻剂具有很多优点:

(1)可用于金、镍、铅-锡合金等金属为抗蚀层印制电路板的蚀刻

(2)适用于大多数涂有有机耐碱抗蚀剂印制电路板的蚀刻

(3)蚀刻速度快,侧蚀小,蚀刻精度高

(4)通过控制pH值和浓度,能保持恒定的蚀刻速度

(5)溶铜量大

(6)成本较低,再生容易,废铜回收容易

因此,这种蚀刻剂与目前正在推广使用的电镀-蚀刻工艺配合使用,已成为目前印制电路板生产的主流。

1组成

氯化铜、氯化铵、氨水、去离子水

2蚀刻机理

这种蚀刻液是通过二价铜离子的氧化作用和氨的络合作用同时对铜箔进行腐蚀和溶解,从而达到蚀刻目的。

蚀刻工艺因素:

浓度、浓度、pH值及温度等

2侧蚀与镀层凸沿

2.1侧蚀原因

在采用减成法或者半加成法制造印制电路板时,在蚀刻工艺中,随着蚀刻向纵深方向发展时,铜导线侧面也被腐蚀,这种现象成为侧蚀,侧蚀现象是蚀刻中不可避免的,只能设法减少,但是不能消除。

由于侧蚀,在抗蚀层下面的铜导线侧面向内形成凹槽,由于使用的抗蚀层不同,侧蚀造成的后果不同。

用光刻胶与丝网印料作为抗蚀层的印制电路板,蚀刻后铜导线纵断面近似为梯形的上窄下宽的形状,严重时可引起断线等废品。

用金属(金、锡、锡-镍合金、锡-铅焊料)作为抗蚀层的印制电路板,由于电镀时,电镀层横向变宽,侧蚀后形成蘑菇状纵断面,镀层凸出于铜导线外面,形成一个“房沿状”边沿,成为“凸沿”。由于凸沿较薄易碎落,能引起导线间的短路。

2.2减小侧蚀方法

采用减成法和半加成法工艺制造印制电路板,侧蚀不可避免。为了减轻侧蚀,以获得高精度、高密度印制电路板,应从以下几方面采取措施:

(1)采用高效蚀刻剂,以缩短蚀刻时间,减少产生侧蚀的时间

(2)适当提高蚀刻温度,以加快蚀刻速度

(3)选用超薄覆铜薄层压板,以缩短铜箔被蚀刻时间。为此,现在已能生产出铜箔仅为10um和5um的覆铜薄层压板,用于生产高精密度的印制电路板。

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