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碱性氯化铜蚀刻液原理及基础配方
作者:LETOU   发布时间:2020-06-23 09:18

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  碱性氯化铜蚀刻液 1.特性 1.特性 1)适用于图形电镀金属抗蚀层,如镀覆金、镍、锡铅合金,锡镍合金及锡的印 制板的蚀刻。 2)蚀刻速率快,侧蚀小,溶铜能力高,蚀刻速率容易控制。 3)蚀刻液可以连续再生循环使用,成本低。 2.蚀刻过程中的主要化学反应 2.蚀刻过程中的主要化学反应 在氯化铜溶液中加入氨水,发生络合反应: CuCl2+4NH3 →Cu(NH3)4Cl2 在蚀刻过程中,板面上的铜被[Cu(NH3)4]2+络离子氧化,其蚀刻反应如下: Cu(NH3)4Cl2+Cu →2Cu(NH3)2Cl 所生成的[Cu(NH3)2] 为 Cu 的络离子,不具有蚀刻能力。在有过量 NH3 和 Cl 的情 况下,能很快地被空气中的 O2 所氧化,生成具有蚀刻能力的[Cu(NH3)4]2+络离子, 其再生反应如下: 2Cu(NH3)2Cl+2NH4Cl+2NH3+1/2 O2 →2Cu(NH3)4Cl2+H2O 从上述反应可看出,每蚀刻 1 克分子铜需要消耗 2 克分子氨和 2 克分子氯化铵。 因此,在蚀刻过程中,随着铜的溶解,应不断补加氨水和氯化铵。 应用碱性蚀刻液进行蚀刻的典型工艺流程如下: 镀覆金属抗蚀层的印制板(金、镍、锡铅、锡、锡镍等镀层) →去膜→水洗→吹 2+ 干→检查修板→碱性蚀刻→用不含 Cu 的补加液二次蚀刻→水洗→检查→浸亮 (可选择) →水洗→吹干 3. 蚀刻液配方 蚀刻液配方有多种,1979 年版的印制电路手册(Printed Circuits Handbook)中 介绍的配方见表 10-4。 表 10-4 国外介绍的碱性蚀刻液配方 组份 1 2 3 1+ 1+ - NH3·H2O NH4Cl Cu2+ NaClO2 NH4HCO3 (NH4)3PO4 NH4NO3 3.0mol/L 1.5-0 - 10.375 0-1.5 - 0-1.5 6.0 mol/L 5.0 2.0(仅起始液) - - 0.01 - 2-6 mol/L 1-4.0 0.1-0.6 - - 0.05-0.5 - 国内目前大多采用下列配方: CuCl2· 2O 100~150g/l 、 4Cl 100g/l 、 3· 2O 2H NH NH H 670~700ml/12 配制后溶液 PH 值在 9.6 左右。溶液中各组份的作用如下: NH3·H2O 的作用是作为络合剂,使铜保持在溶液里。 NH4Cl 的作用是能提高蚀刻速率、溶铜能力和溶液的稳定性。 (NH4)3PO4 的作用是能保持抗蚀镀层及孔内清洁。 4.影响蚀刻速率的因素 4.影响蚀刻速率的因素 蚀刻液中的 Cu 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。 2+ 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 0-11 盎司/加仑时,蚀刻时间长;在 11-16 盎司/加 仑时,蚀刻速率较低,且溶液控制困难;在 18-22 盎司/加仑时,蚀刻速率高且 溶液稳定;在 22-30 盎司/加仑时,溶液不稳定,趋向于产生沉淀。 注: 加仑 1 (美制) =3.785 升 1 盎司= 28.35 克 1 盎司/加仑=28.35/3.785=7.5G/1 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 0 氨的水溶液,调整比重到合适的范围。一般比重控制在 18~24 Be’。 溶液 PH 值的影响 蚀刻液的 PH 值应保持在 8.0~8.8 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)2]1+的再生需要有过量的 NH3 和 NH4Cl 1+ 存在。如果溶液中缺乏 NH4Cl,而使大量的[Cu(NH3)2] 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。见图 10-12 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 45℃~55℃为宜。 5. 蚀刻液的调整 自动控制调整 随着蚀刻的进行,蚀刻液中铜含量不断增加,比重逐渐升高,当蚀刻液中铜浓度 达到一定高度时就要及时调整。在自动控制补加装置中,是利用比重控制器控制 蚀刻液的比重。当比重升高时,自动排放比重过高的溶液,并添加新的补加液, 使蚀刻液的比重调整到允许的范围。补加液要事先配制好,放入补加桶内,使补 加桶的液面保持在一定的高度。 专卖的蚀刻盐品种很多,其补加液的配制方法大同小异。下面仅介绍一种: 蚀刻盐补加液的配制方法 蚀刻盐 255g/l PH 值 9.8 氨水(26%) 450ml/l 比重 1.03 水 450ml/l 人工调整 方法一:首先在蚀刻液冷却、静置情况下,取样分析清液中的铜浓度,然后根据 分析结果,确定废液的排放量。排放量可按下式计算: 排放量=(分析值-规定值)/分析值 *总体积 式中:排放量-从蚀刻槽中排出废液的体积(l) 分析值-由化学分析得出的铜含量(g/l) 规定值-配方中规定的铜含量(g/l) 总体积-蚀刻槽中蚀刻液的体积(l) 原则上是排放多少体积的废液就补加多少体积的补加液。 方法二:上述 1 升补加液可蚀铜约 150~165g 铜。可统计生产中蚀刻铜的量,当 达到这个范围时,放去 20%之工作液,补充新的补加液到相同体积。 图 10-13 碱性蚀刻机及控制,补加系统 现在印制板生产厂家一般采用带有蚀刻液控制、补加系统的碱性蚀刻机 10-13 进行印制板的碱性蚀刻。 6. 蚀刻过程中常出现的问题 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:温度,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 Cl-含量过高造成的。 铜表面发黑,蚀刻不动 蚀刻液中 NH4Cl 的含量过低造成的。


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