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1、第8章 蚀刻技术,印制电路原理和工艺,8.1 概述,当印制电路板在完成图形转移之后，要用化学腐蚀的方法，去除无用的金属箔（层）部分，以获得所需要的电路图形。这一工艺过程称为“蚀刻工艺”，简称“蚀刻”。最早是使用三氯化铁的水溶液为蚀刻液。由于存在着溶液处理及污染等固有的缺点，而逐渐被淘汰代之以氯化铜、过硫酸盐、过氧化氢硫酸、氨碱以及其它刻蚀液。,表 8-1三氯化铁蚀刻剂的组成（20）,8.2.2蚀刻机理 1)FeCl3CuFeCl2+CuCl 2)FeCl3CuClFeCl2CuCl2 3)CuCl2Cu2CuCl,图8-1 Fe3+的消耗量与Fe3+及Cu2+溶铜量的关系,8.2.3蚀刻工艺因
2、素 1.蚀刻剂的浓度 2.温度 3.酸度 4.搅拌和过滤,图8-3 不同蚀刻液溶铜量与蚀刻速率的关系,8.2.4 蚀刻工艺 用三氯化铁为蚀刻剂的蚀刻工艺流程如下：预蚀刻检查蚀刻水洗浸酸处理水洗干燥去除蚀层热水洗水冲洗（刷洗）干燥检验,8.3.1酸性氯化铜蚀刻剂 这种蚀刻剂以氯化铜（CuCl22H2O）为基础，加入盐酸及其它可溶性氯化物配制，它适用于丝网漏印印料、干膜、金和锡镍合金为抗蚀层的印制板的生产。,8.3 氯化铜蚀刻,表8-2 酸性氯化铜蚀刻剂组成（国外配方）,表 8-3 酸性氯化铜蚀刻剂的组成（国内配方）,2.蚀刻机理这种蚀刻剂是以而价铜离子与铜箔的铜进行氧化。CuCuCl2 2CuC
3、l但CuCl是微（溶解度微0.006）溶于水化合物。它可溶于盐酸和氨中，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：CuCl22Cl CuCl42-,3.蚀刻工艺因素 1）氯离子浓度 2）铜离子（Cu2+）浓度 3）温度,图8-5 氯化物种类和浓度与相对蚀刻速度的影响曲线：1.CuCl2水溶液 2.CuCl2+2MNaCl溶液 3.CuCl2+饱和NaCl溶液 4.CuCl2+6MHCl溶液,4.蚀刻设备根据生产规模有四种蚀刻设备可供选择，即 浸渍蚀刻机 鼓泡蚀刻机 溅泼蚀刻机 喷淋蚀刻机,图8-7 自动蚀刻机,5.蚀刻中存在的问题分析（1）蚀刻速度慢（2）在印制板及溶液中有沉淀出现
4、（3）抗蚀后层开裂（4）印制板板面有黄色残余物,1.碱性氯化铜蚀刻剂的组成 这种蚀刻剂以二价铜离子和氨为主要成分,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，达到蚀刻的目的。CuCl24NH3Cu(NH3)42+2Cl-Cu(NH4)42+Cu2Cu(NH3)2,同时，当溶液中存在氧时，一价铜氨络离子又被氧化为二价铜氨络离子：4Cu(NH3)2+8NH3+02+2H2O4Cu(NH3)42-+4OH-+Cl-因此，为使溶液反应能连续不断地工作，则必须使溶液中始终有过量的NH3和充分的O2 存在。,蚀刻工艺因素,5.蚀刻液的再生,（1）结晶法 将溶液冷
5、却，使其中的铜盐结晶并沉淀出来，采用连续过滤的方法，除去。（2）萃取法 一般使用的萃取剂“2羟基5另辛基二苯甲洞肟”。（3）酸化 将用过的蚀刻液加入盐酸酸化处理（4）碱化 可向蚀刻液中加入过量的碱，提高溶液的PH值，使CuO沉淀出来,8.4.过氧化氢和硫酸蚀刻剂这种蚀刻剂的基本组成是过氧化氢和硫酸，为改善蚀刻性能和稳定性，加入相应的稳定剂和催化剂,8.4.2 蚀刻机理它具有很强的氧化性，使铜氧化为二价铜的氧化物，H2SO4使氧化铜溶解，完成蚀刻过程：H2O2H2O+OCu+H2SO4CuSO4+H2OCu+H2SO4CuSO4+H2O总反应式为：Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O,
6、蚀刻工艺,蚀刻液的再生,(1)冷却结晶法,(2)电解法,8.5 过硫酸盐蚀刻,8.5.2 蚀刻机理过硫酸盐在水溶液中发生水解反应：S2O82-+H2OHSO5-+HSO4-HSO5-+H2OHSO4-+H2O2H2O2H2O+O因此，水解后的产物具有很强的氧化性，可使铜氧化并溶解，形成CuSO4 Cu+(NH4)2S2O8CuSO4+(NH4)2S04,蚀刻工艺及工艺因素,8.7 侧蚀与镀层突沿,8.7.1 侧蚀原因 在采用减成法或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的同时，铜导线的侧面地被腐蚀，这种现象成为“侧蚀”。侧蚀现象是蚀刻中不可避免地，只能设法减少，但不可能
7、消除。,图8-11 侧蚀后的铜导线纵断面示意图a.光致抗蚀剂及丝网印刷印制板 b.镀金属抗蚀剂印制板,用金属作为抗蚀层的印制板，由于电镀时，电镀成功横向变宽，侧蚀后形成蘑菇状纵断面，镀层突出于铜导向外边，形成一个“房沿”状边沿称为“突沿”。由于突沿较薄易碎落，能引起导线间的短路。,由于侧蚀所产生的侧蚀成都称为“蚀刻因素”或“蚀刻系数”。蚀刻系数定义为：蚀刻深度与侧蚀宽度之比蚀刻系数越大，则侧蚀越轻。,图8-12 印制板在蚀刻中的蚀刻系数,8.7.3 突沿的产生在图形电镀蚀刻工艺中，由于镀铜后再镀锡铅金属层，或其它金属层，它们的总厚度与抗蚀层的厚度不一致，可能出现三种情况：电镀层的总厚度小于抗蚀
8、层的厚度，点都城不会增宽,图8-13图形电镀后Sn-Pb合金层不增宽示意图,电镀铜层的总厚度小于抗蚀层厚度，而电镀锡铅合金层厚度与电镀铜层厚度之和大于抗蚀层厚度时，仅镀锡铅合金的宽度增宽。,图8-14图形电镀后Sn-Pb合金层增宽示意图,电镀铜厚度超过抗蚀刻层厚度，这时不仅电镀铜层的线宽增宽而且以后的镀锡铅合金层或其它金属镀层也要随之进一步增宽,图7-15图形电镀后镀层与Sn-Pb合金层增宽示意图,8.8 侧蚀设备,8.8 侧蚀设备现在使用的蚀刻方法有四种：浸渍法、鼓泡法、溅射（浆叶）法和喷淋法。其中喷淋法应用的最广泛。它的蚀刻速度快，并能得到非常精细的导向清晰度。很适合于大规模生产。,图8-16 泼溅蚀刻原理,图8-17 垂直喷淋蚀刻机,图8-18自动卧式蚀刻机示意原理图,Thank You!,
