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1、2023/4/3,jetchem,1,蚀刻培训教材,2023/4/3,jetchem,2,目录,一、蚀刻的目的及分类二、碱性蚀刻工艺流程及反应机理三、酸性蚀刻工艺流程及反应原理四、蚀刻速率的影响因素分析五、影响蚀刻品质的因素及改善方法六、蚀刻常见问题及处理方法七、除钯退锡的介绍及退锡常见问题八、生产安全及环境保护,2023/4/3,jetchem,3,一、蚀刻的目的及分类,1、蚀刻的目的 蚀刻的目的即是将前工序所做出有图形的线路板上的未受保护的非导体部分铜蚀刻去，形成所需要的线路图形。2、蚀刻的分类,2023/4/3,jetchem,4,二、碱性蚀刻工艺流程及其反应原理,1.示意图,基材,底铜
2、,干膜,锡层,镀铜层,正片蚀刻,2023/4/3,jetchem,5,3.反应机理3.1 褪膜 定义：用褪膜液将线路板面上盖住的干膜褪去,露出未经线路加工的铜面.经电镀工序后的干膜在碱性褪膜液下溶解或部分成片状脱落,去膜情形为膨胀剥离再细分化。业界一般使用的是3%-5%氢氧化钠溶液，而我司则使用有机碱（4180）与氢氧化钠.槽液温度则在4753范围。为维持药液的效果,需注意过滤的效果,及时过滤掉片状的干膜碎,防止堵塞喷嘴.,2.工艺流程 退膜1#，2#，3#水洗蚀刻1#,2#补偿蚀刻氨水洗水洗酸洗水洗干板出板,2023/4/3,jetchem,6,退膜最主要的品质隐患是退膜不净，它会导致蚀板不
3、足及短路。它的水洗也很重要，如果水洗不净，会导致板面污染，同时会把碱液带入到蚀刻液中污染蚀刻液。在退膜后如果不是马上进行蚀刻的，要及时烘干或浸泡DI水，以免铜面氧化导致蚀板不净。注：外层干膜厚为1.5mil（约40um)左右,经图形电镀后，铜厚和锡 厚之和通常超过1.5mil，需控制图形电镀电流参数防止夹菲林（即夹膜），同时控制褪膜速度以防褪膜不净而蚀板不净导致 短路。,2023/4/3,jetchem,7,3.2 蚀刻 定义:用蚀板液将多余的铜蚀去,只剩下已加厚的线路。碱性氨类蚀刻主要反应原理A、CuCl24NH3 Cu(NH3)4Cl2B、Cu+Cu(NH3)4Cl2 2Cu(NH3)2C
4、lC、4Cu(NH3)2Cl+4NH3H2O+4NH4Cl+O2 4Cu(NH3)4Cl2+6H2O 从上述反应可看出，蚀刻铜需要消耗氨分子和氯化铵。因此，在蚀刻过程中，随着铜的溶解，应不断补充氨水和氯化铵.3.2.1 以上两反应重复进行,因此需要有良好抽气,使喷淋形成负压,使 空气中的氧气与药液充分混合,从而有利于蚀刻反应持续进行。注意抽气量不可过大,因氨水易挥发，若抽气量大，氨水带出量增多，则造成氨水消耗量增多，PH值下降。3.2.2 蚀刻反应实质就是铜离子的氧化还原反应：Cu2+Cu 2Cu+,2023/4/3,jetchem,8,3.2.3 为使之蚀铜反应进行更为迅速，蚀刻液中多加有助
5、剂：a.加速剂(Accelerator)可促使上述氧化反应更为快速，并防止亚铜离子的沉淀。b.护岸剂(Banking agent)减少侧蚀。c.压抑剂(Suppressor)抑制氨在高温下的飞散，抑制铜的沉淀加速蚀铜的氧化反应。3.氨水洗 使用不含有Cu2+的氨水洗去板面的Cu(NH3)2Cl（其极不稳定，易沉淀）等固体和残留药水。4.酸洗 使用4%盐酸除去板面氧化和污物。现已改成氨水，作为蚀刻后第二道氨水洗。,2023/4/3,jetchem,9,三、酸性蚀刻的工艺流程及反应原理,1.示意图,基材,底铜,干膜,负片蚀刻,2023/4/3,jetchem,10,3.反应机理 反应方程式：Cu+
6、CuCl2 Cu2Cl2 形成的Cu2Cl2是不易溶于水的，在有过量的Cl-存在下，能形成可溶性的络合离子，其反应如下：Cu2Cl2+4Cl-2CuCl32-.随着铜的蚀刻，溶液中的Cl-越来越多，蚀刻能力很快就会下降，直到最后失去效能。因此在生产过程中须保持持续加药,以保证Cl-的浓度稳定。为保持蚀刻能力，可以用溶液再生的方式将Cu+重新生成Cu2+。为保证蚀刻能力，业界主要再生方式有以下：,2.工艺流程 蚀刻1#,2#水洗 退膜1#，2#，3#水洗 干板,2023/4/3,jetchem,11,2023/4/3,jetchem,12,由于上述优缺点，业界使用物美价廉，使用环保的双氧水系统和
7、氯酸钠系统，而我司使用氯酸钠系统，以下将重点讲述其工作原理。Cu2Cl2+6HCl+ClO3-2CuCl2+3H2O 要获得恒定的蚀刻速率，即一定的反应电压，根据能斯特方程可得知：HCl，ClO3-和CuCl2含量比例必须在一定的范围内才能得到一定的蚀刻速率，因此必须对此三种药水进行管控，我司加药器的管控参数如下：,2023/4/3,jetchem,13,酸性蚀刻加药器简易图,2023/4/3,jetchem,14,四、影响蚀刻速率因素分析,2023/4/3,jetchem,15,手动调节,0.10-0.35Mpa,蚀刻速度会降低，则会减少侧蚀量,蚀刻速度会增加，则会增大侧蚀量,喷液压力,冷却
8、,加热,45-55,蚀刻速度会下降，则会减少侧蚀量,蚀刻速度明显增大，但氨气的挥发量液增大，既污染环境，又增加成本,蚀刻液的温度,加蚀 板盐,添加子液,165-200g/l,Cu(NH3)2Cl得不到再生，蚀刻速率会降低,抗蚀层被浸蚀,氯离子浓度,偏低,偏高,控制方法,控制范围,偏低,偏高,影响因素,碱性蚀刻速率的影响因素,2023/4/3,jetchem,16,2023/4/3,jetchem,17,五、影响蚀刻品质的因素及改善方法,1.侧蚀：即发生在抗蚀层图形下面导线侧壁的蚀刻称为侧蚀,以X表示,侧蚀量的大小,是指最大侧向蚀刻宽度,侧蚀愈小愈好。侧蚀与蚀刻液类型、药水组成和所使用的蚀刻工艺
9、及设备等有关。2.蚀刻因子：蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用，侧蚀是不可避免的。侧蚀宽度与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子（即A=T/X）。,2023/4/3,jetchem,18,2023/4/3,jetchem,19,2.1 蚀刻方式：浸泡和鼓泡式会造成较大的侧蚀，泼溅和喷淋式侧蚀较小，尤其是喷淋侧蚀最小。2.2 蚀刻液种类：不同的蚀刻液化学组分不同，蚀刻速度不同，侧蚀也不同。通常，碱性氯化铜蚀刻液比酸性氯化铜蚀刻液蚀刻因子大。药水供应商通常会添加辅助剂来降低侧蚀，不同的供应商添加的辅助剂不同，蚀刻因子也不同。2.3 蚀刻运输速率：运输速率慢会造成严重的侧蚀。运输速率快
10、，板在蚀刻液中停留的时间越短，侧蚀量也越小。生产过程中，应尽量提高蚀刻的运输速度。2.4 蚀刻液的PH值：碱性蚀刻液，PH值较高时，侧蚀增大。PH值较低时溶液黏性增大，对抗蚀层有腐蚀作用。一般PH值控制在8.2与8.9之间。,2023/4/3,jetchem,20,2.5 蚀刻液的比重：碱性蚀刻液的比重太低，会加重侧蚀，选择高铜浓度的蚀刻液对减少侧蚀是有利的。Cu2+一般控制在135165g/l。2.6 底铜厚度：底铜厚度越大，板需在蚀刻液中停留的时间也越 长，侧蚀就越大。制造细密线路的PCB，在满足客户要求的情况下尽量使用薄的铜箔，减小全板镀铜厚度。3.影响板面蚀刻均匀性的因素及改善方法 板
11、的上下两面以及板面各个部位蚀刻均匀性由板表面所受蚀刻液 流量的均匀性决定的。3.1 由于水池效应的影响，板下面蚀刻速率高于上面，可根据实际生产情况调整不同位置喷液压力达到目的,一般情况板上表面的压力要稍大于下表面,具体按实际生产情况调节压力。生产操作中，需定期对设备进行检测和调校。3.2 板边缘比板中间蚀刻速率快，也可通过调整压力解决此问题，另外使喷淋系统摆动也是有效的。3.3 通过喷淋系统或喷嘴的摆动来保证溶液流量的均匀性。,2023/4/3,jetchem,21,图3 上下板面喷淋液流向,图4 喷淋液在板面成水池,水池效应,板面流向,2023/4/3,jetchem,22,六、常见问题及处
12、理方法,碱性氯化铜蚀刻液蚀刻故障类型、产生原因和解决方法,2023/4/3,jetchem,23,酸性氯化铜蚀刻液的故障类型、产生原因和解决办法,2023/4/3,jetchem,24,七、除钯退锡的介绍及退锡常见问题,1.除钯的目的：除去非沉铜孔壁上吸附的Pd离子。该Pd离子来自PTH线的活化缸，如果不清除干净，Pd离子会在孔壁上形成活化中心，NPTH会在后面的ENIG工序沉上镍金导致报废。2.退锡的目的：图形电镀后在加厚的镀铜图形（线、孔及焊盘）上镀上锡层用来保护图形免遭蚀刻液侵蚀破坏。当蚀刻完成后将该抗蚀层除去，露出所需的线路图形。3.工艺流程：除钯水洗退锡1,2#水洗烘干出板,2023
13、/4/3,jetchem,25,4.反应机理：好的退锡药水一般要求：1不攻击底部基材，能彻底退除锡及锡铜合金；2反应速度快且放热少；3表面张力低易于小孔板制作；4无毒且不易沉淀。我司采用硝酸型退锡剂,其优点是退锡效果好,不腐蚀环氧树脂表面,蚀铜量低,退锡后板面光亮,废液易处理。主要反应：2HNO3+Pb+OXPb(NO3)2+R R+O2 OX 该氧化剂OX能再生，反应过程消耗量很少。氧化剂作用在于加速褪锡速率，同时还添加稳定剂，稳定剂可抑制硝酸与铜的反应，保证褪锡后板面保持光泽。5.控制参数：,2023/4/3,jetchem,26,6.退锡品质问题,2023/4/3,jetchem,27,
14、八、生产安全及环境保护,1.生产安全 在印制电路板蚀刻过程中，常使用的化学药品，如使用不当会灼伤皮肤和眼睛；在清洗和维护蚀刻机、退膜机等设备时，要注意周围工作环境，保持地面干净，无碱、酸残渣，以防止发生意外事故，危及人身健康。员工拿取药水需戴胶手套，手动添加药水要戴防护面具等。基于上述原因，搞好印制电路板生产安全极为重要，它是确保员工正常工作秩序和产品质量的一个重要的环节。2.环境保护 蚀刻工序使用了强碱(如NaOH)、氨水、盐酸、硫酸、硝酸等化学品，生产过程中有较大气味产生，同时产生大量废液、废渣，故应加强抽风，废液排入专门的排水管内以便集中处理。,2023/4/3,jetchem,28,谢谢!,
