pcb線路板外層電路蝕刻工藝解析

目前，印刷電路板(PCB多層電路板)的典型加工工藝采用“圖案電鍍法”。也就是說，在銅箔部分預鍍一層鉛錫耐蝕層，保留在電路板的外層，即電路的圖形部分，然后用化學方法蝕刻掉銅箔的其余部分，這就是蝕刻

需要注意的是，此時板上有兩層銅。在外蝕刻過程中，只有一層銅必須被蝕刻，完全去除，其余的將形成最終所需的電路。這種類型的圖案電鍍的特征在于鍍銅層僅存在于鉛錫抗蝕劑層下方。另一種工藝方法是整塊板鍍銅，除感光膜外的部分只有錫或鉛錫抗蝕層。這個過程叫做“全板鍍銅工藝”。與圖案電鍍相比，整板鍍銅最大的缺點是板面各處都要鍍銅兩次，而且在蝕刻期間都要被腐蝕，所以當線寬度很細的時候，就會出現(xiàn)一系列的問題。同時，側面腐蝕會嚴重影響線條的均勻性。

還有一種方法是在PCB電路板外電路的加工工藝中，用感光膜代替金屬涂層作為耐腐蝕層。這個方法和內層蝕刻工藝很像，所以內層制造工藝請參考蝕刻。

印刷電路板多層板

目前，錫或鉛錫是最常用的防腐層，這是在蝕刻氨蝕刻劑過程中使用。氨劑是一種常用的化學溶液，不與錫或鉛錫反應。氨水蝕刻主要指氨水/氯化銨蝕刻溶液。此外，氨水/硫酸銨蝕刻藥水也可以在市場上買到。

使用后，以硫酸鹽為基礎的蝕刻液中的銅可通過電解方法分離，因此可重復使用。由于其腐蝕率低，在實際生產(chǎn)中很少見到，但預計將在無氯的蝕刻使用。有人試圖使用硫酸-過氧化氫作為蝕刻試劑來腐蝕外部圖形。由于包括經(jīng)濟和廢液處理在內的諸多原因，該技術尚未在商業(yè)意義上得到廣泛應用。此外，硫酸-過氧化氫不能用于鉛錫抗蝕層的蝕刻，并且該技術在印刷電路板外層制造方法中不是主要的技術，因此大多數(shù)人很少關注它。

2.蝕刻質量與存在的問題

對蝕刻質量的基本要求是完全去除除了抗蝕劑層之下的所有銅層，僅此而已。嚴格來說，如果要準確定義，蝕刻的質量必須包括線寬度的一致性和側蝕的程度。由于目前腐蝕性液體的固有特性，它不僅向下而且向左右方向都有蝕刻效應，所以側面腐蝕幾乎是不可避免的。

側蝕問題通常在蝕刻參數(shù)中討論，該參數(shù)定義為側蝕寬度與蝕刻深度之比，稱為蝕刻因子。在印刷電路行業(yè)，從1: 1到1: 5變化很大。顯然，小側蝕或低蝕刻因子是最令人滿意的。

蝕刻設備的結構和不同的成分蝕刻解決方案將對蝕刻因素或側腐蝕程度產(chǎn)生影響，或者樂觀地說，這是可以控制的。使用一些添加劑可以降低側腐蝕程度。這些添加劑的化學成分成分一般是商業(yè)秘密，其各自的開發(fā)者不向外界透露。至于蝕刻設備的結構，下面幾章將專門討論。

從很多方面來說，蝕刻的質量早在印刷電路板進入蝕刻機之前就存在了。因為印刷電路(PCB多層電路板)加工的各種工藝或工序之間有著非常密切的內在聯(lián)系，沒有一個工序不受其他工序或其他工序的影響。很多被認定為蝕刻品質的問題，其實在除膜過程中甚至之前就已經(jīng)存在。至于外層圖形的蝕刻工藝，因為“倒流”比大多數(shù)PCB工藝更突出，所以很多問題最終都體現(xiàn)在上面。同時，也是因為蝕刻是從自粘貼到感光，再到外層圖案轉移成功的一系列漫長過程中的最后一環(huán)。鏈接越多，出現(xiàn)問題的可能性越大。這可以看作是印刷電路生產(chǎn)過程中非常特殊的一個方面。

印制電路板從理論上講，制電路，印進入到蝕刻，后，在通過圖案電鍍處理制電路，印的過程中，理想的狀態(tài)應該是，在：電鍍后的銅和錫或銅和鉛和錫的總厚度不應超過耐電鍍感光膜的厚度，從而使電鍍圖案被膜兩側的“壁”完全阻擋和嵌入。然而，在實際生產(chǎn)中，世界各地的印和制電路板的電鍍圖案比電鍍后的光敏圖案厚得多。在電鍍銅和鉛錫的過程中，由于鍍層高度超過感光膜，有橫向堆積的傾向，出現(xiàn)問題。覆蓋在導線頂部的tin或鉛錫抗蝕劑層向兩側延伸形成“邊緣”，邊緣下覆蓋一小部分感光膜。

錫或鉛錫形成的邊緣，使得揭膜時無法將感光膜完全揭掉，在邊緣下留下一小部分“殘膠”。“殘膠”或“殘膜”殘留在抗蝕劑的“邊緣”下，會造成蝕刻不完整。線路在蝕刻，后面的兩側形成“銅根”，使線路間距變窄，導致印制造的板不符合甲方的要求，甚至可能被拒收。拒收會大大增加PCB的生產(chǎn)成本。

此外，在許多情況下，由于反應引起的溶解，在印， 制電路工業(yè)中，殘留的膜和銅可能積聚在腐蝕液中，并堵塞在腐蝕機和耐酸泵的噴嘴處，必須進行清潔和清洗，從而影響工作效率。

三.設備調整和與腐蝕性溶液的相互作用

氨蝕刻是一個微妙而復雜的化學反應過程，在印制電路的加工過程中，另一方面，這是一項輕松的工作。一旦工藝啟動，就可以進行連續(xù)生產(chǎn)。關鍵是一旦啟動就要保持連續(xù)工作，不宜停下來晾干。蝕刻過程在很大程度上取決于設備的良好工作條件。目前無論使用哪種蝕刻液，都必須采用高壓噴射，為了獲得更整齊的線條和優(yōu)質的蝕刻效果，必須嚴格選擇噴嘴結構和噴射方式。

為了得到好的剖面效果，出現(xiàn)了很多不同的理論，形成了不同的設計方法和設備結構。這些理論往往大相徑庭。然而，所有關于蝕刻的理論都承認這樣一個基本原則，即讓金屬表面盡快與新鮮的蝕刻溶液接觸。蝕刻過程的化學機理分析也證實了上述觀點。在氨蝕刻，中，假設所有其他參數(shù)不變，蝕刻速率主要由蝕刻液體中的氨(NH3)決定。因此，用新鮮溶液與蝕刻表面相互作用主要有兩個目的：一是洗掉剛剛產(chǎn)生的銅離子；第二，連續(xù)提供反應所需的氨(NH3)。

在印， 制電路工業(yè)的傳統(tǒng)知識中，特別是在制電路， 印，的原材料供應商中，普遍認為氨蝕刻溶液中單價銅離子的含量越低，反應速度越快，這已被經(jīng)驗所證實。事實上，許多含氨的蝕刻溶液產(chǎn)品含有一價銅離子的特殊配體(一些絡合溶劑)，它們的作用是還原一價銅離子(這些是它們產(chǎn)品高反應能力的技術秘密)，這說明一價銅離子的影響不小。當一價銅從5000ppm減少到50ppm時，蝕刻速率將增加一倍以上。

很難將一價銅離子的含量保持接近零，因為在蝕刻反應過程中會產(chǎn)生大量的一價銅離子，并且它們總是與氨的絡合基團緊密結合。一價銅可以通過在大氣中的氧氣作用下將一價銅轉化為二價銅來去除。以上目的可以通過噴涂來達到。

這是將空氣引入蝕刻箱的功能原因。然而，如果空氣過多，溶液中氨的損失會加快，PH值會降低，導致蝕刻速率降低。氨也是溶液中需要控制的變量。一些用戶采用將純氨引入蝕刻儲罐的做法，為此，必須增加酸度計控制系統(tǒng)。當自動測量的酸堿度低于給定值時，溶液將自動添加。

在化學蝕刻(也稱為光化學蝕刻或PCH)的相關領域，研究工作已經(jīng)開始并達到蝕刻機器結構設計階段。在本方法中，使用的溶液是二價銅，而不是氨銅蝕刻。它可能會用于印的制電路工業(yè)。在PCH工業(yè)中，蝕刻銅箔的典型厚度為5至10密耳，在某些情況下，厚度相當大。其對蝕刻參數(shù)的要求往往比印刷電路板行業(yè)更嚴格。有一個來自PCM工業(yè)系統(tǒng)的研究結果，還沒有正式公布，但是結果會讓人耳目一新。由于項目資金的大力支持，研究人員有能力長期改變蝕刻工廠的設計理念，并研究這些改變的結果效果。例如，與錐形噴嘴相比，最好的噴嘴設計是扇形的，噴射歧管(即噴嘴擰入的管道)也有安裝角度，可以30度噴射進入蝕刻艙內的工件。如果不進行這種改變，歧管上噴嘴的安裝方式將導致每個相鄰噴嘴的噴射角度不完全一致。第二組噴嘴的噴射表面與第一組略有不同(它顯示了噴射操作)。這樣，噴射溶液的形狀被疊加或交叉。理論上，如果溶液的形狀相互交叉，這部分的噴射力將減小，并且蝕刻表面上的舊溶液不能被有效地沖走以保持新溶液與它接觸。這種情況在噴面邊緣尤為突出。彈射力比垂直方向小得多。

這項研究發(fā)現(xiàn)，最新的設計參數(shù)是65磅/平方英寸(4巴)。每個蝕刻過程和每個實際解決方案都有一個最佳注射壓力的問題，但目前，蝕刻艙內的注射壓力超過30磅每平方英寸(2巴)。有一個原則，即蝕刻溶液的密度(即比重或波美度)越高，最佳注射壓力應該越高。當然這不是一個單一的參數(shù)。另一個重要參數(shù)是控制其在溶液中的反應性的相對遷移率(或遷移率)。

4.關于上部和下部板面，導入邊緣的蝕刻狀態(tài)不同于返回邊緣的狀態(tài)

蝕刻的大量質量問題集中在世界上蝕刻的部分地區(qū)板面。理解這一點很重要。這些問題是由于板面蝕刻生產(chǎn)的膠體硬化產(chǎn)品對印刷電路板的影響。膠質結皮堆積在銅表面，一方面影響噴射力，另一方面阻礙新鮮蝕刻溶液的補充，導致蝕刻速度下降。正因為凝膠狀結皮的形成和堆積，棋盤上下圖形的蝕刻度是不同的。這也使得蝕刻機中的板首部分進入容易被徹底蝕刻，化或容易引起過度腐蝕，因為當時還沒有形成堆積，而且蝕刻速度更快。相反，積累已經(jīng)在板的后部進入形成，這減慢了它的蝕刻速度。

V.蝕刻設備維護

維護蝕刻設備最關鍵的因素是確保噴嘴清潔無堵塞，以使噴霧順暢。堵塞或結渣會在射流壓力的作用下影響布局。如果噴嘴不干凈，會造成蝕刻不均勻，報廢整個印刷電路板。

顯然，設備的維護是更換損壞的零件和磨損的零件，包括更換噴嘴，噴嘴也有磨損的問題。此外，更關鍵的問題是保持蝕刻機器不結渣，這在許多情況下都會發(fā)生。過多的結渣甚至會影響蝕刻溶液的化學平衡。同樣，如果蝕刻溶液中存在過度的化學不平衡，結渣將變得越來越嚴重。結渣堆積的問題怎么強調都不為過。一旦蝕刻溶液中突然出現(xiàn)大量結渣，通常是溶液平衡有問題的信號。因此，應使用濃鹽酸進行適當?shù)那逑椿蜓a充溶液。

殘膜也會產(chǎn)生熔渣，少量殘膜溶解在蝕刻溶液中，形成銅鹽沉淀。殘膜造成的結渣說明之前的除膜過程不徹底。不良的薄膜去除通常是邊緣薄膜和過度電鍍的結果。