1、PC的卜層電路的蝕刻工藝一.概述目前，印刷電路板（PCB）加工的典型工藝采用"圖形電鍍法"。即先在板子外層需保留的銅箔部分上，也就是電路的圖形部分上預(yù)鍍一層鉛錫抗蝕層，然后用化學(xué)方式將其余的銅箔腐蝕掉，稱為蝕刻。圖1所示的，為圖形電鍍后板子橫截面的情況。在圖1狀態(tài)下，印制板的整體厚度是整個加工過程中之最，以后將逐漸減薄，直到阻焊涂覆工藝。圖1的下一道工藝是去膜，即將銅層上鉛錫部分以外的感光保護(hù)膜剝離掉。圖2表示了去膜后板子的橫截面。接下去的工藝就是蝕刻。要注意的是，這時的板子上面有兩層銅.在外層蝕刻工藝中僅僅有一層銅是必須被全部蝕刻掉的，其余的將形成最終所需要的電路。這種類

2、型的圖形電鍍，其特點(diǎn)是鍍銅層僅存在于鉛錫抗蝕層的下面。另外一種工藝方法是整個板子上都鍍銅，感光膜以外的部分僅僅是錫或鉛錫抗蝕層（見圖3）。這種工藝稱為“全板鍍銅工藝與圖形電鍍相比，全板鍍銅的最大缺點(diǎn)是板面各處都要鍍兩次銅而且蝕刻時還必須都把它們腐蝕掉。因此當(dāng)導(dǎo)線線寬十分精細(xì)時將會產(chǎn)生一系列的問題。同時，側(cè)腐蝕（見圖4）會嚴(yán)重影響線條的均勻性。在印制板外層電路的加工工藝中，還有另外一種方法，就是用感光膜代替金屬鍍層做抗蝕層。這種方法非常近似于內(nèi)層蝕刻工藝，可以參閱內(nèi)層制作工藝中的蝕刻。目前，錫或鉛錫是最常用的抗蝕層，用在氨性蝕刻劑的蝕刻工藝中.氨性蝕刻劑是普遍使用的化工藥液，與錫或鉛錫不發(fā)生任何

3、化學(xué)反應(yīng)。氨性蝕刻劑主要是指氨水/氯化氨蝕刻液。此外，在市場上還可以買到氨水/硫酸氨蝕刻藥液。以硫酸鹽為基的蝕刻藥液，使用后，其中的銅可以用電解的方法分離出來，因此能夠重復(fù)使用。由于它的腐蝕速率較低，一般在實(shí)際生產(chǎn)中不多見，但有望用在無氯蝕刻中。有人試驗(yàn)用硫酸-雙氧水做蝕刻劑來腐蝕外層圖形。由于包括經(jīng)濟(jì)和廢液處理方面等許多原因，這種工藝尚未在商用的意義上被大量采用.更進(jìn)一步說，硫酸-雙氧水，不能用于鉛錫抗蝕層的蝕刻，而這種工藝不是PCB外層制作中的主要方法，故決大多數(shù)人很少問津。二.蝕刻質(zhì)量及先期存在的問題對蝕刻質(zhì)量的基本要求就是能夠?qū)⒊刮g層下面以外的所有銅層完全去除干凈，止此而已。從嚴(yán)格意

4、義上講，如果要精確地界定，那么蝕刻質(zhì)量必須包括導(dǎo)線線寬的一致性和側(cè)蝕程度。由于目前腐蝕液的固有特點(diǎn)，不僅向下而且對左右各方向都產(chǎn)生蝕刻作用，所以側(cè)蝕幾乎是不可避免的。側(cè)蝕問題是蝕刻參數(shù)中經(jīng)常被提出來討論的一項(xiàng)，它被定義為側(cè)蝕寬度與蝕刻深度之比，稱為蝕刻因子。在印刷電路工業(yè)中，它的變化范圍很寬泛，從1:1到1:5。顯然，小的側(cè)蝕度或低的蝕刻因子是最令人滿意的。蝕刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)及不同成分的蝕刻液都會對蝕刻因子或側(cè)蝕度產(chǎn)生影響，或者用樂觀的話來說，可以對其進(jìn)行控制。采用某些添加劑可以降低側(cè)蝕度。這些添加劑的化學(xué)成分一般屬于商業(yè)秘密，各自的研制者是不向外界透露的。至于蝕刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)問題，后面的章節(jié)將專門

5、討論。從許多方面看，蝕刻質(zhì)量的好壞，早在印制板進(jìn)入蝕刻機(jī)之前就已經(jīng)存在了。因?yàn)橛≈齐娐芳庸さ母鱾€工序或工藝之間存在著非常緊密的內(nèi)部聯(lián)系，沒有一種不受其它工序影響又不影響其它工藝的工序。許多被認(rèn)定是蝕刻質(zhì)量的問題，實(shí)際上在去膜甚至更以前的工藝中已經(jīng)存在了。對外層圖形的蝕刻工藝來說，由于它所體現(xiàn)的“倒溪”現(xiàn)像比絕大多數(shù)印制板工藝都突出，所以許多問題最后都反映在它上面。同時，這也是由于蝕刻是自貼膜，感光開始的一個長系列工藝中的最后一環(huán)，之后，外層圖形即轉(zhuǎn)移成功了。環(huán)節(jié)越多，出現(xiàn)問題的可能性就越大。這可以看成是印制電路生產(chǎn)過程中的一個很特殊的方面。從理論上講，印制電路進(jìn)入到蝕刻階段后，其圖形截面狀態(tài)應(yīng)

6、如圖2所示。在圖形電鍍法加工印制電路的工藝中，理想狀態(tài)應(yīng)該是：電鍍后的銅和錫或銅和鉛錫的厚度總和不應(yīng)超過耐電鍍感光膜的厚度，使電鍍圖形完全被膜兩側(cè)的“墻”擋住并嵌在里面。然而，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，全世界的印制電路板在電鍍后，鍍層圖形都要大大厚于感光圖形。在電鍍銅和鉛錫的過程中，由于鍍層高度超過了感光膜，便產(chǎn)生橫向堆積的趨勢，問題便由此產(chǎn)生。在線條上方覆蓋著的錫或鉛錫抗蝕層向兩側(cè)延伸，形成了“沿”，把小部分感光膜蓋在了“沿”下面（見圖5）。錫或鉛錫形成的“沿”使得在去膜時無法將感光膜徹底去除干凈，留下一小部分“殘膠”在“沿”的下面（見圖六）?！皻埬z”或“殘膜”留在了抗蝕劑“沿”的下面，將造成不完全的蝕刻

7、。線條在蝕刻后兩側(cè)形成“銅根”，銅根使線間距變窄，造成印制板不符合甲方要求，甚至可能被拒收。由于拒收便會使PCB的生產(chǎn)成本大大增加。另外，在許多時候，由于反應(yīng)而形成溶解，在印制電路工業(yè)中，殘膜和銅還可能在腐蝕液中形成堆積并堵在腐蝕機(jī)的噴嘴處和耐酸泵里，不得不停機(jī)處理和清潔，而影響了工作效率。三.設(shè)備調(diào)整及與腐蝕溶液的相互作用關(guān)系在印制電路加工中，氨性蝕刻是一個較為精細(xì)和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。反過來說它又是一個易于進(jìn)行的工作。一旦工藝上調(diào)通，就可以連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。關(guān)鍵是一旦開機(jī)就需保持連續(xù)工作狀態(tài)，不宜干干停停。蝕刻工藝在極大的程度上依賴設(shè)備的良好工作狀態(tài)。就目前來講，無論使用何種蝕刻液，必須使用高

8、壓噴淋，而且為了獲得較整齊的線條側(cè)邊和高質(zhì)量的蝕刻效果，必須嚴(yán)格選擇噴嘴的結(jié)構(gòu)和噴淋方式。為得到良好的側(cè)面效果，出現(xiàn)了許多不同的理論，形成不同的設(shè)計(jì)方式和設(shè)備結(jié)構(gòu)。這些理論往往是大相徑庭的。但是所有有關(guān)蝕刻的理論都承認(rèn)這樣一條最基本的原則，即盡量快地讓金屬表面不斷的接觸新鮮的蝕刻液。對蝕刻過程所進(jìn)行的化學(xué)機(jī)理分析也證實(shí)了上述觀點(diǎn)。在氨性蝕刻中，假定所有其它參數(shù)不變，那么蝕刻速率主要由蝕刻液中的氨（NH3來決定。因此用新鮮溶液與蝕刻表面作用，其目的主要有兩個：一是沖掉剛剛產(chǎn)生的銅離子；二是不斷提供進(jìn)行反應(yīng)所需要的氨（NH3。在印制電路工業(yè)的傳統(tǒng)知識里，特別是印制電路原料的供應(yīng)商們，大家公認(rèn)，氨性

9、蝕刻液中的一價銅離子含量越低，反應(yīng)速度就越快.這已由經(jīng)驗(yàn)所證實(shí)。事實(shí)上，許多的氨性蝕刻液產(chǎn)品都含有一價銅離子的特殊配位基（一些復(fù)雜的溶劑），其作用是降低一價銅離子（這些即是他們的產(chǎn)品具有高反應(yīng)能力的技術(shù)秘訣），可見一價銅離子的影響是不小的。將一價銅由5000Ppm降至50ppm,蝕刻速率會提高一倍以上。由于蝕刻反應(yīng)過程中生成大量的一價銅離子，又由于一價銅離子總是與氨的絡(luò)合基緊緊的結(jié)合在一起，所以保持其含量近于零是十分困難的。通過大氣中氧的作用將一價銅轉(zhuǎn)換成二價銅可以去除一價銅。用噴淋的方式可以達(dá)到上述目的。這就是要將空氣通入蝕刻箱的一個功能性的原因。但是如果空氣太多，又會加速溶液中的氨損失而使

10、PH值下降，其結(jié)果仍使蝕刻速率降低。氨在溶液中也是需要加以控制的變化量。一些用戶采用將純氨通入蝕刻儲液槽的做法。這樣做必須加一套PH計(jì)控制系統(tǒng)。當(dāng)自動測得的PH結(jié)果低于給定值時，溶液便會自動進(jìn)行添加。在與此相關(guān)的化學(xué)蝕刻（亦稱之為光化學(xué)蝕刻或PCH領(lǐng)域中，研究工作已經(jīng)開始，并達(dá)到了蝕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段。在這種方法中，所使用的溶液為二價銅，不是氨-銅蝕刻。它將有可能被用在印制電路工業(yè)中。在PCH工業(yè)中，蝕刻銅箔的典型厚度為5到10密耳（mils）,有些情況下厚度則相當(dāng)大。它對蝕刻參量的要求經(jīng)常比PCB工業(yè)中的更為苛刻。有一項(xiàng)來自PCMC業(yè)系統(tǒng)中的研究成果，目前尚未正式發(fā)表，但其結(jié)果將是令人耳目一

11、新的。由于有較雄厚的項(xiàng)目基金支持，因此研究人員有能力從長遠(yuǎn)意義上對蝕刻裝置的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行改變，同時研究這些改變所產(chǎn)生的效果。比如，與錐形噴嘴相比，最佳的噴嘴設(shè)計(jì)采用扇形，并且噴淋集流腔（即噴嘴擰進(jìn)去的那段管子）也有一個安裝角度，能對進(jìn)入蝕刻艙中工件呈30度噴射.如果不進(jìn)行這樣的改變，那么集流腔上噴嘴的安裝方式會導(dǎo)致每個相鄰噴嘴的噴射角度都不是完全一致的。第二組噴嘴各自的噴淋面與第一組相對應(yīng)的略有不同（見圖八，它表示了噴淋的工作情況）。這樣使噴射出的溶液形狀成為疊加或交叉的狀態(tài)。從理論上講，如果溶液形狀相互交叉，那么該部分的噴射力就會降低，不能有效地將蝕刻表面上的舊溶液沖掉而保持新溶液與其接觸。

12、在噴淋面的邊緣處，這種情況尤其突出。其噴射力比垂直方向的要小得多。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，最新的設(shè)計(jì)參數(shù)是65磅/平方英寸（即4+Bar）。每個蝕刻過程和每種實(shí)用的溶液都有一個最佳的噴射壓力的問題，而就目前來講，蝕刻艙內(nèi)噴射壓力達(dá)到30磅/平方英寸（2Bar）以上的情況微乎其微。有一個原則，即一種蝕刻溶液的密度（即比重或玻美度）越高，最佳的噴射壓力也應(yīng)越高。當(dāng)然這不是單一的參數(shù)。另一個重要的參數(shù)是在溶液中控制其反應(yīng)率的相對淌度（或遷移率）。四.關(guān)于上下板面，導(dǎo)入邊與后入邊蝕刻狀態(tài)不同的問題大量的涉及蝕刻質(zhì)量方面的問題都集中在上板面上被蝕刻的部分。了解這一點(diǎn)是十分重要的。這些問題來自印制電路板的上板面蝕刻

13、劑所產(chǎn)生的膠狀板結(jié)物的影響。膠狀板結(jié)物堆積在銅表面上，一方面影響了噴射力，另一方面阻擋了新鮮蝕刻液的補(bǔ)充，造成了蝕刻速度的降低。正是由于膠狀板結(jié)物的形成和堆積使得板子的上下面圖形的蝕刻程度不同。這也使得在蝕刻機(jī)中板子先進(jìn)入的部分容易蝕刻的徹底或容易造成過腐蝕，因?yàn)槟菚r堆積尚未形成，蝕刻速度較快。反之，板子后進(jìn)入的部分進(jìn)入時堆積已形成，并減慢其蝕刻速度。五.蝕刻設(shè)備的維護(hù)蝕刻設(shè)備維護(hù)的最關(guān)鍵因素就是要保證噴嘴的清潔，無阻塞物而使噴射的通暢。阻塞物或結(jié)渣會在噴射壓力作用下沖擊版面。假如噴嘴不潔，那么會造成蝕刻不均勻而使整塊PCB報廢。明顯地，設(shè)備的維護(hù)就是更換破損件和磨損件，包括更換噴嘴，噴嘴同樣

14、存在磨損的問題。除此之外，更為關(guān)鍵的問題是保持蝕刻機(jī)不存在結(jié)渣，在許多情況下都會出現(xiàn)結(jié)渣堆積.結(jié)渣的堆積過多，甚至?xí)ξg刻液的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響。同樣，如果蝕刻液出現(xiàn)過量的化學(xué)不平衡，結(jié)渣就會愈加嚴(yán)重。結(jié)渣堆積的問題怎么強(qiáng)調(diào)都不過分。一旦蝕刻液突然出現(xiàn)大量結(jié)渣的情況，通常是一個信號，即溶液的平衡出現(xiàn)問題。這就應(yīng)該用較強(qiáng)的鹽酸作適當(dāng)?shù)厍鍧嵒驅(qū)θ芤哼M(jìn)行補(bǔ)加。殘膜也可以產(chǎn)生結(jié)渣物，極少量的殘膜溶于蝕刻液中，然后形成銅鹽沉淀。殘膜所形成的結(jié)渣說明前道去膜工序不徹底。去膜不良往往是邊緣膜與過電鍍共同造成的結(jié)果。蝕刻過程中應(yīng)注意的問題蝕刻過程中應(yīng)注意的問題1 .減少側(cè)蝕和突沿，提高蝕刻系數(shù)側(cè)蝕產(chǎn)生突沿。通常

15、印制板在蝕刻液中的時間越長，側(cè)蝕越嚴(yán)重。側(cè)蝕嚴(yán)重影響印制導(dǎo)線的精度，嚴(yán)重側(cè)蝕將使制作精細(xì)導(dǎo)線成為不可能。當(dāng)側(cè)蝕和突沿降低時，蝕刻系數(shù)就升高，高的蝕刻系數(shù)表示有保持細(xì)導(dǎo)線的能力，使蝕刻后的導(dǎo)線接近原圖尺寸。電鍍蝕刻抗蝕劑無論是錫-鉛合金，錫，錫-鍥合金或鍥，突沿過度都會造成導(dǎo)線短路。因?yàn)橥谎厝菀讛嗔严聛?，在?dǎo)線的兩點(diǎn)之間形成電的橋接。影響側(cè)蝕的因素很多，下面概述幾點(diǎn):1）蝕刻方式：浸泡和鼓泡式蝕刻會造成較大的側(cè)蝕，潑濺和噴淋式蝕刻側(cè)蝕較小，尤以噴淋蝕刻效果最2）蝕刻液的種類：不同的蝕刻液化學(xué)組分不同，其蝕刻速率就不同，蝕刻系數(shù)也不同。例如：酸性氯化銅蝕刻液的蝕刻系數(shù)通常為3,堿性氯化銅蝕刻液的蝕

16、刻系數(shù)可達(dá)到4。近來的研究表明，以硝酸為基礎(chǔ)的蝕刻系統(tǒng)可以做到幾乎沒有側(cè)蝕，達(dá)到蝕刻的線條側(cè)壁接近垂直。這種蝕刻系統(tǒng)正有待于開發(fā)。3）蝕刻速率：蝕刻速率慢會造成嚴(yán)重側(cè)蝕。蝕刻質(zhì)量的提高與蝕刻速率的加快有很大關(guān)系。蝕刻速度越快，板子在蝕刻液中停留的時間越短，側(cè)蝕量越小，蝕刻出的圖形清晰整齊。4）蝕刻液的PH值：堿性蝕刻液的PH值較高時，側(cè)蝕增大。嵬見圖10-3為了減少側(cè)蝕，一般PH值應(yīng)控制在8.5以下。5）蝕刻液的密度：堿性蝕刻液的密度太低會加重側(cè)蝕，見圖10-4,選用高銅濃度的蝕刻液對減少側(cè)蝕是有利的.6）銅箔厚度：要達(dá)到最小側(cè)蝕的細(xì)導(dǎo)線的蝕刻，最好采用（超）薄銅箔。而且線寬越細(xì)，銅箔厚度應(yīng)越

17、薄。因?yàn)?，銅箔越薄在蝕刻液中的時間越短，側(cè)蝕量就越小。2 .提高板子與板子之間蝕刻速率的一致性在連續(xù)的板子蝕刻中，蝕刻速率越一致，越能獲得均勻蝕刻的板子。要達(dá)到這一要求，必須保證蝕刻液在蝕刻的全過程始終保持在最佳的蝕刻狀態(tài)。這就要求選擇容易再生和補(bǔ)償，蝕刻速率容易控制的蝕刻液。選用能提供恒定的操作條件和對各種溶液參數(shù)能自動控制的工藝和設(shè)備。通過控制溶銅量，PH值,溶液的濃度，溫度，溶液流量的均勻性（噴淋系統(tǒng)或噴嘴以及噴嘴的擺動）等來實(shí)現(xiàn)。3 .高整個板子表面蝕刻速率的均勻性板子上下兩面以及板面上各個部位的蝕刻均勻性是由板子表面受到蝕刻劑流量的均勻性決定的。蝕刻過程中，上下板面的蝕刻速率往往不一

18、致。一般來說，下板面的蝕刻速率高于上板面。因?yàn)樯习迕嬗腥芤旱亩逊e，減弱了蝕刻反應(yīng)的進(jìn)行?？梢酝ㄟ^調(diào)整上下噴嘴的噴咻壓力來解決上下板面蝕刻不均的現(xiàn)象。蝕刻印制板的一個普遍問題是在相同時間里使全部板面都蝕刻干凈是很難做到的，板子邊緣比板子中心部位蝕刻的快。采用噴淋系統(tǒng)并使噴嘴擺動是一個有效的措施。更進(jìn)一步的改善可以通過使板中心和板邊緣處的噴淋壓力不同，板前沿和板后端間歇蝕刻的辦法，達(dá)到整個板面的蝕刻均勻性。4 .提高安全處理和蝕刻薄銅箔及薄層壓板的能力在蝕刻多層板內(nèi)層這樣的薄層壓板時，板子容易卷繞在滾輪和傳送輪上而造成廢品。所以，蝕刻內(nèi)層板的設(shè)備必須保證能平穩(wěn)的，可靠地處理薄的層壓板。許多設(shè)備制造商在蝕刻機(jī)上附加齒輪或