1、Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem1Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem2目錄 一、蝕刻的目的及分類(lèi) 二、堿性蝕刻工藝流程及反應(yīng)機(jī)理 三、酸性蝕刻工藝流程及反應(yīng)原理 四、蝕刻速率的影響因素分析 五、影響蝕刻品質(zhì)的因素及改善方法 六、蝕刻常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法 七、除鈀退錫的介紹及退錫常見(jiàn)問(wèn)題 八、生產(chǎn)安全及環(huán)境保護(hù)Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem3一、蝕刻

2、的目的及分類(lèi)1、蝕刻的目的 蝕刻的目的即是將前工序所做出有圖形的線(xiàn)路板上的未受保護(hù)的非導(dǎo)體部分銅蝕刻去，形成所需要的線(xiàn)路圖形。2、蝕刻的分類(lèi)分類(lèi)抗蝕層使用范圍特點(diǎn)酸性蝕刻干膜或濕膜主要用于內(nèi)外層負(fù)片蝕刻1.蝕刻速率容易控制，蝕刻液在穩(wěn)定狀態(tài)下能達(dá)到高的蝕刻質(zhì)量；2.溶銅量大；3.蝕刻液容易再生與回收，減少污染；4.成本較高。堿性蝕刻錫或金層(內(nèi)部也有干膜或濕膜)主要用于外層正片蝕刻1.不與錫鉛發(fā)生任何反應(yīng)；2.易再生，成本低，易回收；3.蝕銅速度快，側(cè)蝕小，溶銅能力高，蝕刻速率易控制。Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetc

3、hem4二、堿性蝕刻工藝流程及其反應(yīng)原理1.1. 示意圖示意圖 基材底銅干膜錫層鍍銅層正片蝕刻Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem53. 3. 反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理3.1 3.1 褪膜褪膜 定義：用褪膜液將線(xiàn)路板面上蓋住的干膜褪去,露出未經(jīng)線(xiàn)路加工的銅面. 經(jīng)電鍍工序后的干膜在堿性褪膜液下溶解或部分成片狀脫落, 去膜情形為膨脹剝離再細(xì)分化。業(yè)界一般使用的是3%-5%氫氧化鈉溶液，而我司則使用有機(jī)堿（4180）與氫氧化鈉.槽液溫度則在4753范圍。為維持藥液的效果,需注意過(guò)濾的效果,及時(shí)過(guò)濾掉片狀的干膜碎,防止堵塞噴嘴.

4、 2. 2. 工藝流程工藝流程 退膜1#，2#，3# 水洗蝕刻1#,2#補(bǔ)償蝕刻氨水洗水洗酸洗水洗干板出板Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem6退膜最主要的品質(zhì)隱患是退膜不凈，它會(huì)導(dǎo)致蝕板不足及短路。它的水洗也很重要，如果水洗不凈，會(huì)導(dǎo)致板面污染，同時(shí)會(huì)把堿液帶入到蝕刻液中污染蝕刻液。在退膜后如果不是馬上進(jìn)行蝕刻的，要及時(shí)烘干或浸泡DI水，以免銅面氧化導(dǎo)致蝕板不凈。注：外層干膜厚為1.5mil（約40um)左右,經(jīng)圖形電鍍后，銅厚和錫 厚之和通常超過(guò)1.5mil，需控制圖形電鍍電流參數(shù)防止夾菲林 （即夾膜），同時(shí)控

5、制褪膜速度以防褪膜不凈而蝕板不凈導(dǎo)致 短路。底銅鍍銅鍍銅底銅干膜鍍錫鍍錫Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem73.2 3.2 蝕刻蝕刻 定義: 用蝕板液將多余的銅蝕去,只剩下已加厚的線(xiàn)路。堿性氨類(lèi)蝕刻主要反應(yīng)原理A、CuCl24NH3 Cu(NH3)4Cl2B、Cu+Cu(NH3)4Cl2 2Cu(NH3)2ClC、4Cu(NH3)2Cl + 4NH3H2O + 4NH4Cl + O2 4Cu(NH3)4Cl2+6H2O 從上述反應(yīng)可看出，蝕刻銅需要消耗氨分子和氯化銨。因此，在蝕刻過(guò)程中，隨著銅的溶解，應(yīng)不斷補(bǔ)充氨

6、水和氯化銨.3.2.1 以上兩反應(yīng)重復(fù)進(jìn)行,因此需要有良好抽氣,使噴淋形成負(fù)壓,使 空氣中的氧氣與藥液充分混合,從而有利于蝕刻反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。注意抽氣量不可過(guò)大,因氨水易揮發(fā)，若抽氣量大，氨水帶出量增多，則造成氨水消耗量增多，PH值下降。3.2.2 蝕刻反應(yīng)實(shí)質(zhì)就是銅離子的氧化還原反應(yīng)： Cu2+ +Cu 2Cu+ 不具有蝕刻能力Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem83.2.3 為使之蝕銅反應(yīng)進(jìn)行更為迅速，蝕刻液中多加有助劑：a. 加速劑加速劑(Accelerator)(Accelerator) 可促使上述氧化反應(yīng)更

7、為快速，并防止亞銅離子的沉淀。b. 護(hù)岸劑護(hù)岸劑(Banking agent)(Banking agent) 減少側(cè)蝕。c. 壓抑劑壓抑劑(Suppressor)(Suppressor)抑制氨在高溫下的飛散，抑制銅的沉淀加速蝕銅的氧化反應(yīng)。3. 3. 氨水洗氨水洗 使用不含有Cu2+的氨水洗去板面的Cu(NH3)2Cl（其極不穩(wěn)定，易沉淀）等固體和殘留藥水。4. 4. 酸洗酸洗 使用4%鹽酸除去板面氧化和污物?，F(xiàn)已改成氨水，作為蝕刻后第二道氨水洗。Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem9三、酸性蝕刻的工藝流程及反應(yīng)原

8、理1. 1. 示意圖示意圖基材底銅干膜負(fù)片蝕刻Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem103. 3. 反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理 反應(yīng)方程式：Cu+CuCl2 Cu2Cl2 形成的Cu2Cl2是不易溶于水的，在有過(guò)量的Cl-存在下，能形成可溶性的絡(luò)合離子，其反應(yīng)如下： Cu2Cl2 + 4Cl- 2CuCl32-. 隨著銅的蝕刻，溶液中的Cl-越來(lái)越多，蝕刻能力很快就會(huì)下降，直到最后失去效能。因此在生產(chǎn)過(guò)程中須保持持續(xù)加藥,以保證Cl-的濃度穩(wěn)定。為保持蝕刻能力，可以用溶液再生的方式將Cu+重新生成Cu2+。為保證蝕刻能力，業(yè)界

9、主要再生方式有以下：2. 2. 工藝流程工藝流程 蝕刻1#, 2# 水洗 退膜1#，2#，3# 水洗 干板Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem11再生方法反應(yīng)方程式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)氧氣或壓縮空氣再生2Cu2Cl2+4HCl+O2 4CuCl2+2H2O便宜再生反應(yīng)速率很低氯氣再生Cu2Cl2+Cl2 2CuCl2 成本低，再生速率快氯氣易溢出，會(huì)污染環(huán)境雙氧水再生Cu2Cl2+2HCl+H2O2 2CuCl2+2H2O環(huán)保易控制易分解爆炸且昂貴（次）氯酸鈉再生2Cu2Cl2+4HCl+2ClO-(ClO3-) 4CuCl2

10、+2H2O+2Cl-易控制安全較貴電解再生陽(yáng)極：Cu+ Cu2+ +e-可以直接回收多余的銅再生設(shè)備投入較大且要消耗較多的電能Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem12 由于上述優(yōu)缺點(diǎn)，業(yè)界使用物美價(jià)廉，使用環(huán)保的雙氧水系統(tǒng)和氯酸鈉系統(tǒng)，而我司使用氯酸鈉系統(tǒng)，以下將重點(diǎn)講述其工作原理。 Cu2Cl2+6HCl+ClO3- 2CuCl2+3H2O 要獲得恒定的蝕刻速率，即一定的反應(yīng)電壓，根據(jù)能斯特方程可得知：HCl，ClO3-和CuCl2含量比例必須在一定的范圍內(nèi)才能得到一定的蝕刻速率，因此必須對(duì)此三種藥水進(jìn)行管控，我

11、司加藥器的管控參數(shù)如下：槽液分析項(xiàng)目及管控范項(xiàng)目管控范圍測(cè)量方法&儀器S.G1.280 - 1.450光學(xué)密度感應(yīng)器HCl(N)2.0 - 3.50當(dāng)量計(jì)算/電位計(jì)orp(mv)450 650NaClO320-50capCu2+(g/L)120 240化學(xué)分析Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem13酸性蝕刻加藥器簡(jiǎn)易圖酸性蝕刻加藥器簡(jiǎn)易圖Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem14四、影響蝕刻速率因素分析蝕光銅板添加子液135-16

12、5g/l蝕刻速率低，且溶液控制困難溶液不穩(wěn)定，易生成沉淀Cu2+ （波美度）補(bǔ)充氨水加大抽風(fēng)8.2-8.9攻擊金屬抗蝕層；易沉淀，還會(huì)堵塞泵或噴嘴，而影響蝕刻效果。 側(cè)蝕大且氨氣溢出污染空氣PH值偏低偏高控制方法控制范圍偏低偏高影響因素堿性蝕刻速率的影響因素Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem15手動(dòng)調(diào)節(jié)0.10-0.35Mpa蝕刻速度會(huì)降低，則會(huì)減少側(cè)蝕量蝕刻速度會(huì)增加，則會(huì)增大側(cè)蝕量噴液壓力冷卻加熱45-55蝕刻速度會(huì)下降，則會(huì)減少側(cè)蝕量蝕刻速度明顯增大，但氨氣的揮發(fā)量液增大，既污染環(huán)境，又增加成本蝕刻液的溫度

13、 加蝕 板鹽添加子液165-200g/lCu(NH3)2Cl得不到再生，蝕刻速率會(huì)降低抗蝕層被浸蝕氯離子濃度偏低偏高控制方法控制范圍偏低偏高影響因素堿性蝕刻速率的影響因素Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem16酸性蝕刻速率的影響因素影響因素偏高偏低控制范圍控制方法偏高偏低Cl-含量CuCl32-易再生CuCl42，加快反應(yīng)速率影響絡(luò)合反應(yīng)甚至生成沉淀依藥水種類(lèi)不一一般不分析氧化還原電位加快降低450-650MV按比例補(bǔ)充鹽酸和氧化劑Cu2+含量速率升高速率降低120 - 240 g/L 自動(dòng)加DI水蝕光銅板溫度速率

14、增加，鹽酸揮發(fā)增加，藥水易失調(diào)速率降低47-51冷卻加熱Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem17五、影響蝕刻品質(zhì)的因素及改善方法1. 側(cè)蝕：即發(fā)生在抗蝕層圖形下面導(dǎo)線(xiàn)側(cè)壁的蝕刻稱(chēng)為側(cè)蝕,以X表示,側(cè)蝕量的大小,是指最大側(cè)向蝕刻寬度,側(cè)蝕愈小愈好。側(cè)蝕與蝕刻液類(lèi)型、藥水組成和所使用的蝕刻工藝及設(shè)備等有關(guān)。2. 蝕刻因子：蝕刻液在蝕刻過(guò)程中，不僅向下而且對(duì)左右各方向都產(chǎn)生蝕刻作用，側(cè)蝕是不可避免的。側(cè)蝕寬度與蝕刻深度之比稱(chēng)之為蝕刻因子（即A=T/X）。Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtene

15、r PC-1112022/5/26jetchem18Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem192.1 蝕刻方式：浸泡和鼓泡式會(huì)造成較大的側(cè)蝕，潑濺和噴淋式側(cè)蝕較小，尤其是噴淋側(cè)蝕最小。2.2 蝕刻液種類(lèi)：不同的蝕刻液化學(xué)組分不同，蝕刻速度不同，側(cè)蝕也不同。通常，堿性氯化銅蝕刻液比酸性氯化銅蝕刻液蝕刻因子大。藥水供應(yīng)商通常會(huì)添加輔助劑來(lái)降低側(cè)蝕，不同的供應(yīng)商添加的輔助劑不同，蝕刻因子也不同。2.3 蝕刻運(yùn)輸速率：運(yùn)輸速率慢會(huì)造成嚴(yán)重的側(cè)蝕。運(yùn)輸速率快，板在蝕刻液中停留的時(shí)間越短，側(cè)蝕量也越小。生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)盡量提高蝕刻

16、的運(yùn)輸速度。2.4 蝕刻液的PH值：堿性蝕刻液，PH值較高時(shí)，側(cè)蝕增大。PH值較低時(shí)溶液黏性增大，對(duì)抗蝕層有腐蝕作用。一般PH值控制在8.2與8.9之間。Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem202.5 蝕刻液的比重：堿性蝕刻液的比重太低，會(huì)加重側(cè)蝕，選擇高銅濃度的蝕刻液對(duì)減少側(cè)蝕是有利的。 Cu2+一般控制在135165g/l。2.6 底銅厚度：底銅厚度越大，板需在蝕刻液中停留的時(shí)間也越 長(zhǎng)，側(cè)蝕就越大。制造細(xì)密線(xiàn)路的PCB，在滿(mǎn)足客戶(hù)要求的情況下盡量使用薄的銅箔，減小全板鍍銅厚度。3. 影響板面蝕刻均勻性的因素及

17、改善方法 板的上下兩面以及板面各個(gè)部位蝕刻均勻性由板表面所受蝕刻液 流量的均勻性決定的。3.1 由于水池效應(yīng)的影響，板下面蝕刻速率高于上面，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況調(diào)整不同位置噴液壓力達(dá)到目的,一般情況板上表面的壓力要稍大于下表面,具體按實(shí)際生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)壓力。生產(chǎn)操作中，需定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)校。3.2 板邊緣比板中間蝕刻速率快，也可通過(guò)調(diào)整壓力解決此問(wèn)題，另外使噴淋系統(tǒng)擺動(dòng)也是有效的。3.3 通過(guò)噴淋系統(tǒng)或噴嘴的擺動(dòng)來(lái)保證溶液流量的均勻性。Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem21圖圖3 3 上下板面噴淋液流向上下板面

18、噴淋液流向圖圖4 4 噴淋液在板面成水池噴淋液在板面成水池水池效應(yīng)板面流向Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem22六、常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法故障類(lèi)型產(chǎn)生主要原因解決辦法蝕刻速率降低由于工藝參數(shù)控制不當(dāng)引起的檢查及調(diào)整溫度、噴淋壓力、溶液比重、PH值和氯化銨的含量等工藝參數(shù)到規(guī)定值蝕刻液出現(xiàn)沉淀1、氨的含量過(guò)低2、水稀釋過(guò)量3、溶液比重過(guò)大1、調(diào)整PH值到達(dá)工藝規(guī)定值；2、調(diào)整嚴(yán)格按工藝規(guī)定執(zhí)行；3、排放出部分比重高的溶液，經(jīng)分析后補(bǔ) 加氯化銨和氨的水溶液，使蝕刻液的比 重調(diào)整到工藝允許的范圍抗蝕鍍層被浸蝕1、蝕刻液PH

19、值過(guò)低；2、氯離子含量過(guò)高1、調(diào)整到合適的PH值；2、調(diào)整氯離子嘗試到規(guī)定值銅表面發(fā)黑，蝕刻不動(dòng)蝕刻液中氯化銨含量過(guò)低調(diào)整氯化銨含量到規(guī)定數(shù)值基板表面有殘銅1、蝕刻時(shí)間不足；2、退膜不干凈或有抗 蝕金屬（如：鉛錫 或錫）1、首件試驗(yàn)，確定蝕刻時(shí)間；2、蝕刻前檢查板面，要求無(wú)殘膜，無(wú)抗蝕 金屬滲鍍堿性氯化銅蝕刻液蝕刻故障類(lèi)型、產(chǎn)生原因和解決方法堿性氯化銅蝕刻液蝕刻故障類(lèi)型、產(chǎn)生原因和解決方法Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem23故障類(lèi)型產(chǎn)生主要原因解決辦法蝕刻速率低1、蝕刻液的溫度低；2、噴淋壓力過(guò)低；3、蝕刻液的

20、化學(xué)組份控 制失調(diào)1、調(diào)整溶液溫度至40-50；2、調(diào)整噴淋壓力到規(guī)定值；3、分析后進(jìn)行調(diào)整蝕刻液出現(xiàn)沉淀絡(luò)合劑氯離子不足分析后補(bǔ)加鹽酸光致抗蝕劑被破壞1、酸過(guò)量；2、板面清洗不干凈；3、曝光不適當(dāng)；4、涂復(fù)液態(tài)抗蝕劑時(shí)烘 烤不當(dāng)1、用氫氧化鈉中和或者用水稀釋進(jìn)行調(diào)整；2、加強(qiáng)板面清潔處理；3、用光密度表檢查曝光時(shí)間；4、調(diào)整烘烤溫度在銅表面有黃色或白色沉淀蝕刻液的氯離子和酸度太低1、分析補(bǔ)加鹽酸；2、采用5%鹽酸溶液清洗板面后再 徹底用水清洗干凈酸性氯化銅蝕刻液的故障類(lèi)型、產(chǎn)生原因和解決辦法酸性氯化銅蝕刻液的故障類(lèi)型、產(chǎn)生原因和解決辦法Cu Bringhtener PC-111Cu Brin

21、ghtener PC-1112022/5/26jetchem24七、除鈀退錫的介紹及退錫常見(jiàn)問(wèn)題1.除鈀的目的：除去非沉銅孔壁上吸附的Pd離子。該P(yáng)d離子來(lái)自PTH線(xiàn)的活化缸，如果不清除干凈，Pd離子會(huì)在孔壁上形成活化中心，NPTH會(huì)在后面的ENIG工序沉上鎳金導(dǎo)致報(bào)廢。2.退錫的目的：圖形電鍍后在加厚的鍍銅圖形（線(xiàn)、孔及焊盤(pán)）上鍍上錫層用來(lái)保護(hù)圖形免遭蝕刻液侵蝕破壞。當(dāng)蝕刻完成后將該抗蝕層除去，露出所需的線(xiàn)路圖形。3.工藝流程： 除鈀水洗退錫1,2#水洗烘干出板Cu Bringhtener PC-111Cu Bringhtener PC-1112022/5/26jetchem254.反應(yīng)機(jī)理： 好的退錫藥水一般要求：1不攻擊底部基材，能徹底退除錫及錫銅合金；2反應(yīng)速度快且放熱少；3表面張力低易于小孔板制作；4無(wú)毒且不易沉淀。 我司采用硝酸型退錫劑,其優(yōu)點(diǎn)是退錫效果好,不腐蝕環(huán)氧樹(shù)脂表面,蝕銅量低,退錫后板面光亮,廢液易處理。 主要反應(yīng)：2HNO3 +Pb+OXPb(NO3)2+R R+O2 OX 該氧化劑OX能再生，反應(yīng)過(guò)程消