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(shuō)，在銅箔部分預(yù)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(xué)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(shí)板上有兩層銅。在外蝕刻過(guò)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(gè)過(guò)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(diǎn)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(dāng)線寬度很細(xì)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題。同時(shí)，側(cè)面腐蝕會(huì)嚴(yán)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(gè)方法和內(nèi)層蝕刻工藝很像，所以內(nèi)層制造工藝請(qǐng)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(guò)程中使用。氨劑是一種常用的化學(xué)溶液，不與錫或鉛錫反應(yīng)。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(chǎng)上買到。

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

2.蝕刻質(zhì)量與存在的問(wèn)題

對(duì)蝕刻質(zhì)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(yán)格來(lái)說(shuō)，如果要準(zhǔn)確定義，蝕刻的質(zhì)量必須包括線寬度的一致性和側(cè)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(yīng)，所以側(cè)面腐蝕幾乎是不可避免的。

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

蝕刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)和不同的成分蝕刻解決方案將對(duì)蝕刻因素或側(cè)腐蝕程度產(chǎn)生影響，或者樂(lè)觀地說(shuō)，這是可以控制的。使用一些添加劑可以降低側(cè)腐蝕程度。這些添加劑的化學(xué)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(shè)備的結(jié)構(gòu)，下面幾章將專門討論。

從很多方面來(lái)說(shuō)，蝕刻的質(zhì)量早在印刷電路板進(jìn)入蝕刻機(jī)之前就存在了。因?yàn)橛∷㈦娐?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(nèi)在聯(lián)系，沒有一個(gè)工序不受其他工序或其他工序的影響。很多被認(rèn)定為蝕刻品質(zhì)的問(wèn)題，其實(shí)在除膜過(guò)程中甚至之前就已經(jīng)存在。至于外層圖形的蝕刻工藝，因?yàn)?ldquo;倒流”比大多數(shù)PCB工藝更突出，所以很多問(wèn)題最終都體現(xiàn)在上面。同時(shí)，也是因?yàn)槲g刻是從自粘貼到感光，再到外層圖案轉(zhuǎn)移成功的一系列漫長(zhǎng)過(guò)程中的最后一環(huán)。鏈接越多，出現(xiàn)問(wèn)題的可能性越大。這可以看作是印刷電路生產(chǎn)過(guò)程中非常特殊的一個(gè)方面。

印制電路板從理論上講，制電路，印進(jìn)入到蝕刻，后，在通過(guò)圖案電鍍處理制電路，印的過(guò)程中，理想的狀態(tài)應(yīng)該是，在：電鍍后的銅和錫或銅和鉛和錫的總厚度不應(yīng)超過(guò)耐電鍍感光膜的厚度，從而使電鍍圖案被膜兩側(cè)的“壁”完全阻擋和嵌入。然而，在實(shí)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(guò)程中，由于鍍層高度超過(guò)感光膜，有橫向堆積的傾向，出現(xiàn)問(wèn)題。覆蓋在導(dǎo)線頂部的tin或鉛錫抗蝕劑層向兩側(cè)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(shí)無(wú)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(huì)造成蝕刻不完整。線路在蝕刻，后面的兩側(cè)形成“銅根”，使線路間距變窄，導(dǎo)致印制造的板不符合甲方的要求，甚至可能被拒收。拒收會(huì)大大增加PCB的生產(chǎn)成本。

此外，在許多情況下，由于反應(yīng)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(jī)和耐酸泵的噴嘴處，必須進(jìn)行清潔和清洗，從而影響工作效率。

三.設(shè)備調(diào)整和與腐蝕性溶液的相互作用

氨蝕刻是一個(gè)微妙而復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在印制電路的加工過(guò)程中，另一方面，這是一項(xiàng)輕松的工作。一旦工藝啟動(dòng)，就可以進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。關(guān)鍵是一旦啟動(dòng)就要保持連續(xù)工作，不宜停下來(lái)晾干。蝕刻過(guò)程在很大程度上取決于設(shè)備的良好工作條件。目前無(wú)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(zhì)的蝕刻效果，必須嚴(yán)格選擇噴嘴結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)方法和設(shè)備結(jié)構(gòu)。這些理論往往大相徑庭。然而，所有關(guān)于蝕刻的理論都承認(rèn)這樣一個(gè)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(guò)程的化學(xué)機(jī)理分析也證實(shí)了上述觀點(diǎn)。在氨蝕刻，中，假設(shè)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(gè)目的：一是洗掉剛剛產(chǎn)生的銅離子；第二，連續(xù)提供反應(yīng)所需的氨(NH3)。

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

很難將一價(jià)銅離子的含量保持接近零，因?yàn)樵谖g刻反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的一價(jià)銅離子，并且它們總是與氨的絡(luò)合基團(tuán)緊密結(jié)合。一價(jià)銅可以通過(guò)在大氣中的氧氣作用下將一價(jià)銅轉(zhuǎn)化為二價(jià)銅來(lái)去除。以上目的可以通過(guò)噴涂來(lái)達(dá)到。

這是將空氣引入蝕刻箱的功能原因。然而，如果空氣過(guò)多，溶液中氨的損失會(huì)加快，PH值會(huì)降低，導(dǎo)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(chǔ)罐的做法，為此，必須增加酸度計(jì)控制系統(tǒng)。當(dāng)自動(dòng)測(cè)量的酸堿度低于給定值時(shí)，溶液將自動(dòng)添加。

在化學(xué)蝕刻(也稱為光化學(xué)蝕刻或PCH)的相關(guān)領(lǐng)域，研究工作已經(jīng)開始并達(dá)到蝕刻機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。在本方法中，使用的溶液是二價(jià)銅，而不是氨銅蝕刻。它可能會(huì)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(dāng)大。其對(duì)蝕刻參數(shù)的要求往往比印刷電路板行業(yè)更嚴(yán)格。有一個(gè)來(lái)自PCM工業(yè)系統(tǒng)的研究結(jié)果，還沒有正式公布，但是結(jié)果會(huì)讓人耳目一新。由于項(xiàng)目資金的大力支持，研究人員有能力長(zhǎng)期改變蝕刻工廠的設(shè)計(jì)理念，并研究這些改變的結(jié)果效果。例如，與錐形噴嘴相比，最好的噴嘴設(shè)計(jì)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(jìn)入蝕刻艙內(nèi)的工件。如果不進(jìn)行這種改變，歧管上噴嘴的安裝方式將導(dǎo)致每個(gè)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(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，最新的設(shè)計(jì)參數(shù)是65磅/平方英寸(4巴)。每個(gè)蝕刻過(guò)程和每個(gè)實(shí)際解決方案都有一個(gè)最佳注射壓力的問(wèn)題，但目前，蝕刻艙內(nèi)的注射壓力超過(guò)30磅每平方英寸(2巴)。有一個(gè)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(yīng)該越高。當(dāng)然這不是一個(gè)單一的參數(shù)。另一個(gè)重要參數(shù)是控制其在溶液中的反應(yīng)性的相對(duì)遷移率(或遷移率)。

4.關(guān)于上部和下部板面，導(dǎo)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(zhì)量問(wèn)題集中在世界上蝕刻的部分地區(qū)板面。理解這一點(diǎn)很重要。這些問(wèn)題是由于板面蝕刻生產(chǎn)的膠體硬化產(chǎn)品對(duì)印刷電路板的影響。膠質(zhì)結(jié)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(bǔ)充，導(dǎo)致蝕刻速度下降。正因?yàn)槟z狀結(jié)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(jī)中的板首部分進(jìn)入容易被徹底蝕刻，化或容易引起過(guò)度腐蝕，因?yàn)楫?dāng)時(shí)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(jìn)入形成，這減慢了它的蝕刻速度。

V.蝕刻設(shè)備維護(hù)

維護(hù)蝕刻設(shè)備最關(guān)鍵的因素是確保噴嘴清潔無(wú)堵塞，以使噴霧順暢。堵塞或結(jié)渣會(huì)在射流壓力的作用下影響布局。如果噴嘴不干凈，會(huì)造成蝕刻不均勻，報(bào)廢整個(gè)印刷電路板。

顯然，設(shè)備的維護(hù)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(wèn)題。此外，更關(guān)鍵的問(wèn)題是保持蝕刻機(jī)器不結(jié)渣，這在許多情況下都會(huì)發(fā)生。過(guò)多的結(jié)渣甚至?xí)绊懳g刻溶液的化學(xué)平衡。同樣，如果蝕刻溶液中存在過(guò)度的化學(xué)不平衡，結(jié)渣將變得越來(lái)越嚴(yán)重。結(jié)渣堆積的問(wèn)題怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。一旦蝕刻溶液中突然出現(xiàn)大量結(jié)渣，通常是溶液平衡有問(wèn)題的信號(hào)。因此，應(yīng)使用濃鹽酸進(jìn)行適當(dāng)?shù)那逑椿蜓a(bǔ)充溶液。

殘膜也會(huì)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(jié)渣說(shuō)明之前的除膜過(guò)程不徹底。不良的薄膜去除通常是邊緣薄膜和過(guò)度電鍍的結(jié)果。