PCB的蚀刻工艺及过程控制.docx

PCB的蚀刻工艺及过程控制印刷线路板从光板到显出线路图形的过程是一个比较复杂的 物理和化学反应的过程，本文就对其最后的一步--蚀刻进行解析 目前，印刷电路板(PCB)加工的典型工艺采用"图形电镀法"即先 在板子外层需保留的铜箔部分上，也就是电路的图形部分上预镀 一层铅锡抗蚀层，然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉,称为蚀 刻—•蚀刻的种类要注意的是，蚀刻时的板子上面有两层铜在外层蚀刻工艺中仅 仅有一层铜是必须被全部蚀刻掉的，其余的将形成最终所需要的 电路这种类型的图形电镀,其特点是镀铜层仅存在于铅锡抗蚀 层的下面另外一种工艺方法是整个板子上都镀铜，感光膜以外的部分仅仅 是锡或铅锡抗蚀层这种工艺称为“全板镀铜工艺“与图形电 镀相比，全板镀铜的最大缺点是板面各处都要镀两次铜而且蚀刻 时还必须都把它们腐蚀掉因此当导线线宽十分精细时将会产生 一系列的问题同时，侧腐蚀会严重影响线条的均匀性在印制板外层电路的加工工艺中，还有另外一种方法，就是用感 光膜代替金属镀层做抗蚀层这种方法非常近似于内层蚀刻工艺， 可以参阅内层制作工艺中的蚀刻目前，锡或铅锡是最常用的抗蚀层,用在氨性蚀刻剂的蚀刻工艺中•氨性蚀刻剂是普遍使用的化工药液，与锡或铅锡不发生任何 化学反应。

氨性蚀刻剂主要是指氨水/氯化氨蚀刻液此外，在市场上还可以买到氨水/硫酸氨蚀刻药液以硫酸盐为 基的蚀刻药液，使用后，其中的铜可以用电解的方法分离出来，因 此能够重复使用由于它的腐蚀速率较低，一般在实际生产中不 多见，但有望用在无氯蚀刻中有人试验用硫酸-双氧水做蚀刻剂来腐蚀外层图形由于包括经 济和废液处理方面等许多原因，这种工艺尚未在商用的意义上被 大量采用•更进一步说，硫酸-双氧水，不能用于铅锡抗蚀层的蚀刻， 而这种工艺不是PCB外层制作中的主要方法，故决大多数人很 少问津二•蚀刻质量及先期存在的问题对蚀刻质量的基本要求就是能够将除抗蚀层下面以外的所有铜 层完全去除干净，止此而已从严格意义上讲，如果要精确地界 定，那么蚀刻质量必须包括导线线宽的一致性和侧蚀程度由于 目前腐蚀液的固有特点，不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻 作用，所以侧蚀几乎是不可避免的侧蚀问题是蚀刻参数中经常被提出来讨论的一项，它被定义为侧 蚀宽度与蚀刻深度之比，称为蚀刻因子在印刷电路工业中，它 的变化范围很宽泛，从1：1到1:5显然，小的侧蚀度或低的 蚀刻因子是最令人满意的蚀刻设备的结构及不同成分的蚀刻液都会对蚀刻因子或侧蚀度 产生影响，或者用乐观的话来说，可以对其进行控制。

采用某些 添加剂可以降低侧蚀度这些添加剂的化学成分一般属于商业秘 密，各自的硏制者是不向外界透露的从许多方面看，蚀刻质量的好坏，早在印制板进入蚀刻机之前就 已经存在了因为印制电路加工的各个工序或工艺之间存在着非 常紧密的内部联系，没有一种不受其它工序影响又不影响其它工 艺的工序许多被认定是蚀刻质量的问题，实际上在去膜甚至更 以前的工艺中已经存在了对外层图形的蚀刻工艺来说，由于它所体现的“倒溪”现像比绝 大多数印制板工艺都突出，所以许多问题最后都反映在它上面 同时，这也是由于蚀刻是自贴膜，感光开始的一个长系列工艺中 的最后一环，之后，外层图形即转移成功了环节越多，出现问 题的可能性就越大这可以看成是印制电路生产过程中的一个很 特殊的方面从理论上讲，印制电路进入到蚀刻阶段后，在图形电镀法加工印 制电路的工艺中，理想状态应该是:电镀后的铜和锡或铜和铅锡 的厚度总和不应超过耐电镀感光膜的厚度，使电镀图形完全被膜 两侧的“墙”挡住并嵌在里面然而，现实生产中，全世界的印 制电路板在电镀后，镀层图形都要大大厚于感光图形在电镀铜 和铅锡的过程中，由于镀层高度超过了感光膜，便产生横向堆积 的趋势，问题便由此产生。

条上方覆盖着的锡或铅锡抗蚀层 向两侧延伸，形成了 “沿”，把小部分感光膜盖在了 “沿”下面 锡或铅锡形成的〃沿”吏得在去膜时无法将感光膜彻底去除干净， 留下一小部分“残胶〃在“沿〃的下面残胶”或“残膜〃留 在了抗蚀剂“沿〃的下面，将造成不完全的蚀刻线条在蚀刻后 两侧形成“铜根〃，铜根使线间距变窄，造成印制板不符合甲方 要求，甚至可能被拒收由于拒收便会使PCB的生产成本大大 增加另外，在许多时候，由于反应而形成溶解，在印制电路工业中， 残膜和铜还可能在腐蚀液中形成堆积并堵在腐蚀机的喷嘴处和 耐酸泵里，不得不停机处理和清洁，而影响了工作效率三•设备调整及与腐蚀溶液的相互作用关系在印制电路加工中，氨性蚀刻是一个较为精细和复杂的化学反应 过程反过来说它又是一个易于进行的工作一旦工艺上调通， 就可以连续进行生产关键是一旦开机就需保持连续工作状态， 不宜干干停停蚀刻工艺在极大的程度上依赖设备的良好工作状 态就目前来讲，无论使用何种蚀刻液，必须使用高压喷淋，而 且为了获得较整齐的线条侧边和高质量的蚀刻效果，必须严格选 择喷嘴的结构和喷淋方式为得到良好的侧面效果出现了许多不同的理论彤成不同的设计 方式和设备结构。

这些理论往往是大相径庭的但是所有有关蚀 刻的理论都承认这样一条最基本的原则，即尽量快地让金属表面 不断的接触新鲜的蚀刻液对蚀刻过程所进行的化学机理分析也 证实了上述观点在氨性蚀刻中，假定所有其它参数不变，那么 蚀刻速率主要由蚀刻液中的氨（NH3）来决定因此用新鲜溶液与 蚀刻表面作用，其目的主要有两个：一是冲掉刚刚产生的铜离子; 二是不断提供进行反应所需要的氨（NH3）在印制电路工业的传统知识里,特别是印制电路原料的供应商们, 大家公认，氨性蚀刻液中的一价铜离子含量越低，反应速度就越 快•这已由经验所证实事实上，许多的氨性蚀刻液产品都含有 一价铜离子的特殊配位基（一些复杂的溶剂），其作用是降低一价 铜离子（这些即是他们的产品具有高反应能力的技术秘诀），可见 一价铜离子的影响是不小的将一价铜由5000ppm降至 50ppm，蚀刻速率会提高一倍以上由于蚀刻反应过程中生成大量的一价铜离子”又由于一价铜离子 总是与氨的络合基紧紧的结合在一起，所以保持其含量近于零是 十分困难的通过大气中氧的作用将一价铜转换成二价铜可以去 除一价铜用喷淋的方式可以达到上述目的这就是要将空气通入蚀刻箱的一个功能性的原因。

但是如果空气 太多，又会加速溶液中的氨损失而使PH值下降，其结果仍使蚀 刻速率降低氨在溶液中也是需要加以控制的变化量一些用户 采用将纯氨通入蚀刻储液槽的做法这样做必须加一套PH计控 制系统当自动测得的PH结果低于给定值时，溶液便会自动进 行添加在与此相关的化学蚀刻（亦称之为光化学蚀刻或PCH）领域中，硏 究工作已经开始，并达到了蚀刻机结构设计的阶段在这种方法 中，所使用的溶液为二价铜，不是氨-铜蚀刻它将有可能被用在 印制电路工业中在PCH工业中，蚀刻铜箔的典型厚度为5到 10密耳(mils)，有些情况下厚度则相当大它对蚀刻参量的要求 经常比PCB工业中的更为苛刻四•关于上下板面，导入边与后入边蚀刻状态不同的问题大量的涉及蚀刻质量方面的问题都集中在上板面上被蚀刻的部 分了解这一点是十分重要的这些问题来自印制电路板的上板 面蚀刻剂所产生的胶状板结物的影响胶状板结物堆积在铜表面 上，一方面影响了喷射力，另一方面阻挡了新鲜蚀刻液的补充， 造成了蚀刻速度的降低正是由于胶状板结物的形成和堆积使得 板子的上下面图形的蚀刻程度不同这也使得在蚀刻机中板子先 进入的部分容易蚀刻的彻底或容易造成过腐蚀’因为那时堆积尚 未形成，蚀刻速度较快。

反之，板子后进入的部分进入时堆积已 形成，并减慢其蚀刻速度五•蚀刻设备的维护蚀刻设备维护的最关键因素就是要保证喷嘴的清洁，无阻塞物而 使喷射通畅阻塞物或结渣会在喷射压力作用下冲击版面假如 喷嘴不洁，那么会造成蚀刻不均匀而使整块PCB报废明显地，设备的维护就是更换破损件和磨损件，包括更换喷嘴， 喷嘴同样存在磨损的问题除此之外，更为关键的问题是保持蚀 刻机不存在结渣，在许多情况下都会出现结渣堆积•结渣堆积过 多，甚至会对蚀刻液的化学平衡产生影响同样，如果蚀刻液出 现过量的化学不平衡，结渣就会愈加严重结渣堆积的问题怎么 强调都不过分一旦蚀刻液突然出现大量结渣的情况，通常是一 个信号，即溶液的平衡出现问题这就应该用较强的盐酸作适当 地清洁或对溶液进行补加残膜也可以产生结渣物，极少量的残膜溶于蚀刻液中，然后形成 铜盐沉淀残膜所形成的结渣说明前道去膜工序不彻底去膜不 良往往是边缘膜与过电镀共同造成的结果。