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1、2019/11/3,jetchem,1,蚀刻培训教材,2019/11/3,jetchem,2,目录,一、蚀刻的目的及分类 二、碱性蚀刻工艺流程及反应机理 三、酸性蚀刻工艺流程及反应原理 四、蚀刻速率的影响因素分析 五、影响蚀刻品质的因素及改善方法 六、蚀刻常见问题及处理方法 七、除钯退锡的介绍及退锡常见问题 八、生产安全及环境保护,2019/11/3,jetchem,3,一、蚀刻的目的及分类,1、蚀刻的目的 蚀刻的目的即是将前工序所做出有图形的线路板上 的未受保护的非导体部分铜蚀刻去，形成所需要的线路 图形。 2、蚀刻的分类,2019/11/3,jetchem,4,二、碱性蚀刻工艺流程及其反应
2、原理,1. 示意图,基材,底铜,干膜,锡层,镀铜层,正片蚀刻,2019/11/3,jetchem,5,3. 反应机理 3.1 褪膜 定义：用褪膜液将线路板面上盖住的干膜褪去,露 出未经线路加工的铜面. 经电镀工序后的干膜在碱性褪膜液下溶解或部分成片状脱落, 去膜情形为膨胀剥离再细分化。业界一般使用的是3%-5%氢氧化钠溶液，而我司则使用有机碱（4180）与氢氧化钠.槽液温度则在4753范围。为维持药液的效果,需注意过滤的效果,及时过滤掉片状的干膜碎,防止堵塞喷嘴.,2. 工艺流程 退膜1#，2#，3# 水洗蚀刻1#,2#补偿蚀刻氨水洗水洗酸洗水洗干板出板,2019/11/3,jetchem,6
3、,退膜最主要的品质隐患是退膜不净，它会导致蚀板不足及短路。它的水洗也很重要，如果水洗不净，会导致板面污染，同时会把碱液带入到蚀刻液中污染蚀刻液。在退膜后如果不是马上进行蚀刻的，要及时烘干或浸泡DI水，以免铜面氧化导致蚀板不净。 注：外层干膜厚为1.5mil（约40um)左右,经图形电镀后，铜厚和锡 厚之和通常超过1.5mil，需控制图形电镀电流参数防止夹菲林 （即夹膜），同时控制褪膜速度以防褪膜不净而蚀板不净导致 短路。,2019/11/3,jetchem,7,3.2 蚀刻 定义: 用蚀板液将多余的铜蚀去,只剩下已加厚的线路。 碱性氨类蚀刻主要反应原理 A、CuCl24NH3 Cu(NH3)4
4、Cl2 B、Cu+Cu(NH3)4Cl2 2Cu(NH3)2Cl C、4Cu(NH3)2Cl + 4NH3H2O + 4NH4Cl + O2 4Cu(NH3)4Cl2+6H2O 从上述反应可看出，蚀刻铜需要消耗氨分子和氯化铵。因此，在蚀刻过 程中，随着铜的溶解，应不断补充氨水和氯化铵. 3.2.1 以上两反应重复进行,因此需要有良好抽气,使喷淋形成负压,使 空气中的氧气与药液充分混合,从而有利于蚀刻反应持续进行。注意抽 气量不可过大,因氨水易挥发，若抽气量大，氨水带出量增多，则造成 氨水消耗量增多，PH值下降。 3.2.2 蚀刻反应实质就是铜离子的氧化还原反应： Cu2+ +Cu 2Cu+,2
5、019/11/3,jetchem,8,3.2.3 为使之蚀铜反应进行更为迅速，蚀刻液中多加有助剂： a. 加速剂(Accelerator) 可促使上述氧化反应更为快速，并防止亚铜离子的沉淀。 b. 护岸剂(Banking agent) 减少侧蚀。 c. 压抑剂(Suppressor)抑制氨在高温下的飞散，抑制铜的沉淀加速蚀铜的氧化反应。 3. 氨水洗 使用不含有Cu2+的氨水洗去板面的Cu(NH3)2Cl（其极不稳定，易沉淀）等固体和残留药水。 4. 酸洗 使用4%盐酸除去板面氧化和污物。现已改成氨水，作为蚀刻后第二道氨水洗。,2019/11/3,jetchem,9,三、酸性蚀刻的工艺流程及反
6、应原理,1. 示意图,基材,底铜,干膜,负片蚀刻,2019/11/3,jetchem,10,3. 反应机理 反应方程式：Cu+CuCl2 Cu2Cl2 形成的Cu2Cl2是不易溶于水的，在有过量的Cl-存在下，能形成可溶性的络合离子，其反应如下： Cu2Cl2 + 4Cl- 2CuCl32-. 随着铜的蚀刻，溶液中的Cl-越来越多，蚀刻能力很快就会下降，直到最后失去效能。因此在生产过程中须保持持续加药,以保证Cl-的浓度稳定。为保持蚀刻能力，可以用溶液再生的方式将Cu+重新生成Cu2+。为保证蚀刻能力，业界主要再生方式有以下：,2. 工艺流程 蚀刻1#, 2# 水洗 退膜1#，2#，3# 水洗
7、 干板,2019/11/3,jetchem,11,2019/11/3,jetchem,12,由于上述优缺点，业界使用物美价廉，使用环保的双氧水系统和氯酸钠系统，而我司使用氯酸钠系统，以下将重点讲述其工作原理。 Cu2Cl2+6HCl+ClO3- 2CuCl2+3H2O 要获得恒定的蚀刻速率，即一定的反应电压，根据能斯特方程可得知：HCl，ClO3-和CuCl2含量比例必须在一定的范围内才能得到一定的蚀刻速率，因此必须对此三种药水进行管控，我司加药器的管控参数如下：,2019/11/3,jetchem,13,酸性蚀刻加药器简易图,2019/11/3,jetchem,14,四、影响蚀刻速率因素分析
8、,2019/11/3,jetchem,15,手动调节,0.10-0.35 Mpa,蚀刻速度会降低，则会减少侧蚀量,蚀刻速度会增加，则会增大侧蚀量,喷液 压力,冷却,加热,45-55,蚀刻速度会下 降，则会减少侧蚀量,蚀刻速度明显增大，但氨气的挥发量液增大，既污染环境，又增加成本,蚀刻液 的温度,加蚀 板盐,添加子液,165-200 g/l,Cu(NH3)2Cl得不到再生，蚀刻速率会降低,抗蚀层被浸蚀,氯离子 浓度,偏低,偏高,控制方法,控制 范围,偏低,偏高,影响 因素,碱性蚀刻速率的影响因素,2019/11/3,jetchem,16,2019/11/3,jetchem,17,五、影响蚀刻品质
9、的因素及改善方法,1. 侧蚀：即发生在抗蚀层图形下面导线侧壁的蚀刻称为侧蚀,以X表示,侧蚀量的大小,是指最大侧向蚀刻宽度,侧蚀愈小愈好。侧蚀与蚀刻液类型、药水组成和所使用的蚀刻工艺及设备等有关。 2. 蚀刻因子：蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用，侧蚀是不可避免的。侧蚀宽度与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子（即A=T/X）。,2019/11/3,jetchem,18,2019/11/3,jetchem,19,2.1 蚀刻方式：浸泡和鼓泡式会造成较大的侧蚀，泼溅和喷 淋式侧蚀较小，尤其是喷淋侧蚀最小。 2.2 蚀刻液种类：不同的蚀刻液化学组分不同，蚀刻速度不 同，侧蚀也不同。通
10、常，碱性氯化铜蚀刻液比酸性氯化铜蚀 刻液蚀刻因子大。药水供应商通常会添加辅助剂来降低侧 蚀，不同的供应商添加的辅助剂不同，蚀刻因子也不同。 2.3 蚀刻运输速率：运输速率慢会造成严重的侧蚀。运输速 率快，板在蚀刻液中停留的时间越短，侧蚀量也越小。生产 过程中，应尽量提高蚀刻的运输速度。 2.4 蚀刻液的PH值：碱性蚀刻液，PH值较高时，侧蚀增大。PH值较低时溶液黏性增大，对抗蚀层有腐蚀作用。一般PH值控制在8.2与8.9之间。,2019/11/3,jetchem,20,2.5 蚀刻液的比重：碱性蚀刻液的比重太低，会加重侧蚀，选择高铜浓度的蚀刻液对减少侧蚀是有利的。 Cu2+一般控制在13516
11、5g/l。 2.6 底铜厚度：底铜厚度越大，板需在蚀刻液中停留的时间也越 长，侧蚀就越大。制造细密线路的PCB，在满足客户要求的情况下尽量使用薄的铜箔，减小全板镀铜厚度。 3. 影响板面蚀刻均匀性的因素及改善方法 板的上下两面以及板面各个部位蚀刻均匀性由板表面所受蚀刻液 流量的均匀性决定的。 3.1 由于水池效应的影响，板下面蚀刻速率高于上面，可根 据实际生产情况调整不同位置喷液压力达到目的,一般情况 板上表面的压力要稍大于下表面,具体按实际生产情况调 节压力。生产操作中，需定期对设备进行检测和调校。 3.2 板边缘比板中间蚀刻速率快，也可通过调整压力解决此 问题，另外使喷淋系统摆动也是有效的
12、。 3.3 通过喷淋系统或喷嘴的摆动来保证溶液流量的均匀性。,2019/11/3,jetchem,21,图3 上下板面喷淋液流向,图4 喷淋液在板面成水池,水池效应,板面流向,2019/11/3,jetchem,22,六、常见问题及处理方法,碱性氯化铜蚀刻液蚀刻故障类型、产生原因和解决方法,2019/11/3,jetchem,23,酸性氯化铜蚀刻液的故障类型、产生原因和解决办法,2019/11/3,jetchem,24,七、除钯退锡的介绍及退锡常见问题,1.除钯的目的：除去非沉铜孔壁上吸附的Pd离子。该Pd离子来自PTH线的活化缸，如果不清除干净，Pd离子会在孔壁上形成活化中心，NPTH会在后
13、面的ENIG工序沉上镍金导致报废。 2.退锡的目的：图形电镀后在加厚的镀铜图形（线、孔及焊盘）上镀上锡层用来保护图形免遭蚀刻液侵蚀破坏。当蚀刻完成后将该抗蚀层除去，露出所需的线路图形。 3.工艺流程： 除钯水洗退锡1,2#水洗烘干出板,2019/11/3,jetchem,25,4.反应机理： 好的退锡药水一般要求：1不攻击底部基材，能彻底退除锡及锡铜合金；2反应速 度快且放热少；3表面张力低易于小孔板制作；4无毒且不易沉淀。 我司采用硝酸型退锡剂,其优点是退锡效果好,不腐蚀环氧树脂表面,蚀铜量低,退 锡后板面光亮,废液易处理。 主要反应：2HNO3 +Pb+OXPb(NO3)2+R R+O2
14、OX 该氧化剂OX能再生，反应过程消耗量很少。氧化剂作用在于加速褪锡速率，同时还添加稳定剂，稳定剂可抑制硝酸与铜的反应，保证褪锡后板面保持光泽。 5.控制参数：,2019/11/3,jetchem,26,6.退锡品质问题,2019/11/3,jetchem,27,八、生产安全及环境保护,1.生产安全 在印制电路板蚀刻过程中，常使用的化学药品，如使用不当会灼伤皮肤和眼睛；在清洗和维护蚀刻机、退膜机等设备时，要注意周围工作环境，保持地面干净，无碱、酸残渣，以防止发生意外事故，危及人身健康。员工拿取药水需戴胶手套，手动添加药水要戴防护面具等。基于上述原因，搞好印制电路板生产安全极为重要，它是确保员工正常工作秩序和产品质量的一个重要的环节。 2.环境保护 蚀刻工序使用了强碱(如NaOH)、氨水、盐酸、硫酸、硝酸等化学品，生产过程中有较大气味产生，同时产生大量废液、废渣，故应加强抽风，废液排入专门的排水管内以便集中处理。,2019/11/3,jetchem,28,谢谢!,
