ETCH(PCB蝕刻培訓(xùn)教材)[詳細(xì)]

1、蝕刻培訓(xùn)教材,目 錄 前言 基礎(chǔ)部分：蝕刻目的 蝕刻反應(yīng)基本原理 蝕刻工藝流程及原理 名詞解釋 設(shè)備 技術(shù)提升部分：生產(chǎn)線簡介 生產(chǎn)線維護(hù) 生產(chǎn)注意事項(xiàng) 影響蝕刻速率因素分析 蝕刻能力提高 工序潛力與展望 生產(chǎn)安全與環(huán)境保護(hù),前言 隨著PCB工業(yè)的發(fā)展,各種導(dǎo)線之阻抗要求也越來越高，這必然要求導(dǎo)線的寬度控制更加嚴(yán)格。為了使榮信公司的工程管理人員，尤其是負(fù)責(zé)蝕刻工序的工藝工程人員對蝕刻工序有一定的了解，故撰寫此份培訓(xùn)教材，以期有助于生產(chǎn)管理與監(jiān)控，從面提高我司的產(chǎn)品品質(zhì)。(本教材以設(shè)備為基礎(chǔ)對蝕刻工藝進(jìn)行講解),基礎(chǔ)部分,蝕刻的目的,蝕刻的目的即是將前工序所做出有圖形的線路板上的未受保護(hù)的非導(dǎo)體

2、部分銅蝕刻去，形成線路。 蝕刻有內(nèi)層蝕刻和外層蝕刻，內(nèi)層采用酸性蝕刻，濕膜或干膜為抗蝕劑；外層采用堿性蝕刻，錫鉛為抗蝕劑。,蝕刻反應(yīng)基本原理,一.酸性氯化銅蝕刻液 1.特性 蝕刻速度容易控制，蝕刻液在穩(wěn)定狀態(tài)下能達(dá)到 高的蝕刻質(zhì)量 蝕銅量大 蝕刻液易再生和回收,2.主要反應(yīng)原理 蝕刻過程中，CU2+有氧化性，將板面銅氧化成CU+： Cu + CuCl2 2CuCl 生成的CuCl不溶于水，在過量的氯離子存在下，生成可溶性的絡(luò)離子：2CuCl4Cl-2CuCl32- 隨著反應(yīng)的進(jìn)行， CU+越來越多，蝕銅能力下降，需對蝕刻液再生，使CU+變成CU2+ 。再生的方法有以下幾種: 通氧氣或壓縮空氣再

3、生（反應(yīng)速率低)，氯氣再生(反應(yīng)快，但有毒)，電解再生（可直接回收銅，但需電解再生的設(shè)備和較高的電能消耗），次氯酸鈉再生（成本高，本身較危險(xiǎn)），雙氧水再生（反應(yīng)速率快，易控制).,反應(yīng)：2CuCl+2HCl+H2O22CuCl2+2H2O 自動(dòng)控制添加系統(tǒng)：通過控制蝕刻速度，雙氧水和鹽酸的添加比例，比重和液位，溫度等項(xiàng)目，達(dá)到自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)。 我司采用此種再生方法。,二.堿性氨類蝕刻液 1.特性 不與錫鉛發(fā)生任何反應(yīng) 易再生，成本低，易回收 蝕銅速度快，側(cè)蝕小，溶銅能力高，蝕刻 速率易控制,2.主要反應(yīng)原理 Cu+Cu(NH3)4Cl2 2Cu(NH3)2Cl 4Cu(NH3)2Cl + 4NH

4、3H2O + 4NH4Cl + O2 4Cu(NH3)4Cl2+6H2O 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,從而利于蝕刻反應(yīng)進(jìn)行。注意抽氣不可過大,否則造成氨水消耗量的增大.,二價(jià)銅離子在堿性環(huán)境下極易生成氫氧化銅沉淀，需加入過量的氨水，使之生成穩(wěn)定的氨銅錯(cuò)離子團(tuán)；過量的氨使反應(yīng)生成的不穩(wěn)定Cu(NH3)2Cl 再生成穩(wěn)定的具有氧化性的Cu(NH3)4Cl2 ，使反應(yīng)不斷的進(jìn)行。 生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制通過監(jiān)測PH值，比重，進(jìn)行補(bǔ)加氨水和新液，而達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)的目的。,蝕刻工藝流程及原理,一.酸性氯化銅蝕刻 1.工藝流程,2.工藝原理,顯影 定義

5、：利用碳酸鈉的弱堿性將干膜上未經(jīng)紫外線輻射的部分用碳酸鈉溶液溶解，已經(jīng)紫外線輻射而發(fā)生聚合反應(yīng)的部分保留。,原理： CO3-2 + Resist COOH HCO3- + Resist COO- CO3-2 主要為Na2CO3 或K2CO3 Resist TOOH為干膜及油墨中反應(yīng)官能基團(tuán) 利用CO3-2與阻劑中羧基（COOH）進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，形成COO-和H CO3- ，使阻劑形成陰離子團(tuán)而剝離。,蝕刻 定義：將溶解了干膜（濕膜）而露出的銅面用酸性氯化銅溶解腐蝕，此過程叫蝕刻。 影響因素：主要是溶液中Cl- 、Cu+的含量，溶液 的溫度及Cu2+的濃度等。,褪膜 藥水：NaOH 3+/-0

6、.5% 除泡劑 0.10.2 定義：將線路上的保護(hù)膜去掉，露出已加工好的線路。 影響褪膜效果因素：褪膜溫度及速度，藥水濃度 注意：褪膜溫度低，速度慢，藥水濃度低，會(huì)導(dǎo)致褪 膜不凈；藥水濃度高，會(huì)導(dǎo)致板面氧化。 褪膜段噴嘴要及時(shí)清洗，防止碎片堵塞噴嘴， 影響褪膜質(zhì)量,二.堿性蝕刻 1.工藝流程,注：整孔工序僅適用于沉金制板,2.工藝原理 褪膜 定義：用褪菲林液將線路板面上蓋住的菲林褪去,露 出未經(jīng)線路加工的銅面. 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,我司使用的是3% 0.5%氫氧化鈉溶液. 為維持藥液的效果,需注意過濾的效果,及時(shí)過濾去片 狀的干膜碎,防止堵塞噴嘴. 注：內(nèi)外

7、層褪膜段使用藥水及控制相同，但外層干膜厚為1.5mil左右,經(jīng)圖形電鍍后，銅厚和錫厚之和通常超過1.5mil，需控制圖形電鍍電流參數(shù)防止夾膜，同時(shí)控制褪膜速度以防褪膜不凈而短路。,蝕刻,定義: 用蝕板液將多余的底銅蝕去剩下已加厚的線路。,控制：隨著反應(yīng)不斷進(jìn)行,藥液中氨水不斷降低,銅離子不斷 增加,為保持蝕銅速度,必需維持藥水的穩(wěn)定.我司通過PH 計(jì),比重計(jì)控制氨水和新液的自動(dòng)添加,當(dāng)PH值低時(shí)添加氨 水;當(dāng)比重高時(shí)添加新液.,為使之蝕銅反應(yīng)進(jìn)行更為迅速，蝕液中多加有助劑，例如： a. 加速劑( Accelerator) 可促使上述氧化反應(yīng)更為快速，并防止亞銅錯(cuò)離子的沉淀。 b. 護(hù)岸劑(Ba

8、nking agent) 減少側(cè)蝕。 c. 壓抑劑(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)。,新液洗 使用不含有銅離子的NH3.H2O, NH4Cl溶液清除板面殘留的藥液以及反應(yīng)生成物Cu(NH3)2Cl ,其極不穩(wěn)定，易生成沉淀。 整孔 除去非鍍通孔中的在沉銅工序所吸附上去的鈀離子, 以防在沉金工序沉上金. 褪錫 使用含銅保護(hù)劑的主要成分為硝酸的藥液，褪去線路上的錫鉛層,露出線路,名詞解釋,水池效應(yīng) 在蝕刻過程中，線路板水平通過蝕刻機(jī)時(shí)，因重力作用在板上面新鮮藥液被積水阻撓,無法有效和銅面反應(yīng)，稱之水池效應(yīng)。而下面則無此現(xiàn)象。,蝕刻因子 蝕刻液在蝕刻過程

9、中，不僅向下而且對左右各方向都產(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之為蝕刻因子。,Etching Factor(蝕刻因子)D/C Undercut=(A-B)/2,設(shè)備,內(nèi)外層均采用水平線設(shè)備。 對于堿性蝕刻，為增加蝕刻速度，需提高溫度到46以上，因而有大量的氨臭味必須要有適當(dāng)?shù)某轱L(fēng)；抽風(fēng)太大則將氨氣抽走比較浪費(fèi)，在抽風(fēng)管內(nèi)增加節(jié)流閥，控制抽風(fēng)的強(qiáng)度。 無論何種蝕刻液，都需采用高壓噴淋；為獲得較整齊的線條側(cè)邊和高質(zhì)量的蝕刻效果，須嚴(yán)格選擇噴嘴的形狀和噴淋方式。但不論如何選擇，都遵循一基本理論，那就是以最快速度的讓欲蝕刻銅表面接觸愈多新鮮的蝕刻液。,噴嘴的形狀有錐形（空錐形，

10、實(shí)錐形），扇形等，我司采用的是扇形噴嘴。與錐形噴嘴相比，最佳的設(shè)計(jì)是扇形噴嘴。注意集流管的安裝角度，能對進(jìn)入蝕刻槽內(nèi)的制板進(jìn)行30度噴射。第二組集流管與第一組比有所不同，因噴淋液互相交叉時(shí)會(huì)降低噴淋的效果，盡量避免出現(xiàn)此種情況。 蝕刻槽內(nèi)集流管的安裝與前進(jìn)方向比有橫置，豎置和斜置，我司采用的安裝方式有兩種方式（見下圖） 。但擺動(dòng)方向均垂直于運(yùn)輸方向。,板運(yùn)輸方向,擺動(dòng)方向,板運(yùn)輸方向,方式一 方式二,蝕刻品質(zhì)往往因水池效應(yīng)(pudding)而受限, 這也是為何板 子前端部份往往有over etch現(xiàn)象, 所以設(shè)備設(shè)計(jì)上就有如下 考慮:,a. 板子較細(xì)線路面朝下,較粗線路面朝上. b. 噴嘴上,

11、下噴液壓力調(diào)整以為補(bǔ)償,依實(shí)際作業(yè)結(jié)果來調(diào)整其差異. c. 先進(jìn)的蝕刻機(jī)可控制當(dāng)板子進(jìn)入蝕刻段時(shí),前面幾組噴嘴會(huì)停止噴灑幾秒的時(shí)間.,技術(shù)提升部分,生產(chǎn)線簡介,1.內(nèi)層酸性蝕刻,沖、蝕板、褪菲林生產(chǎn)線機(jī)器運(yùn)行參數(shù),沖板、褪膜、褪菲林換藥和補(bǔ)藥標(biāo)準(zhǔn),2.外層堿性蝕刻,A)使用的是TCM退膜、蝕刻機(jī)，設(shè)備性能參數(shù)： 有效寬度：620mm 行轆速度：08m/min 壓 力：2.5kg/cm2 安 全 性：機(jī)械、電氣部分有良好保護(hù)，有緊急 開關(guān)。,B).操作條件 退膜液濃度:30.5%(重量比) 退 膜 速 度: 2.53.5m/min 退 膜 溫 度:4854oC 退膜液噴壓:1840PSI 水 洗

12、 壓 力: 2040PSI,蝕刻液溫度：4652oC 蝕刻液PH值：7.88.4(50oC) 蝕刻液比重：1.1701.190 Cu2+：115135g/l，Cl：150190g/l 噴藥水壓力：1830PSI 噴水壓力：2040PSI,生產(chǎn)線維護(hù),設(shè)備的日常保養(yǎng) A.不使蝕刻液有sludge產(chǎn)生(淺藍(lán)色一價(jià)銅污泥),當(dāng)結(jié)渣越 多，會(huì)影響蝕刻液的化學(xué)平衡，蝕刻速率迅速下降。所 以成份控制很重要尤其是PH,太高或太低都有可能造成. B.隨時(shí)保持噴嘴不被堵塞.(過濾系統(tǒng)要保持良好狀態(tài)) 每周保養(yǎng)時(shí)檢查噴嘴，若堵塞則立即清除堵塞物。 C.及時(shí)更換破損的噴嘴和配件 D.PH計(jì)，比重感應(yīng)器要定期校驗(yàn).,

13、生產(chǎn)注意事項(xiàng),1.嚴(yán)格控制退膜液的濃度,以保證干膜以合適的速度和大小退去,且不易堵塞噴嘴。 2.退膜后水洗壓力應(yīng)大于20PSI，以便除去鍍層與底銅間的殘膜和附在板面上的殘膜。 3.蝕刻藥水壓力應(yīng)在18 30PSI,過低則蝕刻不盡,過高則易打斷藥水的保護(hù)膜,造成蝕刻過度。,一.酸性氯化銅溶液 影響蝕刻速率的因素有很多，主要是Cl- ，Cu+含量，溶液溫度及Cu2+濃度。,影響蝕刻速率因素分析,1.Cl-含量的影響 在氯化銅蝕刻液中Cl-濃度較多時(shí)， Cu2+和Cu+實(shí)際上是以絡(luò)離子的形式存在（Cu2+Cl42， Cu+Cl32- ），所以蝕刻液的配制和再生都需要Cl-參加反應(yīng)，下表為氯離子溶度與

14、蝕刻速率關(guān)系。,HCl 摩爾濃度,水溶液,2N HCl溶液,4N HCl溶液,6N HCl溶液,從圖中可以看出： 當(dāng)鹽酸溶度升高時(shí)，蝕刻時(shí)間減少，但超過6 N酸其鹽酸，揮發(fā)量大，且對造成對設(shè)備的腐蝕，并隨著酸濃度的增加，氯化銅的溶解度迅速降低。 在氯化銅溶液中發(fā)生銅的蝕刻反應(yīng)時(shí)，生成的CuCl2不易溶于水，則在銅的表面形成一層氯化亞銅膜，這種膜能阻止反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，過量的Cu-能與Cu2Cl2結(jié)合形成可溶性的絡(luò)離子Cu1+Cl32-，從銅表面上溶解下來，從而提高蝕刻速率。,2.Cu+含量的影響 根據(jù)蝕刻反應(yīng)，隨著銅的蝕刻就會(huì)形成一價(jià)銅離子，較微量的Cu+ 會(huì)顯著地降低蝕刻速率。 根據(jù)奈恩斯物

15、方程： 0.59 Cu2+ E=E0 + lg n Cu+ E 指定濃度下的電極電位 n 得失電子數(shù) Cu2+ 二價(jià)銅離子濃度 Cu+ 一價(jià)銅離子濃度,Cu+濃度與氧化-還原電位之間的關(guān)系,溶液氧化一還原反應(yīng)位與蝕刻速率的關(guān)系,從圖中可以看出，隨著Cu+濃度的不斷升高，氧化還原電位不斷下降。當(dāng)氧化還原電位在530mu時(shí)，Cu1+濃度低于0.4g/l能提供最理想的高的和幾乎恒定的蝕刻速率。,3.Cu2+含量的影響 溶液中Cu2+含量對蝕刻速率的關(guān)系：,當(dāng)Cu2+低時(shí)，反應(yīng)較緩慢，但當(dāng)Cu2+達(dá)到一定濃度時(shí)也會(huì)反應(yīng)速率降低。,反 應(yīng) 速 率,4.溫度對蝕刻速率的影響,隨著溫度提高蝕刻時(shí)間越短，一般

16、在40-55間,當(dāng)溫度高時(shí)會(huì)引起HCl過多地?fù)]發(fā)造成溶液比例失調(diào),另溫度較高也會(huì)引起機(jī)器損傷及阻蝕層的破壞。,二.堿性氨類蝕刻液 蝕刻液的PH值，比重（ Cu2+的濃度），氯化氨濃度以及蝕刻液的溫度等對蝕刻速度均有影響。,1.Cu2+含量的影響 Cu2+過低，蝕刻速率低，且溶液控制困難； Cu2+過高，溶液不穩(wěn)定，易生成沉淀； 須控制Cu2+濃度在115135g/l，連續(xù)生產(chǎn)則通 過比重來控制。,2.溶液PH值的影響 PH值過低，對金屬抗蝕層不利；且溶液中的銅不能完全被絡(luò)合成銅氨絡(luò)離子，溶液要出現(xiàn)沉淀，并在槽底形成泥狀沉淀。這些沉淀能結(jié)在加熱器上形成硬皮，可能損壞加熱器，還會(huì)堵塞泵或噴嘴，對蝕

17、刻造成困難。 PH值過高，溶液中氨過飽和，游離到空氣中污染環(huán)境；且使側(cè)蝕增大。,3.氯化氨含量的影響 從前面反應(yīng)可知， Cu(NH3)2Cl的再生需要過量的NH3和NH4Cl存在。若氯化氨過低， Cu(NH3)2Cl得不到再生，蝕刻速率會(huì)降低。 氯化氨過高，引起抗蝕層被浸蝕。,4.溫度的影響 蝕刻速率會(huì)隨著溫度的升高而加快； 蝕刻溫度過低，蝕刻速度會(huì)降低，則會(huì)增大側(cè)蝕量， 影響蝕刻質(zhì)量。 蝕刻溫度高，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，有增加成本。,5.噴液壓力的影響 蝕刻藥水壓力應(yīng)在18 30PSI,過低則蝕刻不盡,過高則 易打斷藥水的保護(hù)膜,造成蝕刻過度。,蝕刻能力提高,

18、一.減少側(cè)蝕和突沿，提高蝕刻因子。 側(cè)蝕造成突沿，側(cè)蝕和突沿降低，蝕刻因子會(huì)提高；突沿過度會(huì)造成導(dǎo)線短路，因?yàn)橥谎貢?huì)突然斷裂下來，在導(dǎo)線間形成電的連接。嚴(yán)重的側(cè)蝕則使精細(xì)導(dǎo)線的制作成為不可能。,影響側(cè)蝕的因素及改善方法,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，尤其是噴淋式 側(cè)蝕最小。,蝕刻液種類：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。,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

19、，側(cè)蝕量也越小。生產(chǎn)過程中，盡量提高蝕刻的運(yùn)輸速度。 蝕刻液的PH值：堿性蝕刻液，PH值較高時(shí)，側(cè)蝕增大。一般控制PH值在8.5以下。,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減少側(cè)蝕是有利的。 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，側(cè)蝕就越大。制作密集細(xì)小線路的制板，盡量使用低厚度的銅箔，減小全板鍍銅厚度。,二.提高板與板之間蝕刻速率的一致性 在連續(xù)生產(chǎn)過程中，蝕刻速率越一致，越能獲得蝕刻均勻的板，生產(chǎn)越容易控制。因此必須保證溶液始終保持最佳狀態(tài)。 選擇易再生，蝕刻速率易控制的藥水； 選擇能提供恒定操作條件的自動(dòng)控制的 工藝和設(shè)備 通過自動(dòng)添加來保證溶液的穩(wěn)定 通過噴淋系統(tǒng)或噴嘴的擺動(dòng)來保證溶液 流量的均勻性,三.提高整個(gè)板面蝕刻速率