碱性蚀刻制程讲义

1、碱性蚀刻制程讲义目 录一、 碱性蚀刻流程二、 为什么要蚀刻三、 碱性蚀刻制程需求四、 制程及产品介绍五、 特性及优点六、 制程控制七、 洗槽及配槽程序八、 问题及对策九、 信赖度测试方法十、 药水分析方法一、碱性蚀刻流程剥膜水洗蚀刻子液洗水洗剥锡水洗烘干二、 为什么要蚀刻将基板上不需要的铜,以化学反应方式予以除去,以形成所需要的电路图形三、 蚀刻制程需求1. 适宜的抗蚀剂类型2. 适宜的蚀刻液类型3. 可实现自动控制4. 蚀刻速度要快5. 蚀刻因子要大,侧蚀少6. 蚀刻液能连续运转和再生7. 溶铜量要大,溶液寿命长四、 制程及产品介绍PTL-503B为全溶碱性蚀刻液,适用于图形电镀金属抗蚀层,

2、如镀覆镍.金.锡铅合金.锡镍合金及锡的印制电路板蚀刻1. 剥膜成份:NaOH功能:剥除铜面上之干膜,露出底层铜面特性:强碱性,适用于水平及垂直设备2. 碱性蚀刻主要成份:NH3H2O NH3Cl Cu(NH3)4Cl2. Cu(NH3)4Cl2:具有蚀刻能力,与板面Cu反应,生成不具蚀刻能力之Cu(NH3)2Cl,在过量氨水和氯离子存在的情况下,Cu(NH3)2Cl很快被空气氧化生成具有蚀刻能力之Cu(NH3)4Cl2. NH3.H2O:提供蚀刻所需之碱性环境,并与NH4Cl一道完对Cu(NH3)2Cl之氧化再生. NH4Cl:提供再生时之Cl-反应原理: Cu+Cu(NH3)4Cl22Cu(

3、NH3)2Cl 2Cu(NH3)2Cl+2NH4Cl+2NH4OH+O22Cu(NH3)4Cl2+2H2O Cu+2NH4Cl+2NH4OH+O2Cu(NH3)4Cl2+2H2O3. 剥锡铅:PTL-601D/605 PTL-602A/602B1功能:剥除线路板表面锡金属抗蚀层,露出线路板之铜面,并保持铜面之光泽主要成份:HNO3. 双液型:PTL-602A/602B1A. A液a. 氧化剂:用以将Sn/Pb氧化成PbO/SnOb. 抗结剂:将PbO/SnO转成可溶性结构,避免饱和沉淀c. 抑制剂:防止A液咬蚀锡铜合金B. B液a. 氧化剂:用以咬蚀铜锡合金b. 抗结剂:防止金属氧化物沉淀c.

4、 护铜剂:保护铜面,防止氧化. 单液型a. 氧化剂:用以将Sn/Pb氧化成PbO/SnOb. 抗结剂:将PbO/SnO转成可溶性结构c. 护铜剂:保持铜面,防止氧化反应原理:1. 咬Sn/Pb氧化氧化氧化Sn/Pb SnO/PbO SnL/PbL H2SnO3(H2O)X(a)氧化2. 铜锡合金剥除Cu6Sn5 Cu2+Sn2+(溶解)Cu3Sn Cu2+Sn2+(溶解)五、 特性及优点特 性优 点适应性广可用于图形电镀之多种金属抗蚀层蚀刻速度快可减少制程时间铜回收再利用容易废水处理简易,污染少溶铜量高成本低,消耗少自动控制高品质之制品六、 制程控制1. 操作参数表槽名项目浓度温度压力添加方式

5、分析频率换槽频率剥膜NaOH4±1%50±21.5±0.5Kg/cm2分析补加1次/班1天/次蚀刻Cu2+Cl-PHS.G130-160g/L5-6mol/L1.20±0.0250±22±0.2Kg/cm2自动添加1次/班剥锡H+S.G30±51.5±0.5Kg/cm2/1次/班单液型:S.G>1.3 H<4.0N双液型:S.G>1.3 H<,3.5N2. 槽液维护:补充:蚀刻液比重超过1.21或铜含量超过160g/L时,抽出1/5槽液并添加PTL-501B到原液位管理:A. 定期检查自动控

6、制之比重和槽液比重是否符合而做适当校正B. 定期分析槽液PH值,铜含量,氯含量,并作成管制图C. 每日下班时使用子液冲洗蚀铜机前后进出之滚轮,避免干燥氢氧化铜之累积D. 长期不使用时,可多添加3-5%子液,避免NH3过量损失E. 停机超过45-60日以上时,清洗蚀刻机槽维护如下:a. 将槽液排出到预备槽b. 用水喷洗5分钟后排放c. 用3%(V/V)HCl清洗并喷洗5分钟后排放d. 检查喷洒情况是否正常e. 用水再清洗一次并检查加热器,冷却水管及滤钢板f. 加水与约2%氨水或子液混合后喷洗5分钟后排放g. 将槽液抽回F. 氯化铵添加时请先在槽外以槽液溶解后,再加入蚀铜机内G. (氯离子标准值-

7、分析值)×NH4Cl/Cl×槽体积(L)×1000=添加氯化铵Kg量H. PH值在50时与常温会呈现不同的值,换算公式如下:PH(50)=PH(X)-0.21×(50-X)/10例如:24时PH=8.86,问50时的PH值是多少?××2.6=8.314I. PH值的误差影响因素:温度越低,PH值越高,50与常温有时会差约0.04电极会慢慢老化,而此过程中无法得知不同厂牌或不同电极,会差约0.15校正用标准液会吸收空气中的CO2形成碳酸,若溶入标准液时,则影响准确性用PH4.0-7.0与用PH7.0-10.0做校正,也会不同J. 蚀铜液

8、的PH值变数太多,通常只作参考,用滴定碱当量法是比较准确的K. 比重在50的值与常温时约差0.01,比重差0.01时,铜含量约差10g/L5025铜(g/L)1.1901.2001401.2001.2101501.2101.2201601.2151.225165七、 洗槽及配槽程序1. 新线洗槽程序a.以清水清洗所有药水槽及水洗槽,然后排放b.将各水洗槽及药水槽注满清水,加入5-10g/L片碱,开启循环过滤系统,维持四小时以上然后将废液排除c.用清水冲洗各槽体,并排放d.将各槽注满清水,循环30分钟后排放e.将各槽注入1/2槽体积水,加入1-2%槽体积H2SO4,然后注满清水,开启循环过滤系统

9、,维持1-2小时后排放f.用清水冲洗各槽体,并将水排放g.以清水注满各槽,开启循环过滤系统,维持30分钟后排放h.剥膜槽用5-10g/L NaOH,蚀刻槽用1-2% NH3.H2O,剥锡槽用1-2% HNO3再次循环清洗1小时后,即可进行全线配槽2. 配槽程序A.剥膜槽a.注入1/2槽体积清水,加入50g/L NaOH(NaOH需预先溶解后再加入槽内,以免堵塞管道)b.补充水至标准液位,循环20-30分钟c.分析调整药水浓度d.升温至50B.蚀刻槽a. 取蚀刻母液PTL-503A(可由旧蚀刻线接取),加入蚀刻槽内b. 分析调整母液浓度c. 升温至50C.剥锡铅槽a. 单液型剥锡铅液:直接将剥锡

10、铅液原液加入槽内(PTL-601D,PTL-605),搅拌均匀b. 双液型剥锡铅液:(PTL-602A/PTL-602B1). 将PTL-602A原液加入剥锡铅线A段. 将95%槽体积PTL-602B1加入剥锡铅线B段,并缓慢加入5%槽体积H2O2(35%). 将槽液搅拌均匀八、 问题与对策:1. 蚀铜液常见问题与对策问 题可能原因对 策1. 速度降低a. 温度低或加热器损坏b. 比重过高,子液未补充(铜含量高)c. 比重过低(铜含量低)d. 可能冷却管漏水e. 压力太低f. 氧气不够g. 氯离子过低增加温度添加子液至比重1.20-1.22之间添加废液修理调整压力增加抽气添加NH4Cl2.蚀刻

11、不均匀 a.上下两面不均匀a. 喷嘴阻塞b. 喷管管位成角方向不对c. 滚轮位置不对d. 喷管流量不正确e. 喷管破裂f. 液面太低,Pump空转检查喷管(嘴)调整位置与角度调整调整每对喷管喷压常发生在摆动接头处补充蚀铜子液 b.同板面上局部不均匀a. 显影去膜未彻底(Scum)b. 底片不良导致干膜制程发生膜渣c. 压膜前板面清洁不够d. 镀铜厚度不均e. 去膜液碱性太强,回锡f. 电镀渗锡修补底片上微孔改善电镀分布降低碱度改善电镀3.沉淀a. 氯铜比值不对b. PH低或漏水,带入水太多c. 比重过高调整氯铜比减低抽风,修理添加子液4.侧蚀大,蚀铜过度a. PH值过高b. 速度太慢c. 压力

12、过大d. 喷管或喷嘴不对e. 阻剂破损或浮起f. 比重太低增加铜含量与抽风速度,厚度,药液关系降低压力增加铜浓度5.蚀铜不足(Under Etching)a. 速度太快b. PH太低c. 比重太高d. 浓度太低e. 喷压不足速度,厚度,药液关系加热器损坏或沉淀太多6.板子在蚀铜机内行径不直不正a. 装机未在水平状态b. 喷管喷压集中单边c. 输送齿轮破损使输送杆停用d. 上下喷压不均匀检查水平下压太大时,轻的板子会被举起7.蚀铜机结晶太多a.PH低于8以下子液用完或管路堵塞控制器故障或不准抽风太强8.阻剂剥落PH值太高了解干膜或UV的抗碱度2. 剥锡/铅液常见问题及对策问 题原 因对 策剥速太

13、慢药水强度减低提高更换或添加频率板面不亮药液温度太高水洗不足控制最高温小于40提高水洗流量剥除未尽喷管阻塞药液老化传送速度太快清洗喷管及喷管阻塞部份更换药液降低传送速度板面颜色药液老化液温太高水洗不洁Sn/Pb厚度太厚板子储厚过久设备漏水或漏油更换药液降低温度检查水洗流量清洗喷嘴及喷管阻塞部份依不同厚度调整进度降低储存时间保养设备九、 信赖度测试方法1. 蚀刻均匀性测试a. 取1PNL 24”×18”之2/2 OZ含铜基板,两面至少各分为25个方格b. 测各小方格内铜厚H1并依次作好记录c. 以正常之蚀板速度,将2/2 OZ基板进行蚀刻d. 测蚀刻后各小方块内铜厚H2,并与蚀刻前所测

14、铜厚,相对应作记录e. 以蚀刻前之铜厚H1,减去蚀刻后之铜厚H2,即为蚀刻之铜厚hHminHmaxf. 以蚀刻掉铜厚之最小值Hmin除去蚀刻掉铜厚之最大值Hmax,即为蚀刻之均匀性均匀性= 均匀性要求>80%g. 若上下两面蚀去之铜厚不均,可调整上下喷压,若同一面均匀性差,可调整板面各区压力分布来改变2. 蚀刻速率测定a. 取一2/2 OZ含铜基板,称重W1(g)(W1-W2)×1032.54×2×长×宽×8.93×tb. 将板放入蚀刻线,按正常之生产速度进行蚀刻后,取出洗净,吹干称重W2(g),并记录蚀刻时间t(min)c.

15、计算:速率= mil/min流失铜厚(mil)时间(min)时间(min)d. 或用铜厚测试仪测蚀刻前后之铜厚计算:蚀刻速率=3. 蚀刻因子测定方法a. 取一做完电镀铜锡之PCB板,要求该板具有朝向各个方向之线路,并有不同线宽线距(3/3mil至10/10mil)在全板纵横分布b. 将测试板放入蚀刻线,走完蚀刻后出c. 对不同线宽线距之线路作切片分析,如下图ABH2HA-Bd. 蚀刻因子E=蚀刻因子通常控制在3-54. 蚀刻点测试a. 取1/1 OZ之含铜基板数片(宽度与机台同宽,基板数量应能使基板覆盖整个蚀刻段)b. 将喷压固定,并将速度调整至正常蚀刻之速度c. 将含铜基板逐一放入蚀刻段,板

16、与板之间距须一致,当第一片基板走出蚀刻段后,立即关闭蚀刻之喷淋,待水洗后将蚀刻板逐一按顺序取出d. 将蚀刻板逐一按原蚀刻放置顺序摆放好,观察经由喷洒所造成之残铜是否形成均匀之波峰波谷e. 观察残铜之波峰是否落于蚀刻段长度之70-80%内,若在此范围内,则表示蚀刻点正常,蚀刻速度合适,若不在此范围内则需调整速度,使蚀刻点落于蚀刻段长70-80%范围内十、 分析方法. 剥膜液NaOH化学分析试剂:酚酞指示剂 0.1N HCl方法: a. 取槽液5ml于250ml锥形瓶中 b. 加50ml纯水 c. 加3-5滴酚酞指示剂 d. 用1N HCl滴定,溶液由红色变成无色为终点计算:NaOH=0.8

17、15;1N HCl滴定ml数 . 蚀刻液PTL-503B化学分析.铜离子含量分析 试剂:PH=10缓冲液 PAN指示剂(1%) 0.1M EDTA 方法:a. 取槽液10ml于100ml容量瓶中,加纯水至刻度线b. 从上述溶液中取5ml于250ml锥形瓶中c. 加入30ml纯水并加入20ml PH=10缓冲液d. 加入4-6滴PAN指示剂e. 用0.1M EDTA滴定,溶液由蓝色变成草绿色为终点 计算:Cu2+(g/L)=12.71×0.1M EDTA滴定ml数. 氯离子含量分析试剂:20% 乙酸 20% K2CrO4 0.1N AgNO3方法:a. 取槽液10ml于100ml容量瓶

18、中,加纯水至刻度线b. 从上述溶液中取5ml于250ml锥形瓶中c. 加入30ml纯水并加入20ml 20%乙酸,15ml 20% K2CrO4缓冲液d. 用0.1N AgNO3滴定,溶液中沉淀细碎并呈粉红色为终点 计算:Cl-(N)=0.2×0.1N AgNO3滴定ml数. 剥锡/铅液PTL-601D化学分析试剂:酚酞指示剂(1%) 0.1N NaOH方法:a. 取槽液2ml于250ml锥形瓶中b. 加入20ml纯水并加入3-5滴酚酞指示剂c. 用0.1N NaOH滴定,溶液由无色变成粉红色为终点 计算:H+(N)=0.5×0.1N NaOH滴定ml数. 剥锡/铅液PTL-605化学分析试剂:酚酞指示剂(1%) 0.1N