碱性氯化铜蚀刻液原理及基础配方

碱性氯化铜蚀刻液特性适用于图形电镀金属抗蚀层，如镀覆金、镍、锡铅合金，锡镍合金及锡的印制板的蚀刻。蚀刻速率快，侧蚀小，溶铜能力高，蚀刻速率容易控制。蚀刻液可以连续再生循环使用，成本低。蚀刻过程中的主要化学反应在氯化铜溶液中加入氨水，发生络合反应：CuC"+4NH3一Cu(NH3)4Cl2在蚀刻过程中，板面上的铜被［Cu(NH3)/+络离子氧化，其蚀刻反应如下：TOC\o"1-5"\h\zCu(NH)Cl+Cu一2Cu(NH)Cl34 2 32所生成的［Cu(NH)］1+为Cui+的络离子，不具有蚀刻能力。在有过量NH和Cl-的情况下，能很快地被空气中的O所氧化，生成具有蚀刻能力的［Cu(NH)3］2+络离子，_.. 2 34其再生反应如下：2Cu(NH)Cl+2NHCl+2NH+1/2O一2Cu(NH)Cl+HO32 4 3 2 34 2 2从上述反应可看出，每蚀刻1克分子铜需要消耗2克分子氨和2克分子氯化铵。因此，在蚀刻过程中，随着铜的溶解，应不断补加氨水和氯化铵。应用碱性蚀刻液进行蚀刻的典型工艺流程如下：镀覆金属抗蚀层的印制板(金、镍、锡铅、锡、锡镍等镀层)一去膜一水洗一吹干一检查修板一碱性蚀刻一用不含Cu2+的补加液二次蚀刻一水洗一检查一浸亮(可选择)一水洗一吹干蚀刻液配方蚀刻液配方有多种，1979年版的印制电路手册(PrintedCircuitsHandbook)中介绍的配方见表10—4。表10—4国外介绍的碱性蚀刻液配方组份123NH3-H2O3.0mol/L6.0mol/L2—6mol/LNHCl41.5—05.01—4.0CU2+—2.0（仅起始液）0.1—0.6NaClO210.375——NH4HCO30—1.5——(NH)3PO4 4—0.010.05—0.5NHNO430—1.5——国内目前大多采用下列配方：CuCl・2HO100〜150g/l、NHCl100g/l、NH-HO2 2 4 3 2670〜700ml/12配制后溶液PH值在9.6左右。溶液中各组份的作用如下：NH3-H2O的作用是作为络合剂，使铜保持在溶液里。NHCl的作用是能提高蚀刻速率、溶铜能力和溶液的稳定性。4（NH4）『O4的作用是能保持抗蚀镀层及孔内清洁。影响蚀刻速率的因素蚀刻液中的CU2+的浓度、PH值、氯化铵浓度以及蚀刻液的温度对蚀刻速率均有影响。掌握这些因素的影响才能控制溶液，使之始终保持恒定的最佳蚀刻状态，从而得到好的蚀刻质量。CU2+浓度的影响因为CU2+是氧化剂，所以CU2+的浓度是影响蚀刻速率的主要因素。研究铜浓度与蚀刻速率的关系表明：在0—11盎司/加仑时，蚀刻时间长；在11—16盎司/加仑时，蚀刻速率较低，且溶液控制困难；在18—22盎司/加仑时，蚀刻速率高且溶液稳定；在22—30盎司/加仑时，溶液不稳定，趋向于产生沉淀。注：1加仑（美制）=3.785升1盎司二28.35克1盎司/加仑=28.35/3.785=7.5G/1在自动控制蚀刻系统中，铜浓度是用比重控制的。在印制板的蚀刻过程中，随着铜的不断溶解，溶液的比重不断升高，当比重超过一定值时，自动补加氯化铵和氨的水溶液，调整比重到合适的范围。一般比重控制在18〜24oBe’。溶液PH值的影响蚀刻液的PH值应保持在8.0〜8.8之间。当PH值降到8.0以下时，一方面是对金属抗蚀层不利。另一方面，蚀刻液中的铜不能被完全络合成铜氨络离子，溶液要出现沉淀，并在槽底形成泥状沉淀。这些泥状沉淀能在加热器上结成硬皮，可能损坏加热器，还会堵塞泵和喷嘴，给蚀刻造成困难，如果溶液PH值过高，蚀刻液中氨过饱和，游离氨释放到大气中，导致环境污染。另一方面，溶液的PH值增大也会增大侧蚀的程度，而影响蚀刻的精度。氯化铉含量的影响通过蚀刻再生的化学反应可以看出：[Cu(NH)]1+的再生需要有过量的NH和NHCl... ….一…_32, .、.3 4.存在。如果溶液中缺之NHCl，而使大量的[Cu(NH)]1+得不到再生，蚀刻速率就会降低，以至失去蚀刻能力：所以，氯化铵的含量3对蚀刻速率影响很大。随着蚀刻的进行，要不断补加氯化铵。但是，溶液中Cl-含量过高会引起抗蚀层被浸蚀。一般蚀刻液中NHCl含量在150g/l左右。4温度的影响蚀刻速率与温度有很大关系，蚀刻速率随着温度的升高而加快。见图10-12蚀刻液温度低于40°C，蚀刻速率很慢，而蚀刻速率过慢会增大侧蚀量，影响蚀刻质量。温度高于60C，蚀刻速率明显增大。但NH的挥发量也大大增加，导致污染环境并使蚀刻液中化学组份比例失调。故一般应控制在45C〜55C为宜。蚀刻液的调整自动控制调整随着蚀刻的进行，蚀刻液中铜含量不断增加，比重逐渐升高，当蚀刻液中铜浓度达到一定高度时就要及时调整。在自动控制补加装置中，是利用比重控制器控制蚀刻液的比重。当比重升高时，自动排放比重过高的溶液，并添加新的补加液，使蚀刻液的比重调整到允许的范围。补加液要事先配制好，放入补加桶内，使补加桶的液面保持在一定的高度。专卖的蚀刻盐品种很多，其补加液的配制方法大同小异。下面仅介绍一种：蚀刻盐补加液的配制方法蚀刻盐255g/lPH值9.8氨水(26%)450ml/l比重1.03水450ml/l人工调整方法一：首先在蚀刻液冷却、静置情况下，取样分析清液中的铜浓度，然后根据分析结果，确定废液的排放量。排放量可按下式计算：排放量=(分析值一规定值)/分析值*总体积式中：排放量一从蚀刻槽中排出废液的体积(l)分析值一由化学分析得出的铜含量(g/l)规定值一配方中规定的铜含量(g/l)总体积一蚀刻槽中蚀刻液的体积(l)原则上是排放多少体积的废液就补加多少体积的补加液。方法二：上述1升补加液可蚀铜约150〜165g铜。可统计生产中蚀刻铜的量，当达到这个范围时，放去20%之工作液，补充新的补加液到相同体积。图10-13碱性蚀刻机及控制，补加系统现在印制板生产厂家一般采用带有蚀刻液控制、补加系统的碱性蚀刻机10-13进行印制板的碱性蚀刻。蚀刻过程中常出现的问题蚀刻速率降低这个问题与许多因素有关。要检查蚀刻条件，例如：温度，