堿性氯化銅蝕刻液原理及基礎(chǔ)配方

堿性氯化銅蝕刻液特性適用于圖形電鍍金屬抗蝕層，如鍍覆金、鎳、錫鉛合金，錫鎳合金及錫的印制板的蝕刻。蝕刻速率快，側(cè)蝕小，溶銅能力高，蝕刻速率容易控制。蝕刻液可以連續(xù)再生循環(huán)使用，成本低。蝕刻過(guò)程中的主要化學(xué)反應(yīng)在氯化銅溶液中加入氨水，發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)：CuC"+4NH3一Cu(NH3)4Cl2在蝕刻過(guò)程中，板面上的銅被［Cu(NH3)/+絡(luò)離子氧化，其蝕刻反應(yīng)如下：TOC\o"1-5"\h\zCu(NH)Cl+Cu一2Cu(NH)Cl34 2 32所生成的［Cu(NH)］1+為Cui+的絡(luò)離子，不具有蝕刻能力。在有過(guò)量NH和Cl-的情況下，能很快地被空氣中的O所氧化，生成具有蝕刻能力的［Cu(NH)3］2+絡(luò)離子，_.. 2 34其再生反應(yīng)如下：2Cu(NH)Cl+2NHCl+2NH+1/2O一2Cu(NH)Cl+HO32 4 3 2 34 2 2從上述反應(yīng)可看出，每蝕刻1克分子銅需要消耗2克分子氨和2克分子氯化銨。因此，在蝕刻過(guò)程中，隨著銅的溶解，應(yīng)不斷補(bǔ)加氨水和氯化銨。應(yīng)用堿性蝕刻液進(jìn)行蝕刻的典型工藝流程如下：鍍覆金屬抗蝕層的印制板(金、鎳、錫鉛、錫、錫鎳等鍍層)一去膜一水洗一吹干一檢查修板一堿性蝕刻一用不含Cu2+的補(bǔ)加液二次蝕刻一水洗一檢查一浸亮(可選擇)一水洗一吹干蝕刻液配方蝕刻液配方有多種，1979年版的印制電路手冊(cè)(PrintedCircuitsHandbook)中介紹的配方見(jiàn)表10—4。表10—4國(guó)外介紹的堿性蝕刻液配方組份123NH3-H2O3.0mol/L6.0mol/L2—6mol/LNHCl41.5—05.01—4.0CU2+—2.0（僅起始液）0.1—0.6NaClO210.375——NH4HCO30—1.5——(NH)3PO4 4—0.010.05—0.5NHNO430—1.5——國(guó)內(nèi)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。溶液中各組份的作用如下：NH3-H2O的作用是作為絡(luò)合劑，使銅保持在溶液里。NHCl的作用是能提高蝕刻速率、溶銅能力和溶液的穩(wěn)定性。4（NH4）『O4的作用是能保持抗蝕鍍層及孔內(nèi)清潔。影響蝕刻速率的因素蝕刻液中的CU2+的濃度、PH值、氯化銨濃度以及蝕刻液的溫度對(duì)蝕刻速率均有影響。掌握這些因素的影響才能控制溶液，使之始終保持恒定的最佳蝕刻狀態(tài)，從而得到好的蝕刻質(zhì)量。CU2+濃度的影響因?yàn)镃U2+是氧化劑，所以CU2+的濃度是影響蝕刻速率的主要因素。研究銅濃度與蝕刻速率的關(guān)系表明：在0—11盎司/加侖時(shí)，蝕刻時(shí)間長(zhǎng)；在11—16盎司/加侖時(shí)，蝕刻速率較低，且溶液控制困難；在18—22盎司/加侖時(shí)，蝕刻速率高且溶液穩(wěn)定；在22—30盎司/加侖時(shí)，溶液不穩(wěn)定，趨向于產(chǎn)生沉淀。注：1加侖（美制）=3.785升1盎司二28.35克1盎司/加侖=28.35/3.785=7.5G/1在自動(dòng)控制蝕刻系統(tǒng)中，銅濃度是用比重控制的。在印制板的蝕刻過(guò)程中，隨著銅的不斷溶解，溶液的比重不斷升高，當(dāng)比重超過(guò)一定值時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)加氯化銨和氨的水溶液，調(diào)整比重到合適的范圍。一般比重控制在18?24oBe’。溶液PH值的影響蝕刻液的PH值應(yīng)保持在8.0?8.8之間。當(dāng)PH值降到8.0以下時(shí)，一方面是對(duì)金屬抗蝕層不利。另一方面，蝕刻液中的銅不能被完全絡(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。這些泥狀沉淀能在加熱器上結(jié)成硬皮，可能損壞加熱器，還會(huì)堵塞泵和噴嘴，給蝕刻造成困難，如果溶液PH值過(guò)高，蝕刻液中氨過(guò)飽和，游離氨釋放到大氣中，導(dǎo)致環(huán)境污染。另一方面，溶液的PH值增大也會(huì)增大側(cè)蝕的程度，而影響蝕刻的精度。氯化鉉含量的影響通過(guò)蝕刻再生的化學(xué)反應(yīng)可以看出：[Cu(NH)]1+的再生需要有過(guò)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，蝕刻速率就會(huì)降低，以至失去蝕刻能力：所以，氯化銨的含量3對(duì)蝕刻速率影響很大。隨著蝕刻的進(jìn)行，要不斷補(bǔ)加氯化銨。但是，溶液中Cl-含量過(guò)高會(huì)引起抗蝕層被浸蝕。一般蝕刻液中NHCl含量在150g/l左右。4溫度的影響蝕刻速率與溫度有很大關(guān)系，蝕刻速率隨著溫度的升高而加快。見(jiàn)圖10-12蝕刻液溫度低于40°C，蝕刻速率很慢，而蝕刻速率過(guò)慢會(huì)增大側(cè)蝕量，影響蝕刻質(zhì)量。溫度高于60C，蝕刻速率明顯增大。但NH的揮發(fā)量也大大增加，導(dǎo)致污染環(huán)境并使蝕刻液中化學(xué)組份比例失調(diào)。故一般應(yīng)控制在45C?55C為宜。蝕刻液的調(diào)整自動(dòng)控制調(diào)整隨著蝕刻的進(jìn)行，蝕刻液中銅含量不斷增加，比重逐漸升高，當(dāng)蝕刻液中銅濃度達(dá)到一定高度時(shí)就要及時(shí)調(diào)整。在自動(dòng)控制補(bǔ)加裝置中，是利用比重控制器控制蝕刻液的比重。當(dāng)比重升高時(shí)，自動(dòng)排放比重過(guò)高的溶液，并添加新的補(bǔ)加液，使蝕刻液的比重調(diào)整到允許的范圍。補(bǔ)加液要事先配制好，放入補(bǔ)加桶內(nèi)，使補(bǔ)加桶的液面保持在一定的高度。專(zhuān)賣(mài)的蝕刻鹽品種很多，其補(bǔ)加液的配制方法大同小異。下面僅介紹一種：蝕刻鹽補(bǔ)加液的配制方法蝕刻鹽255g/lPH值9.8氨水(26%)450ml/l比重1.03水450ml/l人工調(diào)整方法一：首先在蝕刻液冷卻、靜置情況下，取樣分析清液中的銅濃度，然后根據(jù)分析結(jié)果，確定廢液的排放量。排放量可按下式計(jì)算：排放量=(分析值一規(guī)定值)/分析值*總體積式中：排放量一從蝕刻槽中排出廢液的體積(l)分析值一由化學(xué)分析得出的銅含量(g/l)規(guī)定值一配方中規(guī)定的銅含量(g/l)總體積一蝕刻槽中蝕刻液的體積(l)原則上是排放多少體積的廢液就補(bǔ)加多少體積的補(bǔ)加液。方法二：上述1升補(bǔ)加液可蝕銅約150?165g銅?？山y(tǒng)計(jì)生產(chǎn)中蝕刻銅的量，當(dāng)達(dá)到這個(gè)范圍時(shí)，放去20%之工作液，補(bǔ)充新的補(bǔ)加液到相同體積。圖10-13堿性蝕刻機(jī)及控制，補(bǔ)加系統(tǒng)現(xiàn)在印制板生產(chǎn)廠家一般采用帶有蝕刻液控制、補(bǔ)加系統(tǒng)的堿性蝕刻機(jī)10-13進(jìn)行印制板的堿性蝕刻。蝕刻過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題蝕刻速率降低這個(gè)問(wèn)題與許多因素有關(guān)。要檢查蝕刻條件，例如：溫度，