PCB部落格 - 印製電路板的蝕刻工藝及過程控制

過程 印刷電路板 從光學板到顯示電路圖形是一個複雜的物理和化學反應過程. 現時, 的典型過程 印刷電路板 (PCB) 處理 adopts "graphic electroplating method". 那就是, 在銅箔上預鍍一層鉛錫防腐層，保留在銅箔的外層 印刷電路板, 那就是, 電路的圖形部分, 然後剩下的銅箔被化學腐蝕, 這叫做蝕刻.

電路板蝕刻類型

需要注意的是，在蝕刻過程中，印刷電路板上有兩層銅。 在外層蝕刻過程中，只有一層銅必須完全蝕刻，其餘的將形成最終所需的電路。 這種圖案電鍍的特點是鍍銅層僅存在於鉛錫電阻層下方。

另一種工藝是，整個印刷電路板鍍有銅，除感光膜外的部分僅為錫或鉛錫抗蝕層。 該工藝稱為“全板鍍銅工藝”。 與圖案電鍍相比，全板鍍銅的最大缺點是在板表面的任何地方都必須鍍銅兩次，並且在蝕刻過程中必須被腐蝕。 囙此，當導線寬度非常細時，會出現一系列問題。 同時，側面腐蝕將嚴重影響線路的均勻性。

在印刷電路板外電路的加工技術中，另一種方法是用光敏膜代替金屬塗層作為防腐層。 該方法與內層蝕刻過程非常相似。 您可以參考內層製造過程中的蝕刻。

現時，錫或鉛錫是最常用的抗蝕劑層，它是用於氨蝕刻過程中的蝕刻劑。氨蝕刻劑是一種廣泛使用的化學溶液，它與錫或鉛錫沒有化學反應。 氨蝕刻劑主要是指氨/氯化氨蝕刻液。

此外，還可以在市場上購買氨/硫酸氨蝕刻溶液。 硫酸鹽蝕刻液中的銅在使用後可以通過電解分離，囙此可以重複使用。 由於其腐蝕速率低，在實際生產中通常很少見，但有望用於無氯蝕刻。

有人試圖用硫酸-過氧化氫作為蝕刻劑來蝕刻外部圖案。 由於經濟性和廢液處理等諸多原因，該工藝尚未在商業意義上得到廣泛應用。此外，硫酸-過氧化氫不能用於鉛錫抗蝕層的蝕刻，並且該工藝不是PCB外層生產的主要方法，囙此大多數人很少關注。

印製電路板蝕刻質量及存在問題

蝕刻質量的基本要求是完全去除除抗蝕劑層下的所有銅層，僅此而已。 嚴格來說，如果要準確定義，蝕刻質量必須包括導體線寬的一致性和側面腐蝕程度。 由於當前腐蝕溶液的固有特性，它不僅可以向下腐蝕，還可以左右腐蝕，囙此側面腐蝕幾乎是不可避免的。

刻蝕參數中經常討論側面刻蝕問題。 它被定義為側面蝕刻寬度與蝕刻深度的比率，稱為蝕刻因數。 在印刷電路行業中，它在1:1到1:5之間變化很大。顯然，小的側面蝕刻度或低的蝕刻因數是最令人滿意的。

刻蝕設備的結構和不同成分的刻蝕溶液會影響刻蝕因數或側面刻蝕程度，或者可以控制。 一些添加劑可以降低側面腐蝕的程度。 這些添加劑的化學成分通常是商業秘密，其開發商不會向外界透露。

在許多方面，蝕刻質量早在印刷電路板進入蝕刻機之前就存在了。 由於各種過程或印刷電路加工過程之間存在非常密切的內部關係，囙此沒有不受其他過程影響且不影響其他過程的過程。 在以前的薄膜去除過程中，甚至在更多的過程中，實際存在許多被確定為蝕刻質量的問題。

對於外部圖形的蝕刻工藝，由於其“逆流”影像比大多數印刷電路板工藝更突出，許多問題最終反映在其上。 同時，這也是因為蝕刻是從薄膜粘貼和光敏性開始的一系列過程中的最後一步。 之後，外部圖案成功轉移。 連結越多，出現問題的可能性就越大。 這可以被視為印刷電路生產過程中的一個非常特殊的方面。

理論上，印刷電路板進入蝕刻階段後，在圖形電鍍加工印刷電路的過程中，理想狀態應該是：電鍍後的銅和錫或銅和鉛錫的總厚度不應超過耐電鍍感光膜的厚度， 囙此，電鍍圖案被膜兩側的“壁”完全阻擋並嵌入其中。 然而，在實際生產中，世界各地印刷電路板的電鍍圖案比電鍍後的光敏圖案厚得多。 在電鍍銅和鉛錫的過程中，由於鍍層高度超過感光膜，有橫向積累的趨勢，囙此出現了問題。 覆蓋在該線上方的錫或鉛錫抗蝕劑層延伸至兩側以形成“邊緣”，覆蓋“邊緣”下方的感光膜的一小部分。

由錫或鉛錫形成的“邊緣”使得在移除感光膜時不可能完全移除感光膜，在“邊緣”下留下一小部分“殘留膠”。 在抗蝕劑的“邊緣”下留下的“殘留膠”或“殘留膜”將導致不完整的蝕刻。 蝕刻後的線路在兩側形成“銅根”，從而縮小了線路間距，導致印刷電路板不符合甲方的要求，甚至可能被拒收。 由於被拒，PCB電路的生產成本將大大新增。

此外，在許多情况下，溶解是由於反應而形成的。 在印刷電路板行業中，殘留的薄膜和銅也可能積聚在腐蝕溶液中，堵塞在腐蝕機器和耐酸泵的噴嘴中，囙此必須停機進行處理和清潔，從而影響工作效率。

設備調整和與腐蝕溶液的相互作用

氨蝕刻是印刷電路板加工中一種精細而複雜的化學反應過程。 相反，這是一項容易的工作。 一旦工藝調整，就可以進行連續生產。 關鍵是機器一旦啟動，就需要保持連續工作狀態，不應停止。 蝕刻過程在很大程度上取決於設備的良好工作條件。 現時，無論使用何種蝕刻液，都必須使用高壓噴塗，為了獲得整齊的線邊和高品質的蝕刻效果，必須嚴格選擇噴嘴結構和噴塗管道。

為了獲得良好的副作用，出現了許多不同的理論，形成了不同的設計方法和設備結構。 這些理論往往大相徑庭。 然而，所有關於蝕刻的理論都認識到最基本的原理，即使金屬表面儘快與新鮮的蝕刻溶液接觸。 蝕刻過程的化學機理分析也證實了上述觀點。 在氨蝕刻中，假設所有其他參數保持不變，蝕刻速率主要由蝕刻溶液中的氨（NH3）决定。 囙此，新溶液與蝕刻表面之間的相互作用有兩個主要目的：一是沖出新生成的銅離子； 二是連續提供反應所需的氨（NH3）。

在印刷電路行業的傳統知識中，尤其是印刷電路原材料供應商，人們認識到，氨蝕刻溶液中單價銅離子的含量越低，反應速度越快，這已被經驗所證實。 事實上，許多氨蝕刻劑產品含有單價銅離子的特殊配比特基團（一些複雜溶劑），用於還原單價銅離子（這些是其產品具有高反應能力的科技秘密）。 可以看出，單價銅離子的影響不小。 如果單價銅從5000 ppm减少到50 ppm，蝕刻速率將新增一倍以上。

由於蝕刻反應過程中產生大量單價銅離子，並且單價銅離子總是與氨的複雜基團緊密結合，囙此很難將其含量保持在接近零的水准。 通過氧氣在大氣中的作用，將單價銅轉化為二價銅，可以去除單價銅。 上述目的可以通過噴塗實現。

這是使空氣進入蝕刻盒的功能原因。 但是，如果空氣過多，會加速溶液中氨的損失，降低pH值，這仍會降低蝕刻速率。 溶液中的氨也需要控制。 一些用戶使用將純氨通入蝕刻儲罐的方法。 為此，必須添加一套pH計控制系統。 當自動量測的pH值結果低於給定值時，將自動添加溶液。

在化學蝕刻（也稱為光化學蝕刻或PCH）的相關領域，研究工作已經開始並達到蝕刻機結構設計階段。 在該方法中，使用的溶液是二價銅，而不是氨銅蝕刻。 它很可能用於印刷電路行業。 在PCH行業中，蝕刻銅箔的典型厚度為5到10密耳，在某些情况下相當大。 其對蝕刻參數的要求通常比PCB行業更嚴格。

在上下板表面上，前緣和後緣的蝕刻狀態不同

與蝕刻質量相關的大量問題集中在上板表面的蝕刻部分。 理解這一點很重要。 這些問題源於蝕刻劑在印刷電路板上表面產生的膠體結構的影響。 銅表面的膠體沉積物一方面影響噴射力，另一方面阻礙新鮮蝕刻溶液的補充，導致蝕刻速度降低。 由於膠體結構的形成和積累，印刷電路板上下圖形的蝕刻程度不同。 這也使得蝕刻機中的印刷電路板的第一部分容易被徹底蝕刻或容易引起過度腐蝕，因為當時沒有形成積聚並且蝕刻速度快。 相反，當進入印刷電路板後面的零件進入時，已形成積聚，其蝕刻速度减慢。

蝕刻設備的維護

維護蝕刻設備的關鍵因素是確保噴嘴清潔、無障礙. 在射流壓力作用下，堵塞或結渣會影響佈局. 如果噴嘴不乾淨, 會造成蝕刻不均勻，浪費整體 印刷電路板.

顯然，設備的維護是更換損壞和磨損的零件，包括噴嘴。 噴嘴也有磨損問題。 此外，更關鍵的問題是保持蝕刻機沒有結渣，這在許多情况下會發生，過多的結渣積累甚至會影響蝕刻溶液的化學平衡。 同樣，如果蝕刻溶液中存在過度的化學不平衡，結渣將變得越來越嚴重。 結渣和堆積問題怎麼強調也不過分。 一旦蝕刻溶液中突然出現大量結渣，通常是溶液平衡錯誤的訊號。 應使用强鹽酸適當清洗或添加到溶液中。

殘留的薄膜也會產生熔渣。 在蝕刻溶液中溶解極少量的殘餘膜，然後形成銅鹽沉澱。 殘餘膜形成的結渣表明先前的膜去除過程不完整。 漆膜去除不良通常是邊緣漆膜和過度電鍍的結果。