PCB部落格 - PCB板外電路的蝕刻工藝

一、概述

現時, 的典型過程 印刷電路板 加工採用“圖案電鍍法”. 那就是, 在需要保留的電路板外層銅箔部分預鍍鉛錫電阻層, 那就是, 電路的圖形部分, 然後化學腐蝕其餘的銅箔, 這叫做蝕刻. 應該注意的是，此時電路板上有兩層銅. 在外層蝕刻過程中, 只有一層銅必須完全蝕刻掉, 剩下的將形成最終所需的電路. 這種圖案電鍍的特點是僅在鉛錫抗蝕劑下方存在銅層. 另一種處理方法是整個電路板鍍銅, 除感光膜之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, 全板鍍銅的缺點是，板上任何地方都要鍍銅兩次，並且在蝕刻過程中必須蝕刻掉. 因此, 當導線寬度非常細時，會出現一系列問題. 同時, side corrosion (see Figure 4) can seriously affect the uniformity of the lines.

在印製板外部電路的加工技術中，還有另一種方法，即使用光敏膜代替金屬塗層作為抗蝕劑層。 這種方法非常類似於內層蝕刻工藝，可以參考內層制造技術中的蝕刻。 現時，錫或鉛錫是常用的抗蝕劑層，用於氨蝕刻劑的蝕刻過程。 氨蝕刻劑是一種常用的化學液體，與錫或鉛錫沒有任何化學反應。 氨蝕刻劑主要是指氨水/氯化銨蝕刻液。 此外，市場上還提供氨水/硫酸氨蝕刻溶液。 硫酸鹽蝕刻液，使用後，可通過電解分離其中的銅，囙此可重複使用。 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。 一些人試圖使用硫酸過氧化氫作為蝕刻劑來腐蝕外層圖案。 由於經濟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採用。 此外，硫酸-過氧化氫不能用於鉛錫抗蝕劑的蝕刻，並且該工藝不是PCB，而是生產電路板外層的主要方法，囙此大多數人很少關心它。

2、蝕刻質量和早期問題

蝕刻質量的基本要求是能够完全去除除抗蝕劑層下的所有銅層，這就是它。 嚴格來說，如果要定義接地，蝕刻質量必須包括線寬的均勻性和側面蝕刻的程度。 由於當前蝕刻劑的固有特性，它不僅向下蝕刻，而且向各個方向蝕刻，囙此側面蝕刻幾乎是不可避免的。 咬邊問題是經常討論的蝕刻參數之一，其定義為咬邊寬度與蝕刻深度之比，稱為蝕刻因數。 在印刷電路行業中，其變化很大，從1:1到1:5。顯然，較小的咬邊度或較低的蝕刻因數是令人滿意的。 刻蝕設備的結構和刻蝕溶液的不同成分將對刻蝕因數或側面刻蝕程度產生影響，或者從樂觀的角度來看，可以控制。 使用某些添加劑可以降低側面蝕刻的程度。 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。 關於蝕刻設備的結構，以下章節將專業介紹。 在許多方面，蝕刻質量早在印製板進入蝕刻機之前就存在了。 由於印刷電路加工的各種過程或過程之間存在非常密切的內部聯系，囙此沒有不受其他過程影響且不影響其他過程的過程。 許多被確定為蝕刻質量的問題實際上甚至更早地存在於剝離過程中。 對於外層圖案的蝕刻工藝，它反映了許多問題，因為它反映的“逆流”現象比大多數印製板工藝更為突出。 同時，這也是因為蝕刻是從自粘膜和光敏開始的一系列過程的一部分，之後成功地轉移外層圖案。 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的一個非常特殊的方面。 理論上講，在印刷電路進入蝕刻階段後，圖案的橫截面狀態應如圖2所示。在通過圖案電鍍處理印刷電路的過程中， 理想狀態應為：電鍍後銅和錫或銅和鉛和錫的厚度之和不應超過電鍍光敏膜的厚度，使電鍍圖案完全被“膜兩側.壁”遮擋並嵌入其中。 然而，在實際生產中，在世界各地的印刷電路板電鍍後，塗層圖案比光敏圖案厚得多。 在電鍍銅和鉛錫的過程中，由於電鍍層的高度超過感光膜，囙此有橫向積聚的趨勢，從而產生問題。

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”。 “殘留膠”或“殘留膜”留在抗蝕劑“邊緣”下方，將導致不完全蝕刻。 刻蝕後的線條在兩側形成“銅根”，銅根使線條間距變窄，導致印製板不符合甲方要求，甚至可能被拒收。 PCB板的生產成本將因拒收而大大新增。 此外，在許多情况下，由於反應形成溶解，在印刷電路行業中，殘留的薄膜和銅也可能積聚在蝕刻溶液中，堵塞蝕刻機和耐酸泵的噴嘴，必須關閉進行處理和清潔， 這會影響工作效率。

3、設備調整及與腐蝕溶液的相互作用

在裡面 PCB板 處理, 氨蝕刻是一個相對精細和複雜的化學反應過程. 反過來, 這是一項容易的工作. 一旦流程啟動, 生產可以繼續. 關鍵是一旦開啟, 它需要保持連續工作狀態, 不建議停下來. 蝕刻過程在很大程度上取決於設備的良好工作條件. 現時, 無論使用何種蝕刻溶液, 必須使用高壓噴塗, 並且為了獲得整齊的線邊和高品質的蝕刻效果, 必須嚴格選擇噴嘴的結構和噴塗方法. 為了獲得良好的副作用, 出現了許多不同的理論, 導致不同的設計方法和設備結構. 這些理論通常非常不同. 但是，所有關於蝕刻的理論都承認了使金屬表面盡可能快地與新鮮蝕刻劑保持恒定接觸的基本原理. 蝕刻過程的化學機理分析也證實了上述觀點. 氨蝕刻中, 假設所有其他參數不變, the etching rate is mainly determined by the ammonia (NH3) in the etching solution. 因此, using the fresh solution to etch the surface has two main purposes: one is to flush out the copper ions just produced; the other is to continuously provide the ammonia (NH3) required for the reaction.

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，普遍認為氨基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，許多基於氨的蝕刻劑產品包含用於單價銅離子的特殊配體（一些複雜溶劑），其作用是减少單價銅離子（這些是其產品高反應性的科技秘密），可以看出，單價銅離子的影響不小。 將單價銅從5000ppm减少到50ppm將使蝕刻速率新增一倍以上。 由於在蝕刻反應期間產生大量單價銅離子，並且由於單價銅離子始終與氨的複雜基團緊密結合，囙此很難將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室的一個功能原因。 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。 在需要控制的溶液中，氨的含量也是可變的。 一些用戶採用了將純氨通入蝕刻槽的做法。 為此，必須添加PH計控制系統。 當自動量測的pH值低於給定值時，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，並已達到蝕刻機的結構設計階段。 在這種方法中，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，蝕刻銅箔通常為5至10密耳厚，在某些情况下相當厚。 其對蝕刻參數的要求通常比PCB行業更嚴格。

PCM工業系統的一項研究尚未正式公佈，但結果將令人耳目一新。 由於有較强的項目資金支持，從長遠來看，研究人員有能力改變蝕刻設備的設計思路，並研究這些變化的影響。 例如，與錐形噴嘴相比，噴嘴的噴嘴設計採用扇形，噴射歧管（即噴嘴擰入的管）也具有安裝角度，可以以30度角噴射進入蝕刻室的工件。 如果不這樣做，則在歧管上安裝噴嘴將導致每個相鄰噴嘴的噴霧角度不完全相同。 第二組噴嘴的各自噴霧表面與相應組的噴霧表面略有不同（見圖8，其中顯示了噴霧的工作條件）。 通過這種管道，噴塗溶液的形狀被疊加或交叉。 從理論上講，如果溶液形狀相互交叉，則該零件的噴射力會降低，並且無法有效地將舊溶液從蝕刻表面上沖洗掉，同時保持新溶液與之接觸。 在噴霧表面的邊緣尤其如此。 其噴射力遠小於垂直方向的噴射力。 本研究發現設計參數為65 psi（即4+Bar）。 每個蝕刻過程和每個實際解決方案都存在注入壓力問題，現時，蝕刻室中的注入壓力超過30 psi（2Bar）的情况非常罕見。 有一個原理是，蝕刻溶液的密度越高（即比重或波美度），注射壓力應該越高。 當然，這不是一個單一的參數。 另一個重要參數是控制其在溶液中反應速率的相對遷移率（或遷移率）。

4.對於上下板，引入邊緣和後入口邊緣具有不同的蝕刻狀態

與蝕刻質量相關的大量問題集中在上板表面的蝕刻部分。 瞭解這一點很重要。 這些問題源於印刷電路板上表面上蝕刻劑的膠體積聚效應。 膠體固體積聚在銅表面，一方面影響噴射力，另一方面阻礙新鮮蝕刻溶液的補充，導致蝕刻速率降低。 由於膠體固體的形成和積累，電路板上下圖案的蝕刻程度不同，囙此非常精確。 這也使它們成為最先進入蝕刻機的電路板的一部分，容易被完全蝕刻或容易造成過度腐蝕，因為當時沒有形成堆積，蝕刻速度更快。 相反，當進入電路板背面的零件進入時，積層已經形成，並减慢其蝕刻速率。

5、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且無障礙物，以使噴塗順利進行. 堵塞或結渣會影響射流壓力下的佈局. 如果噴嘴不乾淨, 蝕刻將不均勻，整個PCB將報廢. 明顯地, 設備的維護是更換損壞和磨損的零件, 包括更換噴嘴, 也有磨損的問題. 此外, 更關鍵的問題是保持蝕刻機沒有結渣, 在許多情况下會出現爐渣堆積. 熔渣的過度積累甚至會影響蝕刻溶液的化學平衡. 同樣地, 如果蝕刻劑表現出過度的化學不平衡, 熔渣的形成將加劇. 爐渣堆積的問題怎麼強調都不為過. 一旦蝕刻溶液中突然出現大量結渣, 這通常是一個訊號，表明解決方案的平衡存在問題. 應使用更强的鹽酸適當清洗，或補充溶液. 殘餘薄膜也會產生熔渣, 蝕刻溶液中溶解了極少量的殘留膜, 然後形成銅鹽沉澱. 殘餘膜形成的熔渣表明之前的膜去除過程不完整. 漆膜去除不良通常是邊緣漆膜和表面過度塗覆的結果 PCB板.