碱性蚀刻制程讲义

碱性蚀刻制程讲义本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March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,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)4Cl2①.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)4Cl2②.:提供蚀刻所需之碱性环境,并与NH4Cl一道完对Cu(NH3)2Cl之氧化再生氧化 氧化氧化 氧化③. NH 4Cl:提供再生时之Cl -反应原理: Cu+Cu(NH 3)4Cl 2→2Cu(NH 3)2Cl2Cu(NH 3)2Cl+2NH 4Cl+2NH 4OH+O 2→2Cu(NH 3)4Cl 2+2H 2O Cu+2NH 4Cl+2NH 4OH+O 2→Cu(NH 3)4Cl 2+2H 2O3. 剥锡铅:PTL-601D/605 PTL-602A/602B 1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:HNO 3①. 双液型:PTL-602A/602B 1 A. 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. 护铜剂:保护铜面,防止氧化 ②. 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/PbSn/Pb SnO/PbO SnL/PbL H 2SnO 3(H 2O)X (a) 2. 铜锡合金剥除Cu 6Sn 5 Cu 2++Sn 2+(溶解) Cu 3Sn Cu 2++Sn 2+(溶解)五、特性及优点1.操作参数表补充:蚀刻液比重超过或铜含量超过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-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)×(50-X)/10例如:24℃时PH=,问50℃时的PH值是多少I.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,则影响准确性用与用做校正,也会不同J.蚀铜液的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,比重差时,铜含量约差10g/L50℃25℃铜(g/L)140150160165七、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,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% ,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50℃B.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50℃C.剥锡铅槽a.单液型剥锡铅液:直接将剥锡铅液原液加入槽内(PTL-601D,PTL-605),搅拌均匀b.双液型剥锡铅液:(PTL-602A/PTL-602B1)①.将PTL-602A原液加入剥锡铅线A段②.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%)③.将槽液搅拌均匀八、问题与对策:1.蚀铜液常见问题与对策2.剥锡/铅液常见问题及对策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H 1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H 2,并与蚀刻前所测铜厚,相对应作记录e. 以蚀刻前之铜厚H 1,减去蚀刻后之铜厚H 2,即为蚀刻之铜厚hf. 以蚀刻掉铜厚之最小值H min 除去蚀刻掉铜厚之最大值H max ,即为蚀刻之均匀性均匀性>80%g. ,可调整上下喷压,若同一面均匀性差,可调2. 蚀刻速率测定a. 取一2/2 OZ 含铜基板,称重W 1(g)b. 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W 2(g),c. 计算:d. 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.d. 蚀刻因子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㈠. 剥膜液NaOH化学分析试剂:酚酞指示剂 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=×1N HCl滴定ml数㈡. 蚀刻液PTL-503B化学分析①.铜离子含量分析试剂:PH=10缓冲液 PAN指示剂(1%) 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 EDTA滴定,溶液由蓝色变成草绿色为终点计算:Cu2+(g/L)=× EDTA滴定ml数②.氯离子含量分析试剂:20% 乙酸 20% K2CrO4 AgNO3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 20%乙酸,15ml 20% K2CrO4缓冲液d.用 AgNO3滴定,溶液中沉淀细碎并呈粉红色为终点计算:[Cl-](N)=× AgNO3滴定ml数③.剥锡/铅液PTL-601D化学分析试剂:酚酞指示剂(1%) 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 NaOH滴定,溶液由无色变成粉红色为终点计算:[H+](N)=× NaOH滴定ml数④.剥锡/铅液PTL-605化学分析试剂:酚酞指示剂(1%) 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 NaOH滴定,溶液由无色变成粉红色为终点计算:[H+](N)=× NaOH滴定ml数⑤.剥锡/铅液PTL-602A/B1化学分析A. PTL-602A含量分析试剂:甲基红指示剂%) 1N NaOH方法:a.取5ml槽液于250ml锥形瓶中b.加入50ml纯水c.加入3-5滴甲基红指示剂d.用1N NaOH溶液滴定,颜色由红色变成黄色为终点计算:PTL-602A(N)=×1N NaOH含量分析←酸当量分析试剂:甲基红指示剂%) 1N NaOH方法:a. 取5ml槽液于250ml锥形瓶中b. 加入50ml纯水c. 加入3-5滴甲基红指示剂d. 用1N NaOH溶液滴定,颜色由红色变成黄色为终点计算:PTL-602B1(N)=×1N NaOH滴定ml数↑双氧水含量分析试剂:35% H2SO4 KMnO4方法:a.取1ml槽液于250ml锥形瓶中b.加入50ml纯水c.加入20ml 35% H2SO4溶液d.用 KMnO4溶液滴定,颜色由无色变成微红色为终点计算:35% H2O2(%)=× KMnO4滴定ml数。

PCB外层电路的蚀刻工艺在印制电路加工中﹐氨性蚀刻是一个较为精细和覆杂的化学反应过程, 却又是一项易于进行的工作。

只要工艺上达至调通﹐就可以进行连续性的生产, 但关键是开机以后就必需保持连续的工作状态﹐不适宜断断续续地生产。

蚀刻工艺对设备状态的依赖性极大, 故必需时刻使设备保持在良好的状态。

目前﹐无论使用何种蚀刻液﹐都必须使用高压喷淋﹐而为了获得较整齐的侧边线条和高质量的蚀刻效果﹐对喷嘴的结构和喷淋方式的选择都必须更为严格。

对于优良侧面效果的制造方式﹐外界均有不同的理论、设计方式和设备结构的研究, 而这些理论却往往是人相径庭的。

但是, 有一条最基本的原则已被公认并经化学机理分析证实﹐就是尽速让金属表面不断地接触新鲜的蚀刻液。

在氨性蚀刻中﹐假定所有参数不变﹐那么蚀刻的速率将主要由蚀刻液中的氨（NH3）来决定。

因此, 使用新鲜溶液与蚀刻表面相互作用﹐其主要目的有两个﹕冲掉刚产生的铜离子及不断为进行反应供应所需要的氨（NH3）。

在印制电路工业的传统知识里﹐特别是印制电路原料的供货商们皆认同﹐并得经验证实﹐氨性蚀刻液中的一价铜离子含量越低﹐反应速度就越快。

事实上﹐许多的氨性蚀刻液产品都含有价铜离子的特殊配位基（一些复杂的溶剂）﹐其作用是降低一价铜离子（产品具有高反应能力的技术秘诀）﹐可见一价铜离子的影响是不小的。

将一价铜由5000ppm降至50ppm, 蚀刻速率即提高一倍以上。

由于在蚀刻反应的过程中会生成大量的一价铜离子, 而一价铜离子又总是与氨的络合基紧紧的结合在一起﹐所以要保持其含量近于零是十分困难的。

而采用喷淋的方式却可以达到通过大气中氧的作用将一价铜转换成二价铜, 并去除一价铜, 这就是需要将空气通入蚀刻箱的一个功能性的原因。

但是如果空气太多﹐又会加速溶液中的氨的损失而使PH值下降﹐使蚀刻速率降低。

氨在溶液中的变化量也是需要加以控制的, 有一些用户采用将纯氨通入蚀刻储液槽的做法, 但这样做必须加一套PH计控制系统, 当自动监测的PH结果低于默认值时﹐便会自动进行溶液添加。

碱性氯化铜蚀刻液1.特性1)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。

2)蚀刻速率快，侧蚀小，溶铜能力高，蚀刻速率容易控制。

3)蚀刻液可以连续再生循环使用，成本低。

2.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：CuCl2＋4NH3→Cu(NH3)4Cl2在蚀刻过程中，板面上的铜被[Cu(NH3)4]2+络离子氧化，其蚀刻反应如下：Cu(NH3)4Cl2＋Cu →2Cu(NH3)2Cl所生成的[Cu(NH3)2]1+为Cu1+的络离子，不具有蚀刻能力。

在有过量NH3和Cl-的情况下，能很快地被空气中的O2所氧化，生成具有蚀刻能力的[Cu(NH3)4]2+络离子，其再生反应如下：2Cu(NH3)2Cl＋2NH4Cl＋2NH3＋1/2 O2→2Cu(NH3)4Cl2＋H2O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) →去膜→水洗→吹干→检查修板→碱性蚀刻→用不含Cu2+的补加液二次蚀刻→水洗→检查→浸亮(可选择) →水洗→吹干3. 蚀刻液配方蚀刻液配方有多种，1979年版的印制电路手册(Printed Circuits Handbook)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国内目前大多采用下列配方： CuCl2·2H2O 100～150g/l 、NH4Cl 100g/l 、NH3·H2O670～700ml/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。

NH4Cl的作用是能提高蚀刻速率、溶铜能力和溶液的稳定性。

(NH4)3PO4的作用是能保持抗蚀镀层及孔内清洁。

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影响蚀刻速率的因素
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。蚀刻液温度低于40℃，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60℃，蚀刻速率明显增大。但NH3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45℃～55℃为宜。
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影响蚀刻速率的因素
3.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。
大家好
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培训课题：PCB碱性蚀刻液 讲 师： 培训时间：
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蚀刻
印制电路板（PCB）加工的典型工艺采用“图 形电镀法”。即先在板子外层需保留的铜箔部分上 （是电路的图形部分）预镀一层铅锡抗蚀层，然后 用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉，称为蚀刻。
PCB蚀刻分为碱性和酸性两种，一为盐酸双氧 水体系（酸性）；二为氯化铵氨水体系（碱性）。
注：1加仑（美制）=3.785升 1盎司=28.35克 1盎司/加仑 =28.35/3.785=7.5G/1
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影响蚀刻速率的因素
2.氯化铵含量的影响 通过蚀刻再生的化学反应可以看出:[Cu(NH3)2]1+的再
生需要有过量的NH3和NH4Cl存在。如果溶液中缺乏 NH4Cl,而使大量的[Cu(NH3)2]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NH4Cl含量在180g/l左右。