1.特性
1.适用于生产多层板的内层和印刷-蚀刻板。所采用的抗蚀剂是网印抗蚀印料、干膜、液体光致抗蚀剂等;也适用于图形电镀金抗蚀层印制板的蚀刻,但不适于锡-铅合金和锡抗蚀剂。
2.蚀刻速率容易控制,蚀刻液在稳定状态下能达到高的蚀刻质量。
3.溶铜量大
4.蚀刻液容易再生与回收,减少污染。
2. 蚀刻过程的主要化学反应
在蚀刻过程中,氯化铜中的Cu2+具有氧化性,能将板面上的铜氧化成Cu1+,其反应如下:蚀刻反应:Cu+CuCl2→Cu2Cl2形成的Cu2Cl2是不易溶于水的,在有过量Cl-存在下,能形成可溶性的络离子,其反应如下:络合反应:Cu2Cl2+4Cl-→2[CuCl3]2-随着铜的蚀刻,溶液中的Cu1+越来越多,蚀刻能力很快就会下降,以至最后失去效能。为了保持蚀刻能力,可以通过各种方式对蚀刻液进行再生,使Cu1+重新转变成Cu2+,继续进行正常蚀刻。
应用酸性蚀刻液进行蚀刻的典型工艺流程如下:
印制正相图
象的印制板 → 检查修版 → 碱性清洗
(可选择) → 水洗 → 表面微蚀刻 ┌再生
(可选择) → 水洗 → 检查 → 酸性蚀刻 → 水洗 → 酸性清洗(例如5-10%HCl) → 水洗 → 吹干 → 检查 → 去膜 →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10-2。
表10-2 国外介绍的酸性蚀刻液配方
注:1磅=454克 1加仑(美制)=3.785升
我国采用的蚀刻液配方也有多种,现摘录如下表10-3
表10-3 我国采用的酸性蚀刻液配方
饱和蚀刻液中所采用的氯化物种类不同。对蚀刻速率有很大影响,见图10-5中的曲线。
图10-5在350C,各种氯化铜深液中铜的添加量与蚀刻时间的关系曲线
1,1.00MCUCL2饱和NACL深液
2,2.00MCHCL2在6.0NHCL溶液里
3,3.00MCUCL2饱和NACL溶液
4,2.00MCUCL2饿和NACL溶液
5,1.7MCUCL2饱和NH4CL溶液
从图中可以看出,在一个较宽的溶铜范围内,含NH4CL的溶液蚀刻速度较快,这对于生产是有利的,但是,随着温度的降低,溶液中会有一些铜铵氯化物结晶深(CUCL2.2H4CL)沉锭。而含NACL的溶液蚀刻速率接近含HCL溶液的蚀刻速率,因此,通常在蚀刻中多选用HCL和NACL两种氯化物。
4.影响蚀刻速率的因素
影响蚀刻速率的因素很多,影响较大的是溶液中Cl-,Cu1+的含量,溶液的温度及Cu2+的浓度等。
Cl-含量的影响
在氯化铜蚀刻液中Cu2+和Cu1+实际上都是以络离子的形式存在。铜离子由于具有不完全的d-轨道电子壳,所以它是一个很好的络合物形成体。一般情况下,可形成四个配位键。当溶液中含有较多的Cl-时,Cu2+是以[Cu2+Cl4]2-络离子存在,Cu1+是以[Cu1+Cl3]2-络离子存在。因此,蚀刻液的配制和再生都需要Cl-参加反应。从(图10-6)关系曲线吕可以看出,溶液中氯离子浓度与蚀刻速率有着密切的关系。
图10-6在250C,氯化铜浓度对蚀刻时间的关系曲线
从图中可以看出,当盐酸浓度升高时,蚀刻时间减少。
在含有6N的HCl溶液中蚀刻时间至少是在水溶液里的13,并且能够提高溶铜量。但是,盐酸浓度不可超过6N。高于6N酸的挥发量大且对设备腐蚀,并且随着酸浓度的增加,氯化铜的溶解度迅速降低。
添加Cl-可以提高蚀刻速率的原因是:在氯化铜溶液中发生铜的蚀刻反应时,生成的Cu2Cl2不易溶于水,则在铜的表面形成一层氯化亚铜膜,这种膜能阻止反应的进一步进行。过量的Cl-能与Cu2Cl2络合形成可溶性的络离子[CuCl3]2-,从铜表面上溶解下来,从而提高了蚀刻速率。
Cu1+含量的影响
根据蚀刻反应,随着铜的蚀刻就会形成一价铜离子。较微量的Cu1+,例如4glCu1+含在120glCu2+的溶液中就会显著地降低蚀刻速率。所以,在蚀刻操作中要保持Cu1+的含量在一个低的范围内。例如低于2gl。并要尽可能快地使其重新氧化成Cu2+。
在生产实践中如何控制溶液中的Cu1+浓度?
根据奈恩斯特方程:E=E0+(0.059n)lg([Cu2+][Cu1+]) 式中:
E是指定浓度下的电极电位
E0是标准电极电位
n是得失电子数
[Cu2+]是二价铜离子浓度
[Cu1+]是一价铜离子浓度
从以上方程可以看出,氧化-还原电位E与(CU2+CU1+)比值有关。
从图10-7表蝗溶液中CU1+浓度与氧化-还原电位之间的相互关系。
图10-7溶渡假中CU1+浓度与氧化-还原电位之间的关系
从图中可以看出,随着溶液中CU1+浓度的不断升高,氧化-还原电位不断下降,当氧化-还原电位在530MVJF时,CU1+浓度低于0.4G1.能提供最理想的,高的和几乎恒定的蚀刻速率(见图10-8)。所以,一般在操作中都以控制溶液的氧化-还原电位来控制溶液中CU1+的浓度。一般氧化-还原电位多控制在510-550MV左右。
图10-8溶液氧化-还原电位与蚀刻速率的关系 。
Cu2+含量的影响
溶液中的Cu2+含量对蚀刻速率有一定影响。一般情况下,溶液中Cu2+浓度低于2克离子时,蚀刻速率较低;在2克离子时速率较高。随着蚀刻反应的不断进行,蚀刻液中铜的含量会逐渐增加。当铜含量增加到一定浓度时,蚀刻速率就会下降。为了保持蚀刻液具有恒定的蚀刻速率,必须把溶液中的含铜量控制在一定的范围内。随着溶液中铜含量的不断增加,溶液的比重也随之增加。在实际生产中是采用控制溶液比重的方法来控制溶液的含铜量。在生产中比重一般控制在1.280~1.295之间(31-330Be’),此时的含铜量大约是120~150gl之间。
温度对蚀刻速率的影响 随着温度的升高,蚀刻速率加快。见图(10-9),但是,温度也不宜过高,一般控制在40~55℃范围内。温度太高会引起HCl过多地挥发,造成溶液组份比例失调。另外,如果蚀刻液温度过高,某些抗蚀层会被损坏。
5.蚀刻液的再生
再生的原理主要是利用氧化剂将溶液中的Cu1+氧化成Cu2+。再生方法一般有以下几种。
通氧气或压缩空气再生
主要的再生反应为:2Cu2Cl2+4HCl+O2→4CuCl2+2H2O
此方法再生反应速率很低。
氯气再生
主要的再生反应为:Cu2Cl2+Cl2→2CuCl2
由于氯气是强氧化剂,直接通氯气是再生的最好方法。因为它的成本低,再生速率快。但是,很难做到使氯气全部都参加反应,如有氯气溢出,会污染环境。故该法要求蚀刻设备密封。
电解再生
主要的再生反应为:
在直流电的作用下,
在阳极Cu1+→Cu2++e
在阴极Cu1++e→Cu0
这种方法的优点是可以直接回收多余的铜,同时又使Cu1+氧化成Cu2+,使蚀刻液再生。但是,此方法要求有电解再生的设备投资和较高的电能消耗。
,酸性氯化铜蚀刻液