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堿性蝕刻經(jīng)驗談(原創(chuàng),不斷補充中)

2024-10-06 18

堿性蝕刻經(jīng)驗談(不斷補充)

一、蝕刻液的種類:

本人使用過的蝕刻液有:

酸性氯化銅蝕刻液、堿性氯化銅蝕刻液、三氯化鐵蝕刻液三種,其中三氯化鐵蝕刻液在電路板行業(yè)已經(jīng)沒有人再用,僅用于部分金屬(如不銹鋼)蝕刻。

電路板行業(yè)大量使用含氨的堿性氯化銅蝕刻液,由于需要添加氨水或充氨氣,在堿性條件下使用,一般稱為堿性蝕刻液。這種蝕刻液具有蝕刻速度快、側(cè)蝕小、溶銅量高、循環(huán)使用成本低、適應性廣、可自動控制等優(yōu)點。國內(nèi)電路板行業(yè)僅部分單面板,多層板的內(nèi)層,柔性電路板有用到其它類型的蝕刻液。

二、堿性氯化銅蝕刻液的組成和原理

堿性氯化銅蝕刻液包括以下組分:

1、銅氨絡(luò)離子[Cu(NH3)4]2+——蝕刻的主要作用成分,由母液提供,以Cu含量或密度形式體現(xiàn);

2、游離氨NH3——參與蝕刻反應,由氨水補充,以PH值體現(xiàn);

3、氯離子Cl-——活化劑,由氯化銨補充;

4、銨離子NH4+——PH穩(wěn)定劑及氨補充劑,由氯化銨補充;

5、添加劑——促進蝕刻反應產(chǎn)物[Cu(NH3)2]+轉(zhuǎn)化為具有蝕刻作用的[Cu(NH3)4]2+。

通常,由氨水+氯化銨+添加劑組成補充液。

蝕刻反應機理: [Cu(NH3)4]2++Cu→2[Cu(NH3)2]+

所生成的[Cu(NH3)2]+為Cu+的絡(luò)離子,不具有蝕刻能力。在有過量NH3和Cl-,在起催化作用的添加劑的作用下,能很快地被空氣中的O2所氧化,生成具有蝕刻能力的[Cu(NH3)4]2+絡(luò)離子。其再生反應如下:

2[Cu(NH3)2]++2NH4++2NH3+ 0.5 O2 = 2[Cu(NH3)4]2++H2O

從上述反應,每蝕刻1摩爾銅需要消耗2摩爾氨和2摩爾銨離子(氧氣則靠噴淋時與空氣接觸提供)。因此,在蝕刻過程中,隨著銅的溶解,應不斷補加氨水和氯化銨。

三、影響蝕刻速率的因素:

蝕刻液中的Cu含量、pH值、氯化銨濃度、添加劑含量以及蝕刻液的溫度對蝕刻速率均有影響。

 1、Cu含量:

蝕刻液中的Cu絕大部分是以銅氨絡(luò)離子[Cu(NH3)4]2+形式存在,一般以化驗的Cu2+含量或密度體現(xiàn)。它是蝕刻反應的氧化劑,適當?shù)暮磕軌虻玫椒€(wěn)定且快速的蝕刻速率一般控制在120-150g/L(或18-23波美度)。過高液體粘度增大,容易產(chǎn)生沉淀。

 2、溶液pH值的影響:

此處所說的PH值,實際上是指游離氨的濃度。蝕刻液的pH值應保持在8.0-8.6之間,當pH值降到8.0以下時,游離氨不足以把蝕刻液中的銅完全絡(luò)合成銅氨絡(luò)離子,溶液會出現(xiàn)粘性的沉淀,這些沉淀能在加熱器上結(jié)成硬皮可能損壞加熱器,會堵噴嘴給造成蝕刻不均等。如果溶液pH值過高,蝕刻液中氨氨釋放到大氣中,導致成分不穩(wěn)定和環(huán)境污染。

3、氯化銨含量的影響:

通過蝕刻再生的化學反應可以看出:[Cu(NH3)2]+的再生需要有NH3和NH4+存在;同時,Cl-也是活化金屬銅所需的活化劑。如果溶液中缺乏NH4Cl,大量的[Cu(NH3)2]+得不到再生,蝕刻速率就會降低,以致失去蝕刻能力。氯化銨以氯離子含量來衡量,一般控制在160-180g/L。

4、添加劑的影響:

沒有添加劑的蝕刻液,無法快速吸收空氣里的氧氣再生,各種商品添加劑作用基本相當。

5、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。由于塑料設(shè)備的限制和NH3受熱易揮發(fā),溫度一般控制在50℃左右(45-55℃)。

 

四、蝕刻故障及處理:

蝕刻不凈和側(cè)蝕過大是堿性蝕刻的兩個主要故障現(xiàn)象,而這些故障的絕大部分原因是蝕刻的速度慢。

本人處理的蝕刻后發(fā)現(xiàn)的問題,有超過一半是電鍍的問題,只是在蝕刻后才被發(fā)現(xiàn)。所以出現(xiàn)蝕刻故障時,首先要看看是否與電鍍有關(guān)。

1、蝕刻不凈:先要區(qū)分蝕刻速度慢與銅厚不均。

蝕刻速度慢與藥水成分是否合理及噴淋壓力有關(guān),壓力調(diào)整很簡單,蝕刻液的主要成分也很容易通過化驗測定。但是,商品蝕刻液的添加劑是無法測定的,過多和過少都會使得蝕刻速度減低,務必小心處理。

對于銅厚不均的要通過控制電鍍層均勻解決,此處不做評論。

2、側(cè)蝕過大:側(cè)蝕是任何一種蝕刻方法都無法避免的自然現(xiàn)象,減少側(cè)蝕主要還是靠改良蝕刻劑的噴淋方式,各種商品蝕刻液號稱低側(cè)蝕都是忽悠人的。

發(fā)生側(cè)蝕過大的原因,一般都是蝕刻速度慢,藥液在板子上停留時間過久產(chǎn)生的浸泡作用。噴淋時藥液僅在垂直方向與板子接觸,而停留在板子上的藥液則會橫向蝕刻銅箔——此為浸泡作用。蝕刻速率越快,板子浸泡的時間就短,浸泡時間一長,側(cè)蝕就過大了。

3、其它:

點狀露銅:常發(fā)生于鍍鎳金板的低電位處,鍍鎳針孔所致,聯(lián)成一片常被誤以為是金面氧化,以高倍數(shù)放大鏡觀察可辯。



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