三氯化鐵蝕刻液在制作精細電路圖形中的應用

發(fā)布日期：2017-11-20 00:00 來源：http://www.xyz0516.cn 點擊：

三氯化鐵蝕刻液在制作精細電路圖形中的應用

在制作高密度積層法多層板中，精細導體圖形的蝕刻工藝的應用方面，三氯化鐵蝕刻液應用的比較廣泛。特別在制作ALIVH結構積層法多層板，其中外層高密度精細電路圖形的蝕刻，多數采用穩(wěn)定的、易控制的三氯化鐵蝕刻液。

三氯化鐵蝕刻液在制作精細電路圖形中的應用.jpg

一．蝕刻原理：

　　蝕刻液溶解原理，標準電位+0.474V，蝕刻速度較大。其化學溶解反應如下：

FeCl₃+ Cu = FeCl₂+ Cu2Cl₂
FeCl₃+ Cu2Cl₂ = FeCl₂+ CuCl₂
2FeCl₂+ 2HCl + (O) = 2 FeCl₃ + H₂O
FeCl₃ + 3H2O = Fe (OH)₃+ 3HCl
CuCl₂ + Cu = Cu2Cl₂

　　隨著蝕刻反應的進行，蝕刻液內的銅含量、蝕刻液的pH 增大，蝕刻速度發(fā)生變化。蝕刻液的溫度與壓力的變化（見圖1）蝕刻液內銅濃度的對蝕刻速度的變化（見圖2）表示，隨著三氯化鐵的減少，Fe (OH) 3的沉淀、Cu2Cl2的膜的生成，致使蝕刻速度變慢。可以添加鹽酸防止三氯化鐵的水解，減弱腐蝕產物對蝕刻的直接影響。

二．蝕刻過程的控制與管理：

　　通過貼膜、曝光和顯影后的基板需要經過蝕刻工序，使圖形暴露部分的銅需要經過化學溶解除去，形成保護膜層的圖形。它實現印制電路板導體圖形的重要的工序之一。蝕刻時采用水平傳輸裝置，蝕刻液自上而下噴淋方式進行，通常該裝置與顯影機連接連續(xù)進行處理，但必須對顯影后的半成品進行檢查。

　　蝕刻液的消耗量比較大，蝕刻過程蝕刻液的變化也很大。因此，在蝕刻處理要嚴格控制導體圖形所用銅箔的厚度比、導線寬度的變化和蝕刻液的蝕刻因子。掌握與控制蝕刻的工藝條件也是非常重要的，如蝕刻液的的溫度、蝕刻液的濃度、蝕刻液內的銅離子濃度、蝕刻液的粘度、噴淋壓力、噴淋液的粒徑、傳輸速度、基板表面液體流動狀態(tài)等。必須有自動調整裝置隨時進行分析調整。

　　蝕刻機噴咀的結構類型采用振動動型、水平移動型，噴咀轉動，以確保基板面與外側蝕刻液流動均勻，排除了滯留現象，蝕刻液的排除效率很高。而下面的噴淋蝕刻液，采用反旋轉的方式，確保蝕刻液與基板朝下的表面均勻接觸。特別要提到的噴淋壓力也是至關重要的工藝參數之一。在噴淋管合理排列的情況下，對噴咀的角度與噴淋的交疊加均勻性需要經常觀測或測試，以決定最理想的噴淋壓力。根據實際生產的情況通常采用上噴淋壓力要小于下噴咀噴淋壓力，因為上噴咀所噴淋受到引力的作用，自然垂落；而下噴咀噴淋時要克服引力的作用而往上噴淋。所以，上下噴咀的噴淋壓力要調整適當是非常重要的工作。還必須加強對噴咀的維護和清理。因為噴咀是蝕刻機保養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，噴咀的噴淋狀態(tài)是直接影響蝕刻質量的關鍵。而噴咀又是整機內最容易被堵塞或損壞的主要部件，加強對噴咀的清理是很重要的日常工作。

　　蝕刻液的蝕刻過程，就是氧化性酸溶液與銅氧化而溶解。蝕刻液的采用三氯化鐵、氯化銅、堿性氯化銅等。保護膜采用適合此種蝕刻液類型的有機抗蝕膜。圖形電鍍蝕刻法采用抗蝕金屬如錫鉛、錫電鍍層。印制電路板外形圖形制作、或IVH圖形的制作、多層板的內層圖形電鍍法制作，多數采用堿性氯化銅蝕刻液。但是，蝕刻過程中，由于銅層的結晶狀態(tài)的差異如化學沉銅（111）、電解銅箔為（220），受結晶方位的支配（111）的結晶配位的方式適用于制作精密電路圖形。

　　蝕刻液的選擇，必須考慮到蝕刻液的蝕刻速度、銅層厚度與蝕刻系數的比、控制與連續(xù)運轉的可能性、蝕刻液的壽命、蝕刻液的水洗性、廢液的處理容易及飽滿刻液的成本等。

　　蝕刻液蝕刻過程中，銅表面蝕刻液的流動速度受生成物的濃度的擴散速度而決定，它直接影響到蝕刻液的蝕刻速度的變化及電路圖形的精度。正如前面所述，噴淋加壓方式、蝕刻液的組成濃度、溫度、表面張力、粘度、觸變性等蝕刻液的工藝特性的影響。

三：蝕刻質量的影響因素：

　　根據化學反應原理分析，其中主要有蝕刻液的銅含量、PH值與蝕刻速度的變化及溫度等影響。

　　在標準備條件下，控制蝕刻液的銅含量是非常重要的。特別在三氯化鐵蝕刻液中，對銅的蝕刻靠三價鐵和二價銅共同完成的。三氯化鐵的蝕刻速率快，蝕刻質量好；而二價銅的蝕刻速率慢，蝕刻質量差。隨著三氯化鐵的消耗，二價銅不斷地增加，當三氯化鐵消耗到50％時，二價銅由次位轉變成主位，直接就影響到蝕刻速度，必須對蝕刻液進行調整。因為在實際生產過程中，蝕刻液的活度用蝕刻液中的含銅量（克/升）來度量。在蝕刻銅的過程中，最初蝕刻時間相對恒定的。然而，隨著三氯化鐵的消耗，蝕刻液中的銅不斷增加，當溶銅量達到每升60克時，蝕刻時間增長，當溶銅量達到82.40克/升時，蝕刻時間急劇增長，表明此時的蝕刻液再不能繼續(xù)使用，需要進行再生或更換。

　　蝕刻液中添加鹽酸主要目的抑制三氯化鐵的水解反應，并可提高蝕刻速率。當蝕刻液中溶銅量達到37.4克/升時，鹽酸的作用更加明顯。為提高蝕刻因數，在三氯化鐵蝕刻液添加B系統(tǒng)氧化劑，可以大大提高蝕刻因數，使蝕刻后的導線精度更高。下圖3就是添加氧化劑的三氯化鐵蝕刻液與酸性氯化銅蝕刻液蝕刻因數的比較。

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圖片5.png

　　兩種類型蝕刻液蝕刻導線精度的變化。當所使用的覆銅箔層壓板材料其中銅層厚度30微米時，圖形的導體寬度和間距為35微米/35微米時，蝕刻后的底部寬度為35微米，采用三氯化鐵蝕刻液（添加劑）上部的導線寬度為29微米；而酸性氯化銅蝕刻液上部導線寬度為27微米。這充分說明三氯化鐵蝕刻液使用在制作高密度精細導體圖形方面更加顯出其優(yōu)越的工藝特性。

　　但是，采用三氯化鐵蝕刻液時，對作業(yè)環(huán)境影響比較大，有時很難清理干凈。為此，現采用封閉式的連續(xù)處理與再生系統(tǒng)，溶液由廠家用耐蝕罐運輸，并直接輸送到設備蝕刻系統(tǒng)。