蚀刻退锡培训教材

CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem1CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem2目录一、蚀刻的目的及分类二、碱性蚀刻工艺流程及反应机理三、酸性蚀刻工艺流程及反应原理四、蚀刻速率的影响因素分析五、影响蚀刻品质的因素及改善方法六、蚀刻常见问题及处理方法七、除钯退锡的介绍及退锡常见问题八、生产安全及环境保护CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem3一、蚀刻的目的及分类1、蚀刻的目的蚀刻的目的即是将前工序所做出有图形的线路板上的未受保护的非导体部分铜蚀刻去，形成所需要的线路图形。2、蚀刻的分类分类抗蚀层使用范围特点酸性蚀刻干膜或湿膜主要用于内外层负片蚀刻1.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；2.溶铜量大；3.蚀刻液容易再生与回收，减少污染；4.成本较高。碱性蚀刻锡或金层(内部也有干膜或湿膜)主要用于外层正片蚀刻1.不与锡铅发生任何反应；2.易再生，成本低，易回收；3.蚀铜速度快，侧蚀小，溶铜能力高，蚀刻速率易控制。CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem4二、碱性蚀刻工艺流程及其反应原理1.示意图基材底铜干膜锡层镀铜层正片蚀刻CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem53.反应机理3.1褪膜定义：用褪膜液将线路板面上盖住的干膜褪去,露出未经线路加工的铜面.经电镀工序后的干膜在碱性褪膜液下溶解或部分成片状脱落,去膜情形为膨胀剥离再细分化。业界一般使用的是3%-5%氢氧化钠溶液，而我司则使用有机碱（4180）与氢氧化钠.槽液温度则在47－53℃范围。为维持药液的效果,需注意过滤的效果,及时过滤掉片状的干膜碎,防止堵塞喷嘴.2.工艺流程退膜1#，2#，3#→水洗→蚀刻1#,2#→补偿蚀刻→氨水洗→水洗→酸洗→水洗→干板→出板CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem6退膜最主要的品质隐患是退膜不净，它会导致蚀板不足及短路。它的水洗也很重要，如果水洗不净，会导致板面污染，同时会把碱液带入到蚀刻液中污染蚀刻液。在退膜后如果不是马上进行蚀刻的，要及时烘干或浸泡DI水，以免铜面氧化导致蚀板不净。注：外层干膜厚为1.5mil（约40um)左右,经图形电镀后，铜厚和锡厚之和通常超过1.5mil，需控制图形电镀电流参数防止夹菲林（即夹膜），同时控制褪膜速度以防褪膜不净而蚀板不净导致短路。底铜镀铜镀铜底铜干膜镀锡镀锡CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem73.2蚀刻定义:用蚀板液将多余的铜蚀去,只剩下已加厚的线路。碱性氨类蚀刻主要反应原理A、CuCl2＋4NH3→Cu(NH3)4Cl2B、Cu+Cu(NH3)4Cl2→2Cu(NH3)2ClC、4Cu(NH3)2Cl+4NH3H2O+4NH4Cl+O2→4Cu(NH3)4Cl2+6H2O从上述反应可看出，蚀刻铜需要消耗氨分子和氯化铵。因此，在蚀刻过程中，随着铜的溶解，应不断补充氨水和氯化铵.3.2.1以上两反应重复进行,因此需要有良好抽气,使喷淋形成负压,使空气中的氧气与药液充分混合,从而有利于蚀刻反应持续进行。注意抽气量不可过大,因氨水易挥发，若抽气量大，氨水带出量增多，则造成氨水消耗量增多，PH值下降。3.2.2蚀刻反应实质就是铜离子的氧化还原反应：Cu2++Cu→2Cu+不具有蚀刻能力CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem83.2.3为使之蚀铜反应进行更为迅速，蚀刻液中多加有助剂：a.加速剂(Accelerator)可促使上述氧化反应更为快速，并防止亚铜离子的沉淀。b.护岸剂(Bankingagent)减少侧蚀。c.压抑剂(Suppressor)抑制氨在高温下的飞散，抑制铜的沉淀加速蚀铜的氧化反应。3.氨水洗使用不含有Cu2+的氨水洗去板面的Cu(NH3)2Cl（其极不稳定，易沉淀）等固体和残留药水。4.酸洗使用4%盐酸除去板面氧化和污物。现已改成氨水，作为蚀刻后第二道氨水洗。CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem9三、酸性蚀刻的工艺流程及反应原理1.示意图基材底铜干膜负片蚀刻CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem103.反应机理反应方程式：Cu+CuCl2→Cu2Cl2形成的Cu2Cl2是不易溶于水的，在有过量的Cl-存在下，能形成可溶性的络合离子，其反应如下：Cu2Cl2+4Cl-→2[CuCl3]2-.随着铜的蚀刻，溶液中的Cl-越来越多，蚀刻能力很快就会下降，直到最后失去效能。因此在生产过程中须保持持续加药,以保证Cl-的浓度稳定。为保持蚀刻能力，可以用溶液再生的方式将Cu+重新生成Cu2+。为保证蚀刻能力，业界主要再生方式有以下：2.工艺流程蚀刻1#,2#→水洗→退膜1#，2#，3#→水洗→干板CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem11再生方法反应方程式优点缺点氧气或压缩空气再生2Cu2Cl2+4HCl+O2→4CuCl2+2H2O便宜再生反应速率很低氯气再生Cu2Cl2+Cl2→2CuCl2成本低，再生速率快氯气易溢出，会污染环境双氧水再生Cu2Cl2+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O环保易控制易分解爆炸且昂贵（次）氯酸钠再生2Cu2Cl2+4HCl+2ClO-(ClO3-)→4CuCl2+2H2O+2Cl-易控制安全较贵电解再生阳极：Cu+→Cu2++e-可以直接回收多余的铜再生设备投入较大且要消耗较多的电能CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem12由于上述优缺点，业界使用物美价廉，使用环保的双氧水系统和氯酸钠系统，而我司使用氯酸钠系统，以下将重点讲述其工作原理。Cu2Cl2+6HCl+ClO3-→2CuCl2+3H2O要获得恒定的蚀刻速率，即一定的反应电压，根据能斯特方程可得知：HCl，ClO3-和CuCl2含量比例必须在一定的范围内才能得到一定的蚀刻速率，因此必须对此三种药水进行管控，我司加药器的管控参数如下：槽液分析項目及管控范項目管控范围测量方法&仪器S.G1.280-1.450光学密度感应器HCl(N)2.0-3.50当量计算/电位计orp(mv)450–650NaClO320-50capCu2+(g/L)120–240化学分析CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem13酸性蚀刻加药器简易图CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem14四、影响蚀刻速率因素分析蚀光铜板添加子液135-165g/l蚀刻速率低，且溶液控制困难溶液不稳定，易生成沉淀Cu2+（波美度）补充氨水加大抽风8.2-8.9攻击金属抗蚀层；易沉淀，还会堵塞泵或喷嘴，而影响蚀刻效果。侧蚀大且氨气溢出污染空气PH值偏低偏高控制方法控制范围偏低偏高影响因素碱性蚀刻速率的影响因素CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem15手动调节0.10-0.35Mpa蚀刻速度会降低，则会减少侧蚀量蚀刻速度会增加，则会增大侧蚀量喷液压力冷却加热45-55℃蚀刻速度会下降，则会减少侧蚀量蚀刻速度明显增大，但氨气的挥发量液增大，既污染环境，又增加成本蚀刻液的温度加蚀板盐添加子液165-200g/lCu(NH3)2Cl得不到再生，蚀刻速率会降低抗蚀层被浸蚀氯离子浓度偏低偏高控制方法控制范围偏低偏高影响因素碱性蚀刻速率的影响因素CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem16酸性蚀刻速率的影响因素影响因素偏高偏低控制范围控制方法偏高偏低Cl-含量[CuCl3]2-易再生[CuCl4]2－，加快反应速率影响络合反应甚至生成沉淀依药水种类不一一般不分析氧化还原电位加快降低450-650MV按比例补充盐酸和氧化剂Cu2+含量速率升高速率降低120-240g/L自动加DI水蚀光铜板温度速率增加，盐酸挥发增加，药水易失调速率降低47-51℃冷却加热CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem17五、影响蚀刻品质的因素及改善方法1.侧蚀：即发生在抗蚀层图形下面导线侧壁的蚀刻称为侧蚀,以X表示,侧蚀量的大小,是指最大侧向蚀刻宽度,侧蚀愈小愈好。侧蚀与蚀刻液类型、药水组成和所使用的蚀刻工艺及设备等有关。2.蚀刻因子：蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用，侧蚀是不可避免的。侧蚀宽度与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子（即A=T/X）。CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem18CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem192.1蚀刻方式：浸泡和鼓泡式会造成较大的侧蚀，泼溅和喷淋式侧蚀较小，尤其是喷淋侧蚀最小。2.2蚀刻液种类：不同的蚀刻液化学组分不同，蚀刻速度不同，侧蚀也不同。通常，碱性氯化铜蚀刻液比酸性氯化铜蚀刻液蚀刻因子大。药水供应商通常会添加辅助剂来降低侧蚀，不同的供应商添加的辅助剂不同，蚀刻因子也不同。2.3蚀刻运输速率：运输速率慢会造成严重的侧蚀。运输速率快，板在蚀刻液中停留的时间越短，侧蚀量也越小。生产过程中，应尽量提高蚀刻的运输速度。2.4蚀刻液的PH值：碱性蚀刻液，PH值较高时，侧蚀增大。PH值较低时溶液黏性增大，对抗蚀层有腐蚀作用。一般PH值控制在8.2与8.9之间。CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem202.5蚀刻液的比重：碱性蚀刻液的比重太低，会加重侧蚀，选择高铜浓度的蚀刻液对减少侧蚀是有利的。Cu2+一般控制在135－165g/l。2.6底铜厚度：底铜厚度越大，板需在蚀刻液中停留的时间也越长，侧蚀就越大。制造细密线路的PCB，在满足客户要求的情况下尽量使用薄的铜箔，减小全板镀铜厚度。3.影响板面蚀刻均匀性的因素及改善方法板的上下两面以及板面各个部位蚀刻均匀性由板表面所受蚀刻液流量的均匀性决定的。3.1由于水池效应的影响，板下面蚀刻速率高于上面，可根据实际生产情况调整不同位置喷液压力达到目的,一般情况板上表面的压力要稍大于下表面,具体按实际生产情况调节压力。生产操作中，需定期对设备进行检测和调校。3.2板边缘比板中间蚀刻速率快，也可通过调整压力解决此问题，另外使喷淋系统摆动也是有效的。3.3通过喷淋系统或喷嘴的摆动来保证溶液流量的均匀性。CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem21图3上下板面喷淋液流向图4喷淋液在板面成水池水池效应板面流向CuBringhtenerPC-111CuBringhtenerPC-1112019/9/18jetchem22六、常见问题及处理方法故障类型产生主要原因解决办法蚀刻速率降低由于工艺参数控制不当引起的检查及调整温度、喷淋压力、溶液比重、PH值和氯化铵的含量等工艺参数到规定值蚀刻液出现沉淀1、氨的含量过低2、水稀释过量3、溶