PCB外層電路的蝕刻工藝

在印制電路(lù)加工中﹐蝕刻是(shì)一個較為精細和覆雜的化學反應過程,卻又(yòu)是一項易于進行的工作。目前,印刷電路闆(PCB)加工的典型(xíng)工藝采(cǎi)用"圖形電鍍法"。即(jí)先在闆子外層需保留的銅箔部分上，也就是電路的圖(tú)形部分上預鍍一層(céng)鉛錫抗蝕(shí)層，然後用化學方式将其餘的(de)銅箔腐(fǔ)蝕掉,稱為蝕刻(kè)。 

    一.蝕刻(kè)的種類 

    要(yào)注意的是，蝕刻時(shí)的闆子上面有兩(liǎng)層銅。在外(wài)層蝕刻工藝中僅僅有一(yī)層銅是必須被全部蝕刻掉的(de)，其餘的将(jiāng)形成最終所需要的電路。這種類型的圖(tú)形電鍍(dù),其特點是鍍銅(tóng)層僅存在(zài)于鉛錫抗蝕層的下面。 

    另外一種工藝方法是整(zhěng)個闆(pǎn)子上都鍍銅，感光(guāng)膜以外的(de)部分僅(jǐn)僅是錫或鉛錫抗蝕(shí)層。這種工藝稱(chēng)為“全闆鍍銅工(gōng)藝“。與圖(tú)形電鍍相比(bǐ),全闆鍍銅的最大缺點是闆面各處都要鍍兩次銅而且蝕刻時還必須(xū)都把它們腐蝕掉(diào)。因此(cǐ)當導線線寬十分精細時将會(huì)産(chǎn)生一系列的問題。同時,側腐蝕會嚴重影響線條的均勻性。 

    在印制闆外層電路的加工(gōng)工藝中(zhōng)，還有另外一種方法，就(jiù)是用感光膜代替金屬鍍層做(zuò)抗蝕層。這種方法(fǎ)非常近似于内層蝕(shí)刻工藝，可以參閱内層制作工藝(yì)中的蝕刻。 目前，錫或(huò)鉛錫是最常用的抗蝕層,用在氨性蝕刻(kè)劑的蝕刻工藝中.氨性蝕刻劑是普遍使(shǐ)用的化工藥液，與錫或鉛錫不發生任何化學反應。氨性蝕(shí)刻劑主要是指氨水/氯化氨蝕刻液。 

    此外，在(zài)市場(chǎng)上還可以(yǐ)買到氨水/硫酸氨蝕刻藥(yào)液(yè)。以硫酸(suān)鹽為基的蝕刻藥液(yè),使用後,其(qí)中的銅可(kě)以用電解的方法分離出(chū)來,因此能夠重複使用。由(yóu)于它的腐蝕速率較低，一般在實際(jì)生産中不多見,但有望用在無氯(lǜ)蝕刻中。 

    有人試驗(yàn)用硫酸-雙氧水做蝕刻劑來腐蝕外層圖形。由于包括經濟和(hé)廢液處理方面等許多原因,這種工藝尚未在商用的意義上(shàng)被大量采用.更進一步說,硫酸-雙氧水，不(bú)能用于鉛錫抗蝕層的蝕(shí)刻，而這種工藝不是PCB外層制作中的主要(yào)方法，故決大多數人很(hěn)少問津。 

    二.蝕刻質量及(jí)先期存在的問題 

    對蝕刻質量的基本要求就是(shì)能夠将除抗蝕層下面以外的所有銅層完(wán)全去除幹淨，止此而(ér)已。從嚴格(gé)意義上講，如果要精确地(dì)界定(dìng)，那麼蝕刻(kè)質(zhì)量必須包括導線(xiàn)線寬的一(yī)緻性(xìng)和側蝕程度(dù)。由(yóu)于目前腐(fǔ)蝕液的固有特點，不(bú)僅向下而(ér)且對左右各方向都(dōu)産生蝕刻作用，所以(yǐ)側蝕幾乎是不(bú)可避免的。 

    側蝕(shí)問題是(shì)蝕刻參數中經常(cháng)被提出來讨論的(de)一項,它被定義為側蝕寬度與(yǔ)蝕刻深(shēn)度之比, 稱為蝕(shí)刻因子。在印刷電路工業中，它的變化範圍很寬泛，從1：1到1：5。顯然，小的側蝕度或低的蝕刻因(yīn)子是最令人滿意的(de)。 

    蝕刻設備的結構及不同成分的蝕刻(kè)液都會對蝕刻因子或側蝕度(dù)産生影響，或者用樂觀的話來說，可以對其進(jìn)行控制。采用某些添加劑可以降低側蝕(shí)度。這些添(tiān)加劑的化學成分一般屬于(yú)商業秘密，各自的研制者是(shì)不向外界透露的。 

    從(cóng)許(xǔ)多方面看，蝕刻質量的好壞，早在(zài)印制闆進入蝕刻(kè)機(jī)之前就已經存在了。因為印制電路加工的各個工序或工藝之間存在着非(fēi)常緊密的内(nèi)部聯系，沒有(yǒu)一種(zhǒng)不(bú)受其它工序影響(xiǎng)又不影響其它(tā)工藝(yì)的工序。許多被認定是蝕刻質量的問題(tí)，實際(jì)上在去膜甚至更以(yǐ)前的工藝中已經存在了。 

    對外層圖形的蝕(shí)刻工藝來說(shuō)，由于它(tā)所體現的“倒溪”現像比絕大多數印制闆工(gōng)藝都突出，所以許多問題最後都反映在它(tā)上面。同時，這也(yě)是由于蝕刻是自貼(tiē)膜，感光開始的一個長系列工藝中的最後一環，之後，外層圖形即轉移成功了。環節越多，出現問題的可能(néng)性就越大。這可以看成是印制電路生(shēng)産過程中的一個很特殊的方(fāng)面(miàn)。 

    從理論上講，印制(zhì)電路進入到蝕刻階段後，在圖形電鍍法加工印制電(diàn)路的工(gōng)藝中，理想狀态應該是(shì):電鍍後的銅(tóng)和錫或銅和鉛錫的厚度(dù)總和不應超過耐電鍍感光膜的厚度,使電鍍圖形(xíng)完全被膜兩側的“牆”擋住并嵌在裡面。然而,現實生(shēng)産中，全世界的印制(zhì)電路闆在電鍍後，鍍層(céng)圖形都(dōu)要(yào)大大厚于感光圖形。在電鍍銅和(hé)鉛錫的過程中，由(yóu)于鍍層高度超過(guò)了感光膜，便(biàn)産生橫向堆積的趨勢，問題便由此産生(shēng)。在線條(tiáo)上方覆蓋着的錫或鉛錫抗蝕層向兩側延伸，形成了“沿”，把小部分感光(guāng)膜蓋在了“沿”下面。 

    錫或鉛錫形成的“沿”使得在去膜時無法将感光膜徹底去除幹淨，留下一(yī)小部分“殘(cán)膠”在“沿”的下面。“殘膠”或(huò)“殘膜”留在了抗蝕(shí)劑“沿”的下(xià)面，将造成(chéng)不完(wán)全的蝕刻(kè)。線條(tiáo)在蝕刻後兩側形成“銅根”，銅根(gēn)使線間距變窄，造成印制闆不符合甲方要求，甚至可能被拒收。由于拒(jù)收便會使PCB的生産成(chéng)本大大增加。 

    另外，在許多時候，由于反應而形成溶(róng)解，在印制電路工業中,殘膜和(hé)銅還可能在腐蝕液中形成堆積并堵在腐蝕機的(de)噴嘴處和耐酸泵裡，不得(dé)不停機處理和(hé)清潔，而影(yǐng)響了工作效率。 

    三.設(shè)備調整及與腐蝕溶(róng)液的相互作用關系 

    在印制電路加工中(zhōng)，氨性(xìng)蝕刻是一個較為精細和複雜的化(huà)學反應過程。反過來(lái)說它又是一個(gè)易于進行的工作(zuò)。一旦工(gōng)藝上調通(tōng)，就可以連續進(jìn)行生(shēng)産。關鍵是一旦開機就需保持連續工作狀态,不宜幹幹停停(tíng)。蝕刻工藝在極大的程度上依賴設備(bèi)的良好工作狀态。就目(mù)前來講，無論使用何種蝕刻液，必須使用高壓噴淋，而且為了獲得較整齊的線條側邊和高質量的蝕刻效果，必須嚴格選擇噴嘴的結構(gòu)和噴淋方式。 

    為得(dé)到良好的側面效果,出現了許多不同的理論,形成不同的設計(jì)方式和設備結構。這些理論往往是大相徑庭的。但是所(suǒ)有有關蝕刻的理論(lùn)都承認這樣一條最基本(běn)的(de)原(yuán)則，即盡量快地讓金(jīn)屬表面不(bú)斷的接觸新鮮的蝕刻液(yè)。對蝕刻過程所進行(háng)的化學機理分析也證實了上述觀點。在氨性蝕刻中，假定所有其它(tā)參(cān)數不變，那麼蝕刻速率主要由蝕刻液中的氨(ān)(NH3)來決定。因此用新鮮(xiān)溶液與蝕刻表面作用,其目的主要有兩個：一是沖掉剛剛産(chǎn)生的銅離子;二是不斷提供進行反應所需要的氨(ān)(NH3)。 

    這就是要将空氣通入蝕刻箱的一個功能性的原因。但是如果空氣太(tài)多，又會加速溶液中的氨損失而使(shǐ)PH值下降，其(qí)結果仍使蝕刻速率降低。氨在溶液(yè)中也(yě)是需要加以控(kòng)制的變化量。一(yī)些用戶采(cǎi)用将純氨通入蝕刻儲液槽(cáo)的做法。這樣做必須加一套PH計控制系統。當自動測得的PH結果低于給定值時，溶液便會(huì)自動進行添加。 

    在與此相關的(de)化學蝕刻(亦稱(chēng)之為光化學蝕刻或PCH)領域中,研究工作(zuò)已經開始(shǐ)，并達到了蝕刻(kè)機結(jié)構設(shè)計的階段。在這(zhè)種(zhǒng)方法中,所使用的(de)溶液(yè)為二價銅，不是氨-銅蝕刻。它将有可能被用在印制(zhì)電路工業中。在PCH工業中，蝕刻銅箔的典型(xíng)厚度為5到10密耳(mils)，有些情況下厚度則相當大。它對蝕刻參量的要求經常比PCB工業中(zhōng)的更為苛刻。 

    四.關于上下闆面,導入邊與後入(rù)邊蝕刻狀(zhuàng)态不同的問題 

    大量的涉及蝕(shí)刻質量方面的問題都集中在上闆(pǎn)面上被蝕刻的部分。了解這一點是十分(fèn)重要的。這些問題來自印制電路闆(pǎn)的上闆面蝕刻劑所産生的膠狀闆結物的(de)影響。膠狀闆(pǎn)結物堆積在銅表面上，一方面影響(xiǎng)了噴射力，另一方面阻擋了新鮮蝕刻液的補(bǔ)充，造成了蝕刻(kè)速度的降低。正是由(yóu)于膠狀闆結物的形(xíng)成和堆積使得(dé)闆子的上下面圖形的蝕(shí)刻程度不(bú)同。這也使得在蝕刻機中闆子先進入的部分容易蝕刻的徹底或容易造成過腐(fǔ)蝕，因為那(nà)時堆積尚未形成，蝕(shí)刻速度(dù)較快。反之，闆子後進入(rù)的部分進(jìn)入時堆積已形成，并減慢其蝕刻速(sù)度。 

    五.蝕刻設備(bèi)的維護 

    蝕(shí)刻設備維護的最關鍵因素就是要保證(zhèng)噴嘴的清潔，無阻塞物而使噴射通暢。阻塞物或結渣會在噴射(shè)壓(yā)力作用下沖擊(jī)版面。假如噴嘴不潔，那麼會造成蝕刻(kè)不均勻而使(shǐ)整塊PCB報廢。 
 
    明顯地，設(shè)備的維護就是更換破損件和磨損件，包(bāo)括更換噴嘴，噴嘴同樣存在磨損的問題。除此之外，更為關鍵(jiàn)的問題是保持蝕刻機不存在結(jié)渣，在許多情(qíng)況下都會出現(xiàn)結渣堆積.結渣堆積過多，甚至(zhì)會對蝕刻(kè)液的化學平衡産生(shēng)影響。同樣,如果蝕刻(kè)液出現過量的化學不平衡，結渣就會愈加嚴重。結渣堆(duī)積的問題怎麼強調都不(bú)過分。一旦蝕刻液突(tū)然出現大量結渣的(de)情況，通常是一(yī)個信号，即溶液的平衡出(chū)現問題。這就應該用較強的鹽(yán)酸作适當地清潔或對溶液進行補加。 

    殘膜也可以産生結渣(zhā)物，極少量的殘膜溶于蝕刻液中，然後形(xíng)成銅鹽沉澱。殘(cán)膜所形成的結渣說明前道去膜工序不徹底(dǐ)。去膜不良往往是邊緣膜與過電鍍共同造成的結果。 

• 上一個：線路闆和電路(lù)闆有區别嗎？
• 下一個：PCB材料如何進行分類和選(xuǎn)擇