PCB印制電路中影響蝕刻液特性的因素

一、蝕刻液的選擇

蝕刻液的選擇是非常重要的，它所以重要是因?yàn)樗谟≈齐娐钒逯圃旃に囍兄苯佑绊懜呙芏燃?xì)導(dǎo)線圖像的精度和質(zhì)量。當(dāng)然蝕刻液的蝕刻特性要受到諸多因素的影響，有物理、化學(xué)及機(jī)械方面的?，F(xiàn)簡(jiǎn)述如下：

1 物理及化學(xué)方面

1）蝕刻液的濃度：應(yīng)根據(jù)金屬腐蝕原理和銅箔的結(jié)構(gòu)類型，通過試驗(yàn)方法確定蝕刻液的濃度，它應(yīng)有較大的選擇余地，也就是指工藝范圍較寬。

2）蝕刻液的化學(xué)成分的組成：蝕刻液的化學(xué)組分不同，其蝕刻速率就不相同，蝕刻系數(shù)也不同。如普遍使用的酸性氯化銅蝕刻液的蝕刻系數(shù)通常是&；堿性氯化銅蝕刻液系數(shù)可達(dá)3.5-4。而正處在開發(fā)階段的以硝酸為主的蝕刻液可以達(dá)到幾乎沒有側(cè)蝕問題，蝕刻后的導(dǎo)線側(cè)壁接近垂直。

3）溫度：溫度對(duì)蝕刻液特性的影響比較大，通常在化學(xué)反應(yīng)過程中，溫度對(duì)加速溶液的流動(dòng)性和減小蝕刻液的粘度，提高蝕刻速率起著很重要的作用。但溫度過高，也容易引起蝕刻液中一些化學(xué)成份揮發(fā)，造成蝕刻液中化學(xué)組份比例失調(diào)，同時(shí)溫度過高，可能會(huì)造成高聚物抗

蝕層的被破壞以及影響蝕刻設(shè)備的使用壽命。因此，蝕刻液溫度一般控制在一定的工藝范圍內(nèi)。

4）采用的銅箔厚度：銅箔的厚度對(duì)電路圖形的導(dǎo)線密度有著重要影響。銅箔薄，蝕刻時(shí)間短，側(cè)蝕就很?。环粗?，側(cè)蝕就很大。所以，必須根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求和電路圖形的導(dǎo)線密度及導(dǎo)線精度要求，來選擇銅箔厚度。同時(shí)銅的延伸率、表面結(jié)晶構(gòu)造等，都會(huì)構(gòu)成對(duì)蝕刻液特性的直接影響。

5）電路的幾何形狀：電路圖形導(dǎo)線在X方向和Y方向的分布位置如果不均衡，會(huì)直接影響蝕刻液在板面上的流動(dòng)速度。同樣如果在同板面上的間隔窄的導(dǎo)線部位和間隔寬的導(dǎo)線部位狀態(tài)下，間隔寬的導(dǎo)線分布的部位，蝕刻就會(huì)過度。所以，這就要求設(shè)計(jì)者在電路設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)首先了解工藝上的可行性，盡量做到整個(gè)板面電路圖形均勻分布，導(dǎo)線的粗細(xì)程度應(yīng)盡量相一致。特別是在制作多層印制電路板時(shí)，大面積銅箔作為接地層，對(duì)蝕刻的質(zhì)量有著很大的影響，所以建議設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀圖形為宜。

2 機(jī)械方面

1）設(shè)備的類型：設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式也是對(duì)蝕刻液特性的影響重要因素之一。初始階段采用浸入式槽內(nèi)浸泡方法，蝕刻導(dǎo)線寬的印制電路板，精度要求不高，是可采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于細(xì)導(dǎo)線、窄間距，精度高、密度高的印制電路板來說，浸入式的蝕刻設(shè)備結(jié)構(gòu)已不適應(yīng)，出現(xiàn)水平機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的蝕刻設(shè)備并采用擺動(dòng)噴咀裝置，使基板的銅表面印刷電路蝕刻更均勻，但水平式設(shè)備結(jié)構(gòu)會(huì)造成板面的過腐蝕現(xiàn)象，因而研制和開發(fā)了垂直噴淋技術(shù)。同時(shí)，蝕刻設(shè)備還必須具有防止薄的覆銅箔層壓板在蝕刻時(shí)容易卷繞在滾輪和傳送輪上而造成廢品的裝置，以及保證導(dǎo)線圖形表面金屬不被擦傷或劃傷。所以，在選擇蝕刻設(shè)備時(shí)要特別重視結(jié)構(gòu)形式，能否達(dá)到蝕刻速率快、蝕刻均勻及蝕刻質(zhì)量高的要求。下圖是酸性蝕刻機(jī)及堿性蝕刻機(jī)的外形圖。

2）噴淋技術(shù)方面：

1 噴淋形狀：目前通用的噴淋系統(tǒng)應(yīng)具備的條件和結(jié)構(gòu)形式，是在噴淋系統(tǒng)中采取連鎖的、圓錐體結(jié)構(gòu)，所有的噴咀噴射出來的蝕刻液呈扇形而且相互交替，使所有傳送的印制電路板被蝕刻液全部覆蓋而且能均勻的流動(dòng)。從工藝試驗(yàn)結(jié)果表明：

·固定式的噴淋：平均蝕刻深度為0.20mm標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.01mm。

·擺動(dòng)式的噴淋：平均蝕刻深度為0.21mm標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.004。

2 擺動(dòng)方式：通過當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，弧形擺動(dòng)比較理想，能使蝕刻液達(dá)到整板面，提高了蝕刻速率的一致性，對(duì)制作高密度細(xì)導(dǎo)線提供了可靠的保證。

3 距離：所謂距離是指噴咀到板面的距離，也就是蝕刻液噴淋到基板表面的距離，這是非常重要的。當(dāng)在考慮到噴咀到基板表面的距離的同時(shí)，還必須同噴淋的壓力結(jié)合在一起進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，即要達(dá)到蝕刻的高質(zhì)量還必須符合經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、可制造性、可維修性和可更換性。

4 壓力：在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到壓力對(duì)蝕刻液噴淋效果，對(duì)基板表面能否形成均勻的蝕刻液流動(dòng)和蝕刻液的流動(dòng)量的均衡性。所以，噴淋壓力過大或過小都會(huì)造成對(duì)蝕刻質(zhì)量的影響。

3 流體力學(xué)方面

1）蝕刻液的表面張力：因?yàn)槿魏挝矬w都有一定的表面積因此液體表面就好像有一層緊縮的薄膜，這層薄膜具有一股分子級(jí)的內(nèi)向吸引力，使其有收縮的趨勢(shì)，為了維持這緊張的表面平衡，在表面周界上必須加一適當(dāng)?shù)暮捅砻嫦嗲辛Σ拍苁贡砻婢S持一定的面積，不再收縮，這種和表面相切的力叫表面張力。作用在表面上單位長(zhǎng)度上的張力用符號(hào)σ表示。單位是達(dá)因/厘米。蝕刻液的表面張力大小對(duì)蝕刻速率和蝕刻質(zhì)量的影響，與固體表面（指銅箔表面）潤(rùn)濕程度有關(guān)。所謂潤(rùn)濕就是液體在固體表面上的貼附現(xiàn)象稱之。也就是液體在固體表面上的形狀與接觸角（θ）大小有關(guān)。接觸角越大，固體表面的潤(rùn)濕越差即親水性越差，要維持接觸角（θ）為最小銳角，就必須改變固體的表面性質(zhì)。這就是說，液體表面張力越小，對(duì)固體表面的潤(rùn)濕性能也就越好，但是如果固體表面被沾污，即使液體表面張力小，也不會(huì)改善固體表面潤(rùn)濕程度。所以，要獲得最隹的蝕刻質(zhì)量，就必須加強(qiáng)對(duì)基板銅箔表面的清潔處理，改善表面性質(zhì)使與蝕刻液更好的處在潤(rùn)濕狀態(tài)。要改善液體的表面張力，還需提高作業(yè)溫度，溫度越高，液體的表面張力就越小，與固體的貼附就更為理想，處理的效果就好。這是由于溫度升高引起物質(zhì)的膨脹，增大了分子間的距離而使分子間的引力減小，所以隨著溶液的溫度升高，表面張力是逐漸減小的。為此，做到嚴(yán)格的控制工藝條件，就能夠更好的改善溶液與基板銅表面的接觸狀態(tài)。

2）粘度：蝕刻過程中，隨著銅的不斷溶解，蝕刻液的粘度就會(huì)增加，使蝕刻液在基板銅箔表面上流動(dòng)性就差，直接影響蝕刻效果。要達(dá)到理想的蝕刻液的最佳狀態(tài)就要充分利用蝕刻機(jī)的功能，確保溶液的流動(dòng)性。