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碱性蚀刻经验谈(原创,不断补充中)

作者:  来源:   更新时间:2016-08-30  阅读数:246
碱性蚀刻经验谈(原创,不断补充中)

碱性蚀刻经验谈(不断补充)

一、蚀刻液的种类:

本人使用过的蚀刻液有:

酸性氯化铜蚀刻液、碱性氯化铜蚀刻液、三氯化铁蚀刻液三种,其中三氯化铁蚀刻液在电路板行业已经没有人再用,仅用于部分金属(如不锈钢)蚀刻。

电路板行业大量使用含氨的碱性氯化铜蚀刻液,由于需要添加氨水或充氨气,在碱性条件下使用,一般称为碱性蚀刻液。这种蚀刻液具有蚀刻速度快、侧蚀小、溶铜量高、循环使用成本低、适应性广、可自动控制等优点。国内电路板行业仅部分单面板,多层板的内层,柔性电路板有用到其它类型的蚀刻液。

二、碱性氯化铜蚀刻液的组成和原理

碱性氯化铜蚀刻液包括以下组分:

1、铜氨络离子[Cu(NH3)4]2+——蚀刻的主要作用成分,由母液提供,以Cu含量或密度形式体现;

2、游离氨NH3——参与蚀刻反应,由氨水补充,以PH值体现;

3、氯离子Cl-——活化剂,由氯化铵补充;

4、铵离子NH4+——PH稳定剂及氨补充剂,由氯化铵补充;

5、添加剂——促进蚀刻反应产物[Cu(NH3)2]+转化为具有蚀刻作用的[Cu(NH3)4]2+

通常,由氨水+氯化铵+添加剂组成补充液。

蚀刻反应机理: [Cu(NH3)4]2++Cu2[Cu(NH3)2]+

所生成的[Cu(NH3)2]+Cu+的络离子,不具有蚀刻能力。在有过量NH3Cl-,在起催化作用的添加剂的作用下,能很快地被空气中的O2所氧化,生成具有蚀刻能力的[Cu(NH3)4]2+络离子。其再生反应如下:

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

从上述反应,每蚀刻1摩尔铜需要消耗2摩尔氨和2摩尔铵离子(氧气则靠喷淋时与空气接触提供)。因此,在蚀刻过程中,随着铜的溶解,应不断补加氨水和氯化铵。

三、影响蚀刻速率的因素:

蚀刻液中的Cu含量、pH值、氯化铵浓度、添加剂含量以及蚀刻液的温度对蚀刻速率均有影响。

 1Cu含量:

蚀刻液中的Cu绝大部分是以铜氨络离子[Cu(NH3)4]2+形式存在,一般以化验的Cu2+含量或密度体现。它是蚀刻反应的氧化剂,适当的含量能够得到稳定且快速的蚀刻速率一般控制在120-150g/L(或18-23波美度)。过高液体粘度增大,容易产生沉淀。

 2、溶液pH值的影响:

此处所说的PH值,实际上是指游离氨的浓度。蚀刻液的pH值应保持在8.0-8.6之间,当pH值降到8.0以下时,游离氨不足以把蚀刻液中的铜完全络合成铜氨络离子,溶液会出现粘性的沉淀,这些沉淀能在加热器上结成硬皮可能损坏加热器,会堵喷嘴给造成蚀刻不均等。如果溶液pH值过高,蚀刻液中氨氨释放到大气中,导致成分不稳定和环境污染。

3、氯化铵含量的影响:

通过蚀刻再生的化学反应可以看出:[Cu(NH3)2]+的再生需要有NH3NH4+存在;同时,Cl-也是活化金属铜所需的活化剂。如果溶液中缺乏NH4Cl,大量的[Cu(NH3)2]+得不到再生,蚀刻速率就会降低,以致失去蚀刻能力。氯化铵以氯离子含量来衡量,一般控制在160-180g/L

4、添加剂的影响:

没有添加剂的蚀刻液,无法快速吸收空气里的氧气再生,各种商品添加剂作用基本相当。

5、温度的影响:

蚀刻速率与温度有很大关系,蚀刻速率随着温度的升高而加快。由于塑料设备的限制和NH3受热易挥发,温度一般控制在50℃左右(45-55)。

 

四、蚀刻故障及处理:

蚀刻不净和侧蚀过大是碱性蚀刻的两个主要故障现象,而这些故障的绝大部分原因是蚀刻的速度慢。

本人处理的蚀刻后发现的问题,有超过一半是电镀的问题,只是在蚀刻后才被发现。所以出现蚀刻故障时,首先要看看是否与电镀有关。

1、蚀刻不净:先要区分蚀刻速度慢与铜厚不均。

蚀刻速度慢与药水成分是否合理及喷淋压力有关,压力调整很简单,蚀刻液的主要成分也很容易通过化验测定。但是,商品蚀刻液的添加剂是无法测定的,过多和过少都会使得蚀刻速度减低,务必小心处理。

对于铜厚不均的要通过控制电镀层均匀解决,此处不做评论。

2、侧蚀过大:侧蚀是任何一种蚀刻方法都无法避免的自然现象,减少侧蚀主要还是靠改良蚀刻剂的喷淋方式,各种商品蚀刻液号称低侧蚀都是忽悠人的。

发生侧蚀过大的原因,一般都是蚀刻速度慢,药液在板子上停留时间过久产生的浸泡作用。喷淋时药液仅在垂直方向与板子接触,而停留在板子上的药液则会横向蚀刻铜箔——此为浸泡作用。蚀刻速率越快,板子浸泡的时间就短,浸泡时间一长,侧蚀就过大了。

3、其它:

点状露铜:常发生于镀镍金板的低电位处,镀镍针孔所致,联成一片常被误以为是金面氧化,以高倍数放大镜观察可辩。