堿性氯化銅蝕刻液原理及基礎(chǔ)配方

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1、堿性氯化銅蝕刻液1.特性?1)適用于圖形電鍍金屬抗蝕層，如鍍覆金、鎳、錫鉛合金，錫鎳合金及錫的印制板的蝕刻。2)蝕刻速率快，側(cè)蝕小，溶銅能力高，蝕刻速率容易控制。3)蝕刻液可以連續(xù)再生循環(huán)使用，成本低。2.蝕刻過程中的主要化學(xué)反應(yīng)在氯化銅溶液中加入氨水，發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)：CuCl2＋4NH3→Cu(NH3)4Cl2在蝕刻過程中，板面上的銅被[Cu(NH3)4]2+絡(luò)離子氧化，其蝕刻反應(yīng)如下：Cu(NH3)4Cl2＋Cu→2Cu(NH3)2Cl所生成的[Cu(NH3)2]1+為Cu1+的絡(luò)離子，不具有蝕刻能力。在有過量NH3和Cl-的情況下，能很快地被空氣中的O2所氧化，生成具有蝕刻能力的[

2、Cu(NH3)4]2+絡(luò)離子，其再生反應(yīng)如下：2Cu(NH3)2Cl＋2NH4Cl＋2NH3＋1/2O2→2Cu(NH3)4Cl2＋H2O從上述反應(yīng)可看出，每蝕刻1克分子銅需要消耗2克分子氨和2克分子氯化銨。因此，在蝕刻過程中，隨著銅的溶解，應(yīng)不斷補(bǔ)加氨水和氯化銨。應(yīng)用堿性蝕刻液進(jìn)行蝕刻的典型工藝流程如下：鍍覆金屬抗蝕層的印制板(金、鎳、錫鉛、錫、錫鎳等鍍層)→去膜→水洗→吹干→檢查修板→堿性蝕刻→用不含Cu2+的補(bǔ)加液二次蝕刻→水洗→檢查→浸亮(可選擇)→水洗→吹干3.蝕刻液配方蝕刻液配方有多種，1979年版的印制電路手冊(cè)(PrintedCircuitsHandbook)中介紹的配方

3、見表10－4。表10－4國(guó)外介紹的堿性蝕刻液配方組份123NH3·H2ONH4ClCu2+NaClO2NH4HCO3(NH4)3PO4NH4NO33.0mol/L1.5－0－10.3750－1.5－0－1.56.0mol/L5.02.0(僅起始液)－－0.01－2－6mol/L1－4.00.1－0.6－－0.05－0.5－國(guó)內(nèi)目前大多采用下列配方：CuCl2·2H2O100～150g/l、NH4Cl100g/l、NH3·H2O670～700ml/12配制后溶液PH值在9.6左右。溶液中各組份的作用如下：NH3·H2O的作用是作為絡(luò)合劑，使銅保持在溶液里。NH4Cl的作用是能提高蝕刻速率

4、、溶銅能力和溶液的穩(wěn)定性。(NH4)3PO4的作用是能保持抗蝕鍍層及孔內(nèi)清潔。4.影響蝕刻速率的因素蝕刻液中的Cu2+的濃度、PH值、氯化銨濃度以及蝕刻液的溫度對(duì)蝕刻速率均有影響。掌握這些因素的影響才能控制溶液，使之始終保持恒定的最佳蝕刻狀態(tài)，從而得到好的蝕刻質(zhì)量?！u2+濃度的影響因?yàn)镃u2+是氧化劑，所以Cu2+的濃度是影響蝕刻速率的主要因素。研究銅濃度與蝕刻速率的關(guān)系表明：在0－11盎司/加侖時(shí)，蝕刻時(shí)間長(zhǎng)；在11－16盎司/加侖時(shí)，蝕刻速率較低，且溶液控制困難；在18－22盎司/加侖時(shí)，蝕刻速率高且溶液穩(wěn)定；在22－30盎司/加侖時(shí)，溶液不穩(wěn)定，趨向于產(chǎn)生沉淀。注：1加侖（美

5、制）=3.785升1盎司=28.35克1盎司/加侖=28.35/3.785=7.5G/1在自動(dòng)控制蝕刻系統(tǒng)中，銅濃度是用比重控制的。在印制板的蝕刻過程中，隨著銅的不斷溶解，溶液的比重不斷升高，當(dāng)比重超過一定值時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)加氯化銨和氨的水溶液，調(diào)整比重到合適的范圍。一般比重控制在18～240Be’。溶液PH值的影響蝕刻液的PH值應(yīng)保持在8.0～8.8之間。當(dāng)PH值降到8.0以下時(shí)，一方面是對(duì)金屬抗蝕層不利。另一方面，蝕刻液中的銅不能被完全絡(luò)合成銅氨絡(luò)離子，溶液要出現(xiàn)沉淀，并在槽底形成泥狀沉淀。這些泥狀沉淀能在加熱器上結(jié)成硬皮，可能損壞加熱器，還會(huì)堵塞泵和噴嘴，給蝕刻造成困難，如果溶液PH值

6、過高，蝕刻液中氨過飽和，游離氨釋放到大氣中，導(dǎo)致環(huán)境污染。另一方面，溶液的PH值增大也會(huì)增大側(cè)蝕的程度，而影響蝕刻的精度。氯化銨含量的影響通過蝕刻再生的化學(xué)反應(yīng)可以看出:[Cu(NH3)2]1+的再生需要有過量的NH3和NH4Cl存在。如果溶液中缺乏NH4Cl,而使大量的[Cu(NH3)2]1+得不到再生，蝕刻速率就會(huì)降低，以至失去蝕刻能力。所以，氯化銨的含量對(duì)蝕刻速率影響很大。隨著蝕刻的進(jìn)行，要不斷補(bǔ)加氯化銨。但是，溶液中Cl-含量過高會(huì)引起抗蝕層被浸蝕。一般蝕刻液中NH4Cl含量在150g/l左右。溫度的影響蝕刻速率與溫度有很大關(guān)系，蝕刻速率隨著溫度的升高而加快。見圖10-12蝕刻

7、液溫度低于40℃，蝕刻速率很慢，而蝕刻速率過慢會(huì)增大側(cè)蝕量，影響蝕刻質(zhì)量。溫度高于60℃，蝕刻速率明顯增大。但NH3的揮發(fā)量也大大增加，導(dǎo)致污染環(huán)境并使蝕刻液中化學(xué)組份比例失調(diào)。故一般應(yīng)控制在45℃～55℃為宜。5.蝕刻液的調(diào)整?自動(dòng)控制調(diào)整隨著蝕刻的進(jìn)行，蝕刻液中銅含量不斷增加，比重逐漸升高，當(dāng)蝕刻液中銅濃度達(dá)到一定高度時(shí)就要及時(shí)調(diào)整。在自動(dòng)控制補(bǔ)加裝置中，是利用比重控制器控制蝕刻液的比重。當(dāng)比重升高時(shí)，自動(dòng)排放比重過高的溶液，并添加新的補(bǔ)加