蚀刻

蚀刻

蚀刻是指通过化学反应把在线路板上的多余铜箔去掉,以形成一个完整的电路线路,处在图形电镀工艺的后面。

PCB蚀刻后

蚀刻工艺流程为:剥膜→线路蚀刻→剥锡铅

蚀刻工艺

一、剥膜

剥膜在pcb制程中,有两个step会使用,一是内层线路蚀刻后之D/F剥除,二是外层线路蚀刻前D/F剥除(若外层制作为负片制程)D/F的剥除是一单纯简易 的制程,一般皆使用连线水平设备,其使用之化学药液多为NaOH或KOH浓 度在1~3%重量比。注意事项如下: 

1、硬化后之干膜在此溶液下部份溶解,部份剥成片状,为维持药液的效果及后水洗能彻底,过滤系统的效能非常重要.

2、有些设备设计了轻刷或超音波搅拌来确保膜的彻底,尤其是在外层蚀刻后的剥膜, 线路边被二次铜微微卡住的干膜必须被彻底剥下,以免影响线路品质。也有在溶液中加入BCS帮助溶解,但有违环保,且对人体有害。

3、有文献指K(钾)会攻击锡,因此外层线路蚀刻前之剥膜液之选择须谨 慎评估。剥膜液为硷性,因此水洗的彻底与否,非常重要,内层之剥膜 后有加酸洗中和,也有防铜面氧化而做氧化处理者。

二、线路蚀刻

1、蚀铜的机构   

(1)在硷性环境溶液中,铜离子非常容易形成氢氧化铜之沉淀,需加入足够 的氨水使产生氨铜的错离子团,则可抑制其沉淀的发生,同时使原有多 量的铜及继续溶解的铜在液中形成非常安定的错氨铜离子,此种二价的 氨铜错离子又可当成氧化剂使零价的金属铜被氧化而溶解,不过氧化还 原反应过程中会有一价亚铜离子)出现。

即此一反应之中间态亚铜离子之溶解度很差,必须辅助以氨水、氨离子及空气中大量的氧使其继续氧化成为可溶的二价铜离子,而又再成为蚀铜的氧化剂周而复始的继续蚀铜直到铜量太多而减慢为止。故一般蚀刻机之抽风除了排除氨臭外更可供给新鲜的空气以加速蚀铜。   

(2)为使上述之蚀铜反应进行更为迅速,蚀液中多加有助剂,例如:   a. 加速剂 Acceletator 可促使上述氧化反应更为快速,并防止亚铜错离子的沉淀。   b. 护岸剂(Banking agent) 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。

2、设备 

(1)为增加蚀速故需提高温度到48℃以上,因而会有大量的氨臭味弥漫需做适当的抽风,但抽风量太强时会将有用的氨也大量的抽走则是很不 经济的事,在抽风管路中可加适当节流阀以做管制  

(2)蚀刻品质往往因水池效应(pudding)而受限,(因新鲜药液被积水阻挠,无法有效和铜面反应称之水池效应)这也是为何板子前端部份往往有over etch现象, 所以设备设计上就有如下考量:  

a. 板子较细线路面朝下,较粗线路面朝上.  

b. 喷嘴上,下喷液压力调整以为补偿,依实际作业结果来调整其差异.   

c. 先进的蚀刻机可控制当板子进入蚀刻段时,前面几组喷嘴会停止喷 洒几秒的时间.   

d. 也有设计垂直蚀刻方式,来解决两面不均问题,但国内使用并不多 见.目前国内有科茂公司之自制垂直蚀刻机使用中.

3、补充添加控制  

自动补充添加 补充液为氨水,通常以极为灵敏的比重计,且感应 当时温度(因不同温度下 比重有差),设定上下限,高于上限时开始添加氨水,直至低于下限才停止.此 时侦测点位置以及氨水加入之管口位置就非常重要,以免因侦测delay而 加入过多氨水浪费成本(因会溢流掉)

4、设备的日常保养

(1)不使蚀刻液有sludge产生(浅蓝色一价铜污泥),所以成份控制很重要-尤 其是PH,太高或太低都有可能造成.   

(2)随时保持喷嘴不被堵塞.(过滤系统要保持良好状态)   

(3)比重感应添加系统要定期校验.

5、剥锡(铅)   

不管纯锡或各成份比的锡铅层,其镀上的目的仅是抗蚀刻用,因此蚀刻完毕后,要将之剥除,所以此剥锡(铅)步骤仅为加工,未产生附加价值.但以下数点仍须特别注意,否则成本增加是其次,好不容易完成外层线路却在此处造成不良. 

(1)一般剥锡(铅)液直接由供应商供应,配方有多种有两液型,也有单液型,其剥除方式有半溶型与全溶型,溶液组成有氟系/H2O2,HNO3/H2O2等配方.

(2)不管何种配方,作业上有以下潜在问题:    a.攻击铜面.    b.剥除未尽影响后制程.   c.废液处理问题 .    所以剥锡(铅)步骤得靠良好的设备设计,前制程镀锡(铅)厚度控制及药液药效的管理,才可得稳定的品质。外层线路制作完成之后,进行100%检测工作。

判断蚀刻状况好坏的依据

1、突沿

2、侧蚀

3、蚀刻系数因子

4、过蚀

5、蚀刻表面光洁度

6、线间距是否清晰

随着电子产品的微型化,使得线路板的线路向细线路、高密度、细孔径方向走,给蚀刻工艺提出了更高的要求。


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