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行業新聞

PCB外層電路的蝕刻工藝

發[Fā]布時間:2017-10-24◇點◇擊數:載入[Rù]中...

在印制電路加(Jiā)工中﹐蝕刻是[Shì]一個較為精細(Xì)和覆雜的化學[Xué]反應過(Guò)程,卻又是一項易于進行的工作。目前,印●刷●[Shuā]電路闆(PCB)加[Jiā]工的典型(Xíng)工藝采用"圖形電鍍法"。即[Jí]先在闆子⋄外⋄層需保留的銅箔部分(Fèn)上,也就是電路的▲圖▲[Tú]形部分上預鍍(Dù)一▾層▾(Céng)鉛[Qiān]錫抗蝕⋄層⋄(Céng),然後用化學方式将其餘的銅箔▽腐▽蝕掉,稱為蝕刻。 

    一.蝕刻的種類 

    ◊要◊[Yào]注意的是,蝕刻時的闆○子○(Zǐ)◇上◇面[Miàn]有兩層銅。在外層蝕(Shí)刻工藝中(Zhōng)僅僅有一層銅(Tóng)是必須◈被◈全(Quán)部蝕刻掉的(De),其餘的将形成最終所需要的▲電▲路。這種∇類∇型的◊圖◊(Tú)形電鍍,其特點是鍍銅層僅存[Cún]在于鉛錫抗蝕層的下面。 

    另[Lìng]外一種工(Gōng)藝方法是▿整▿(Zhěng)個闆子上[Shàng]都鍍銅,◇感◇光(Guāng)膜以外的部分∆僅∆僅是錫或鉛錫抗[Kàng]◊蝕◊[Shí]層。這種工藝稱為“●全●闆鍍(Dù)銅工(Gōng)藝“。與圖形電鍍相◆比◆(Bǐ),全闆鍍銅的最大缺點◆是◆闆面各處都要[Yào]鍍兩次[Cì]銅(Tóng)而(ér)且蝕刻時還必●須●都把(Bǎ)它們腐蝕掉。因此當導線線寬十分精細時将會産生一系列的問題。同時,◇側◇腐蝕會▽嚴▽(Yán)重影響線條的(De)均勻性[Xìng]。 

    在印▽制▽闆外層電路的加工工藝中,還有另外一種方[Fāng]法,就[Jiù]◊是◊用感光膜(Mó)代替⋄金⋄(Jīn)屬鍍層做(Zuò)抗蝕層。這種方(Fāng)法非[Fēi]常近似于内層蝕刻工藝,可以參[Cān]閱内層制作工◊藝◊中的(De)蝕刻。 
目前,錫○或○鉛錫是最常用(Yòng)的抗蝕層,用在[Zài]氨性蝕○刻○劑的蝕刻工藝中.○氨○性蝕刻劑是普遍使用的化工藥液,與錫或(Huò)鉛錫不發生任◊何◊(Hé)化學反[Fǎn]應。氨性蝕(Shí)刻[Kè]劑主要是(Shì)指氨水/氯化氨蝕刻液。 

    此外,在市場上還[Hái]可以買到[Dào]氨水/硫酸氨蝕刻▾藥▾(Yào)液[Yè]。以硫⋄酸⋄鹽為基的蝕刻(Kè)藥液[Yè],使用後,其[Qí]中的銅[Tóng]可[Kě]以用電解的方法分(Fèn)離出來,因此能夠重[Zhòng]複使用。◆由◆[Yóu]于它的腐蝕速率[Lǜ]較低,一(Yī)般在實際生産中不多見(Jiàn),但有望用在無氯蝕刻中。 

    有人試[Shì]驗用硫酸-雙氧水做蝕刻劑來腐蝕[Shí]外層圖形。由于包括經濟◆和◆(Hé)廢液▾處▾理方面等許多原因,這[Zhè]種工藝尚未在商用[Yòng]的[De]意義◊上◊(Shàng)被大量采用.更進一(Yī)步說,硫酸-雙氧水,不能用于鉛錫(Xī)抗蝕層的蝕刻,而這種工藝不是PCB外層制作中的[De]主▲要▲方法,故決大多數人很少問津。 

    二.蝕刻質量及先期存在的[De]問題 

    對[Duì]蝕刻質量的基本要求就是能[Néng]夠将除抗蝕層下面以外的所有銅層完○全○(Quán)去除幹(Gàn)淨,止此而已。從嚴格意義上(Shàng)講,如果要[Yào]精确⋄地⋄界◇定◇,那麼蝕刻(Kè)質量必○須○包括導線線寬的一緻性(Xìng)和(Hé)側蝕程度。由[Yóu]于目前◈腐◈[Fǔ]◈蝕◈液的(De)固有特點,不僅向[Xiàng]下▾而▾且對▾左▾右各方向都(Dōu)産(Chǎn)生蝕刻作用,所以側●蝕●(Shí)幾乎是[Shì]不可避免的。 

    側蝕問題是蝕(Shí)刻參(Cān)數中經常被提出來讨◈論◈(Lùn)的一項,它被▾定▾義為側蝕寬度與蝕刻深度之比, 稱為蝕刻▿因▿(Yīn)子。在印刷電(Diàn)路工業中,它的變[Biàn]化範圍很[Hěn]寬泛,從1:1到1:5。顯然,小的側蝕[Shí]度或低的蝕刻因子是○最○(Zuì)令人滿意[Yì]的。 

    蝕刻設備的◈結◈構及不同[Tóng]成分的蝕刻液都會對蝕◆刻◆因子或側蝕度産生影響,或者用樂觀[Guān]的話來說,可以對[Duì]其進行控制。采用◆某◆些添加(Jiā)劑可以降低側蝕度。這些⋄添⋄(Tiān)加劑的化學成分一般屬于商業秘密,各(Gè)自的研制者是[Shì]不向外界[Jiè]透露的。 

    ∇從∇[Cóng]許[Xǔ]多方面看,蝕刻質量[Liàng]的好壞,早在印制闆進入蝕刻機之前[Qián]就已經存在了。因∇為∇[Wéi]印制電路加工○的○各個工序(Xù)或工藝◆之◆間(Jiān)存在着非常緊[Jǐn]密的◇内◇部聯系,沒有一種不受其它工序影響又不影響其它工藝的工(Gōng)序。許多被認定是◈蝕◈刻質(Zhì)量的問題[Tí],實際上在去膜(Mó)甚至更以前的工藝中已經存在了。 

    對外層圖形的蝕刻[Kè]工藝來說,由于它所體現的“倒溪”現像▿比▿(Bǐ)絕大多數印制闆◆工◆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[De]一個◊長◊(Zhǎng)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,出現問題的可能性▲就▲越大。這可以(Yǐ)看成是印制電路生産過(Guò)程中的一個很特殊的▿方▿面。 

    從理論上[Shàng]講,印(Yìn)制電路進(Jìn)入到蝕刻階[Jiē]段後,在圖[Tú]形電鍍法加工印制電(Diàn)▿路▿的工藝中,理⋄想⋄(Xiǎng)狀态應該是:電鍍後的銅和錫或銅和鉛錫的厚度[Dù]總和不應超∆過∆[Guò]耐電[Diàn]鍍感光膜(Mó)的厚度,使電鍍圖形[Xíng]完全被膜兩側的“牆[Qiáng]”擋住[Zhù]并嵌[Qiàn]在裡面。然而,現▲實▲[Shí]生産中,全世界的印◊制◊[Zhì]電路闆在電[Diàn]鍍後,鍍層圖形◊都◊(Dōu)要大大厚于感(Gǎn)光圖形。在電◊鍍◊銅和鉛○錫○的過程中,由[Yóu]于鍍層[Céng]高度超過了感(Gǎn)光膜,便産生[Shēng]▲橫▲向堆積的趨勢[Shì],問題便由此産生。在[Zài]線條上方覆蓋着的錫或鉛錫抗(Kàng)蝕層向兩側延伸(Shēn),形成[Chéng]了“沿”,把○小○[Xiǎo]部◇分◇[Fèn]感光膜蓋在◇了◇[Le]“沿”下面。 

    錫(Xī)或鉛錫形成的(De)“沿”◊使◊得在去膜時無法将(Jiāng)感光膜徹底去除幹[Gàn]淨,留下一[Yī]小部[Bù]分“殘膠”◈在◈“沿”的下面[Miàn]。“殘膠[Jiāo]”或(Huò)“殘膜”留在了抗蝕劑(Jì)“沿”的下面,将造成不完(Wán)全的蝕刻。線條在蝕刻後兩側形成“銅根”,銅▽根▽使線間距變窄,造成印制闆∆不∆[Bú]符合甲方要求,甚至(Zhì)可能被拒收。由于(Yú)拒(Jù)收便會使PCB的生産◆成◆(Chéng)本大大增加。 

    另外,在許(Xǔ)▽多▽時候(Hòu),由于(Yú)反應而形成溶解,在印制(Zhì)電路工業中,殘膜◊和◊[Hé]銅還可能在腐蝕液中形成⋄堆⋄積并堵在腐蝕機的噴嘴處和耐[Nài]酸泵裡(Lǐ),不得不停機(Jī)處理和[Hé]清潔,而▲影▲響了工作效率。 

    三.設備調整及與◇腐◇蝕溶液(Yè)的相互作用關系(Xì) 

    在印◇制◇[Zhì]電路加工中[Zhōng],氨性蝕刻是一個較為(Wéi)精細(Xì)和複雜的化學反應過(Guò)程。反過[Guò]來說它又▾是▾(Shì)一個易于進行的工作[Zuò]。一旦工藝上調通(Tōng),就可以連續進[Jìn]行生(Shēng)産。關鍵是一旦開機就需保持(Chí)連續[Xù]工作狀态(Tài),不宜幹幹停停。蝕刻工▽藝▽(Yì)在極大的程度(Dù)上依賴設備的良好工●作●狀态。就目(Mù)前來講,無論使用[Yòng]何種蝕[Shí]刻液,必須使用高壓噴淋[Lín],而[ér]且為了獲得較整齊的(De)線條側邊和高質量的⋄蝕⋄刻◈效◈(Xiào)果,必須嚴∆格∆選擇噴嘴的結◆構◆和噴淋方式。 

    ▽為▽得到良好的側面效(Xiào)果,出現了許多不◈同◈的(De)理論,形[Xíng]成不同的設計方式和設備結構。這(Zhè)些[Xiē]理論往往是大(Dà)相徑庭的[De]。但是所有有▽關▽蝕刻的理◆論◆都承認這∇樣∇一條最基∇本∇的原(Yuán)則,即盡量快地讓金屬▾表▾[Biǎo]面◇不◇斷的接▽觸▽新鮮的蝕刻液。對蝕刻過程所進行的∇化∇學機理分[Fèn]析也證實了上述觀點。在氨▽性▽蝕刻中,假定所有其◈它◈參(Cān)數不(Bú)變,那∆麼∆蝕刻(Kè)速率主(Zhǔ)要由蝕刻液中的(De)⋄氨⋄(NH3)來決定。因此用新鮮▾溶▾液與蝕刻表面作(Zuò)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[Tí]供進(Jìn)行反應所需要的(De)氨[ān](NH3)。 


    這就是要将空氣通入蝕◊刻◊箱[Xiāng]的一個功能[Néng]性(Xìng)的原因。但是如果◆空◆氣太多,又會加速溶液中的●氨●損失而使PH值下降[Jiàng],其結果仍使蝕刻速率降低。氨在溶液中也是需要加以(Yǐ)控制的變(Biàn)化量。一些用戶采用将[Jiāng]純氨通入蝕刻[Kè]儲液槽的做法。這樣做必須加[Jiā]一套PH計控制系統。當[Dāng]自動測得的PH結果低于給定值時,溶液便(Biàn)會自動進行添加。 


    在與此相關的化學蝕刻(亦▲稱▲之為光化學(Xué)蝕刻或PCH)領域中,研究工作已經開始,▽并▽達到(Dào)了蝕刻機◇結◇(Jié)構設計的階段。在這(Zhè)種方法中,所使用的溶液為二價銅,不(Bú)是氨-銅蝕刻。它将有可能被用在(Zài)印制[Zhì]電▲路▲[Lù]工業中。在PCH工(Gōng)業中,蝕刻銅箔的典型[Xíng]厚度(Dù)為5到10密耳(mils),有些(Xiē)情況下厚度∆則∆(Zé)相當大。它[Tā]對∇蝕∇刻參量的要[Yào]求經常比PCB工業中(Zhōng)的更為苛刻。 

    四(Sì).關于上下[Xià]闆面,導入邊與後▽入▽[Rù]邊蝕刻狀态不同的問題 

    大量∆的∆涉(Shè)及蝕[Shí]刻質量方面的問(Wèn)題都集中(Zhōng)在上闆面上(Shàng)被蝕刻的部分。了解這一點是(Shì)十分[Fèn]重要的。這些問題來自◆印◆制電路⋄闆⋄的上闆○面○(Miàn)蝕(Shí)刻劑所[Suǒ]産生的膠狀闆結物的影響。膠(Jiāo)狀闆結物堆積在銅(Tóng)表面上,一方[Fāng]面影響[Xiǎng]了噴射力,另一方面[Miàn]阻擋了新●鮮●蝕刻液(Yè)的補充,○造○成了蝕刻速度的降低。正是由[Yóu]于膠狀闆結物的∆形∆成和堆積使得闆子的上▽下▽面圖[Tú]形的蝕[Shí]刻程度不同。這也使⋄得⋄在蝕刻機中闆子先進入的部分容◊易◊(Yì)蝕[Shí]刻的徹底或容易造成過腐蝕,因為(Wéi)那(Nà)時堆積尚[Shàng]未形成,●蝕●刻速度[Dù]較快[Kuài]。反之,闆子後進入[Rù]的部分進(Jìn)入時堆積已(Yǐ)形成,●并●減(Jiǎn)慢其蝕刻速度。 

    ▲五▲.蝕刻設備的維護 

    蝕刻設備維護的最關鍵因素就[Jiù]∆是∆要保證噴嘴的清潔,無阻塞物而使(Shǐ)噴射通暢。▿阻▿塞物[Wù]或結[Jié]渣會在噴射壓力作用下沖擊[Jī]版面。假如噴∆嘴∆不潔,那麼會造成蝕[Shí]刻不均勻而使◆整◆塊PCB報廢(Fèi)。 
 
    明顯地,設備[Bèi]的維護就是更換破損件和磨損件,包括◇更◇[Gèng]換噴嘴,噴嘴同(Tóng)▲樣▲存在磨損[Sǔn]的問題。除此◈之◈外,更為(Wéi)關◆鍵◆[Jiàn]的問題是保持蝕刻(Kè)機不存在結渣,在許多∇情∇況下都會(Huì)出現(Xiàn)結渣堆積.結渣堆積過[Guò]多,甚至會對[Duì]蝕刻液的化學(Xué)平衡産(Chǎn)生影響。同樣,如果蝕刻液出現過量的化學不平衡,結渣(Zhā)就會愈[Yù]加嚴◊重◊。結渣堆積的(De)問題[Tí]怎麼強調都不(Bú)過分。一旦蝕刻液◈突◈(Tū)然出現大量結渣[Zhā]◇的◇情[Qíng]況,通常是一個信号,即溶液的平衡出現問題。這就應該用較強的鹽酸作适當地清潔或對溶液進[Jìn]行補加。 

    殘膜也[Yě]可以産生結渣物,極少量的[De]殘膜▾溶▾[Róng]于蝕刻液中,然後形成銅鹽沉澱。殘膜所(Suǒ)形成的結渣說明前(Qián)道去[Qù]膜工序不(Bú)徹底。去膜不良往往是邊緣膜與過電鍍共同造成的結果。 
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