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PCB酸性蚀刻速率的原因及结论

蚀刻是利用化学反应方法将PCB显影区域的露铜剥离形成所需电路图形的过程。酸性CuCl2蚀刻液是一种常见的用于抗蚀剂为抗蚀干膜、抗蚀印料、液态感光印料、金镀层的蚀刻药水。

工艺参数对蚀刻速率的影响

1.1 氯化铜浓度对蚀刻速率的影响 
选取盐酸浓度2.0mol/L,氯化钾浓度14g/L,氯酸钠20g/L,添加剂浓度为14g/L,操作温度为50℃,改变氯化铜浓度。考察了不同氯化铜浓度对蚀刻速率的影响,影响结果如图1所示。 

 

PCB酸性蚀刻速率的影响原因及结论

图1 氯化铜浓度对蚀刻速率的影响


从图1中可知,当氯化铜质量浓度小于200g/L时,蚀刻速率随浓度增加而急剧增大;当氯化铜质量浓度为200g/L时,蚀刻速率出现最大值,为14.42μm/min;随着氯化铜质量浓度的进一步增加,刻蚀速率先有所降低。因此,最佳氯化铜质量浓度为200g/L左右。 

1.2 Cu+浓度对蚀刻速率的影响 
选取氯化铜浓度为200g/L,盐酸浓度2.0mol/L,氯化钾浓度14g/L,氯酸钠20g/L,添加剂浓度为14g/L,操作温度为50℃。考察了不同Cu+浓度对蚀刻速率的影响,影响结果如图2所示。 

PCB酸性蚀刻速率的影响原因及结论 

图2 Cu+浓度对蚀刻速率的影响

根据蚀刻反应,铜的蚀刻就会形成一价铜离子,这会显著地降低蚀刻速率。所以,在蚀刻操作中要保持Cu+的含量在一个低的范围内,并要尽可能快地使其重新氧化成Cu2+。 

1.3 HCl浓度对蚀刻速率的影响 
选取氯化铜浓度为200g/L,氯化钾浓度14g/L,氯酸钠20g/L,添加剂浓度为14g/L,操作温度为50℃,改变盐酸浓度。考察了不同HCl浓度对蚀刻速率的影响,影响结果如图3所示。 

 PCB酸性蚀刻速率的影响原因及结论

图3 HCl浓度对蚀刻速率的影响

在氯化铜蚀刻液中Cu2+和Cu+实际上都是以络合离子的形式存在。铜离子由于具有不完全的d轨道电子壳,所以它是一个很好的络合物形成体。一般情况下,可形成4个配位键。当溶液中含有较多的Cl-时,Cu2+是以[CuCl4]2-络离子存在,Cu+是以[CuCl3]2-络离子存在。当盐酸浓度升高时,蚀刻时间减少,并且能够提高溶铜量。但是,盐酸浓度不可太高,否则加大的酸雾不仅影响环境而且对设备腐蚀破坏也加大了,并且随着酸浓度的增加,氯化铜的溶解度迅速降低。 
   

1.4 添加剂浓度对蚀刻速率的影响 

选取氯化铜浓度为200g/L,盐酸浓度2.0mol/L,氯化钾浓度14g/L,氯酸钠20g/L,操作温度为50℃,改变添加剂浓度。考察了不同添加剂浓度对蚀刻速率的影响,影响结果如图4所示。

PCB酸性蚀刻速率的影响原因及结论 

图4 添加剂浓度对蚀刻速率的影响

由图4可知,随着添加剂浓度的增加,蚀刻速率与添加剂浓度呈线性关系。当添加剂浓度为10g/L时,蚀刻速率为13.75μm/min,当添加剂浓度为14g/L时,蚀刻速率为14.41μm/min,当添加剂浓度增至,18g/L时,蚀刻速率可提高到16.32μm/min。但添加剂浓度过高,一方面,添加剂在试样表面结晶,残留物增多,影响试样外观;另一方面,蚀刻液的成本会有所上升。因此,不能一味地增加添加剂的浓度。综合考虑之下,添加剂的浓度控制在10-18g/L即可。 
    

1.5 温度对蚀刻速率的影响 
选取氯化铜浓度为200g/L,盐酸浓度2.0mol/L,氯化钾浓度14g/L,氯酸钠20g/L,添加剂浓度为14g/L,改变温度。考察了不同温度对蚀刻速率的影响,影响结果如图5所示。 

 PCB酸性蚀刻速率的影响原因及结论

图5 温度对蚀刻速率的影响

随着温度的升高,蚀刻速率加快,但是,温度也不宜过高,一般控制在50℃左右。温度太高会引起HCl过多地挥发,造成溶液组份比例失调。另外,如果蚀刻液温度过高,抗蚀层容易损坏。 

 

结论  

(1)酸性蚀刻液的最佳配方为:氯化铜质量浓度200g/L,盐酸浓度1.5-2.5 mol/L,氯酸钠20g/L,氯化钾浓度10-18g/L,添加剂浓度为14g/L。 

(2)操作温度50℃左右。

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