English
隨著PCB工業的發展（zhǎn）,各種導線之阻抗要求也越來越高，這必（bì）然要求（qiú）導線的寬度控製更加嚴格。為了使榮信公司的工（gōng）程管理人員，尤其是負責蝕刻工序的工藝工程人員對蝕刻工序有一（yī）定的了（le）解，故撰寫此份（fèn）培訓教材，以（yǐ）期有助於生產管理（lǐ）與監控，從麵提高我司（sī）的產品品質。(本教材（cái）以設備為基（jī）礎對蝕（shí）刻工藝進行講解)
2.蝕刻機的基礎原理
1）蝕刻的目的
蝕刻的目的即是將前工序所做出有圖形（xíng）的線路板上的未受保護的非導體部分銅蝕刻去，形成線路。
蝕刻有內層蝕刻和外層（céng）蝕刻，內層采用酸性蝕刻，濕膜或幹膜為抗蝕劑；外層采用堿（jiǎn）性蝕刻，錫鉛為抗蝕劑。
2）蝕刻反應基本（běn）原理
一.酸性氯化銅蝕刻液
1.特性
－蝕刻速度（dù）容易控製（zhì），蝕刻液在（zài）穩定狀態下能達到高的蝕刻質量
－蝕銅量大（dà）
－蝕刻液易再（zài）生（shēng）和回（huí）收（shōu）
2.主要反應原理
蝕刻過程中，CU2+有氧化性，將板麵（miàn）銅氧化成CU+：Cu+ CuCl2→2CuCl
生成的CuCl不溶於水，在過量的氯離子（zǐ）存在下，生（shēng）成可溶性的絡離子：
2CuCl＋4Cl-→2[CuCl3]2-
隨（suí）著反應的進行，CU+越來越多，蝕銅能力下降，需對蝕（shí）刻液再生，使CU+變成CU2+。再（zài）生的方法有以下幾種:通氧氣或壓縮空（kōng）氣再生（反應速（sù）率低)，氯（lǜ）氣再生(反應快，但有毒)，電解再（zài）生（可直（zhí）接回收銅（tóng），但需（xū）電（diàn）解再生（shēng）的設備和較高的（de）電能消耗），次氯酸（suān）鈉再生（成本高，本身較危險），雙氧水再生（shēng）（反應速率快，易（yì）控製).
反應：2CuCl+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O
自（zì）動（dòng）控製添加係統：通過控製蝕刻速度，雙氧水和鹽酸的添加比例，比重和液位，溫（wēn）度等項目，達到自動連續生產。
我司采用此種再生方法（fǎ）。
二.堿性氨類蝕刻（kè）液
1.特（tè）性（xìng）
－不與（yǔ）錫鉛發生任何反應
—易再生，成本低，易回（huí）收
－蝕銅（tóng）速度快，側蝕小，溶（róng）銅能力高，蝕刻速率易控製
2.主（zhǔ）要反應原理
Cu+Cu(NH3)4Cl2→2Cu(NH3)2Cl
4Cu(NH3)2Cl + 4NH3H2O + 4NH4Cl + O2 → 4Cu(NH3)4Cl2+6H2O
以上兩反應（yīng）重複進（jìn）行,因此需要有良好抽（chōu）氣,使噴淋形成 負壓,使空（kōng）氣中的氧氣與藥液充分混合,從而利於蝕刻（kè）反應進行。注意（yì）抽氣不可過（guò）大（dà）,否則造成氨水消耗（hào）量的增大.
二價銅離子在堿性環境下極易生成氫氧化銅沉澱，需加入過量的（de）氨水，使之生成穩定的氨銅錯離子（zǐ）團；過量的氨使反應（yīng）生成的不穩定Cu(NH3)2Cl 再生（shēng）成穩定的具（jù）有氧化性的Cu(NH3)4Cl2，使反應不斷的進行。
生產過程（chéng）中自動控製通過監測PH值（zhí），比重，進行（háng）補加氨（ān）水和新液，而達到（dào）連續生產的目的。
3、蝕刻工藝流程及原理
一.酸性氯（lǜ）化銅蝕刻（kè）
1.工藝流程
2.工藝原理
—顯（xiǎn）影
定義：利用（yòng）碳酸鈉的弱堿性將幹膜上未經紫外線輻射的部分用碳（tàn）酸鈉溶液溶解（jiě），已經紫外線（xiàn）輻射而發生聚合反應的（de）部分保留。
—原理
CO3-2 + ResistCOOH HCO3- + Resist COO-
CO3-2主要為Na2CO3 或K2CO3
ResistTOOH為（wéi）幹膜及油墨（mò）中反（fǎn）應官能（néng）基團，利用（yòng）CO3-2與（yǔ）阻劑中羧基（jī）（COOH）進（jìn）行酸堿（jiǎn）中和反應，形成COO-和H CO3- ，使阻劑形成陰離（lí）子團而剝離。
－蝕刻
定義：將溶解了幹膜（濕膜）而露出的銅麵用酸性氯化銅溶解腐蝕，此過程叫蝕刻。
影響因素（sù）：主要是（shì）溶液中Cl- 、Cu+的含量，溶液的溫度及Cu2+的濃度等。
－褪膜
藥水：NaOH 3+/-0.5%
除泡劑（jì）0.1～0.2％
定義：將線路上的保護膜去掉（diào），露出已加工好的線路。影響褪膜效（xiào）果因素：褪膜溫度及速度，藥水濃度（dù）
注意：褪膜溫度低，速度（dù）慢，藥水（shuǐ）濃度低（dī），會導致褪膜不淨；藥水濃度高，會導致板麵氧化。
褪膜段噴嘴要及時清洗，防止碎片堵塞噴嘴，影響褪膜質量
二（èr）.堿性蝕刻
1.工藝流程
注：整孔工序僅適用於（yú）沉金製板
2.工藝原（yuán）理
－褪（tuì）膜（mó）
定義：用褪菲林液將線路板麵上蓋住的（de）菲林褪（tuì）去,露出（chū）未經線路加工的銅麵.經電鍍工序後的幹膜在堿（jiǎn）性（xìng）褪膜液下溶解（jiě）或部分成片狀脫落,我司使用的是3% ±0.5%氫氧化（huà）鈉溶（róng）液.為（wéi）維（wéi）持藥液的效果,需注意過濾的效果,及時過濾去片狀的幹膜碎,防止堵塞噴嘴.
注：內外層褪膜段使用藥水及控製相同，但外層幹膜厚為1.5mil左右（yòu）,經圖形（xíng）電鍍後，銅厚和錫厚之和通常超過1.5mil，需控製圖形電鍍電流參數防止夾膜（mó），同時（shí）控製褪膜速度以防褪膜不淨而（ér）短路。
－蝕刻（kè）
定義: 用蝕板（bǎn）液將多（duō）餘的底銅蝕去剩下已加（jiā）厚的線路。
控製：隨著反應不斷進行,藥液中氨水（shuǐ）不斷降低,銅離子（zǐ）不斷增加,為保（bǎo）持蝕銅速度（dù）,必需維持（chí）藥水的穩定.我司通過PH計,比重計控製氨（ān）水和新液的自動（dòng）添加,當PH值低時添加氨水;當比重高（gāo）時（shí）添加新液.為使（shǐ）之蝕銅反應進行更為迅速，蝕液中多加有助劑，例如：
a.加速劑(Accelerator) 可促使上述氧化反應更為（wéi）快速，並防止亞銅錯離子的沉澱。
b.護岸劑(Bankingagent) 減少側蝕。
c.壓抑劑(Suppressor)抑（yì）製氨在高溫下的飛散（sàn），抑製銅 的沉澱加速蝕銅的（de）氧化反應。
－新液洗
使用不含有銅離子的NH3.H2O, NH4Cl溶液清除板麵殘留的藥液以及反應生（shēng）成物Cu(NH3)2Cl ,其（qí）極不穩定，易（yì）生成沉澱。
－整孔
除去非鍍通（tōng）孔中的在（zài）沉銅工序所吸附上去的鈀離子, 以防在沉金工序沉上金（jīn）.
－褪錫
使用含銅保護劑的主要（yào）成分為硝酸的藥液，褪去線路上的錫鉛層,露出線路
4）名詞解釋
水池效應
在蝕刻過程中，線路板（bǎn）水（shuǐ）平通過蝕刻機時，因重力作用在（zài）板上麵新鮮藥液被積水（shuǐ）阻撓,無法有效和銅麵反應，稱之（zhī）水池效應。而下麵則無此現象。
蝕刻因子
蝕刻液在蝕刻過（guò）程中，不僅向下而且對左右各方向都產生蝕刻作用，側蝕是不可避免的（de）。側蝕寬度與（yǔ）蝕刻深度之比稱（chēng）之為蝕刻因子。
Etching Factor(蝕刻因子)＝D/C
Undercut=(A-B)/2
5）設備
－內（nèi）外層均采用水平線（xiàn）設備。
－對於堿性蝕刻，為增加蝕刻速度，需提高溫度（dù）到46℃以上，因而有大量的氨臭味（wèi）必須要（yào）有適當的（de）抽風；抽風太大則將氨氣抽走比較浪費，在抽風管內增（zēng）加節流（liú）閥，控製抽風的強度。
－無論何種蝕刻液（yè），都需采用高壓噴淋；為獲得較整齊的線條側邊和高質量的蝕刻效果，須嚴格選擇噴嘴的形（xíng）狀和（hé）噴淋方式。但不論如何選擇，都遵循一基本理論，那就（jiù）是以快速度的讓（ràng）欲蝕刻銅表（biǎo）麵接觸（chù）愈多新鮮的蝕刻（kè）液。
－噴嘴的形狀有錐形（空錐形，實錐形），扇形等，我（wǒ）司采用（yòng）的是扇形噴嘴。與錐形噴嘴相比，的設計是扇形噴嘴。注意集（jí）流管的安裝角度，能對進入蝕刻槽內的製板進行30度噴（pēn）射（shè）。第二（èr）組（zǔ）集流管與組比有所不（bú）同，因噴淋液互相交叉時會降低噴淋的效果，盡量避免出現此種情況。
－蝕刻槽內集流（liú）管的安裝與前進方向（xiàng）比有橫置，豎置和斜置，我司采（cǎi）用的安裝方式（shì）有兩種方（fāng）式（shì）（見下圖）。但擺動方（fāng）向均垂直於運輸方向。
－蝕刻品質往往因水池（chí）效應(pudding)而受限, 這也是為何板（bǎn）
子前端部份往往（wǎng）有overetch現象, 所以設備設計上就有如下
考慮:
a.板子較細（xì）線路麵朝下,較粗線路（lù）麵朝上.
b.噴嘴上,下噴液壓（yā）力調整（zhěng）以為補償,依實際（jì）作業結（jié）果來調整其（qí）差異.
c.先進的蝕刻機可控製當板子進入蝕刻段時,前麵幾組噴嘴（zuǐ）會停（tíng）止噴灑幾秒的時間.
3.技術提升（shēng）部分
1）生產線簡介
1.內層酸性蝕刻
衝、蝕板（bǎn）、褪（tuì）菲林生產線機器（qì）運行參數
衝板、褪膜、褪菲林換藥和補藥標準
2.外層堿（jiǎn）性蝕刻
A)使用（yòng）的是TCM退膜、蝕刻機，設備性能參數：
有效寬度：620mm
行轆速度：0~8m/min
壓（yā）力：2.5kg/cm2
安全性：機械、電氣部分有良好保護，有緊急開關。
B).操作條件
2）生產線維護
設備的（de）日常保養
A.不使蝕刻液有sludge產生(淺藍色一價銅汙泥),當結渣越多，會影（yǐng）響蝕（shí）刻液的（de）化學平衡，蝕刻速率迅速下（xià）降。所以成（chéng）份控（kòng）製很重要－尤其是PH,太高或太低都（dōu）有可能（néng）造成.
B.隨時保持噴嘴不被堵塞.(過濾係統要保持良好狀態（tài）），每周保養時檢查（chá）噴嘴，若（ruò）堵塞則立即清除堵塞物。
C.及時更換破損的噴嘴和配件
D.PH計，比重感應器要定期校驗.
3）生產注意事項
1.嚴格控製退（tuì）膜液（yè）的濃度,以保證（zhèng）幹膜以合適的速度和大小退去,且不易堵塞噴嘴。
2.退（tuì）膜後水洗壓力應大於20PSI，以便除去鍍（dù）層與底銅間的殘膜（mó）和（hé）附在板麵上的殘膜。
3.蝕刻藥水壓力應在18 ~30PSI,過低則（zé）蝕刻（kè）不盡,過高則易打斷藥水的保護膜,造成（chéng）蝕刻過度。
4）影響（xiǎng）蝕刻速率因素分析
一.酸性氯化銅溶液
影響蝕（shí）刻速率的因素有很多，主（zhǔ）要是Cl- ，Cu+含量，溶液溫度及Cu2+濃度。
1.Cl-含量的影響（xiǎng）
在氯化銅蝕刻液中Cl-濃度較多（duō）時，Cu2+和Cu+實（shí）際（jì）上是以絡離子的形式存在（[Cu2+Cl4]2－，[Cu+Cl3]2- ），所以（yǐ）蝕刻液的配製和再生都需要Cl-參加反應，下表為氯離（lí）子溶度與蝕刻（kè）速率關係。
從圖中可以看出：
－當鹽酸溶度升高時，蝕刻時（shí）間減少，但超過6 N酸其鹽酸，揮發量（liàng）大，且（qiě）對造成對（duì）設備的（de）腐蝕，並隨著酸濃度的增加，氯（lǜ）化銅的溶（róng）解度迅速降低。
在氯化銅溶液中發生銅的蝕刻反應時，生成的CuCl2不易溶於水，則在銅的表麵形成一層氯化亞銅膜，這種膜能阻止反（fǎn）應的進一步進行，過量的Cu-能與Cu2Cl2結合形成可溶（róng）性的（de）絡離子[Cu1+Cl3]2-，從銅表麵上溶解下來，從而提高蝕刻速率。
2.Cu+含量的影響
根據蝕刻（kè）反應，隨著銅的（de）蝕刻就會形成一（yī）價銅離（lí）子，較（jiào）微量的Cu+會顯著地降低蝕刻速率。
根（gēn）據奈恩斯物方程：
E－指定濃度下的電極電位
n－ 得失電子數
[ Cu2+ ]－ 二價銅離子（zǐ）濃度
[ Cu+]－ 一價銅離子濃度
Cu+濃度與氧化--還原電位之間的關係
溶液氧化一還原（yuán）反應位與蝕刻速率的關係
從圖中可以看出，隨著Cu+濃度的不斷升高，氧（yǎng）化還原電位不斷下降。當氧化（huà）還原電位在530mu時，Cu1+濃度低於0.4g/l能提供理想的高的和幾乎恒定的蝕刻速率。
3.Cu2+含量的影響
溶液中Cu2+含量（liàng）對蝕刻速率的（de）關係：
當Cu2+低時（shí），反應較緩慢，但當Cu2+達（dá）到（dào）一定濃（nóng）度時也會反應速率降低。
4.溫度對蝕（shí）刻（kè）速率的影響
隨著溫度提（tí）高蝕刻時間越（yuè）短，一般在40-55℃間,當溫度高時會引起HCl過多（duō）地（dì）揮發造成溶液比例失調,另溫度較高也會引起機器損傷及阻蝕層的破壞。
二.堿性氨類蝕刻液
蝕刻液（yè）的PH值，比重（ Cu2+的濃（nóng）度），氯化氨濃度以及蝕刻液的溫度等對（duì）蝕刻速度均有影響。
1.Cu2+含量的影響
－Cu2+過低，蝕刻速率低，且（qiě）溶液控製困難；
－ Cu2+過高，溶液不穩定，易生成沉澱；
－ 須控製Cu2+濃度在115~135g/l，連續（xù）生（shēng）產則通過比重來控製。
2.溶液PH值的影響
－PH值（zhí）過低，對金屬（shǔ）抗蝕層不利；且溶液中的銅不能完全被絡合成銅氨絡離子，溶液要出現沉澱，並在槽底形成泥狀沉澱。這（zhè）些沉澱能結在加熱器上形成硬皮，可能損壞加熱器，還會堵塞泵或噴（pēn）嘴，對蝕刻造成困難。
－PH值過高（gāo），溶液中氨過飽和，遊離到（dào）空氣中汙染環境；且使側蝕增大。
3.氯化氨（ān）含量的（de）影響
－從前麵反應可知，Cu(NH3)2Cl的再生需要過量的NH3和NH4Cl存在。若氯化氨過低，Cu(NH3)2Cl得不到再生，蝕刻速率會降低。
－氯（lǜ）化氨過高，引起抗蝕層被浸蝕。
4.溫度的（de）影響
－蝕（shí）刻速率會隨（suí）著溫度（dù）的升高而（ér）加快；
－蝕刻溫度過低，蝕刻速度會降低，則會增（zēng）大側蝕量，影響蝕刻（kè）質量。
－蝕（shí）刻溫度高（gāo），蝕刻速度明顯增大，但（dàn）氨氣的揮發量（liàng）液增大，既汙（wū）染環境，有（yǒu）增加成本。
5.噴液壓力的影響（xiǎng）
－蝕（shí）刻藥水（shuǐ）壓力（lì）應在18 ~30PSI,過低則蝕刻不盡,過高則易打斷藥水的保（bǎo）護膜,造成蝕刻過度。
5）蝕刻能力提高
一.減少側蝕和（hé）突沿，提高蝕刻因子。
側蝕造成（chéng）突沿，側蝕和突沿降低（dī），蝕刻因（yīn）子會提高（gāo）；突沿過度會造成導線短路，因為突沿會突然斷裂下來，在導線間形成電的（de）連接。嚴重的側蝕則使精細導線的製作成為不可能。
影響側蝕的因素及改善方法
蝕刻方式：浸泡和（hé）鼓泡式會造成（chéng）較大的側蝕，潑濺和（hé）噴淋式側蝕較小，尤其是噴淋式側蝕（shí）小。
蝕刻液種類：不同的蝕刻液化學（xué）組分不同，蝕刻速（sù）度不同，側蝕也不同。通常，堿性氯化銅（tóng）蝕刻液比酸性氯化銅蝕刻液（yè）蝕刻因子大。藥水供應商通常（cháng）會添加輔助劑來降低（dī）側蝕，不同的供（gòng）應商添加的輔助劑不同，蝕刻因子也不同。
蝕（shí）刻運輸速率：運輸速（sù）率慢會造成嚴重的（de）側蝕（shí）。運輸（shū）速率快，板在蝕刻液中停留的時（shí）間（jiān）越（yuè）短，側蝕量也越小。生產過程中，盡量提高（gāo）蝕刻的運輸速度（dù）。 蝕（shí）刻液的PH值：堿性（xìng）蝕刻液，PH值較高時，側蝕增（zēng）大。一般控製PH值在8.5以下。
蝕刻液的比重：堿性蝕刻液的比（bǐ）重太低，會加重側蝕，選擇高銅濃度的（de）蝕刻液對減少側蝕是有利的。
底銅（tóng）厚度：底銅厚度越大，板需在蝕刻液中停留的時間也（yě）越長，側蝕就越大。製作密集細小線路的（de）製板，盡量使用低厚度的銅箔，減小全板鍍（dù）銅厚度。
二.提高板（bǎn）與板之間蝕刻速率的一致性
在連續生產過程中，蝕刻速率越一致，越能獲得蝕刻均勻的板，生產（chǎn）越容易控製（zhì）。因此必須保（bǎo）證溶液始終保持狀態。
－選（xuǎn）擇易再生，蝕刻（kè）速（sù）率易控製的藥水；
－選擇能（néng）提供恒定操作條件的自動控製的工藝和（hé）設備
－通過自動添加來保證溶液（yè）的穩定
－通過噴淋係統或噴嘴的擺（bǎi）動來保證溶液流量的均勻（yún）性
三.提高整個板麵（miàn）蝕刻速率的均（jun1）勻性。
板的上下兩麵以及（jí）板麵各個部位蝕刻均勻性有由板表麵受到蝕刻液流量的均勻（yún）性決定的。
－由於水（shuǐ）池效應的影響，板下麵蝕刻速率高於（yú）上麵，可根（gēn）據實際生產情況調整不同位置噴液壓力達到目的。生產操作中，需（xū）定期（qī）對設備進行檢測和調校。
－板邊緣比板中間蝕刻速率快，也可通過調整（zhěng）壓力解決此問題，另外使噴淋係統擺動也是有效的（de）。
常見問題及改善
6）工序潛力與展（zhǎn）望
隨著未來PCB的發展，如撓性板、密（mì）的線路板的生產將采取相應的措施，比如可將鑽孔後（hòu）之板適當蝕去1/3到1/2的底銅，再做PTH全板，Dryfilm、圖形電鍍即可減少側蝕，從而保證（zhèng）線寬（kuān）足夠。
7）生產安全與環境（jìng）保護
因蝕刻工序使用了強堿(如NaOH)、氨水等化學品（pǐn），生產過程（chéng）中（zhōng）有較大氣味（wèi）產生，同時產生大量廢液、廢渣，故應加強（qiáng）抽風以及及時將廢液、廢渣運走，同時可進行蝕刻（kè）液（yè）循環利用。
