酸性蚀刻工艺流程教材

六、 常见故障及处理方法：
故障类型 蚀刻速率降低 产生主要原因 1. 蚀刻液的温度低 2.淋压力过低 3.蚀刻液的化学组份控制失 调 络合剂氯离子不足 解决办法 1.调整溶液温度至规定值 2.调整喷淋压力到规定值 3.分析后进行调整
分析后补加盐酸 1.用氢氧化钠中和或者用水 稀释进行调整 2.加强板面清洁处理 3.用光密度表检查曝光时间 4.调整烘烤温度 1.分析后补加盐酸 2.采用5%,盐酸溶液清洗板面 后 再彻底用水清洗干净
3.影响蚀刻速率的因素 影响蚀刻速率的因素较多，但影响较大的是蚀刻 液中的氯离子、一价铜的含量，蚀刻液的温度 及二价铜的浓度等。 1）氯离子含量的影响 氯离子浓度高，蚀刻速率快，在氯化铜蚀刻液 中二价铜和一价铜实际上都以和氯离子的络合 形式存在的。在蚀刻反应过程中，生成Cucl不 易溶于水，而在铜的表面生成一层氯化亚铜膜， 阻止了反应进行。但过量的氯离子能与络合形 成可溶性络离子从铜表面溶解下来，从而提高 了蚀刻速率。
在蚀刻中氯化铜中的二价铜具有氧化性，其会跟铜反应：
Cu+Cucl2→ 2Cucl↓ 形成氯化亚铜（一价铜）越来越多，而二价铜越来越少，蚀刻 能力很快下降，为保证连续的蚀刻能力通过加氯酸钠来进行再 生
6Cucl+NaclO3+6Hcl→ 6Cucl2+3H2O+Nacl
蚀刻液出现沉淀 光致抗蚀剂被破坏
1. 酸过量 2.板面清洗不干净 3. 曝光不适当 4. 涂复液态抗蚀剂时烘烤不 当 在铜表面有黄色或白色沉淀 蚀刻液的氯离子和酸度太低
3. 蚀刻反应机理：
• 铜可以三种氧化状态存在，原子形成Cu°, 蓝 色离子的Cu++以及较不常见 的亚铜离子Cu+。 金属铜可在铜溶液中被氧化而溶解，见下面反 应式（1） Cu°+Cu++ → 2Cu+-------------(1)
4)温度 • 温度升高，蚀刻速率增加，但温度过高 会引起盐酸过多的挥发，导致溶液组分 比例失调。
4.蚀刻液的再生 原理：主要利用氧化剂将溶液中的一价铜 离子氧化成二价铜离子。 方法：通氧气或压缩空气法、氯气法、电 解法、氯酸钠法和双氧水法等等，在此 主要介绍常用的氯酸钠法 再生反应： 6Cucl+NaclO3+6Hcl→ 6Cucl2+3H2O+Nacl
一. 简 介：
显影
蚀刻
褪膜
二、蚀刻质量指标 1）蚀刻因子（蚀刻系数）
抗蚀层
T（铜厚）
X（侧蚀） 基材 Y（过侧）
Hale Waihona Puke Baidu
蚀刻因子=T/X 2）蚀刻均匀性（一般用COV表示，数值小说明均匀性好）
COV=标准偏差/平均值
3）蚀刻速率
三、影响蚀刻特性的因素
1.蚀刻液的化学组成（如有酸性蚀刻与碱性蚀刻之分） 2.蚀刻温度
• 在酸性蚀刻的再生系统，就是将Cu+氧化成 Cu++,因此使蚀刻液能将更多的金属铜咬蚀掉。
直觉的联想，在氯化铜酸性蚀刻液中，Cu++ 及Cu+应是以 CuCl2 及CuCl存 在才对，但事实非完全正确，两者事实上是 以和HCl形成的一庞大错化物存在的： Cu° + H2CuCl4 + 2HCl →2H2CuCl3 ------------- (2) 其中H2CuCl4实际是CuCl2和HCl的络合物，而 H2CuCl3则是 CuCl和HCl的络合物
3. 采用的铜箔厚度：铜箔的厚度对电路图形的导线密度有 着重要影响。铜箔薄，蚀刻时间短，侧蚀就很小；反之， 侧蚀就很大。所以，必须根据设计技术要求和电路图形的 导线密度及导线精度要求，来选择铜箔厚度。同时铜的延 伸率、表面结晶构造等，都会构成对蚀刻液特性的直接影 响。
4.电路的几何形状：电路图形导线在X方向和Y方向的分布位
• 所形成氯化亚铜是不易溶于水的，在有 过量的氯离子存在的情况下，能形成可 溶性的络离子，其化学反应如下： 络合反应： 2Cucl+4cl-→ 2[Cucl3]2• 随着铜的蚀刻，溶液中的一价铜越来越 多，蚀刻能力很快就会下降，以至最后 失去效能。 • 为了保持连续的蚀刻能力，可以通过各 种方式对蚀刻液进行再生，使一价铜重 新转变成二价铜，达到正常蚀刻的工艺 标准。
• 氧化剂为自动添加方式控制，众所周知，蚀刻 铜的过程实际上是一个氧化一还原过程，随着 蚀刻的进行，一价铜离子不断增加，其氧化一 还原电位也发生变化。根据奈恩斯特方程： • E=E0+0.059/n log[Cu2+]/[Cu1+] • E0---标准电极电位（毫伏） • n---反应过程中的得失电子数 • [Cu2+]--- 是二价铜离子浓度 • [Cu1+]---是一价铜离子浓度 • 从上述方程式可以看出，氧化还原电位E 与 [Cu2+]/[Cu1+]的比值有关
2)一价铜含量的影响： • 在蚀刻过程中，随着化学反应的进行， 就会形成一价铜，微量的一价铜存在蚀 刻液内，会显著的降低蚀刻速率。 3)二价铜含量的影响： 二价铜离子浓度低时，蚀刻速率低；太高 时会因蚀刻液粘度、比重的增大蚀刻速 率也会低，所以二份铜含量在规格范围 内（180~210g/L）可达到最佳的蚀刻效 果一般都采用比重方法来控制溶液内的 含铜量。
表面张力越小越有利（温度、润湿剂）
蚀刻过程中，随着铜的不断溶解，蚀刻液的粘度就会增加， 使蚀刻液在基板铜箔表面上流动性就差，直接影响蚀刻效果。
四、氯化铜酸性蚀刻液的特性及蚀刻原理 1.特性 • 蚀刻速率易控制，蚀刻液在稳定的状态下，能 达到高的蚀刻质量； • 溶铜量大； • 蚀刻液容易再生与回收，减少污染。 2.蚀刻原理 • 在蚀刻过程中，氯化铜中的二价铜具有氧化性， 能将印制电路板面上的铜氧化成一价铜， 其化学反应如下： 蚀刻反应： Cu+Cucl2→ 2Cucl↓
五、蚀刻导线图形时应注意的技术问题 1）关于蚀刻均匀度的控制 喷淋压力的调节（上下、左右压力的调整，薄板的压力调整） 从菲林补偿来改善，密线路区和疏线路区采用不同的补偿值 2）操作方式的控制 视图形导线疏密走向确定放板的方向，确保蚀刻液在基板面流动 快，不会产生蚀刻液堆积的问题。 在蚀刻时将导线密面朝下，导线疏的面朝上，以改善电路图形两 面蚀刻的均匀性。
在反应式(2)中可知HCl是消耗品。(2)式可以简化成以下两个反
应式。 Cu°+ H2CuCl4 → CuCl + 2HCl → 2H2CuCl3 + CuCl (不溶) ---------- (3) 2H2CuCl3 (可溶) ---------- (4)
（3）式中因产生CuCl沉淀，会阻止蚀刻反应继续发生，但因 HCl的存在溶解 CuCl，维持了蚀刻的进行。由此可看出HCl是 氯化铜蚀刻中的消耗品，而且是蚀刻速度控制的重要化学品。
置如果不均衡，会直接影响蚀刻液在板面上的流动速度。同样
如果在同板面上的间隔窄的导线部位和间隔宽的导线部位状态
下，间隔宽的导线分布的部位，蚀刻就会过度。所以，这就要
求设计者在电路设计时，就应首先了解工艺上的可行性，尽量
做到整个板面电路图形均匀分布，导线的粗细程度应尽量相一
致。
5.蚀刻设备的影响（喷淋方式、喷管和喷咀设计、摇摆、喷 淋压力调节等因素） 6.流体力学方面的影响（表面张力、粘度）
温度对蚀刻液特性的影响比较大，通常在化学反应过程中，温
度对加速溶液的流动性和减小蚀刻液的粘度，提高蚀刻速率起 着很重要的作用。但温度过高，也容易引起蚀刻液中一些化学 成份挥发，造成蚀刻液中化学组份比例失调，同时温度过高， 可能会造成高聚物抗蚀层的被破坏以及影响蚀刻设备的使用寿 命。因此，蚀刻液温度一般控制在一定的工艺范围内。