蚀刻液分类及工艺流程

蚀刻液分类及工艺流程

一、目前PCB业界使用的蚀刻液类型有六种类型：

酸性氯化铜碱性氯化铜氯化铁过硫酸铵硫酸/铬酸硫酸/双氧水蚀刻液前三种常用。

二、各种蚀刻液特点

酸性氯化铜蚀刻液

1) 蚀刻机理：Cu+CuCl2→Cu2Cl2 Cu2Cl2+4Cl-→2(CuCl3)2-

2) 影响蚀刻速率的因素：影响蚀刻速率的主要因素是溶液中Cl-、Cu+、Cu2+的含量及蚀刻液的温度等。

a、Cl-含量的影响：溶液中氯离子浓度与蚀刻速率有着密切的关系，当盐酸浓度升高时，蚀刻时间减少。在含有6N的HCl溶液中蚀刻时间至少是在水溶液里的1/3，并且能够提高溶铜量。但是，盐酸浓度不可超过6N，高于6N盐酸的挥发量大且对设备腐蚀，并且随着酸浓度的增加，氯化铜的溶解度迅速降低。添加Cl-可以提高蚀刻速率，原因是：在氯化铜溶液中发生铜的蚀刻反应时，生成的Cu2Cl2不易溶于水，则在铜的表面形成一层氯化亚铜膜，这种膜能够阻止反应的进一步进行。过量的Cl-能与Cu2Cl2络合形成可溶性的络离子(CuCl3)2-，从铜表面上溶解下来，从而提高了蚀刻速率。

b、Cu+含量的影响：根据蚀刻反应机理，随着铜的蚀刻就会形成一价铜离子。较微量的Cu+就会显著的降低蚀刻速率。所以在蚀刻操作中要保持Cu+的含量在一个低的范围内。

c、Cu2+含量的影响：溶液中的Cu2+含量对蚀刻速率有一定的影响。一般情况下，溶液中Cu2+浓度低于2mol/L时，蚀刻速率较低；在2mol/L时速率较高。随着蚀刻反应的不断进行，蚀刻液中铜的含量会逐渐增加。当铜含量增加到一定浓度时，蚀刻速率就会下降。为了保持蚀刻液具有恒定的蚀刻速率，必须把溶液中的含铜量控制在一定的范围内。

d、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45~55℃范围内。温度太高会引起HCl过多地挥发，造成溶液组分比例失调。另外，如果蚀刻液温度过高，某些抗蚀层会被损坏。

碱性氯化铜蚀刻液

1) 蚀刻机理：CuCl2+4NH3→Cu(NH3)4Cl2

Cu(NH3)4Cl2+Cu→2Cu(NH3)2Cl

2) 影响蚀刻速率的因素：蚀刻液中的Cu2+浓度、pH值、氯化铵浓度以及蚀刻液的温度对蚀刻速率均有影响。

a、Cu2+离子浓度的影响：Cu2+是氧化剂，所以Cu2+的浓度是影响蚀刻速率的主要因素。研究铜浓度与蚀刻速率的关系表明：在0~82g/L时，蚀刻时间长；在82~120g/L时，蚀刻速率较低，且溶液控制困难；在135~165g/L时，蚀刻速率高且溶液稳定；在165~225g/L时，溶液不稳定，趋向于产生沉淀。

b、溶液pH值的影响：蚀刻液的pH值应保持在8.0~8.8之间，当pH值降到8.0以下时，一方面对金属抗蚀层不利；另一方面，蚀刻液中的铜不能被完全

络合成铜氨络离子，溶液要出现沉淀，并在槽底形成泥状沉淀，这些泥状沉淀能在加热器上结成硬皮，可能损坏加热器，还会堵塞泵和喷嘴，给蚀刻造成困难。如果溶液pH值过高，蚀刻液中氨过饱和，游离氨释放到大气中，导致环境污染；同时，溶液的pH值增大也会增大侧蚀的程度，从而影响蚀刻的精度。

c、氯化铵含量的影响：通过蚀刻再生的化学反应可以看出：[Cu(NH3)2]+的再生需要有过量的NH3和NH4Cl存在，如果溶液中缺乏NH4Cl，大量的[Cu(NH3)2]+得不到再生，蚀刻速率就会降低，以致失去蚀刻能力。所以，氯化铵的含量对蚀刻速率影响很大。随着蚀刻的进行，要不断补加氯化铵。

d、温度的影响：蚀刻速率与温度有很大关系，蚀刻速率随着温度的升高而加快。蚀刻液温度低于40℃，蚀刻速率很慢，而蚀刻速率过慢会增大侧蚀量，影响蚀刻质量；温度高于60℃，蚀刻速率明显增大，但NH3的挥发量也大大增加，导致污染环境并使蚀刻液中化学组分比例失调。故温度一般控制在45~55℃为宜。

氯化铁蚀刻液

1) 蚀刻机理：FeCl3+Cu→FeCl2+CuCl FeCl3+CuCl→FeCl2+CuCl2 CuCl2+Cu→2 CuCl

2) 影响蚀刻速率的因素：

a、Fe3+浓度的影响：Fe3+的浓度对蚀刻速率有很大的影响。蚀刻液中Fe3+浓度逐渐增加，对铜的蚀刻速率相应加快。当所含超过某一浓度时，由于溶液粘度增加，蚀刻速率反而有所降低。

b、蚀刻液温度的影响：蚀刻液温度越高，蚀刻速率越快，温度的选择应以不损坏抗蚀层为原则，一般在40~50℃为宜。

c、盐酸添加量的影响：在蚀刻液中加入盐酸，可以抑制FeCl3水解，并可提高蚀刻速率，尤其是当溶铜量达到37.4g/L后，盐酸的作用更明显。但是盐酸的添加量要适当，酸度太高，会导致液态光致抗蚀剂涂层的破坏。

d、蚀刻液的搅拌：静止蚀刻的效率和质量都是很差的，原因是在蚀刻过程中在板面和溶液里会有沉淀生成，而使溶液呈暗绿色，这些沉淀会影响进一步的蚀刻。

过硫酸铵蚀刻液

蚀刻机理：Cu+(NH4)2S2O8→CuSO4+(NH4)2SO4

(NH4)2S2O8+H2O→H2SO4+(NH4)2SO4+(O) Cu+(O) +

H2SO4→CuSO4+H2O 若添加银作为催化剂，Ag++ S2O82-→2SO42-+ Ag3+ Ag3++Cu→Cu2++ Ag+

硫酸/铬酸蚀刻液

蚀刻机理：CrO3+H2O→H2CrO4

2H2CrO4+3Cu→Cr2O3+3CuO+2H2O

Cr2O3+3CuO+6H2SO4→Cr2(SO4)3+3CuSO4+6H2O 总反应式为：

2CrO3+3Cu+6H2SO4→Cr2(SO4)3+3CuSO4+6H2O

硫酸/双氧水蚀刻液

蚀刻机理：H2O2→H2O+(O) Cu+(O) →CuO CuO+H2SO4→H2O+CuSO4