蚀刻退锡培训教材

2. 工艺流程
退膜1#，2#，3# →水洗→蚀刻1#,2#→补偿蚀刻→氨 水洗→水洗→酸洗→水洗→干板→出板 3. 反应机理
3.1 褪膜
定义：用褪膜液将线路板面上盖住的干膜褪去,露 出未经线路加工的铜面. 经电镀工序后的干膜在碱性褪膜液下溶解或部分成片状 脱落, 去膜情形为膨胀剥离再细分化。业界一般使用的 是3%-5%氢氧化钠溶液，而我司则使用有机碱（4180）与 氢氧化钠.槽液温度则在47－53℃范围。为维持药液的效 果,需注意过滤的效果,及时过滤掉片状的干膜碎,防止堵 塞喷嘴.
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由于上述优缺点，业界使用物美价廉，使用环 保的双氧水系统和氯酸钠系统，而我司使用氯酸钠系 统，以下将重点讲述其工作原理。 Cu2Cl2+6HCl+ClO3- → 2CuCl2+3H2O 要获得恒定的蚀刻速率，即一定的反应电压，根 据能斯特方程可得知：HCl，ClO3-和CuCl2含量比例必 须在一定的范围内才能得到一定的蚀刻速率，因此必 须对此三种药水进行管控，我司加药器的管控参数如 下：
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3.2.3 为使之蚀铜反应进行更为迅速，蚀刻液中多加有助 剂： a. 加速剂(Accelerator) 可促使上述氧化反应更为快速， 并防止亚铜离子的沉淀。 b. 护岸剂(Banking agent) 减少侧蚀。 c. 压抑剂(Suppressor)抑制氨在高温下的飞散，抑制铜 的沉淀加速蚀铜的氧化反应。 3. 4. 氨水洗 使用不含有Cu2+的氨水洗去板面的Cu(NH3)2Cl （其极不稳定，易沉淀）等固体和残留药水。 酸洗 使用4%盐酸除去板面氧化和污物。现已改成氨 水，作为蚀刻后第二道氨水洗。
镀锡 镀铜 干膜 镀锡 镀铜 底铜
底铜
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3.2 蚀刻
定义: 用蚀板液将多余的铜蚀去,只剩下已加厚的线路。 碱性氨类蚀刻主要反应原理 不具有蚀刻能力 A、CuCl2＋4NH3 →Cu(NH3)4Cl2 B、Cu+Cu(NH3)4Cl2 → 2Cu(NH3)2Cl C、4Cu(NH3)2Cl + 4NH3H2O + 4NH4Cl + O2 →4Cu(NH3)4Cl2+6H2O 从上述反应可看出，蚀刻铜需要消耗氨分子和氯化铵。因此，在蚀刻过 程中，随着铜的溶解，应不断补充氨水和氯化铵. 3.2.1 以上两反应重复进行,因此需要有良好抽气,使喷淋形成负压,使 空气中的氧气与药液充分混合,从而有利于蚀刻反应持续进行。注意抽 气量不可过大,因氨水易挥发，若抽气量大，氨水带出量增多，则造成 氨水消耗量增多，PH值下降。 3.2.2 蚀刻反应实质就是铜离子的氧化还原反应： Cu2+ +Cu→ 2Cu+
控制方法
偏高 偏低
PH值
侧蚀大 且氨气溢出 污染空气 溶液不稳 定，易生 成沉淀
8.2-8.9
加大 抽风
补充 氨水
Cu2+ （ 波美度）
135-165 g/l
添加 子液
蚀光铜 板
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碱性蚀刻速率的影响因素
控制方法 影响 因素 偏高 偏低 控制 范围 偏高 偏低
故障类型 蚀刻速率降低
由于工艺参数控制不当引 检查及调整温度、喷淋压力、溶液比重、PH 起的 值和氯化铵的含量等工艺参数到规定值 1、氨的含量过低 2、水稀释过量 3、溶液比重过大 1、调整PH值到达工艺规定值； 2、调整严格按工艺规定执行； 3、排放出部分比重高的溶液，经分析后补 加氯化铵和氨的水溶液，使蚀刻液的比 重调整到工艺允许的范围 1、调整到合适的PH值； 2、调整氯离子尝试到规定值
1. 侧蚀：即发生在抗蚀层图形下面导线侧壁的蚀刻称为侧
蚀,以X表示,侧蚀量的大小,是指最大侧向蚀刻宽度,侧蚀 愈小愈好。侧蚀与蚀刻液类型、药水组成和所使用的蚀刻 工艺及设备等有关。
2. 蚀刻因子：蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而且对左
右各方向都产生蚀刻作用，侧蚀是不可避免的。侧蚀宽度 与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子（即A=T/X）。
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水池效应
图3 上下板面喷淋液流向
板面流 向
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图4 喷淋液在板面成水池
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六、常见问题及处理方法
产生主要原因 解决办法
碱性氯化铜蚀刻液蚀刻故障类型、产生原因和解决方法
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退膜最主要的品质隐患是退膜不净，它会导致蚀板不足及短路。它 的水洗也很重要，如果水洗不净，会导致板面污染，同时会把碱 液带入到蚀刻液中污染蚀刻液。在退膜后如果不是马上进行蚀刻 的，要及时烘干或浸泡DI水，以免铜面氧化导致蚀板不净。 注：外层干膜厚为1.5mil（约40um)左右,经图形电镀后，铜厚和锡 厚之和通常超过1.5mil，需控制图形电镀电流参数防止夹菲林 （即夹膜），同时控制褪膜速度以防褪膜不净而蚀板不净导致 短路。
2.3 蚀刻运输速率：运输速率慢会造成严重的侧蚀。运输速 率快，板在蚀刻液中停留的时间越短，侧蚀量也越小。生产 过程中，应尽量提高蚀刻的运输速度。 2.4 蚀刻液的PH值：碱性蚀刻液，PH值较高时，侧蚀增大。PH 值较低时溶液黏性增大，对抗蚀层有腐蚀作用。一般PH值控 制在8.2与8.9之间。
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目录
一、蚀刻的目的及分类 二、碱性蚀刻工艺流程及反应机理 三、酸性蚀刻工艺流程及反应原理 四、蚀刻速率的影响因素分析 五、影响蚀刻品质的因素及改善方法 六、蚀刻常见问题及处理方法 七、除钯退锡的介绍及退锡常见问题 八、生产安全及环境保护
双氧水再 生 （次）氯 酸 钠再生
Cu2Cl2+2HCl+H2O2 → 2CuCl2+2H2O
2Cu2Cl2+4HCl+2ClO-(ClO3-) → 4CuCl2+2H2O+2Cl-
易控制 安全
可以直接 回收多余 的铜
较贵
电解再生
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阳极：Cu+ → Cu2+ +ejetchem
再生设备投入 较大且要消耗 较多的电能
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三、酸性蚀刻的工艺流程及反应原理
1. 示意图 负片蚀刻
干膜 底铜 基材
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2. 工艺流程 蚀刻1#, 2# →水洗 → 退膜1#，2#，3# →水洗 →干板 3. 反应机理 反应方程式：Cu+CuCl2 → Cu2Cl2 形成的Cu2Cl2是不易溶于水的，在有过量的Cl-存在下，能 形成可溶性的络合离子，其反应如下： Cu2Cl2 + 4Cl- → 2[CuCl3]2-. 随着铜的蚀刻，溶液中的Cl-越来越多，蚀刻能力很快就会 下降，直到最后失去效能。因此在生产过程中须保持持续 加药,以保证Cl-的浓度稳定。为保持蚀刻能力，可以用溶 液再生的方式将Cu+重新生成Cu2+。为保证蚀刻能力，业界 主要再生方式有以下：
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手动调节
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酸性蚀刻速率的影响因素
影响 因素 控制方法 偏高 偏低 控制范围 偏高 影响络合反应 甚至生成沉淀 依药水种 类不一 450-650 MV 偏低
[CuCl3]2-易再生 Cl-含量 [CuCl4]2－， 加快反应速率 氧化还 原电位 加快
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干膜或湿膜
锡或金层 主要用于 碱性 (内部也有 外层正片 蚀刻 干膜或湿膜) 蚀刻
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二、碱性蚀刻工艺流程及其反应原理
1. 示意图
正片蚀刻
锡层 镀铜层
干膜 底铜 基材
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2.1 蚀刻方式：浸泡和鼓泡式会造成较大的侧蚀，泼溅和喷 淋式侧蚀较小，尤其是喷淋侧蚀最小。
2.2 蚀刻液种类：不同的蚀刻液化学组分不同，蚀刻速度不 同，侧蚀也不同。通常，碱性氯化铜蚀刻液比酸性氯化铜蚀 刻液蚀刻因子大。药水供应商通常会添加辅助剂来降低侧 蚀，不同的供应商添加的辅助剂不同，蚀刻因子也不同。
項目 S.G HCl(N) orp(mv) NaClO3 2+ Cu (g/L)
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槽液分析項目及管控范 管控范围 测量方法&仪器 1.280 - 1.450 光学密度感应器 2.0 - 3.50 450 – 650 当量计算/电位计 20-50cap 120 – 240 化学分析
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一、蚀刻的目的及分类
1、蚀刻的目的 蚀刻的目的即是将前工序所做出有图形的线路板上 的未受保护的非导体部分铜蚀刻去，形成所需要的线路 图形。 2、蚀刻的分类
分类 酸性 蚀刻 抗蚀层 使用范围 主要用于 内外层负 片蚀刻 特点 1.蚀刻速率容易控制，蚀刻液在稳 定状态下能达到高的蚀刻质量；2. 溶铜量大；3.蚀刻液容易再生与回 收，减少污染；4.成本较高。 1.不与锡铅发生任何反应；2.易再 生，成本低，易回收；3.蚀铜速度 快，侧蚀小，溶铜能力高，蚀刻速 率易控制。
加蚀 板盐
氯离子 浓度
Cu(NH3)2Cl得不 抗蚀层被浸蚀 到再生，蚀刻速 率会降低 蚀刻速度明显 增大，但氨气 蚀刻速度会下 的挥发量液增 降，则会减少侧 大，既污染环 蚀量 境，又增加成 本
165-200 g/l
添加子液
蚀刻液 的温度
45-55℃
加热
冷却
喷液 压力
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蚀刻速度会增 蚀刻速度会降低， 0.10-0.35 加，则会增大 则会减少侧蚀量 Mpa 侧蚀量
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再生方法 氧气或压 缩空气再 生
反应方程式 2Cu2Cl2+4HCl+O2 → 4CuCl2+2H2O
优点 便宜
缺点 再生反应 速率很低
氯气再生
Cu2Cl2+Cl2 → 2CuCl2
成本低， 氯气易溢出， 再生速 会 率快 污染环境 环保易 控制 易分解爆 炸且昂贵
3. 影响板面蚀刻均匀性的因素及改善方法
板的上下两面以及板面各个部位蚀刻均匀性由板表面所受蚀刻液 流量的均匀性决定的。 3.1 由于水池效应的影响，板下面蚀刻速率高于上面，可根 据实际生产情况调整不同位臵喷液压力达到目的,一般情况 板上表面的压力要稍大于下表面,具体按实际生产情况调 节压力。生产操作中，需定期对设备进行检测和调校。 3.2 板边缘比板中间蚀刻速率快，也可通过调整压力解决此 问题，另外使喷淋系统摆动也是有效的。 3.3 通过喷淋系统或喷嘴的摆动来保证溶液流量的均匀性。
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2.5 蚀刻液的比重：碱性蚀刻液的比重太低，会加重侧蚀，选择高 铜浓度的蚀刻液对减少侧蚀是有利的。 Cu2+一般控制在135－ 165g/l。 2.6 底铜厚度：底铜厚度越大，板需在蚀刻液中停留的时间也越 长，侧蚀就越大。制造细密线路的PCB，在满足客户要求的情况下 尽量使用薄的铜箔，减小全板镀铜厚度。
一般不分析
降低
按比例补充盐 酸和氧化剂
Cu2+含 量 温度
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速率升高 速率增加，盐酸 挥发增加，药水 易失调
速率降低 速率降低
120 240 g/L 47-51℃
Hale Waihona Puke Baidu自动加 DI水 冷却
蚀光 铜板 加热
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五、影响蚀刻品质的因素及改善方法
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酸性蚀刻加药器简易图
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四、影响蚀刻速率因素分析
碱性蚀刻速率的影响因素 影响 因素 偏高 偏低 攻击金属抗蚀 层；易沉淀，还 会堵塞泵或喷 嘴，而影响蚀刻 效果。 蚀刻速率低，且 溶液控制困难 控制 范围