PCB蚀刻技术及问题的分析

目录

摘要 (1)

1.引言 (5)

2.PCB蚀刻技术 (5)

2.1蚀刻方式 (6)

2.2喷淋蚀刻的设备 (7)

3.蚀刻反应的基本原理及故障和排除方法 (9)

3.1酸性氯化铜蚀刻液 (9)

3.2碱性氨类蚀刻液 (13)

4.常见问题及改善和环境保护 (15)

4.1设备的保养 (15)

4.2生产过程中应注意的事项 (15)

4.3生产安全与环境保护 (16)

结语 (16)

致谢 (17)

参考文献 (17)

1. 引言

20世纪的40年代，英国人Paul Eisler博士及其助手，第一个采用了印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)制造整机——收音机，并率先提出了印制电路板的概念。经过多年的研究与生产实践，印制电路产业获得了很大的发展。目前，PCB已广泛用于军事、通信、计算机、自动化等领域，成为绝大多数电子产品达到电路互连不可缺少的主要组成部件。另外，随着集成电路的发明与应用，电子产品的小型化、高性能化，极大地推动了PCB向多层、深孔、微孔及微导电化的方向发展。

随着PCB工业的发展,各种导线之阻抗要求也越来越高，这必然要求导线的宽度控制更加严格. 在生活中的广泛运用，PCB的质量越来越好，越来越可靠，它是设计工艺也越来越多样化，也更加的完善。蚀刻技术在PCB设计中的也越来越广泛。蚀刻技术是利用化学感光材料的光敏特性, 在基体金属基片两面均匀涂敷感光材料采用光刻方法, 将胶膜板上栅网产显形状精确地复制到金属基片两面的感光层掩膜上通过显影去除未感光部分的掩膜, 将裸露的金属部分在后续的加工中与腐蚀液直接喷压接触而被蚀除, 最终获取所需的几何形状及高精度尺寸的产品技术蚀刻技术。为了我们更好的学习了解PCB蚀刻工序的工艺技术及过程中易出现的问题。

但随着人类的进步和科技的发展，蚀刻技术面临着许多的新的课题，比如环境污染，工艺复杂、不简化，工艺材料对人体有害，部分资源循环利用性不强等。本文就将结合上述问题对PCB蚀刻技术作些介绍，并对工艺改进途径方面做些探讨。

2. PCB蚀刻技术

据我了解最早的蚀刻技术是利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光阻覆盖的部分，而达到蚀刻的目的，这种蚀刻方式也就是所谓的湿式蚀刻。因为湿式蚀刻是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具有方向性的，因此湿式蚀刻过程为等向性质的，一般而言此方式不足以定义3微米以下的线宽的，但对于3微米以上的线宽定义湿式蚀刻仍然为一种可选择采用的技术形式。

蚀刻的最终目的其实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，形成线路。

蚀刻有内层蚀刻和外层蚀刻，内层采用酸性蚀刻，湿膜或干膜为抗蚀剂；外层采用碱性蚀刻，锡铅为抗蚀剂。

蚀刻一共有两大类分别是：1：干式蚀刻; 2:湿式蚀刻。

随着未来PCB的发展，如挠性板、密的线路板的生产将采取相应的措施，比如可将钻孔后之板适当蚀去1/3到1/2的底铜，再做PTH全板，Dryfilm、图形电镀即可减少侧蚀，从而保证线宽足够，对蚀刻技术提出了更高的要求。

2.1．蚀刻的方式

蚀刻的方式主要有浸泡、鼓泡、泼溅和喷淋蚀刻。浸泡和鼓泡蚀刻会造成较大的侧蚀，泼溅和喷淋蚀刻产生的侧蚀较小，尤以喷淋蚀刻所得产品的侧蚀最小，蚀刻效果最好。

2.1.1浸泡蚀刻

浸泡的操作方式是：把板子整个浸入到一个装满蚀刻液的槽中，利用溶液的直接接触产生蚀刻，如图2-1所示。浸泡蚀刻因为接触铜面的蚀刻液更新慢通常需要很长的时间，可以通过加热蚀刻溶液的方法来提高蚀刻速度。这种方法适用于小型板或原型板。浸泡蚀刻为了增加氧化性，提高化学反应速率，通常使用添加了过硫酸盐或过氧化氢的硫酸的溶液作为蚀刻液。

图2-1 浸泡蚀刻

2.1.2鼓泡蚀刻

鼓泡蚀刻这项技术是在浸泡蚀刻技术上做了一些修改，它的不同之处在于向蚀刻槽中通入空气产生气泡，气泡具有搅拌作用，保证工作板表面有持续新鲜的蚀刻液，将已经溶解了的金属冲掉。提高蚀刻液的氧化能力，使蚀刻快速进行，如图2-2所示。

图2-2 鼓泡蚀刻

2.1.3泼溅蚀刻

泼溅蚀刻的原理是把一个叶片连接到一个电动机的转轴上，当电动机转动起来时，蚀刻液在离心力的作用下喷洒到需蚀刻的板子上，设计如图2-3所示。泼溅蚀刻比鼓泡蚀刻要好，优点是蚀刻均匀且侧蚀小，缺点是每一次只能蚀刻有限的几块板子。

图2-3 泼溅蚀刻

2.1.4喷淋蚀刻

喷淋蚀刻是目前常用的蚀刻方式，其作用原理是在压力作用下通过喷嘴将蚀刻溶液从槽中均匀地抽上来喷洒在板子的表面，并不断循环把新鲜的溶液喷洒在板子上，赶走蚀刻后的残留溶液，具有很高的蚀刻速率。

下列因素决定了蚀刻的均匀程度：喷嘴的喷洒样式、喷洒量的一致性和喷嘴排放位置的均匀性；蚀刻液的化学腐蚀能力、泵的压力。

图2-4 喷淋蚀刻系统示意图

2.2．喷淋蚀刻设备

一般来说，在闭路循环再生系统中板子要连续地蚀刻，都采用喷淋蚀刻系统。喷淋蚀刻系统的蚀刻速率高、侧蚀小、细纹分辨率好。在印制电路板的蚀刻中经常用酸性或碱性氯化铜蚀刻液蚀刻覆铜板，系统设备应该选用耐酸或耐碱的基体材料制作，比如PVC 。

2.2.1喷淋蚀刻系统的传送方式

板子在蚀刻机内部进行蚀刻时，有两种放置形式：即水平放置和垂直放置。(1) 水平传送――水平喷淋

这种技术在顶部和底部有两排各自独立控制的喷嘴。双侧水平蚀刻主要用于生产双面板，水平喷淋蚀刻系统如图2-5所示。

图2-5 水平喷淋蚀刻系统示意图

现在使用的主流设备是水平传送喷淋式蚀刻机。水平传送目前多采用滚轮传送，板子随着滚轮前进，上下都有空隙可喷淋溶液于板面。装载滚轮的辊轴转动，有靠链条带动或齿轮带动，相对而言齿轮传动平稳可靠。需要注意的四传送滚轮之间有间隙，这就使得小尺寸板及柔软的板不能传送，因此要考虑滚轮的密度，或附加“过桥”，使得小尺寸板与挠性板也能传送，已有设备称能传送最薄26µm的薄片。

(2) 垂直传送――垂直喷淋

垂直传送蚀刻是通过将板子放置在架子上，这样板子可以下降到喷洒盒的区域。随着大量的，喷嘴上下或左右运动来进行蚀刻，以达到理想的效果，如图2-6所示。

2-6垂直喷淋蚀刻系统示意图

2.2.2 喷淋蚀刻的喷淋方式

为了使溶液能全面地喷淋到板子表面每个部位，并促使板面溶液加快流动，可采