酸性蚀刻液

※目前业界最常用的即为H2O2/HCl系统和NaClO3/HCl系统这两种酸 性蚀刻液。
酸性蚀刻液的概况
酸性蚀刻反应原理分析
以NaClO3/HCl系统为例 1.1、蚀铜反应：铜可以三种氧化状态存在，板面上的金属铜Cu0，蚀刻槽液 中的蓝色离子Cu2+ ，以及较不常见的亚铜离子Cu+ 。金属铜Cu0可在蚀刻槽 液中被Cu2+氧化而溶解，见下面反应式（1） 3Cu + 3CuCl2 → 6CuCl ------------- （1） 1.2、再生反应：金属铜Cu0被蚀刻槽液中的Cu2+氧化而溶解，所生成的2Cu+ 又被自动添加进蚀刻槽液中的氧化剂和HCl经过系列反应氧化成Cu2+，而这些 Cu2+又继续跟板面上的金属铜Cu0发生反应，因此使蚀刻液能将更多的金属铜 Cu0咬蚀掉。这就是蚀刻液的循环再生反应，见下面反应式（2） 6CuCl + NaClO3 + 6HCl → 6CuCl2 + 3H2O + NaCl ------------- （2） 1.3、净反应： 3Cu + NaClO3 + 6HCl → 3CuCl2 + 3H2O + NaCl ------------- （3）
酸性蚀刻液的概况
一、氯化铁/盐酸
FeCl3 w/w约40%，HCl约5%，能蚀铜约70克/公升 ������ FeCl ������ ������ 3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl 补充HCl防止沉淀 蚀刻原理： FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl -----------（1） FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2--------（2） CuCl2 + Cu → 2CuCl---------------------（3） （3）式取代（1）式进行蚀铜反应
2CuCl + Cl2 → 2CuCl2
净反应： Cu + Cl2 → CuCl2
※ 因为氯气管理比较困难，目前只有在美国比较大的PCB厂使用
三、双氧水／盐酸
最高可蚀刻铜约160克/公升 Cu + CuCl2 → 2CuCl HCl的酸值控制在2~3N 2CuCl + H2O2 + 2HCl → 2CuCl2 + 2H2O 净反应：Cu + H2O2 + 2HCl →CuCl2 + 2H2O
※双氧水贮存/稳定性较困难，而且实际消耗盐酸，比用氯气法成本高
酸性蚀刻液的概况
四、氯酸钠Байду номын сангаас盐酸
最高可蚀刻铜约180克/公升 3Cu + 3CuCl2 → 6CuCl HCl之酸值控制在2.5N以下 6CuCl + NaClO3 + 6HCl → 6CuCl2 + 3H2O + NaCl 净反应： 3Cu + NaClO3 + 6HCl → 3CuCl2 + 3H2O + NaCl ������ ������ ������ ������ ������ ������ ������ 优点：A 于双氧水法比较，盐酸的反应量相同，但盐酸带出量则因浓度为 2.5N一下而大量减少。 B 氯化钠氧化当量为双氧水的三倍，所以双氧水使用量为氯化钠的三倍。 ������ ������ ������ ������ C 目前国外大量使用成本约低于双氧水法10～15%，而且试用小于4mil细 线生产fine line制作。
若发生下列反应则会发生沉淀物
4CuCl2 + FeCl2 + O2 → 2CuCl Cu O + FeCl3 （黑绿色）
※目前多使用于铁/镍合金蝕刻，如导线架业，PCB厂较少使用。
酸性蚀刻液的概况
二、氯气／盐酸
最高可蚀刻铜约180克/公升 Cu + CuCl2 → 2CuCl 加入1～3N HCl使反应加快，但盐酸不 参与反应，只有带出消耗。
生成的氯 化亚铜不 易溶于水 在铜的表 面形成膜
阻止反 应进一 步进行
过量Cl-与 氯化亚铜 络合形成 可溶性的 络离子 (CuCl3)2-
从铜表 面上溶 解下来
提高蚀 刻速率
影响蚀刻液的因素
Cu+浓度的影响
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。
实际生产中通常采用比重法，控制铜含量为120~150克/升
酸、碱性蚀刻液的比较
性能对比
碱性蚀刻液 控制 蚀刻速度 补充药液 自动控制成本 毒性
温度、比重及PH值 约1mil/min 氨水 低 低 因有金属馁错合物, 较不易处理
酸性蚀刻液
温度、比重、HCl及ORP(氧化/还原电位) 约0.5mil/min
H2O2、HCl
高
高
PH调整即可分离出铜渣
水洗水处理
影响蚀刻液的因素
影响蚀刻速率 主要因素 Cl-的浓度 Cu+的浓度 Cu2+的浓度 蚀刻液的温度
Cl-浓度的影响
当盐酸浓度升高时 蚀刻时间减少 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-可以提高蚀刻速率的原因 氯化铜 溶液中 发生铜 的蚀刻
酸、碱性蚀刻液的比较
组成与特点
碱性蚀刻液 主要成分
氯化铜、盐酸、 氯化钠或氯化胺 一般适用于多层印制板的外层 电路图形的制作或微波印制板 阴板法直接蚀刻图形的制作
酸性蚀刻液
氯化铜、氨水、氯化氨, 补助成 分为氯化钻、氯化钠、氯化胺或 其它含硫化合物以改善特性 一般适用于多层印制板的内层 电路图形的制作及纯锡印制板 的蚀刻 图形电镀之金属抗蚀层如镀覆金、 ������ 镍、锡铅合金
适用领域 抗蚀剂
������干膜、液态光致抗蚀剂等
������ 1.蚀刻速率易控制, 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, 从而减 少污染
������
主要特点
1.蚀刻速率快,可达70μm/min以上 侧蚀小 2.溶铜能力高, 蚀刻容易控制 3.蚀刻液能连续再生循环使用, 成本低
在蚀刻操作中要保持Cu+的含量在一个低的范围内 Cu2+浓度的影响
Cu2+浓度低于2mol/L时 蚀刻速率较低 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 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