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凡跃德州玻璃材料有限公司
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蚀刻液_百度文库
作者:凡跃德州   发布时间:2020-11-19 20:16

  三氯化铁蚀刻液在印制电路、电子和金属精饰等工业中被广泛广泛采用,一般用来蚀刻 铜、铜合金、不锈钢、铁及锌、铝等。虽然近些年来越来越要求再生容易,更加环保的蚀刻 液,但由于三氯化铁蚀刻液它的工艺稳定,操作方便,价格便宜,因此还仍然被广大蚀刻加 工企事业单位采用。 三氯化铁蚀刻液适用于网印抗蚀印料、液体感光胶、干膜、镀金抗蚀层等抗蚀层的印制 板的蚀刻。 (但不适用于镍、锡、锡-铅合金等抗蚀层) 1.蚀刻时的主要化学反应 三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化-还原过程。 在铜表面 Fe3+使铜氧化成氯化亚 铜。同时 Fe3+被还原成 Fe2+。FeCl3+Cu →FeCl2+CuCl CuCl 具有还原性,可以和 FeCl3 进一步发生反应生成氯化铜。 FeCl3+CuCl →FeCl2+CuCl2 Cu2+具有氧化性,与铜发生氧化反应: CuCl2+Cu →2CuCl 所以, FeCl3 蚀刻液对 Cu 的蚀刻时靠 Fe3+和 Cu2+共同完成的。 其中 Fe3+的蚀刻速率快, 蚀刻质量好;而 Cu2+的蚀刻速率慢,蚀刻质量差。新配制的蚀刻液中只有 Fe3+,所以蚀刻 速率较快。但是随着蚀刻反应的进行,Fe3+不断消耗,而 Cu2+不断增加。当 Fe3+消耗掉 35%时,Cu2+已增加到相当大的浓度,这时 Fe3+和 Cu2+对 Cu 的蚀刻量几乎相等;当 Fe3+ 消耗掉 50%时,Cu2+的蚀刻作用由次要地位而跃居主要地位,此时蚀刻速率慢,即应考虑 蚀刻液的更新。 一般工厂很少分析和测定蚀刻液中的含铜量,多以蚀刻时间和蚀刻质量来确定蚀刻液的 再生与更新。 蚀刻铜箔的同时,还伴有一些副反应,就是 CuCl2 和 FeCl3 的水解反应: FeCl3+3H2O →Fe(OH)3↓+3HCl CuCl2+2H2O →Cu(OH)2↓+2HCl 生成的氢氧化物很不稳定,受热后易分解: 2Fe(OH)3 →Fe2O3↓+3H2O Cu(OH)2 →CuO↓+H2O 结果生成了红色的氧化铁和黑色的氧化铜微粒,悬浮于蚀刻液中,对抗蚀层有一定的破 坏作用。 2. 影响蚀刻速率的因素 Fe3+的浓度和蚀刻液的温度 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。 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 Fe3+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。一般 蚀刻涂覆网印抗蚀印料、干膜的印制板,浓度可控制在 350Be’左右;蚀刻涂覆液体光致抗 蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)的印制板,浓度则要控制在 420Be’以上。其重量百分比浓度和 比重的关系见表 10-5: 《三氯化铁溶液的组成》 低浓度 最佳浓度 高浓度 浓度(g/l) 365 452~530 608 重量百分比 28 34~38 42 比重 1.275 1.353~1.402 1.450 波美度 31.5 38~42 45 盐酸的添加量 在蚀刻液中加入盐酸,可以抑制 FeCl3 的水解,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,会导致液体光致 抗蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)涂层的印制板只能用低酸度溶液。 目前已经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。 酸性氯化铜蚀刻液 1) 蚀刻机理: Cu+CuCl2→Cu2Cl2 Cu2Cl2+4Cl-→2(CuCl3)22) 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-可以提高蚀刻速率的原因 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 总反应式为:Cu+H2O2+H2SO4→2H2O+CuSO4 2、 蚀刻工艺流程 应用酸性蚀刻液进行蚀刻的典型工艺流程如下: 印制正图像的印制板→检查修版→碱性清洗(可选择)→水洗→表面微蚀刻(可选择) →水洗→检查→酸性蚀刻→水洗→酸性清洗例如 5%~10%HCl→水洗→吹干→检查→去膜 ↑ 再生 应用碱性蚀刻液进行蚀刻的典型工艺流程如下: 镀覆金属抗蚀层的印制板→去膜→ 水洗→吹干→检查修版→碱性蚀刻→用不含 Cu2+的补加液二次蚀刻→水洗→吹干→检查


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