pcb线路板外层电路蚀刻工艺解析

目前，印刷电路板(PCB多层电路板)的典型加工工艺采用“图案电镀法”。也就是说，在铜箔部分预镀一层铅锡耐蚀层，保留在电路板的外层，即电路的图形部分，然后用化学方法蚀刻掉铜箔的其余部分，这就是蚀刻

需要注意的是，此时板上有两层铜。在外蚀刻过程中，只有一层铜必须被蚀刻，完全去除，其余的将形成最终所需的电路。这种类型的图案电镀的特征在于镀铜层仅存在于铅锡抗蚀剂层下方。另一种工艺方法是整块板镀铜，除感光膜外的部分只有锡或铅锡抗蚀层。这个过程叫做“全板镀铜工艺”。与图案电镀相比，整板镀铜最大的缺点是板面各处都要镀铜两次，而且在蚀刻期间都要被腐蚀，所以当线宽度很细的时候，就会出现一系列的问题。同时，侧面腐蚀会严重影响线条的均匀性。

还有一种方法是在PCB电路板外电路的加工工艺中，用感光膜代替金属涂层作为耐腐蚀层。这个方法和内层蚀刻工艺很像，所以内层制造工艺请参考蚀刻。

印刷电路板多层板

目前，锡或铅锡是最常用的防腐层，这是在蚀刻氨蚀刻剂过程中使用。氨剂是一种常用的化学溶液，不与锡或铅锡反应。氨水蚀刻主要指氨水/氯化铵蚀刻溶液。此外，氨水/硫酸铵蚀刻药水也可以在市场上买到。

使用后，以硫酸盐为基础的蚀刻液中的铜可通过电解方法分离，因此可重复使用。由于其腐蚀率低，在实际生产中很少见到，但预计将在无氯的蚀刻使用。有人试图使用硫酸-过氧化氢作为蚀刻试剂来腐蚀外部图形。由于包括经济和废液处理在内的诸多原因，该技术尚未在商业意义上得到广泛应用。此外，硫酸-过氧化氢不能用于铅锡抗蚀层的蚀刻，并且该技术在印刷电路板外层制造方法中不是主要的技术，因此大多数人很少关注它。

2.蚀刻质量与存在的问题

对蚀刻质量的基本要求是完全去除除了抗蚀剂层之下的所有铜层，仅此而已。严格来说，如果要准确定义，蚀刻的质量必须包括线宽度的一致性和侧蚀的程度。由于目前腐蚀性液体的固有特性，它不仅向下而且向左右方向都有蚀刻效应，所以侧面腐蚀几乎是不可避免的。

侧蚀问题通常在蚀刻参数中讨论，该参数定义为侧蚀宽度与蚀刻深度之比，称为蚀刻因子。在印刷电路行业，从1: 1到1: 5变化很大。显然，小侧蚀或低蚀刻因子是最令人满意的。

蚀刻设备的结构和不同的成分蚀刻解决方案将对蚀刻因素或侧腐蚀程度产生影响，或者乐观地说，这是可以控制的。使用一些添加剂可以降低侧腐蚀程度。这些添加剂的化学成分成分一般是商业秘密，其各自的开发者不向外界透露。至于蚀刻设备的结构，下面几章将专门讨论。

从很多方面来说，蚀刻的质量早在印刷电路板进入蚀刻机之前就存在了。因为印刷电路(PCB多层电路板)加工的各种工艺或工序之间有着非常密切的内在联系，没有一个工序不受其他工序或其他工序的影响。很多被认定为蚀刻品质的问题，其实在除膜过程中甚至之前就已经存在。至于外层图形的蚀刻工艺，因为“倒流”比大多数PCB工艺更突出，所以很多问题最终都体现在上面。同时，也是因为蚀刻是从自粘贴到感光，再到外层图案转移成功的一系列漫长过程中的最后一环。链接越多，出现问题的可能性越大。这可以看作是印刷电路生产过程中非常特殊的一个方面。

印制电路板从理论上讲，制电路，印进入到蚀刻，后，在通过图案电镀处理制电路，印的过程中，理想的状态应该是，在：电镀后的铜和锡或铜和铅和锡的总厚度不应超过耐电镀感光膜的厚度，从而使电镀图案被膜两侧的“壁”完全阻挡和嵌入。然而，在实际生产中，世界各地的印和制电路板的电镀图案比电镀后的光敏图案厚得多。在电镀铜和铅锡的过程中，由于镀层高度超过感光膜，有横向堆积的倾向，出现问题。覆盖在导线顶部的tin或铅锡抗蚀剂层向两侧延伸形成“边缘”，边缘下覆盖一小部分感光膜。

锡或铅锡形成的边缘，使得揭膜时无法将感光膜完全揭掉，在边缘下留下一小部分“残胶”。“残胶”或“残膜”残留在抗蚀剂的“边缘”下，会造成蚀刻不完整。线路在蚀刻，后面的两侧形成“铜根”，使线路间距变窄，导致印制造的板不符合甲方的要求，甚至可能被拒收。拒收会大大增加PCB的生产成本。

此外，在许多情况下，由于反应引起的溶解，在印， 制电路工业中，残留的膜和铜可能积聚在腐蚀液中，并堵塞在腐蚀机和耐酸泵的喷嘴处，必须进行清洁和清洗，从而影响工作效率。

三.设备调整和与腐蚀性溶液的相互作用

氨蚀刻是一个微妙而复杂的化学反应过程，在印制电路的加工过程中，另一方面，这是一项轻松的工作。一旦工艺启动，就可以进行连续生产。关键是一旦启动就要保持连续工作，不宜停下来晾干。蚀刻过程在很大程度上取决于设备的良好工作条件。目前无论使用哪种蚀刻液，都必须采用高压喷射，为了获得更整齐的线条和优质的蚀刻效果，必须严格选择喷嘴结构和喷射方式。

为了得到好的剖面效果，出现了很多不同的理论，形成了不同的设计方法和设备结构。这些理论往往大相径庭。然而，所有关于蚀刻的理论都承认这样一个基本原则，即让金属表面尽快与新鲜的蚀刻溶液接触。蚀刻过程的化学机理分析也证实了上述观点。在氨蚀刻，中，假设所有其他参数不变，蚀刻速率主要由蚀刻液体中的氨(NH3)决定。因此，用新鲜溶液与蚀刻表面相互作用主要有两个目的：一是洗掉刚刚产生的铜离子；第二，连续提供反应所需的氨(NH3)。

在印， 制电路工业的传统知识中，特别是在制电路， 印，的原材料供应商中，普遍认为氨蚀刻溶液中单价铜离子的含量越低，反应速度越快，这已被经验所证实。事实上，许多含氨的蚀刻溶液产品含有一价铜离子的特殊配体(一些络合溶剂)，它们的作用是还原一价铜离子(这些是它们产品高反应能力的技术秘密)，这说明一价铜离子的影响不小。当一价铜从5000ppm减少到50ppm时，蚀刻速率将增加一倍以上。

很难将一价铜离子的含量保持接近零，因为在蚀刻反应过程中会产生大量的一价铜离子，并且它们总是与氨的络合基团紧密结合。一价铜可以通过在大气中的氧气作用下将一价铜转化为二价铜来去除。以上目的可以通过喷涂来达到。

这是将空气引入蚀刻箱的功能原因。然而，如果空气过多，溶液中氨的损失会加快，PH值会降低，导致蚀刻速率降低。氨也是溶液中需要控制的变量。一些用户采用将纯氨引入蚀刻储罐的做法，为此，必须增加酸度计控制系统。当自动测量的酸碱度低于给定值时，溶液将自动添加。

在化学蚀刻(也称为光化学蚀刻或PCH)的相关领域，研究工作已经开始并达到蚀刻机器结构设计阶段。在本方法中，使用的溶液是二价铜，而不是氨铜蚀刻。它可能会用于印的制电路工业。在PCH工业中，蚀刻铜箔的典型厚度为5至10密耳，在某些情况下，厚度相当大。其对蚀刻参数的要求往往比印刷电路板行业更严格。有一个来自PCM工业系统的研究结果，还没有正式公布，但是结果会让人耳目一新。由于项目资金的大力支持，研究人员有能力长期改变蚀刻工厂的设计理念，并研究这些改变的结果效果。例如，与锥形喷嘴相比，最好的喷嘴设计是扇形的，喷射歧管(即喷嘴拧入的管道)也有安装角度，可以30度喷射进入蚀刻舱内的工件。如果不进行这种改变，歧管上喷嘴的安装方式将导致每个相邻喷嘴的喷射角度不完全一致。第二组喷嘴的喷射表面与第一组略有不同(它显示了喷射操作)。这样，喷射溶液的形状被叠加或交叉。理论上，如果溶液的形状相互交叉，这部分的喷射力将减小，并且蚀刻表面上的旧溶液不能被有效地冲走以保持新溶液与它接触。这种情况在喷面边缘尤为突出。弹射力比垂直方向小得多。

这项研究发现，最新的设计参数是65磅/平方英寸(4巴)。每个蚀刻过程和每个实际解决方案都有一个最佳注射压力的问题，但目前，蚀刻舱内的注射压力超过30磅每平方英寸(2巴)。有一个原则，即蚀刻溶液的密度(即比重或波美度)越高，最佳注射压力应该越高。当然这不是一个单一的参数。另一个重要参数是控制其在溶液中的反应性的相对迁移率(或迁移率)。

4.关于上部和下部板面，导入边缘的蚀刻状态不同于返回边缘的状态

蚀刻的大量质量问题集中在世界上蚀刻的部分地区板面。理解这一点很重要。这些问题是由于板面蚀刻生产的胶体硬化产品对印刷电路板的影响。胶质结皮堆积在铜表面，一方面影响喷射力，另一方面阻碍新鲜蚀刻溶液的补充，导致蚀刻速度下降。正因为凝胶状结皮的形成和堆积，棋盘上下图形的蚀刻度是不同的。这也使得蚀刻机中的板首部分进入容易被彻底蚀刻，化或容易引起过度腐蚀，因为当时还没有形成堆积，而且蚀刻速度更快。相反，积累已经在板的后部进入形成，这减慢了它的蚀刻速度。

V.蚀刻设备维护

维护蚀刻设备最关键的因素是确保喷嘴清洁无堵塞，以使喷雾顺畅。堵塞或结渣会在射流压力的作用下影响布局。如果喷嘴不干净，会造成蚀刻不均匀，报废整个印刷电路板。

显然，设备的维护是更换损坏的零件和磨损的零件，包括更换喷嘴，喷嘴也有磨损的问题。此外，更关键的问题是保持蚀刻机器不结渣，这在许多情况下都会发生。过多的结渣甚至会影响蚀刻溶液的化学平衡。同样，如果蚀刻溶液中存在过度的化学不平衡，结渣将变得越来越严重。结渣堆积的问题怎么强调都不为过。一旦蚀刻溶液中突然出现大量结渣，通常是溶液平衡有问题的信号。因此，应使用浓盐酸进行适当的清洗或补充溶液。

残膜也会产生熔渣，少量残膜溶解在蚀刻溶液中，形成铜盐沉淀。残膜造成的结渣说明之前的除膜过程不彻底。不良的薄膜去除通常是边缘薄膜和过度电镀的结果。