PCB酸性蝕刻速率的原因及結論

蝕刻是利用化學反應方法將PCB顯影區域的露銅剝離形成所需電路圖形的過程。酸性CuCl2蝕刻液是一種常見的用于抗蝕劑為抗蝕干膜、抗蝕印料、液態感光印料、金鍍層的蝕刻藥水。

工藝參數對蝕刻速率的影響

1.1 氯化銅濃度對蝕刻速率的影響 
選取鹽酸濃度2.0mol/L，氯化鉀濃度14g/L，氯酸鈉20g/L，添加劑濃度為14g/L，操作溫度為50℃，改變氯化銅濃度?？疾炝瞬煌然~濃度對蝕刻速率的影響，影響結果如圖1所示。 

圖1 氯化銅濃度對蝕刻速率的影響

從圖1中可知，當氯化銅質量濃度小于200g/L時，蝕刻速率隨濃度增加而急劇增大；當氯化銅質量濃度為200g/L時，蝕刻速率出現最大值，為14.42μm/min；隨著氯化銅質量濃度的進一步增加，刻蝕速率先有所降低。因此，最佳氯化銅質量濃度為200g/L左右。 

1.2 Cu+濃度對蝕刻速率的影響 
選取氯化銅濃度為200g/L，鹽酸濃度2.0mol/L，氯化鉀濃度14g/L，氯酸鈉20g/L，添加劑濃度為14g/L，操作溫度為50℃?？疾炝瞬煌珻u+濃度對蝕刻速率的影響，影響結果如圖2所示。 

圖2 Cu+濃度對蝕刻速率的影響

根據蝕刻反應，銅的蝕刻就會形成一價銅離子，這會顯著地降低蝕刻速率。所以，在蝕刻操作中要保持Cu+的含量在一個低的范圍內，并要盡可能快地使其重新氧化成Cu2+。 

1.3 HCl濃度對蝕刻速率的影響 
選取氯化銅濃度為200g/L，氯化鉀濃度14g/L，氯酸鈉20g/L，添加劑濃度為14g/L，操作溫度為50℃，改變鹽酸濃度?？疾炝瞬煌琀Cl濃度對蝕刻速率的影響，影響結果如圖3所示。 

圖3 HCl濃度對蝕刻速率的影響

在氯化銅蝕刻液中Cu2+和Cu+實際上都是以絡合離子的形式存在。銅離子由于具有不完全的d軌道電子殼，所以它是一個很好的絡合物形成體。一般情況下，可形成4個配位鍵。當溶液中含有較多的Cl-時，Cu2+是以[CuCl4]2-絡離子存在，Cu+是以[CuCl3]2-絡離子存在。當鹽酸濃度升高時，蝕刻時間減少，并且能夠提高溶銅量。但是，鹽酸濃度不可太高，否則加大的酸霧不僅影響環境而且對設備腐蝕破壞也加大了，并且隨著酸濃度的增加，氯化銅的溶解度迅速降低。 
   

1.4 添加劑濃度對蝕刻速率的影響 

選取氯化銅濃度為200g/L，鹽酸濃度2.0mol/L，氯化鉀濃度14g/L，氯酸鈉20g/L，操作溫度為50℃，改變添加劑濃度?？疾炝瞬煌砑觿舛葘ξg刻速率的影響，影響結果如圖4所示。

圖4 添加劑濃度對蝕刻速率的影響

由圖4可知，隨著添加劑濃度的增加，蝕刻速率與添加劑濃度呈線性關系。當添加劑濃度為10g/L時，蝕刻速率為13.75μm/min，當添加劑濃度為14g/L時，蝕刻速率為14.41μm/min，當添加劑濃度增至,18g/L時，蝕刻速率可提高到16.32μm/min。但添加劑濃度過高，一方面，添加劑在試樣表面結晶，殘留物增多，影響試樣外觀；另一方面，蝕刻液的成本會有所上升。因此，不能一味地增加添加劑的濃度。綜合考慮之下，添加劑的濃度控制在10-18g/L即可。 
    

1.5 溫度對蝕刻速率的影響 
選取氯化銅濃度為200g/L，鹽酸濃度2.0mol/L，氯化鉀濃度14g/L，氯酸鈉20g/L，添加劑濃度為14g/L，改變溫度?？疾炝瞬煌瑴囟葘ξg刻速率的影響，影響結果如圖5所示。 

圖5 溫度對蝕刻速率的影響

隨著溫度的升高，蝕刻速率加快，但是，溫度也不宜過高，一般控制在50℃左右。溫度太高會引起HCl過多地揮發，造成溶液組份比例失調。另外，如果蝕刻液溫度過高，抗蝕層容易損壞。 

結論  

（1）酸性蝕刻液的最佳配方為：氯化銅質量濃度200g/L，鹽酸濃度1.5-2.5 mol/L，氯酸鈉20g/L，氯化鉀濃度10-18g/L，添加劑濃度為14g/L。 

（2）操作溫度50℃左右。