一.概述
　　目前,印刷電路板(PCB)加工的典型工藝采用"圖形電鍍法"。即先在板子外層需留存的銅箔部門(mén)上，也就是電路的圖形部門(mén)上預(yù)鍍一層鉛錫抗蝕層，然后用化學(xué)方式將其余的銅箔侵蝕掉,稱為蝕刻。圖1所示的，為圖形電鍍后板子橫截面的情況。
　　在圖1狀態(tài)下,印制板 的整體厚度是整個(gè)加工過(guò)程中之最，以后將逐漸減薄，直到阻焊涂覆工藝。圖1的下一道工藝是去膜，即將銅層上鉛錫部門(mén)以外的感光保護(hù)膜剝離掉。
　　圖2表示了去膜后板子的橫截面。
　　接下去的工藝就是蝕刻。
　　要留意的是,這時(shí)的板子上面有兩層銅.在外層蝕刻工藝中僅僅有一層銅是必需被全部蝕刻掉的,其余的將形成終極所需要的電路。這種類型的圖形電鍍,其特點(diǎn)是鍍銅層僅存在于鉛錫抗蝕層的下面。另外一種工藝方法是整個(gè)板子上都鍍銅,感光膜以外的部門(mén)僅僅是錫或鉛錫抗蝕層（見(jiàn)圖3）。這種工藝稱為“全板鍍銅工藝“。與圖形電鍍比擬,全板鍍銅的最大缺點(diǎn)是板面各處都要鍍兩次銅而且蝕刻時(shí)還必需都把它們侵蝕掉。因此當(dāng)導(dǎo)線線寬十分精細(xì)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生一系列的題目。同時(shí),側(cè)侵蝕（見(jiàn)圖4）會(huì)嚴(yán)峻影響線條的平均性。
　　在印制板外層電路的加工工藝中，還有另外一種方法，就是用感光膜代替金屬鍍層做抗蝕層。這種方法非常近似于內(nèi)層蝕刻工藝，可以參閱內(nèi)層制作工藝中的蝕刻。
　　目前，錫或鉛錫是最常用的抗蝕層,用在氨性蝕刻劑的蝕刻工藝中.氨性蝕刻劑是普遍使用的化工藥液，與錫或鉛錫不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。氨性蝕刻劑主要是指氨水/氯化氨蝕刻液。此外，在市場(chǎng)上還可以買(mǎi)到氨水/硫酸氨蝕刻藥液。
　　以硫酸鹽為基的蝕刻藥液,使用后,其中的銅可以用電解的方法分離出來(lái),因此能夠重復(fù)使用。因?yàn)樗那治g速率較低，一般在實(shí)際出產(chǎn)中未幾見(jiàn),但有望用在無(wú)氯蝕刻中。有人試驗(yàn)用硫酸-雙氧水做蝕刻劑來(lái)侵蝕外層圖形。因?yàn)榘ń?jīng)濟(jì)和廢液處理方面等很多原因,這種工藝尚未在商用的意義上被大量采用.更進(jìn)一步說(shuō),硫酸-雙氧水，不能用于鉛錫抗蝕層的蝕刻，而這種工藝不是PCB外層制作中的主要方法，故決大多數(shù)人很少問(wèn)津。
　　二.蝕刻質(zhì)量及先期存在的題目
　　對(duì)蝕刻質(zhì)量的基本要求就是能夠?qū)⒊刮g層下面以外的所有銅層完全去除干凈，止此而已。從嚴(yán)格意義上講，假如要精確地界定，那么蝕刻質(zhì)量必需包括導(dǎo)線線寬的一致性和側(cè)蝕程度。因?yàn)槟壳扒治g液的固有特點(diǎn)，不僅向下而且對(duì)左右各方向都產(chǎn)生蝕刻作用，所以側(cè)蝕幾乎是不可避免的。
　　側(cè)蝕題目是蝕刻參數(shù)中常常被提出來(lái)討論的一項(xiàng),它被定義為側(cè)蝕寬度與蝕刻深度之比, 稱為蝕刻因子。在印刷電路產(chǎn)業(yè)中，它的變化范圍很寬泛，從1：1到1：5。顯然，小的側(cè)蝕度或低的蝕刻因子是最令人滿足的。
　　蝕刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)及不同成分的蝕刻液都會(huì)對(duì)蝕刻因子或側(cè)蝕度產(chǎn)生影響，或者用樂(lè)觀的話來(lái)說(shuō)，可以對(duì)其進(jìn)行控制。采用某些添加劑可以降低側(cè)蝕度。這些添加劑的化學(xué)成分一般屬于貿(mào)易秘密，各自的研制者是不向外界透露的。至于蝕刻設(shè)備的結(jié)構(gòu)題目，后面的章節(jié)將專門(mén)討論。
　　從很多方面看，蝕刻質(zhì)量的好壞，早在印制板進(jìn)入蝕刻機(jī)之前就已經(jīng)存在了。由于印制電路加工的各個(gè)工序或工藝之間存在著非常緊密的內(nèi)部聯(lián)系，沒(méi)有一種不受其它工序影響又不影響其它工藝的工序。很多被認(rèn)定是蝕刻質(zhì)量的題目，實(shí)際上在去膜甚至更以前的工藝中已經(jīng)存在了。對(duì)外層圖形的蝕刻工藝來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗w現(xiàn)的“倒溪”現(xiàn)像比絕大多數(shù)印制板工藝都凸起，所以很多題目最后都反映在它上面。同時(shí)，這也是因?yàn)槲g刻是自貼膜，感光開(kāi)始的一個(gè)長(zhǎng)系列工藝中的最后一環(huán)，之后，外層圖形即轉(zhuǎn)移成功了。環(huán)節(jié)越多，泛起題目的可能性就越大。這可以看成是印制電路出產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)很特殊的方面。 從理論上講，印制電路進(jìn)入到蝕刻階段后，其圖形截面狀態(tài)應(yīng)如圖2所示。在圖形電鍍法加工印制電路的工藝中，理想狀態(tài)應(yīng)該是:電鍍后的銅和錫或銅和鉛錫的厚度總和不應(yīng)超過(guò)耐電鍍感光膜的厚度,使電鍍圖形完全被膜兩側(cè)的“墻”擋住并嵌在里面。然而,現(xiàn)實(shí)出產(chǎn)中，全世界的印制電路板在電鍍后，鍍層圖形都要大大厚于感光圖形。在電鍍銅和鉛錫的過(guò)程中，因?yàn)殄儗痈叨瘸^(guò)了感光膜，便產(chǎn)生橫向堆積的趨勢(shì)，題目便由此產(chǎn)生。在線條上方籠蓋著的錫或鉛錫抗蝕層向兩側(cè)延伸，形成了“沿”，把小部門(mén)感光膜蓋在了“沿”下面（見(jiàn)圖5）。
　　錫或鉛錫形成的“沿”使得在去膜時(shí)無(wú)法將感光膜徹底去除干凈，留下一小部門(mén)“殘膠”在“沿”的下面（見(jiàn)圖六）?！皻埬z”或“殘膜”留在了抗蝕劑“沿”的下面，將造成不完全的蝕刻。線條在蝕刻后兩側(cè)形成“銅根”，銅根使線間距變窄，造成印制板不符合甲方要求，甚至可能被拒收。因?yàn)榫苁毡銜?huì)使PCB的出產(chǎn)本錢(qián)大大增加。
　　另外，在很多時(shí)候，因?yàn)榉磻?yīng)而形成溶解，在印制電路產(chǎn)業(yè)中,殘膜和銅還可能在侵蝕液中形成堆積并堵在侵蝕機(jī)的噴嘴處和耐酸泵里，不得不停機(jī)處理和清潔，而影響了工作效率。
　　三.設(shè)備調(diào)整及與侵蝕溶液的相互作用關(guān)系
　　在印制電路加工中，氨性蝕刻是一個(gè)較為精細(xì)和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。反過(guò)來(lái)說(shuō)它又是一個(gè)易于進(jìn)行的工作。一旦工藝上調(diào)通，就可以連續(xù)進(jìn)行出產(chǎn)。樞紐是一旦開(kāi)機(jī)就需保持連續(xù)工作狀態(tài),不宜干干停停。蝕刻工藝在極大的程度上依靠設(shè)備的良好工作狀態(tài)。就目前來(lái)講，不管使用何種蝕刻液，必需使用高壓噴淋，而且為了獲得較整潔的線條側(cè)邊和高質(zhì)量的蝕刻效果，必需嚴(yán)格選擇噴嘴的結(jié)構(gòu)和噴淋方式。
　　為得到良好的側(cè)面效果,泛起了很多不同的理論,形成不同的設(shè)計(jì)方式和設(shè)備結(jié)構(gòu)。這些理論往往是大相徑庭的。但是所有有關(guān)蝕刻的理論都承認(rèn)這樣一條最基本的原則，即盡量快地讓金屬表面不斷的接觸新鮮的蝕刻液。對(duì)蝕刻過(guò)程所進(jìn)行的化學(xué)機(jī)理分析也證明了上述觀點(diǎn)。在氨性蝕刻中，假定所有其它參數(shù)不變，那么蝕刻速率主要由蝕刻液中的氨（NH3）來(lái)決定。因此用新鮮溶液與蝕刻表面作用,其目的主要有兩個(gè)：一是沖掉剛剛產(chǎn)生的銅離子；二是不斷提供進(jìn)行反應(yīng)所需要的氨（NH3）。
　　在印制電路產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)知識(shí)里,特別是印制電路原料的供給商們,大家公認(rèn),氨性蝕刻液中的一價(jià)銅離子含量越低，反應(yīng)速度就越快.這已由經(jīng)驗(yàn)所證明。事實(shí)上，很多的氨性蝕刻液產(chǎn)品都含有一價(jià)銅離子的特殊配位基（一些復(fù)雜的溶劑），其作用是降低一價(jià)銅離子(這些等于他們的產(chǎn)品具有高反應(yīng)能力的技術(shù)秘訣 ),可見(jiàn)一價(jià)銅離子的影響是不小的。將一價(jià)銅由5000ppm降至50ppm，蝕刻速率會(huì)進(jìn)步一倍以上。
　　因?yàn)槲g刻反應(yīng)過(guò)程中天生大量的一價(jià)銅離子，又因?yàn)橐粌r(jià)銅離子老是與氨的絡(luò)合基牢牢的結(jié)合在一起,所以保持其含量近于零是十分難題的。通過(guò)大氣中氧的作用將一價(jià)銅轉(zhuǎn)換成二價(jià)銅可以去除一價(jià)銅。用噴淋的方式可以達(dá)到上述目的。
　　這就是要將空氣通入蝕刻箱的一個(gè)功能性的原因。但是假如空氣太多，又會(huì)加速溶液中的氨損失而使PH值下降，其結(jié)果仍使蝕刻速率降低。氨在溶液中也是需要加以控制的變化量。一些用戶采用將純氨通入蝕刻儲(chǔ)液槽的做法。這樣做必需加一套PH計(jì)控制系統(tǒng)。當(dāng)自動(dòng)測(cè)得的PH結(jié)果低于給定值時(shí)，溶液便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行添加。
　　在與此相關(guān)的化學(xué)蝕刻（亦稱之為光化學(xué)蝕刻或PCH）領(lǐng)域中,研究工作已經(jīng)開(kāi)始，并達(dá)到了蝕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段。在這種方法中,所使用的溶液為二價(jià)銅，不是氨-銅蝕刻。它將有可能被用在印制電路產(chǎn)業(yè)中。在PCH產(chǎn)業(yè)中，蝕刻銅箔的典型厚度為5到10密耳（mils），有些情況下厚度則相稱大。它對(duì)蝕刻參量的要求常常比PCB產(chǎn)業(yè)中的更為苛刻。 有一項(xiàng)來(lái)自PCM產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中的研究成果，目前尚未正式發(fā)表，但其結(jié)果將是令人線人一新的。因?yàn)橛休^雄厚的項(xiàng)目基金支持，因此研究職員有能力從長(zhǎng)遠(yuǎn)意義上對(duì)蝕刻裝置的設(shè)計(jì)思惟進(jìn)行改變,同時(shí)研究這些改變所產(chǎn)生的效果。好比,與錐形噴嘴比擬，最佳的噴嘴設(shè)計(jì)采用扇形，并且噴淋集流腔（即噴嘴擰進(jìn)去的那段管子）也有一個(gè)安裝角度,能對(duì)進(jìn)入蝕刻艙中工件呈30度噴射.假如不進(jìn)行這樣的改變，那么集流腔上噴嘴的安裝方式會(huì)導(dǎo)致每個(gè)相鄰噴嘴的噴射角度都不是完全一致的。第二組噴嘴各自的噴淋面與第一組相對(duì)應(yīng)的略有不同（見(jiàn)圖八，它表示了噴淋的工作情況）。這樣使噴射出的溶液外形成為疊加或交叉的狀態(tài)。從理論上講，假如溶液外形相互交叉，那么該部門(mén)的噴射力就會(huì)降低，不能有效地將蝕刻表面上的舊溶液沖掉而保持新溶液與其接觸。在噴淋面的邊沿處，這種情況尤其凸起。其噴射力比垂直方向的要小得多。
　　這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),最新的設(shè)計(jì)參數(shù)是65磅/平方英寸（即4+Bar）。每個(gè)蝕刻過(guò)程和每種實(shí)用的溶液都有一個(gè)最佳的噴射壓力的題目,而就目前來(lái)講，蝕刻艙內(nèi)噴射壓力達(dá)到30磅/平方英寸（2Bar）以上的情況微乎其微。有一個(gè)原則，即一種蝕刻溶液的密度（即比重或玻美度）越高，最佳的噴射壓力也應(yīng)越高。當(dāng)然這不是單一的參數(shù)。另一個(gè)重要的參數(shù)是在溶液中控制其反應(yīng)率的相對(duì)淌度（或遷移率）。
　　四.關(guān)于上下板面,導(dǎo)入邊與后入邊蝕刻狀態(tài)不同的題目
　　大量的涉及蝕刻質(zhì)量方面的題目都集中在上板面上被蝕刻的部門(mén)。了解這一點(diǎn)是十分重要的。這些題目來(lái)自印制電路板的上板面蝕刻劑所產(chǎn)生的膠狀板結(jié)物的影響。膠狀板結(jié)物堆積在銅表面上，一方面影響了噴射力，另一方面阻擋了新鮮蝕刻液的增補(bǔ)，造成了蝕刻速度的降低。恰是因?yàn)槟z狀板結(jié)物的形成和堆積使得板子的上下面圖形的蝕刻程度不同。這也使得在蝕刻機(jī)中板子提高前輩入的部門(mén)輕易蝕刻的徹底或輕易造成過(guò)侵蝕，由于那時(shí)堆積尚未形成，蝕刻速度較快。反之，板子后進(jìn)入的部門(mén)進(jìn)入時(shí)堆積已形成，并減慢其蝕刻速度。
　　五.蝕刻設(shè)備的維護(hù)
　　蝕刻設(shè)備維護(hù)的最樞紐因素就是要保證噴嘴的清潔，無(wú)梗阻物而使噴射的通暢。梗阻物或結(jié)渣會(huì)在噴射壓力作用下沖擊版面。如果噴嘴不潔，那么會(huì)造成蝕刻不平均而使整塊PCB報(bào)廢。
　　顯著地，設(shè)備的維護(hù)就是更換破損件和磨損件，包括更換噴嘴，噴嘴同樣存在磨損的題目。除此之外，更為樞紐的題目是保持蝕刻機(jī)不存在結(jié)渣，在很多情況下都會(huì)泛起結(jié)渣堆積.結(jié)渣的堆積過(guò)多，甚至?xí)?duì)蝕刻液的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響。同樣,假如蝕刻液泛起過(guò)量的化學(xué)不平衡，結(jié)渣就會(huì)愈加嚴(yán)峻。結(jié)渣堆積的題目怎么夸大都不外分。一旦蝕刻液溘然泛起大量結(jié)渣的情況，通常是一個(gè)信號(hào)，即溶液的平衡泛起題目。這就應(yīng)該用較強(qiáng)的鹽酸作適當(dāng)?shù)厍鍧嵒驅(qū)θ芤哼M(jìn)行補(bǔ)加。
　　殘膜也可以產(chǎn)生結(jié)渣物，極少量的殘膜溶于蝕刻液中，然后形成銅鹽沉淀。殘膜所形成的結(jié)渣說(shuō)明前道去膜工序不徹底。去膜不良往往是邊沿膜與過(guò)電鍍共同造成的結(jié)果。

 

上一篇：高密度封裝和高速化需求
下一篇談?wù)勗谌嵝噪娐分械牟牧线x擇
溫馨提示：
凡在本公司進(jìn)行電路板克隆業(yè)務(wù)的客戶，必須有合法的PCB設(shè)計(jì)版權(quán)來(lái)源聲明，以保護(hù)原創(chuàng)PCB設(shè)計(jì)版權(quán)所有者的合法權(quán)益；