PCB外層電(diàn)路的蝕(shí)刻工藝

在(zài)印制電路加工中﹐蝕刻是一個較為精細和覆雜的化學反應過程,卻又是一項易于進行的工作。目前,印刷(shuā)電路闆(PCB)加工的典型工藝采用"圖形電(diàn)鍍法"。即(jí)先在闆子外層需保留的銅(tóng)箔部分上，也就是電路的圖形部分上預鍍一層(céng)鉛(qiān)錫抗蝕(shí)層，然後用化學方式将其餘的銅箔腐(fǔ)蝕掉,稱為蝕刻。 

    一(yī).蝕刻(kè)的種類 

    要注意的是，蝕刻時的闆子上面有兩層銅。在外層蝕刻工藝中僅僅有一層銅是必須(xū)被全部蝕刻掉的(de)，其餘的将形成最終所需(xū)要的電路。這種(zhǒng)類型的圖形電鍍,其特點是鍍銅層僅存在于鉛錫抗蝕(shí)層的下面。 

    另外一種工藝方法是(shì)整個闆子上都鍍銅，感光膜以外的部分僅僅是錫或鉛錫抗蝕層。這種工藝稱為“全(quán)闆鍍銅工藝“。與圖形電鍍相比,全闆鍍銅的最大(dà)缺點是闆面各處都要(yào)鍍兩次銅(tóng)而(ér)且蝕刻時還必須(xū)都把它們腐蝕掉。因此(cǐ)當導線線寬十分精細時将會産生一(yī)系列(liè)的問(wèn)題。同時,側(cè)腐蝕會嚴(yán)重影響線條的(de)均勻性(xìng)。 

    在印制闆外層電路的加工工藝中(zhōng)，還有另外一種方法，就(jiù)是用感光膜代替金屬鍍層做(zuò)抗蝕層。這種方法非(fēi)常近似于内層蝕刻工藝，可以參閱内層制作工藝中的蝕刻。 目(mù)前，錫或鉛錫是最常用的抗蝕層,用在(zài)氨性蝕刻(kè)劑的蝕刻工藝中.氨(ān)性蝕刻劑是普遍使(shǐ)用的化工藥液，與錫或鉛(qiān)錫不發生任何(hé)化學反應。氨性蝕(shí)刻(kè)劑主要是(shì)指氨(ān)水/氯化氨蝕刻液(yè)。 

    此外，在市場上還可以買到氨水/硫酸氨蝕刻藥液(yè)。以(yǐ)硫酸(suān)鹽為基的蝕刻藥液(yè),使用後,其中的銅可以用電解的方法分離出來,因此(cǐ)能夠重複使用。由(yóu)于它的腐蝕速率較低，一般在實際(jì)生産中不多見,但有望用在無氯蝕刻中。 

    有人試驗(yàn)用硫酸-雙氧水做蝕刻劑來腐蝕(shí)外層圖形。由(yóu)于包括經濟和廢液處理方面(miàn)等許多原因,這種工藝尚未在商用的(de)意義上(shàng)被大量采用.更進一步說,硫酸-雙氧(yǎng)水，不(bú)能用于鉛錫抗蝕層(céng)的蝕刻，而(ér)這種工藝不是(shì)PCB外層制作中的主要(yào)方法，故決大多數人很少問津。 

    二.蝕刻質量及先期存在的問題 

    對蝕刻質量的基本要求就是能夠将除抗蝕層下面以外的所有銅層完全去除幹淨，止此而(ér)已。從(cóng)嚴格意義上講，如果要精确地界定，那麼蝕刻質量必須包括導線線寬的一緻性和側蝕程度。由于目(mù)前腐蝕液的固有(yǒu)特點(diǎn)，不僅向下而(ér)且對左右各方向都(dōu)産生蝕刻作用(yòng)，所以側蝕幾乎是不可避免的。 

    側蝕問題是(shì)蝕刻參數中經常被提出(chū)來讨論(lùn)的(de)一項,它被定義為側蝕寬度與蝕刻(kè)深度之比, 稱為蝕(shí)刻因(yīn)子。在印刷電路工業中，它的變(biàn)化範圍很寬泛，從1：1到1：5。顯然，小的側蝕度或低的蝕刻因子是最令人滿意(yì)的。 

    蝕刻設備的結構及不(bú)同成分的蝕刻液都會對蝕刻因子或側蝕度産生影響，或(huò)者用樂(lè)觀的話來說，可以對(duì)其進行控制。采用某些添加(jiā)劑可以降低側蝕度。這些添(tiān)加劑的化學成分一般屬于商業秘密，各自的研制者是不向外界透露的。 

    從許多方面看，蝕刻質(zhì)量的(de)好壞，早在印制闆進入蝕刻機(jī)之前就已經存在了。因為印制電路加工的各個工序或工藝之間存在(zài)着非常緊密的内部聯系，沒有一種不受其它工序影響(xiǎng)又不影響其它工藝的工序。許多被認定(dìng)是蝕刻質(zhì)量的問題，實際上(shàng)在去膜甚至更(gèng)以(yǐ)前的工藝中已經存在了。 

    對外層圖形的蝕刻工藝來說，由于它所體現的“倒溪”現(xiàn)像比(bǐ)絕大多數印制闆工藝都突(tū)出，所以許多問題(tí)最後(hòu)都反映在(zài)它(tā)上面(miàn)。同(tóng)時，這也是由于蝕刻是自貼膜，感光開始的一(yī)個長(zhǎng)系列工藝中(zhōng)的(de)最後一環，之後，外層圖形(xíng)即(jí)轉移成功了。環節(jiē)越多，出現問題的可能(néng)性就越大。這可以(yǐ)看成是印制電路生(shēng)産過程中的一個很(hěn)特殊的方面。 

    從理論(lùn)上(shàng)講(jiǎng)，印制(zhì)電路進入到蝕(shí)刻階段後(hòu)，在圖形電鍍法加(jiā)工(gōng)印制電路的工(gōng)藝中，理想狀态應該是:電鍍後的銅和錫或銅和鉛錫的厚度總和不應超過耐電鍍感光(guāng)膜(mó)的厚度,使電(diàn)鍍圖形完全被膜(mó)兩側的“牆”擋住并嵌(qiàn)在裡面。然而,現實(shí)生産中，全世界的印制電路(lù)闆在電鍍後，鍍層圖形都要大大厚于感光圖形。在電鍍(dù)銅和鉛錫的過程中，由于鍍層高度超過(guò)了感光膜，便産生橫向堆積的趨勢(shì)，問題便由此産生。在線條(tiáo)上方覆蓋着的錫或(huò)鉛錫抗蝕層向兩側(cè)延伸(shēn)，形成(chéng)了“沿”，把小部分感光膜蓋在了“沿”下面。 

    錫(xī)或鉛錫形成的(de)“沿”使(shǐ)得在去膜時無法将感光(guāng)膜(mó)徹底去除幹(gàn)淨，留下(xià)一小部(bù)分“殘膠”在“沿”的下面。“殘膠(jiāo)”或“殘膜”留(liú)在了抗蝕(shí)劑“沿”的下面，将造成不(bú)完(wán)全的蝕刻。線條在蝕刻後兩側形成“銅根”，銅根(gēn)使線間距變窄，造成印制闆不符合甲方要求，甚至可(kě)能被拒(jù)收。由于拒收便會使PCB的生産成(chéng)本大大增加。 

    另外，在許多時候(hòu)，由于(yú)反應而形成溶解，在印(yìn)制電路工業中,殘(cán)膜和銅還可能在腐蝕液中形成堆(duī)積并堵在腐蝕機的噴嘴處和耐(nài)酸泵裡，不得不停機處理和(hé)清潔，而影響了工作(zuò)效(xiào)率。 

    三.設(shè)備調整及與腐蝕溶液的相互作用關系 

    在印制電路加(jiā)工中(zhōng)，氨性蝕刻是一個較為精細和複雜的化(huà)學反應過程。反過來(lái)說它又是(shì)一個(gè)易于進行的工作。一旦工藝上調通，就可以連續進行生産。關鍵(jiàn)是一旦開機就需保持連續工作狀态,不宜(yí)幹幹停停。蝕刻工藝在極大的程度上依賴(lài)設備(bèi)的(de)良好工作狀态。就目(mù)前來講，無論使用何種蝕刻液，必須使用高壓噴淋(lín)，而且為了獲得較整齊的線條側邊和高質量的蝕刻效果，必須嚴格選擇噴嘴的結構和噴淋方式。 

    為得(dé)到良好的側(cè)面效(xiào)果,出現了許多不同(tóng)的理論,形成不同的設計方式和設備結構。這些理論往往是大相徑庭的。但(dàn)是所(suǒ)有有關蝕刻的理論都承認這樣一條最基本的原(yuán)則(zé)，即盡量快地讓金(jīn)屬表面不(bú)斷的接(jiē)觸新鮮的蝕刻(kè)液。對蝕刻過(guò)程所進行(háng)的化(huà)學機理分(fèn)析也證實了上述觀點。在氨性(xìng)蝕刻(kè)中，假定所有其它參數不變，那麼蝕(shí)刻速率主要由蝕刻液中的氨(NH3)來決定。因此用新鮮(xiān)溶液與(yǔ)蝕刻表面作用,其目的主要(yào)有兩個：一是沖掉剛剛産生的銅離子;二是不斷提供進(jìn)行反應所需要的氨(NH3)。 

    這就是要将空氣通入蝕刻箱(xiāng)的一個功能性(xìng)的原因。但是如果空氣太多，又會加(jiā)速溶液中的氨(ān)損失而使PH值下降，其結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(yī)些用戶采用将純氨通入蝕刻儲液(yè)槽的做法。這樣做必須加一套PH計控制系統。當自動測得的PH結果低于給(gěi)定值時，溶液便會自動進行添加。 

    在與此相關的化學蝕刻(亦稱之為光化學蝕刻或PCH)領域中,研究工作已經開(kāi)始，并達到了蝕刻機結構設計的階段。在(zài)這種方法中,所使用的溶液為二價銅，不是(shì)氨-銅蝕刻。它将有可(kě)能被用在印制(zhì)電路工業中。在PCH工業中，蝕(shí)刻銅箔的典型厚度為5到(dào)10密耳(mils)，有些情況下厚度則相當大。它(tā)對蝕刻參量的要(yào)求經常比PCB工業中的更為苛刻。 

    四(sì).關于上下闆面,導入邊與後入(rù)邊蝕刻狀(zhuàng)态不同的(de)問(wèn)題 

    大量的涉及蝕(shí)刻質量方面的問題都集中在上闆(pǎn)面上被蝕刻的部分。了解這一點是十分重要的。這些問題來自印(yìn)制電路闆(pǎn)的上闆面蝕刻劑所産生的膠狀闆結物的影響。膠狀闆結物堆積(jī)在銅(tóng)表面上，一方面影響了噴射力，另一方面阻擋(dǎng)了(le)新鮮蝕刻液(yè)的補充，造成了蝕刻速(sù)度的降低。正是由(yóu)于膠狀(zhuàng)闆結物的形成和堆積使得闆子的上下面圖形的蝕刻程度不(bú)同。這(zhè)也使得在蝕刻機中闆子先進入的部分容易(yì)蝕刻的徹底或容易(yì)造成(chéng)過腐蝕，因為那時堆積尚未形(xíng)成，蝕刻速度較快。反之，闆子後進入的部分進入時堆積已形成，并減(jiǎn)慢其蝕刻速度。 

    五.蝕刻設備的維護 

    蝕刻設備(bèi)維護的最關鍵因素就是(shì)要保證噴嘴的清(qīng)潔，無阻塞(sāi)物而使(shǐ)噴射通暢。阻塞物或結(jié)渣會在噴射(shè)壓力作用下沖擊(jī)版面。假如噴嘴不潔，那麼會造(zào)成蝕(shí)刻(kè)不均勻而使整塊PCB報廢。 
 
    明顯地，設備的維護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問題。除此之外，更為關鍵(jiàn)的問題是保持蝕刻(kè)機不存在結渣，在許多情況下都會(huì)出現結渣堆積(jī).結渣堆積(jī)過多，甚至會對蝕刻液的化學(xué)平衡産生影響。同樣,如果蝕(shí)刻液出現過(guò)量(liàng)的化學不平衡，結(jié)渣就會愈加嚴重。結渣堆(duī)積的問題(tí)怎麼強調都不(bú)過分。一旦蝕刻液突(tū)然出現大量結渣的情況，通常是一個信(xìn)号，即溶液的平衡出現問題。這就應該用較強的(de)鹽(yán)酸作适當地清潔或對(duì)溶液進行補加。 

    殘膜也可以産生結渣物，極少量的殘膜溶于蝕刻液中，然後形成銅鹽沉(chén)澱。殘膜所形成的(de)結渣說明前道去膜工序不徹底。去(qù)膜不良往往是邊(biān)緣膜與過電鍍共(gòng)同造成的結果。 

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