碱性氯化铜蚀刻液-1

1.特性

1)适用于图形电镀金属抗蚀层，如镀覆金、镍、锡铅合金，锡镍合金及锡的印制板的蚀刻。
2)蚀刻速率快，侧蚀小，溶铜能力高，蚀刻速率容易控制。
3)蚀刻液可以连续再生循环使用，成本低。

2.蚀刻过程中的主要化学反应

在氯化铜溶液中加入氨水，发生络合反应：

CuCl₂＋4NH₃ →Cu(NH₃)₄Cl₂

在蚀刻过程中，板面上的铜被[Cu(NH₃)₄]²⁺络离子氧化，其蚀刻反应如下：

Cu(NH₃)₄Cl₂＋Cu →2Cu(NH₃)₂Cl

所生成的[Cu(NH₃)₂]¹⁺为Cu¹⁺的络离子，不具有蚀刻能力。在有过量NH₃和Cl^-的情况下，能很快地被空气中的O₂所氧化，生成具有蚀刻能力的[Cu(NH₃)₄]²⁺络离子，其再生反应如下：

2Cu(NH₃)₂Cl＋2NH₄Cl＋2NH₃＋1/2 O₂ →2Cu(NH₃)₄Cl₂＋H₂O

从上述反应可看出，每蚀刻1克分子铜需要消耗2克分子氨和2克分子氯化铵。因此，在蚀刻过程中，随着铜的溶解，应不断补加氨水和氯化铵。

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(金、镍、锡铅、锡、锡镍等镀层) →去膜→水洗→吹干→检查修板→碱性蚀刻→用不含Cu²⁺的补加液二次蚀刻→水洗→检查→浸亮(可选择) →水洗→吹干

3. 蚀刻液配方

蚀刻液配方有多种，1979年版的印制电路手册(Printed Circuits Handbook)中介绍的配方见表10－4。

表10－4 国外介绍的碱性蚀刻液配方

国内目前大多采用下列配方： CuCl₂·2H₂O 100～150g/l 、NH₄Cl 100g/l 、NH₃·H₂O 670～700ml/1₂

配制后溶液PH值在9.6左右。溶液中各组份的作用如下：

NH₃·H₂O的作用是作为络合剂，使铜保持在溶液里。

NH₄Cl的作用是能提高蚀刻速率、溶铜能力和溶液的稳定性。

(NH4)₃PO₄的作用是能保持抗蚀镀层及孔内清洁。

4.影响蚀刻速率的因素

蚀刻液中的Cu²⁺的浓度、PH值、氯化铵浓度以及蚀刻液的温度对蚀刻速率均有影响。掌握这些因素的影响才能控制溶液，使之始终保持恒定的最佳蚀刻状态，从而得到好的蚀刻质量。

 

Cu²⁺浓度的影响

因为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0－11盎司/加仑时，蚀刻时间长；在11－16盎司/加仑时，蚀刻速率较低，且溶液控制困难；在18－22盎司/加仑时，蚀刻速率高且溶液稳定；在22－30盎司/加仑时，溶液不稳定，趋向于产生沉淀。

 

注：1加仑（美制）=3.785升 1盎司= 28.35克1盎司/加仑=28.35/3.785=7.5G/1

在自动控制蚀刻系统中，铜浓度是用比重控制的。在印制板的蚀刻过程中，随着铜的不断溶解，溶液的比重不断升高，当比重超过一定值时，自动补加氯化铵和氨的水溶液，调整比重到合适的范围。一般比重控制在18～24⁰Be’。

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，一方面是对金属抗蚀层不利。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。另一方面，溶液的PH值增大也会增大侧蚀的程度，而影响蚀刻的精度。

现在印制板生产厂家一般采用带有蚀刻液控制、补加系统的碱性蚀刻机10-13进行印制板的碱性蚀刻。

6. 蚀刻过程中常出现的问题

蚀刻速率降低

这个问题与许多因素有关。要检查蚀刻条件，例如：温度，喷淋压力，溶液比重、PH值和氯化铵的含量等，使之达到适宜的范围。

蚀刻溶液中出现沉淀

由于氨的含量过低(PH值降低)，或用水稀释等原因造成的。溶液比重过大也会造成沉淀。

抗蚀镀层被浸蚀

蚀刻液PH值过低或Cl^-含量过高造成的。

铜表面发黑，蚀刻不动

蚀刻液中NH₄Cl的含量过低造成的。