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三氯化鐵蝕刻液在制作精細(xì)電路圖形中的應(yīng)用

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三氯化鐵蝕刻液在制作精細(xì)電路圖形中的應(yīng)用

發(fā)布日期:2017-11-20 00:00 來源:http://guawe.cn 點(diǎn)擊:

三氯化鐵蝕刻液在制作精細(xì)電路圖形中的應(yīng)用

在制作高密度積層法多層板中,精細(xì)導(dǎo)體圖形的蝕刻工藝的應(yīng)用方面,三氯化鐵蝕刻液應(yīng)用的比較廣泛。特別在制作ALIVH結(jié)構(gòu)積層法多層板,其中外層高密度精細(xì)電路圖形的蝕刻,多數(shù)采用穩(wěn)定的、易控制的三氯化鐵蝕刻液。

三氯化鐵蝕刻液在制作精細(xì)電路圖形中的應(yīng)用.jpg

一. 蝕刻原理:

  蝕刻液溶解原理,標(biāo)準(zhǔn)電位+0.474V,蝕刻速度較大。其化學(xué)溶解反應(yīng)如下:

FeCl 3+ Cu = FeCl 2+ Cu2Cl2
FeCl
 3+ Cu2Cl2 = FeCl 2+ CuCl2
2FeCl
 2+ 2HCl + (O) = 2 FeCl 3 + H2O
FeCl
 3 + 3H2O = Fe (OH) 3+ 3HCl
CuCl
2 + Cu = Cu2Cl2

  隨著蝕刻反應(yīng)的進(jìn)行,蝕刻液內(nèi)的銅含量、蝕刻液的pH 增大,蝕刻速度發(fā)生變化。蝕刻液的溫度與壓力的變化(見圖1)蝕刻液內(nèi)銅濃度的對蝕刻速度的變化(見圖2)表示,隨著三氯化鐵的減少,F(xiàn)e (OH) 3的沉淀、Cu2Cl2的膜的生成,致使蝕刻速度變慢??梢蕴砑欲}酸防止三氯化鐵的水解,減弱腐蝕產(chǎn)物對蝕刻的直接影響。

二.蝕刻過程的控制與管理:

  通過貼膜、曝光和顯影后的基板需要經(jīng)過蝕刻工序,使圖形暴露部分的銅需要經(jīng)過化學(xué)溶解除去,形成保護(hù)膜層的圖形。它實(shí)現(xiàn)印制電路板導(dǎo)體圖形的重要的工序之一。蝕刻時(shí)采用水平傳輸裝置,蝕刻液自上而下噴淋方式進(jìn)行,通常該裝置與顯影機(jī)連接連續(xù)進(jìn)行處理,但必須對顯影后的半成品進(jìn)行檢查。

  蝕刻液的消耗量比較大,蝕刻過程蝕刻液的變化也很大。因此,在蝕刻處理要嚴(yán)格控制導(dǎo)體圖形所用銅箔的厚度比、導(dǎo)線寬度的變化和蝕刻液的蝕刻因子。掌握與控制蝕刻的工藝條件也是非常重要的,如蝕刻液的的溫度、蝕刻液的濃度、蝕刻液內(nèi)的銅離子濃度、蝕刻液的粘度、噴淋壓力、噴淋液的粒徑、傳輸速度、基板表面液體流動(dòng)狀態(tài)等。必須有自動(dòng)調(diào)整裝置隨時(shí)進(jìn)行分析調(diào)整。

  蝕刻機(jī)噴咀的結(jié)構(gòu)類型采用振動(dòng)動(dòng)型、水平移動(dòng)型,噴咀轉(zhuǎn)動(dòng),以確?;迕媾c外側(cè)蝕刻液流動(dòng)均勻,排除了滯留現(xiàn)象,蝕刻液的排除效率很高。而下面的噴淋蝕刻液,采用反旋轉(zhuǎn)的方式,確保蝕刻液與基板朝下的表面均勻接觸。特別要提到的噴淋壓力也是至關(guān)重要的工藝參數(shù)之一。在噴淋管合理排列的情況下,對噴咀的角度與噴淋的交疊加均勻性需要經(jīng)常觀測或測試,以決定最理想的噴淋壓力。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的情況通常采用上噴淋壓力要小于下噴咀噴淋壓力,因?yàn)樯蠂娋姿鶉娏苁艿揭Φ淖饔茫匀淮孤?;而下噴咀噴淋時(shí)要克服引力的作用而往上噴淋。所以,上下噴咀的噴淋壓力要調(diào)整適當(dāng)是非常重要的工作。還必須加強(qiáng)對噴咀的維護(hù)和清理。因?yàn)閲娋资俏g刻機(jī)保養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),噴咀的噴淋狀態(tài)是直接影響蝕刻質(zhì)量的關(guān)鍵。而噴咀又是整機(jī)內(nèi)最容易被堵塞或損壞的主要部件,加強(qiáng)對噴咀的清理是很重要的日常工作。

  蝕刻液的蝕刻過程,就是氧化性酸溶液與銅氧化而溶解。蝕刻液的采用三氯化鐵、氯化銅、堿性氯化銅等。保護(hù)膜采用適合此種蝕刻液類型的有機(jī)抗蝕膜。圖形電鍍蝕刻法采用抗蝕金屬如錫鉛、錫電鍍層。印制電路板外形圖形制作、或IVH圖形的制作、多層板的內(nèi)層圖形電鍍法制作,多數(shù)采用堿性氯化銅蝕刻液。但是,蝕刻過程中,由于銅層的結(jié)晶狀態(tài)的差異如化學(xué)沉銅(111)、電解銅箔為(220),受結(jié)晶方位的支配(111)的結(jié)晶配位的方式適用于制作精密電路圖形。

  蝕刻液的選擇,必須考慮到蝕刻液的蝕刻速度、銅層厚度與蝕刻系數(shù)的比、控制與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的可能性、蝕刻液的壽命、蝕刻液的水洗性、廢液的處理容易及飽滿刻液的成本等。

  蝕刻液蝕刻過程中,銅表面蝕刻液的流動(dòng)速度受生成物的濃度的擴(kuò)散速度而決定,它直接影響到蝕刻液的蝕刻速度的變化及電路圖形的精度。正如前面所述,噴淋加壓方式、蝕刻液的組成濃度、溫度、表面張力、粘度、觸變性等蝕刻液的工藝特性的影響。

三:蝕刻質(zhì)量的影響因素:

圖片3.png

  根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理分析,其中主要有蝕刻液的銅含量、PH值與蝕刻速度的變化及溫度等影響。

  在標(biāo)準(zhǔn)備條件下,控制蝕刻液的銅 含量是非常重要的。特別在三氯化鐵蝕刻液中,對銅的蝕刻靠三價(jià)鐵和二價(jià)銅共同完成的。三氯化鐵的蝕刻速率快,蝕刻質(zhì)量好;而二價(jià)銅的蝕刻速率慢,蝕刻質(zhì)量差。隨著三氯化鐵的消耗,二價(jià)銅不斷地增加,當(dāng)三氯化鐵消耗到50%時(shí),二價(jià)銅由次位轉(zhuǎn)變成主位,直接就影響到蝕刻速度,必須對蝕刻液進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)過程中,蝕刻液的活度用蝕刻液中的含銅量(克/升)來度量。在蝕刻銅的過程中,最初蝕刻時(shí)間相對恒定的。然而,隨著三氯化鐵的消耗,蝕刻液中的銅不斷增加,當(dāng)溶銅量達(dá)到每升60克時(shí),蝕刻時(shí)間增長,當(dāng)溶銅量達(dá)到82.40克/升時(shí),蝕刻時(shí)間急劇增長,表明此時(shí)的蝕刻液再不能繼續(xù)使用,需要進(jìn)行再生或更換。

  蝕刻液中添加鹽酸主要目的抑制三氯化鐵的水解反應(yīng),并可提高蝕刻速率。當(dāng)蝕刻液中溶銅量達(dá)到37.4克/升時(shí),鹽酸的作用更加明顯。為提高蝕刻因數(shù),在三氯化鐵蝕刻液添加B系統(tǒng)氧化劑,可以大大提高蝕刻因數(shù),使蝕刻后的導(dǎo)線精度更高。下圖3就是添加氧化劑的三氯化鐵蝕刻液與酸性氯化銅蝕刻液蝕刻因數(shù)的比較。


圖片4.png

圖片5.png

  兩種類型蝕刻液蝕刻導(dǎo)線精度的變化。當(dāng)所使用的覆銅箔層壓板材料其中銅層厚度30微米時(shí),圖形的導(dǎo)體寬度和間距為35微米/35微米時(shí),蝕刻后的底部寬度為35微米,采用三氯化鐵蝕刻液(添加劑)上部的導(dǎo)線寬度為29微米;而酸性氯化銅蝕刻液上部導(dǎo)線寬度為27微米。這充分說明三氯化鐵蝕刻液使用在制作高密度精細(xì)導(dǎo)體圖形方面更加顯出其優(yōu)越的工藝特性。

  但是,采用三氯化鐵蝕刻液時(shí),對作業(yè)環(huán)境影響比較大,有時(shí)很難清理干凈。為此,現(xiàn)采用封閉式的連續(xù)處理與再生系統(tǒng),溶液由廠家用耐蝕罐運(yùn)輸,并直接輸送到設(shè)備蝕刻系統(tǒng)。

 

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