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蚀刻机中碱性CuCl2腐蚀原理及组成

发布时间:2021-09-10

碱性蚀刻液一般适用于多层印制板的外层电路图形制作,这种蚀刻方法在线路板制作中应用非常广泛,特别是图形电镀,这是较好的蚀刻方法之一。同时碱性蚀刻速度快,侧蚀刻小,溶铜量大,蚀刻液可以再生连续使用。

碱性CuCl2蚀刻液主要是由CuCl2和NH3-H2O组成,在CuCl2溶液中加入NH3-H2O会发生如下络合反应:CuCl2+4NH3-H2O=[Cu(NH3)4]Cl2+4H2O,在蚀刻机药箱内,铜被[Cu(NH3)4]2+络离子氧化成Cu+。其氧化反应如下:[Cu(NH3)4]Cl2+Cu=2[Cu(NH3)2]Cl。生成的[Cu(NH3)2]+为Cu+的络离子,不具有氧化能力,在有过量NH3-H2O和Cl-存在的前提下,能很快被空气中的氧气所氧化,生产具有蚀刻能力的[Cu(NH3)4]2+。其络离子再生反应如下:

2[Cu(NH3)2]Cl+2NH4Cl+2NH3-H2O+1/2O2=2[Cu(NH3)4]Cl2+2H2O。

从上面的化学方程式可以看出,在蚀刻机工作过程中,每腐蚀1mol铜需要消耗2mol NH3-H2O和2mol NH4Cl。因此在腐蚀机蚀刻过程中,随着铜的溶解,应不断补充NH3-H2O和NH4Cl。

在碱性真空蚀刻机中,溶液Cu2+浓度、PH值、NH4Cl浓度、NH3-H2O浓度以及温度都会影响到蚀刻效率。掌握这些因素的影响才能有效的控制溶液,使之保持恒定的最佳蚀刻状态,从而得到满意的蚀刻质量。通过我们多年的实践经验,得出以下结论,仅供参考:

(1)Cu2+浓度对蚀刻速度的影响:在这种蚀刻液中,Cu2+是氧化剂,所以Cu2+的浓度对蚀刻机的蚀刻速度的影响占有重要因素。实际经验告诉我们,Cu2+浓度在0g/L~82.5g/L时,蚀刻速度很慢;在82.5g/L~135g/L时蚀刻速度较低,且控制困难;在135g/L~165g/L时,蚀刻速度高且溶液稳定;在165g/L~225g/L时,溶液不稳定,趋向于产生沉淀。

(2)蚀刻液中PH值对蚀刻速度的影响:蚀刻液PH值应保持在8~8.8之间,当PH<8时,一方面对金属抗蚀层不利,另一方面,蚀刻液中的铜不能完全络合成铜氨络离子,药液出现沉淀,造成蚀刻困难。如果药液PH值过高,蚀刻液中氨过饱和,游离氨释放到大气中,导致对环境的污染,同时药液PH值的过高也会增大侧蚀量,从而影响到蚀刻精度。

(3)NH4Cl浓度对蚀刻的影响:从溶液再生的化学反应式可以看出,[Cu(NH3)2]-的再生过程需要有大量的NH3-H2O和NH4Cl的存在,如果蚀刻机药液缺乏NH4Cl,将使[Cu(NH3)2]-得不到再生,蚀刻速度就会降低,以至于失去蚀刻能力。所以,NH4Cl的含量对蚀刻速度影响很大。但是,溶液中Cl-含量过高会引起抗蚀层侵蚀,一般浓度控制在150g/L左右为宜。

(4)温度对蚀刻速度的影响:当蚀刻温度低于40℃时,蚀刻速度很慢,而蚀刻速率过慢会增大侧蚀量,影响蚀刻精度。温度高于60℃,蚀刻速率明显加快,但氨的挥发量也大大增加,导致环境污染的同时使溶液中化学成分比例失调,故一般蚀刻机工作温度控制在45℃~55℃为宜。


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