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三氯化铁蚀刻液在制作精细电路图形中的应用

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三氯化铁蚀刻液在制作精细电路图形中的应用

发布日期:2017-11-20 00:00 来源:http://www.yyyide.cn 点击:

三氯化铁蚀刻液在制作精细电路图形中的应用

在制作高密度积层法多层板中,精细导体图形的蚀刻工艺的应用方面,三氯化铁蚀刻液应用的比较广泛。特别在制作ALIVH结构积层法多层板,其中外层高密度精细电路图形的蚀刻,多数采用稳定的、易控制的三氯化铁蚀刻液。

三氯化铁蚀刻液在制作精细电路图形中的应用.jpg

一. 蚀刻原理:

  蚀刻液溶解原理,标准电位+0.474V,蚀刻速度较大。其化学溶解反应如下:

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

  随着蚀刻反应的进行,蚀刻液内的铜含量、蚀刻液的pH 增大,蚀刻速度发生变化。蚀刻液的温度与压力的变化(见图1)蚀刻液内铜浓度的对蚀刻速度的变化(见图2)表示,随着三氯化铁的减少,Fe (OH) 3的沉淀、Cu2Cl2的膜的生成,致使蚀刻速度变慢。可以添加盐酸防止三氯化铁的水解,减弱腐蚀产物对蚀刻的直接影响。

二.蚀刻过程的控制与管理:

  通过贴膜、曝光和显影后的基板需要经过蚀刻工序,使图形暴露部分的铜需要经过化学溶解除去,形成保护膜层的图形。它实现印制电路板导体图形的重要的工序之一。蚀刻时采用水平传输装置,蚀刻液自上而下喷淋方式进行,通常该装置与显影机连接连续进行处理,但必须对显影后的半成品进行检查。

  蚀刻液的消耗量比较大,蚀刻过程蚀刻液的变化也很大。因此,在蚀刻处理要严格控制导体图形所用铜箔的厚度比、导线宽度的变化和蚀刻液的蚀刻因子。掌握与控制蚀刻的工艺条件也是非常重要的,如蚀刻液的的温度、蚀刻液的浓度、蚀刻液内的铜离子浓度、蚀刻液的粘度、喷淋压力、喷淋液的粒径、传输速度、基板表面液体流动状态等。必须有自动调整装置随时进行分析调整。

  蚀刻机喷咀的结构类型采用振动动型、水平移动型,喷咀转动,以确保基板面与外侧蚀刻液流动均匀,排除了滞留现象,蚀刻液的排除效率很高。而下面的喷淋蚀刻液,采用反旋转的方式,确保蚀刻液与基板朝下的表面均匀接触。特别要提到的喷淋压力也是至关重要的工艺参数之一。在喷淋管合理排列的情况下,对喷咀的角度与喷淋的交叠加均匀性需要经常观测或测试,以决定最理想的喷淋压力。根据实际生产的情况通常采用上喷淋压力要小于下喷咀喷淋压力,因为上喷咀所喷淋受到引力的作用,自然垂落;而下喷咀喷淋时要克服引力的作用而往上喷淋。所以,上下喷咀的喷淋压力要调整适当是非常重要的工作。还必须加强对喷咀的维护和清理。因为喷咀是蚀刻机保养的重要环节,喷咀的喷淋状态是直接影响蚀刻质量的关键。而喷咀又是整机内最容易被堵塞或损坏的主要部件,加强对喷咀的清理是很重要的日常工作。

  蚀刻液的蚀刻过程,就是氧化性酸溶液与铜氧化而溶解。蚀刻液的采用三氯化铁、氯化铜、碱性氯化铜等。保护膜采用适合此种蚀刻液类型的有机抗蚀膜。图形电镀蚀刻法采用抗蚀金属如锡铅、锡电镀层。印制电路板外形图形制作、或IVH图形的制作、多层板的内层图形电镀法制作,多数采用碱性氯化铜蚀刻液。但是,蚀刻过程中,由于铜层的结晶状态的差异如化学沉铜(111)、电解铜箔为(220),受结晶方位的支配(111)的结晶配位的方式适用于制作精密电路图形。

  蚀刻液的选择,必须考虑到蚀刻液的蚀刻速度、铜层厚度与蚀刻系数的比、控制与连续运转的可能性、蚀刻液的寿命、蚀刻液的水洗性、废液的处理容易及饱满刻液的成本等。

  蚀刻液蚀刻过程中,铜表面蚀刻液的流动速度受生成物的浓度的扩散速度而决定,它直接影响到蚀刻液的蚀刻速度的变化及电路图形的精度。正如前面所述,喷淋加压方式、蚀刻液的组成浓度、温度、表面张力、粘度、触变性等蚀刻液的工艺特性的影响。

三:蚀刻质量的影响因素:

图片3.png

  根据化学反应原理分析,其中主要有蚀刻液的铜含量、PH值与蚀刻速度的变化及温度等影响。

  在标准备条件下,控制蚀刻液的铜 含量是非常重要的。特别在三氯化铁蚀刻液中,对铜的蚀刻靠三价铁和二价铜共同完成的。三氯化铁的蚀刻速率快,蚀刻质量好;而二价铜的蚀刻速率慢,蚀刻质量差。随着三氯化铁的消耗,二价铜不断地增加,当三氯化铁消耗到50%时,二价铜由次位转变成主位,直接就影响到蚀刻速度,必须对蚀刻液进行调整。因为在实际生产过程中,蚀刻液的活度用蚀刻液中的含铜量(克/升)来度量。在蚀刻铜的过程中,最初蚀刻时间相对恒定的。然而,随着三氯化铁的消耗,蚀刻液中的铜不断增加,当溶铜量达到每升60克时,蚀刻时间增长,当溶铜量达到82.40克/升时,蚀刻时间急剧增长,表明此时的蚀刻液再不能继续使用,需要进行再生或更换。

  蚀刻液中添加盐酸主要目的抑制三氯化铁的水解反应,并可提高蚀刻速率。当蚀刻液中溶铜量达到37.4克/升时,盐酸的作用更加明显。为提高蚀刻因数,在三氯化铁蚀刻液添加B系统氧化剂,可以大大提高蚀刻因数,使蚀刻后的导线精度更高。下图3就是添加氧化剂的三氯化铁蚀刻液与酸性氯化铜蚀刻液蚀刻因数的比较。


图片4.png

图片5.png

  两种类型蚀刻液蚀刻导线精度的变化。当所使用的覆铜箔层压板材料其中铜层厚度30微米时,图形的导体宽度和间距为35微米/35微米时,蚀刻后的底部宽度为35微米,采用三氯化铁蚀刻液(添加剂)上部的导线宽度为29微米;而酸性氯化铜蚀刻液上部导线宽度为27微米。这充分说明三氯化铁蚀刻液使用在制作高密度精细导体图形方面更加显出其优越的工艺特性。

  但是,采用三氯化铁蚀刻液时,对作业环境影响比较大,有时很难清理干净。为此,现采用封闭式的连续处理与再生系统,溶液由厂家用耐蚀罐运输,并直接输送到设备蚀刻系统。

 

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