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隨（suí）著PCB工業的發展,各種導線之阻抗要求也越來越高，這必然要求導線（xiàn）的寬度控製（zhì）更加嚴格。為了使榮信公司的工程（chéng）管理人員（yuán），尤其是負責蝕刻工序的工藝工程人員（yuán）對（duì）蝕刻工序有（yǒu）一定的了解，故撰（zhuàn）寫此份培訓（xùn）教材，以期有助於（yú）生產管理（lǐ）與監控，從麵提高我司（sī）的產品品質。(本教材以設備為基礎對蝕刻工藝進行講解)
2.蝕（shí）刻機的（de）基（jī）礎原理
1）蝕刻的（de）目的
蝕刻的目的即是將前工序所做出有圖形的線路板上的未受保護的非導體部分銅蝕刻去，形成線路。
蝕刻有內層蝕刻和外層蝕刻，內層采用（yòng）酸（suān）性蝕刻，濕膜或（huò）幹膜（mó）為抗蝕劑；外層采用堿性蝕刻，錫鉛為抗（kàng）蝕劑。
2）蝕刻反應（yīng）基本原理
一.酸性氯化銅蝕刻液
1.特性
－蝕刻速度（dù）容易控製（zhì），蝕刻液在穩定狀態下能達到高的蝕刻質量
－蝕（shí）銅量大
－蝕刻液易再生和回收
2.主要反（fǎn）應原理
蝕刻過（guò）程中，CU2+有（yǒu）氧化性，將板麵銅氧化成CU+：Cu+ CuCl2→2CuCl
生成的CuCl不溶於水，在過量的氯離子存在（zài）下，生成可溶（róng）性的絡離子：
2CuCl＋4Cl-→2[CuCl3]2-
隨著反（fǎn）應的進行，CU+越來越多，蝕銅能力下降，需對蝕（shí）刻液再生，使CU+變成（chéng）CU2+。再生的方法有（yǒu）以下幾種:通（tōng）氧氣或壓縮空（kōng）氣再生（反應速率低)，氯氣再生(反應快（kuài），但有毒)，電解再生（可直接回收銅（tóng），但需電解再生的設備和較高（gāo）的電（diàn）能消耗），次氯酸鈉再（zài）生（成本（běn）高，本身較危險），雙氧水再（zài）生（反應速率快，易控製).
反應：2CuCl+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O
自動控製添加係統：通過控製蝕（shí）刻速度，雙氧水和鹽酸的添加比例，比重（chóng）和液位，溫（wēn）度等項目，達到自動連續生產（chǎn）。
我司（sī）采用此種再生方法。
二.堿性氨類蝕刻液
1.特性
－不與（yǔ）錫鉛發生（shēng）任何反應
—易再生，成本低，易回收
－蝕銅速（sù）度快，側蝕小，溶銅能力高，蝕刻速率易控製
2.主要反應原理
Cu+Cu(NH3)4Cl2→2Cu(NH3)2Cl
4Cu(NH3)2Cl + 4NH3H2O + 4NH4Cl + O2 → 4Cu(NH3)4Cl2+6H2O
以上兩反應重複進行,因此（cǐ）需要有良好抽氣,使噴淋形成 負壓（yā）,使空氣中的氧氣與藥（yào）液充分（fèn）混（hún）合（hé）,從而利於蝕刻反應進行。注意抽（chōu）氣不可過大,否（fǒu）則造成氨水消耗量的增大.
二價銅離子在（zài）堿性環境下極易生成氫氧化銅沉澱，需加入（rù）過量的氨水，使之生成穩定的氨銅錯離子團；過量的氨使反應生成的不穩定Cu(NH3)2Cl 再生（shēng）成穩定的具有氧化性的Cu(NH3)4Cl2，使反應不斷的進行。
生產過程中自動（dòng）控製通過監測PH值，比重（chóng），進行補加氨水和新液（yè），而達到連（lián）續生（shēng）產的目的。
3、蝕刻工藝流程及原理
一.酸性氯化銅（tóng）蝕刻（kè）
1.工（gōng）藝流程
2.工藝原理（lǐ）
—顯影
定義：利用碳酸鈉（nà）的弱（ruò）堿性將幹（gàn）膜上未經紫外線輻射的部分用碳酸鈉溶液溶解（jiě），已經紫外線輻射而發（fā）生聚（jù）合反應的部分（fèn）保（bǎo）留。
—原理
CO3-2 + ResistCOOH HCO3- + Resist COO-
CO3-2主要為Na2CO3 或K2CO3
ResistTOOH為幹膜及油墨中反應官能基團，利用CO3-2與阻劑中羧基（COOH）進行酸堿中和反應，形成COO-和H CO3- ，使阻劑形成陰離子團而剝離。
－蝕（shí）刻
定義：將溶解了（le）幹膜（mó）（濕膜）而露出的銅麵用酸性氯化銅溶解腐蝕，此過程叫蝕刻。
影響因素：主要是溶液中Cl- 、Cu+的含量，溶液的溫度及Cu2+的濃度等。
－褪膜
藥水：NaOH 3+/-0.5%
除泡劑0.1～0.2％
定義：將線路上的（de）保護（hù）膜去掉，露出已加（jiā）工好（hǎo）的線路（lù）。影響褪膜效果因（yīn）素：褪膜溫度及速度，藥水濃度
注意：褪（tuì）膜溫度低，速度（dù）慢，藥水濃（nóng）度低（dī），會（huì）導致褪膜不淨；藥水濃度高，會導致板麵（miàn）氧化。
褪膜段噴嘴要及時清洗，防止碎片堵塞噴嘴，影響褪膜質量
二.堿性蝕刻
1.工藝流程
注：整孔工序僅（jǐn）適用於沉（chén）金製板
2.工藝（yì）原（yuán）理
－褪膜
定義：用褪菲林液將線路板麵上（shàng）蓋住的菲林褪去,露出未經線路加工的銅麵.經電鍍工序後的幹膜在堿性褪膜（mó）液下溶解或部分成（chéng）片（piàn）狀脫（tuō）落,我司使用的是3% ±0.5%氫氧化鈉溶液.為維持藥液的效（xiào）果,需注（zhù）意過濾的效（xiào）果,及時過濾去片狀的幹膜碎,防止堵塞噴嘴.
注：內外層褪膜段使用藥水及控製相同，但外層幹膜厚為1.5mil左右,經圖形電鍍後，銅厚和錫厚之和通常超過1.5mil，需控製圖形電鍍電流參數防止夾膜，同時控製褪（tuì）膜速度以防褪膜（mó）不淨而短路。
－蝕刻
定義: 用（yòng）蝕板液（yè）將多餘（yú）的底銅蝕去剩下已加（jiā）厚的線（xiàn）路。
控製：隨（suí）著反應不斷進行,藥液中氨水不斷降低,銅離子不斷增加,為保持蝕銅速度,必需（xū）維持藥水的穩定（dìng）.我司通過PH計,比重（chóng）計控製氨水和（hé）新液的自動添加,當PH值（zhí）低時添（tiān）加氨水;當比重高時添加新液.為使之蝕銅反應（yīng）進行（háng）更（gèng）為迅速（sù），蝕（shí）液中多加有助劑，例如：
a.加速劑(Accelerator) 可促使上述氧化反（fǎn）應更為快速，並防止亞銅錯離子的沉澱。
b.護岸劑(Bankingagent) 減（jiǎn）少側蝕。
c.壓抑劑(Suppressor)抑（yì）製氨在高溫下的飛散，抑製銅 的沉澱加速蝕銅的氧（yǎng）化反應。
－新液洗
使用不含有（yǒu）銅離子的NH3.H2O, NH4Cl溶液清除板麵殘留（liú）的藥液以及（jí）反應生成物Cu(NH3)2Cl ,其極不穩定，易生成沉澱。
－整孔（kǒng）
除去非鍍通孔中的在（zài）沉銅（tóng）工序所吸附上去的鈀離子, 以防在沉金工序沉（chén）上金.
－褪錫
使用含銅保護劑（jì）的主要成分為硝酸的藥（yào）液，褪去（qù）線路（lù）上的錫鉛層,露出（chū）線路
4）名詞解釋
水池效應
在（zài）蝕刻（kè）過程中，線路板水平通過蝕刻機時，因（yīn）重力作用在板上麵新鮮藥液被積（jī）水阻撓,無法有效和銅麵反應，稱之（zhī）水池效應。而下麵則無此（cǐ）現象。
蝕刻因子
蝕刻液在蝕刻（kè）過程中，不僅向下而且對左（zuǒ）右各方向都產生蝕刻作用（yòng），側蝕是不可避免（miǎn）的。側蝕寬度（dù）與（yǔ）蝕刻深（shēn）度之比稱之為（wéi）蝕刻因（yīn）子（zǐ）。
Etching Factor(蝕刻因子（zǐ）)＝D/C
Undercut=(A-B)/2
5）設備（bèi）
－內外層均采用水平線設備。
－對於堿性蝕刻（kè），為增加蝕刻速度，需（xū）提高溫（wēn）度到46℃以上，因而（ér）有大量的氨臭味必須要有適當（dāng）的抽風；抽風太大則將氨（ān）氣抽走比（bǐ）較浪費，在抽風管內增加節流閥，控製（zhì）抽風的強度（dù）。
－無論何種蝕（shí）刻液，都需采用高壓（yā）噴（pēn）淋（lín）；為獲得較整齊的線條側邊和高質量的蝕刻效果，須（xū）嚴格選擇噴（pēn）嘴的形狀和噴淋方式。但不論如何選（xuǎn）擇，都（dōu）遵循一（yī）基本理（lǐ）論，那就是以快速度的讓欲蝕刻銅表麵接觸愈多新鮮的（de）蝕（shí）刻液（yè）。
－噴嘴的形狀有錐形（空錐形，實錐形），扇形等，我司采（cǎi）用的是扇形（xíng）噴嘴。與錐形噴嘴相比，的設計是扇形噴嘴。注意集流管的安裝角度，能（néng）對（duì）進入蝕刻槽內的製板（bǎn）進行30度噴射。第二組集流管與組比有所不同，因噴淋液互相交叉（chā）時會降低噴淋的效（xiào）果，盡量避免出現此種情況。
－蝕刻槽內集流管的安裝與前進方向比有橫置，豎置和斜置，我司采用的安裝方式有兩種方式（見下圖）。但擺動方向（xiàng）均垂直於運輸方向。
－蝕刻品質（zhì）往往因水池效應(pudding)而受限, 這也是為何板
子前端部份（fèn）往往有overetch現象（xiàng）, 所以設備設計上就有如下
考慮:
a.板子（zǐ）較細線路（lù）麵朝下,較粗線路麵朝上.
b.噴嘴上,下噴液壓力調（diào）整以為補償,依實際（jì）作（zuò）業結果（guǒ）來調整其差（chà）異.
c.先進的蝕刻機可控製（zhì）當板子進入（rù）蝕（shí）刻段時,前麵幾組噴嘴會停止噴灑（sǎ）幾秒的時間.
3.技（jì）術提升部分
1）生產線簡介
1.內層酸性蝕刻
衝、蝕板、褪菲林生產（chǎn）線機器運行參數
衝板、褪膜、褪菲林換藥和補藥標準
2.外層堿性蝕刻
A)使（shǐ）用（yòng）的是TCM退膜、蝕刻機，設備性（xìng）能（néng）參數：
有效寬度：620mm
行轆速度：0~8m/min
壓力：2.5kg/cm2
安全性：機械、電氣部分有良（liáng）好保護（hù），有緊急開關。
B).操作條件
2）生產線維護
設備的日常保養
A.不使蝕（shí）刻液有sludge產生(淺藍色一價銅汙泥),當結渣（zhā）越多，會影（yǐng）響蝕刻液的化學平衡，蝕刻（kè）速率（lǜ）迅速下降。所以成份控製很重（chóng）要－尤其是PH,太高（gāo）或太低都有可能造成.
B.隨時保持噴嘴不被堵（dǔ）塞.(過濾係統要保持良好狀態），每（měi）周保養時檢查噴嘴（zuǐ），若堵（dǔ）塞則（zé）立即清除堵塞物。
C.及時更換破損的噴嘴和配件
D.PH計，比重感應器要定期校驗.
3）生產注意事項
1.嚴格控製（zhì）退膜液的濃度,以保證幹膜以合適的速度和大小退去,且不易堵（dǔ）塞噴嘴。
2.退（tuì）膜後水洗壓力應大於20PSI，以便除（chú）去鍍層（céng）與底銅間的殘膜和附在板麵上的殘膜。
3.蝕刻藥水壓力應在18 ~30PSI,過低則（zé）蝕刻不盡,過高則易打（dǎ）斷藥水的保護膜（mó）,造成蝕刻過度。
4）影響蝕刻速率因素分析
一.酸性氯化銅溶液
影響蝕刻（kè）速率的因素有很多，主要是Cl- ，Cu+含（hán）量，溶液溫度及Cu2+濃度。
1.Cl-含量的（de）影響
在（zài）氯（lǜ）化銅蝕刻液中Cl-濃度較（jiào）多時（shí），Cu2+和Cu+實際上是以絡離子的形式存在（zài）（[Cu2+Cl4]2－，[Cu+Cl3]2- ），所以蝕刻液的配製和再（zài）生都需要Cl-參加反應，下表（biǎo）為氯離子溶度與蝕刻速率關係。
從圖中（zhōng）可以看出：
－當鹽酸溶（róng）度升高時，蝕刻時間減少，但超過6 N酸其鹽酸，揮發量大，且對造成（chéng）對設備的腐蝕，並隨（suí）著酸濃度的增加，氯化銅的溶解度迅速降低。
在氯化（huà）銅溶（róng）液中發生銅的蝕刻反應時，生成的CuCl2不易溶於水，則在銅（tóng）的表麵形成一層氯化亞銅膜，這種膜能阻止反應的（de）進一步進行，過量的Cu-能與Cu2Cl2結合形成可溶性的絡離子[Cu1+Cl3]2-，從銅表麵上溶解下（xià）來（lái），從而提高蝕刻速率。
2.Cu+含（hán）量的影（yǐng）響
根據蝕刻反應，隨著銅（tóng）的蝕刻就會形成一價銅離子，較微量的Cu+會顯著地降低蝕刻速率。
根據奈恩斯物方程：
E－指定濃（nóng）度下的電極（jí）電位
n－ 得失（shī）電子數
[ Cu2+ ]－ 二價銅離子濃（nóng）度
[ Cu+]－ 一價銅（tóng）離子（zǐ）濃度
Cu+濃度與氧化--還原電（diàn）位之間的關係
溶液氧化一還原反應位與蝕刻速率的關係
從圖中（zhōng）可以看出，隨著Cu+濃度（dù）的不斷升高，氧化還原電位（wèi）不斷下降（jiàng）。當氧化（huà）還（hái）原電位在530mu時，Cu1+濃度低於0.4g/l能提供理想的高（gāo）的和幾乎恒定的蝕（shí）刻速率（lǜ）。
3.Cu2+含量的影響
溶液（yè）中Cu2+含量對蝕刻速率的關係（xì）：
當Cu2+低時，反應較（jiào）緩慢，但當Cu2+達到一定濃度（dù）時也會反應（yīng）速率降低。
4.溫度對蝕刻速率的影響
隨著溫度提高蝕刻時間越短，一般在40-55℃間,當溫度高時會引起HCl過多地揮發造成（chéng）溶液比例失調,另（lìng）溫度較高也會引起機器損傷及（jí）阻蝕層的破壞。
二.堿性氨類蝕刻液
蝕（shí）刻液的PH值，比重（ Cu2+的濃度），氯化氨濃度以及蝕刻液的溫（wēn）度等對蝕刻速度均有影響。
1.Cu2+含（hán）量的影響
－Cu2+過低，蝕刻速率低，且溶液控製困難；
－ Cu2+過高，溶（róng）液不穩定，易生（shēng）成沉澱；
－ 須（xū）控製Cu2+濃度在115~135g/l，連續生產則通過比重來控製。
2.溶液PH值（zhí）的影響
－PH值過低，對金（jīn）屬（shǔ）抗蝕層不利；且溶（róng）液中的銅不能完全被絡合成銅氨絡離子，溶液要出現沉澱，並在槽底形成泥狀沉澱。這些沉（chén）澱能結在加熱（rè）器上形成硬皮，可能損（sǔn）壞加熱器，還會堵塞泵（bèng）或噴嘴，對（duì）蝕刻造（zào）成困難。
－PH值過高，溶（róng）液（yè）中氨過飽和，遊離到空（kōng）氣中汙染環境；且使側蝕（shí）增大。
3.氯化氨含量的影響
－從前麵反應可知，Cu(NH3)2Cl的再生需要過量的NH3和NH4Cl存在。若氯化氨過低，Cu(NH3)2Cl得不到再生，蝕刻速率會降低。
－氯化氨過高，引起抗蝕層被浸蝕（shí）。
4.溫度的影響
－蝕刻速率會隨著溫（wēn）度的升高而加快；
－蝕刻溫度過低，蝕刻速度會降低，則會增大側蝕量，影（yǐng）響蝕刻質量。
－蝕刻溫度高，蝕刻速度明顯增大，但氨氣的揮發量液增大，既汙染環境，有增加成本。
5.噴液壓力的影響
－蝕刻藥水壓力應在18 ~30PSI,過低則蝕刻（kè）不盡,過高則易打斷藥水的（de）保護膜,造成（chéng）蝕刻過度。
5）蝕刻能力提高
一.減少側蝕和突沿，提高蝕刻因子。
側蝕造成突沿，側蝕和突沿降低，蝕刻因子（zǐ）會提高；突沿過度會造成導線短路，因為突沿會突然（rán）斷裂下來，在導線間形成電（diàn）的連接。嚴重的側蝕則使精細導線的製作成為不可能。
影響側蝕的因素及改（gǎi）善方法
蝕刻方式：浸泡和鼓泡式會造成較大的側蝕，潑濺和噴淋式側蝕較（jiào）小，尤其是噴淋式側蝕小。
蝕刻液種類（lèi）：不同的蝕刻液化（huà）學組分不同，蝕（shí）刻（kè）速度不同（tóng），側（cè）蝕也不同。通常，堿性（xìng）氯化銅蝕刻液（yè）比酸性氯化銅（tóng）蝕刻液蝕刻因子大。藥水供應商通常會（huì）添加輔助劑來降低側蝕，不同的供應商添加的輔助劑不同，蝕刻因子也不（bú）同。
蝕刻運輸速（sù）率：運輸速率慢會造成嚴重的側蝕。運輸速率快，板在（zài）蝕刻（kè）液中停留（liú）的時間越短，側蝕量也（yě）越小（xiǎo）。生產過程中，盡量提高蝕刻的運輸速度。 蝕刻液的（de）PH值：堿性蝕刻液，PH值（zhí）較高時，側蝕增大。一般（bān）控製PH值在（zài）8.5以下。
蝕刻液的比重：堿性蝕刻液的比重太低，會加重側蝕，選（xuǎn）擇高銅濃度的蝕刻液對減少側蝕是有利的。
底銅厚度（dù）：底銅厚度越大，板需在蝕刻液中停留的時間也越長，側蝕就越大（dà）。製作（zuò）密集細小線（xiàn）路（lù）的製板（bǎn），盡量（liàng）使用低厚度的銅箔，減小全板鍍銅厚度。
二.提高板與板（bǎn）之間蝕刻速率的一致性
在連續（xù）生產過程中，蝕刻速率越一致，越能獲得蝕（shí）刻均勻的板（bǎn），生產越容易（yì）控製。因此必須保證溶液始終保持狀態。
－選擇（zé）易再生，蝕刻速率易控製的藥水；
－選擇能提供恒定操作條件的自動控製的工藝和設備
－通過自動添加來保證（zhèng）溶液的穩定
－通過噴淋係統或噴嘴的擺動來保證溶液流量的均勻性
三.提高整個板麵蝕刻速率的均勻性。
板的上下兩麵以及板麵各個部位（wèi）蝕刻均勻性有由板表麵受到蝕刻液流量的均勻性（xìng）決定的。
－由（yóu）於水池效應的影響，板下麵蝕刻（kè）速率高於上麵（miàn），可根據實際生產情況調（diào）整不同位置噴液壓力（lì）達到目的（de）。生產操作中，需定期對設備進行檢測和調校。
－板邊緣（yuán）比板中間蝕刻速率快，也可通過調整壓力解決此問（wèn）題，另外使噴淋係統擺動也是有（yǒu）效（xiào）的。
常（cháng）見問題及改善
6）工序潛力與展望
隨著未（wèi）來PCB的發展，如撓性板（bǎn）、密的線路板的生產將（jiāng）采取相應的措施，比如可將鑽孔後之板適當蝕去1/3到（dào）1/2的底銅，再做PTH全板，Dryfilm、圖（tú）形電鍍即可減少側蝕，從而保證線寬足夠。
7）生（shēng）產安全與環境保護
因蝕刻工序使用了強堿(如NaOH)、氨水等化學品，生產過程中（zhōng）有較大氣味（wèi）產生，同時產生大量廢液（yè）、廢渣，故應加強抽風以及及時將廢（fèi）液、廢渣運走，同時可進行蝕刻液（yè）循環利用。
