碱性蚀刻工艺培训教材
碱性蚀刻工艺培训教材
何勇强
一、概说
碱性蚀刻是氯化铜在碱性条件下用化学方法去除图形中不需要的铜层以形成线路图形，主要应用于图形电镀后蚀刻铜层。碱性蚀刻适用于以镀铅/锡、镀钝锡、镀镍、镀金等作为抗蚀层用于外层线路图形的蚀刻。
二、流程
上板→褪膜→水洗→碱性蚀刻→补充药水清洗→水洗→烘干→褪铅锡→水洗→烘干
褪膜机、蚀刻机、退铅/锡机三部分组成一条联动线
2.1 褪膜
a）原理：经图形电镀后未被电镀部分是由干膜覆盖着，该部分在最终形成线路图形时要被蚀去，所以在蚀刻前首先要把干膜退除以便露出铜面。退膜液为稀碱，当稀碱进入干膜中把含酸基的树脂中和反应而被溶解出来，使干膜脱离铜面。 b）设备：IS和ACS褪膜机、外置过滤器
c）材料：有机褪膜碱（例如ATO的RS628），对铅锡层无攻击。铅能缓慢溶于强碱性溶液，曾使用氢氧化钠，但是对铅锡层攻击大，在退膜时时间过长，对抗蚀层有一定的腐蚀作用，轻者线路不直或渗锡蚀刻不净，严重时抗蚀层太薄而造成蚀铜时把线路蚀断，甚至出现孔内无铜。
d）控制关键：退膜段的生产控制是很重要的一步，如果板在该段退膜不干净，或者说表面看似已退膜完成但线路间（特别是细线路）如果还残有余胶也会造成蚀铜过程不干净而形成短路。所以正确的操作是控制溶液的浓度、板在该段停留的时间和充分的水洗，才能确保退膜后的板顺利通过蚀铜工序。
2.2 蚀刻
a）碱性蚀刻：蚀刻液中的二开铜离子是一种氧化剂，它与金属铜反应并溶解金属铜。
主要反应机理：
络合反应：CuCl2+4NH3==[Cu(NH3)4]2+Cl2
[Cu(NH3)4]2+Cl2是具有强氧化能力的络合离子
蚀刻反应：Cu°+[Cu(NH3)4]2+Cl2==2[Cu(NH3)2] +1Cl
金属铜原子Cu°经过反应后生成一铜离子，而[Cu(NH3)2] +1Cl已不具备氧化能力，需要再生后才有氧化功能。
再生反应：2[Cu(NH3)2] +1Cl+2NH4Cl+2NH3·H2O+1/2O2==2[Cu(NH3)4]2+Cl2+3H20 b） 设备：IS蚀刻机和ACS蚀刻机
c） 材料（成分）：氯化铜、氨水、氯化胺，少量的氧化剂，缓蚀剂等 d）控制关键：
✧ 温度影响：蚀刻速率与温度有很大关系，蚀刻速率随着温度的升高
而加快。一般说温度越高，蚀刻速度越快，温度低，蚀刻速度低，
但温度如果太高例如超过60℃，蚀刻速度会明显加快，但氨气的挥
发速度也大大提高，使溶液中的PH下降，造成溶液的不稳定。一
般控制在48-52℃之间。
✧ 铜浓度影响：碱性蚀刻液的密度太低会加重侧蚀，选用高铜浓度的
蚀刻液对减少侧蚀是有利的。一般说铜离子浓度高时蚀刻速率高，
因为溶解中有蚀刻能力的铜离子多，加快了蚀刻速度，但时太高时
容易造成沉淀，溶液不稳定，生产控制铜浓度采用比重方式，一旦
超过范围会自动添加补充液来降低比重。
✧ 氯含量（氯化铵）：通过蚀刻再生的化学反应可以看出：[Cu(NH3)2]+
的再生需要有过量的NH3和NH4Cl存在。如果溶液中缺乏 NH4Cl,
而使大量的 [Cu(NH3)2]+ 得不到再生，蚀刻速率就会降低，以至失
去蚀刻能力。所以，氯化铵的含量对蚀刻速率影响很大。随着蚀刻
的进行，要不断补加氯化铵。但是，溶液中Cl-含量过高会引起抗
蚀层被浸蚀。一般蚀刻液中含量在160-220g/L。
✧ PH值影响：起到保持溶液的稳定和抗蚀层不被侵蚀，PH值低时溶
液不稳定。PH值过高抗蚀层易被溶解造成侧蚀，使蚀刻后线路变
细。
✧ 上、下喷淋的压力影响：在蚀刻液控制范围内，要使上、下板蚀刻
量保持一致，一定要调整好上、下喷嘴的压力，板面向上的一面由
于有积水效应，喷淋压力受阻，溶液在板面上停留时间也较长些，
所以通常上压较下压高些，为了检查上、下喷淋和喷嘴是否喷淋均
匀，可以找一块1OZ或0.5OZ厚未经电镀的双面覆箔板，放入蚀
刻段，调整好一定速度（注意不宜蚀过头否则不好辨认上、下面蚀
铜均匀情况）如果上、下面蚀刻压力调整适合两面蚀铜速率将可通
过，否则从新调整。同时通过上述测试也可以检查喷嘴是否被堵，
如果发现局部蚀刻铜情况不好，可以检查喷嘴或摇摆系统。
✧ 蚀刻速度的控制：如果上述控制条件都无异常，在蚀刻生产中主要
根据板面铜的厚度来调整蚀刻速度，例如1/2OZ的板料就比1OZ
板料速度快许多，另外还要根据板面线路的密度和线细程度同时调
整上、下喷嘴压力，对于第一次未能蚀干净的板需进行返工再蚀，
要按工艺规定的返工板修理的程序和控制方法操作。通常在实际操
作时，应先取几块板进行试验等蚀完后经检查线路合格后方可批量
进行生产，否则将会造成成批报废。
✧ BC线的区别：B线的设备为ACS蚀刻机，蚀刻机控制的均匀性主
要通过摇摆来实现，由于该摇摆固定位置经常磨损，摇摆幅度经常
不足，而且传送轮多，容易挡住部分的蚀刻药水，从而对于制作细
线路的蚀刻情况影响大。C线的设备为IS蚀刻机，该机器的喷嘴是
固定方向（间距向相反方向），没有摇摆，而且传送轮相对少，比
较适易制作细线路板件。
2.3 退锡
a）原理：把已蚀完线路和孔壁上铜面的抗蚀层铅/锡用退铅/锡药水（主要是硝酸）溶解达到铜面及孔内光亮的铜层露出。
主要反应机理：16HNO3+3Pb+Sn==4NO2↑+ Sn(NO3)4+ 3Pb(N03)2十2NO↑+8H20 锡与浓硝酸反应生成主要是β-锡酸难溶于酸碱，而铅只能与稀硝酸起反应，反应后在浓硝酸中可以制得硝酸铅固体。所以在我们的退锡缸中可以看到比较多的沉淀，主要就是锡酸和硝酸铅。
b） 设备：宇宙退锡机
c） 材料（成分）：108退锡药水
d）控制关键：已蚀刻完成的线路必须退除线路上的铅/锡抗蚀层，否则下工序在前处理时孔内会生成硫酸铅难溶的沉淀物，孔内变黑对后工序造成严重的缺点，进入退铅/锡段的板须检查全部蚀铜干净后才能进入系统，否则不能再进行返蚀过程。控制的关键为：温度（温度低，退锡速度慢，温度高，硝酸挥发快污染环境）；速度、硝酸浓度（过高，退锡快，蚀铜量大；低，退锡慢，容易退锡不净）、比重。
三、工序品质及控制（新工培训中的内容）
该工序如果品质控制不良对已经形成的线路是难以修理的，特别是做细线路板时只有报废，常出现以下几种品质问题，在生产操作中要很好控制。
①线细：每一位客户对线路都有一个宽窄要求，缺陷范围，如果线过蚀超过范围就只有报废，蚀刻量不够时容易造成线路之间短路，通常在生产每一种板时品质部有一份检查要求，因此在每次生产时和生产过程都要进行抽查测量线细的宽度是否符合要求，特别检查板面中一些孤立线更为重要。发现问题及时调整工艺参数，如果大部分板都会出现线细，则要检查前工序的问题。
②蚀不净：该类缺点的产生有几种情况，这里仅检查本工序出现的问题首先看退膜段是否退除干净，然后检查蚀刻速度控制是否恰当，喷淋压力和喷嘴是否被堵，以上情况是在蚀刻液处于正常范围，否则先调整蚀刻液的成份。
③开路：这里出现的开路问题如果是定位则可能出现在图形转移上菲林有缺陷，不是定位问题时有可能是板面有干膜碎未被冲净，再则电镀后抗蚀层被擦花，都属于操作上的问题，当然过蚀也会造成开路。但可以从开路的现象分析检查出问题所在。
四、常见的问题可能原因以及处理方法
1）问题：蚀刻时板件两面蚀刻效果相差大。
可能的原因及处理方法：
a）喷嘴堵塞：一般有定位性，检查并清理。
b）传送轮排列不对或过多，一般在B线会出现，而且在上面，C线已固定不会出现：采取的办法抽走部分的传送，。
c）两面蚀刻均匀性差：调整上下压力基本可以解决。
d）板件本身两面镀层厚度相差大：一般通过把镀层厚的朝下，减少水池效应，要一定改善，但要保证线宽；如果偏差过大，要向前工序查找原因（有平板不均匀、减铜不均匀等）。
e）药水液位不足，导致无法循环：补充药水。
2）问题：蚀刻侧蚀严重，线细
可能的原因及处理方法：
a） PH过高：一般来说PH过高对蚀刻速度帮助不大，但是测试会比较严重，
要注意检查比重是否设定低导致不断加药，检查来料是否PH高或抽气的情况，适当开大抽气。但是PH值高，根据经验对隔离环小的板件蚀刻有一定帮助。
b）比重低：蚀刻比重低，侧蚀量大。可以通过补加铜盐来调整。出现此类情况，先生产基铜比较厚（1OZ或2OZ）的板件来提高比重，但是必须紧记的是蚀刻比重要慢慢调整，不能一步调整到位，否则容易出现蚀刻药水补充不足，药水更新不好，蚀刻状态会变得更差。建议调整0.5-1波美度。 c） 基铜厚线宽补偿不足：根据我们技术加工能力对板件进行线宽补偿的修改；或适当降低平板的镀铜厚度。所以一般对于细线路（≤5mil）的板件在平板没有要求加厚的情况，如果要进行加厚，必须对线宽的补偿进行调整或只是进行适当加厚。而对于已经镀好的板件，要蚀刻时，可以通过降低蚀刻压力和速度来控制线宽。而且这样做的目的为了减少侧蚀。
3） 问题：药水结晶（可以明显看到药水颜色反白）
可能的原因及处理方法：
a）PH值低：当碱性蚀刻液的PH值低于8.0时，则溶解度变差并形成铜盐沉淀与结晶。检查来料的PH值情况、蚀刻比重控制自动添加情况、抽气是否过大。
b）水稀释过量：进水稀释导致PH值降低溶解度变差并形成铜盐沉淀与结晶。一般进水主要是冷却水管漏水和板面带进的水，所以要针对性检查和改善。 c）溶液比重过大：也就是说铜盐含量高形成铜盐沉淀与结晶，主要控制比重在合适的范围内。
e）蚀刻液温度低：铜盐溶解度变差。保养后，抽回药水时，一般不要把桶内药水完全抽到缸中，因为桶底会有一些的沉淀物。
f）其他原因：一是大保养后蚀刻药水比重低，调整不及时导致蚀刻药水更新不足而产生沉淀；二是蚀刻补充药水中的加速剂含量偏高，容易产生难以溶解的沉淀；三是自动添加泵故障，导致药水无法补充而产生沉淀；四是褪膜药水被板件带进蚀刻缸中。
4）问题：连续蚀刻时蚀刻速度下降，但停机一段时间后又恢复正常 可能原因及处理方法：
a）抽气量不足：从我们蚀刻中反应机理中可以知道，药水的再生是需要大量的氧气，而当抽气量不足，导致氧气补充不足，药水无法及时再生，所以
要控制有一定抽气量。
b）循环泵循环不良：药水无法及时循环均匀，导致部分药水更新不足而蚀刻效果下降。在B线会出现此类情况。
5）问题：隔离环蚀不净
a）药水比例不正常：主要是氯离子浓度过高，一般要先分析药水的各种成分，并调整到相对应的范围内。在此过程中可以生产板件，一般要求有隔离环的板面朝下，或适当降低蚀刻压力和蚀刻速度。
b）隔离环过小：根据加工能力里面的要求进行确认。
c）基铜包括平板不均匀：主要出现减铜的板件，所以关键在于控制好平板和减铜的质量。
6）问题：蚀刻PH显示值与实测偏差大
出现此类情况，先要把显示校正为实测值；如果多次校正后，仍出现问
题，就要对PH探头拿出进行清洗和校正。
PH值显示值的校正步骤：
①长按住“Enter”键，直到输入密码对话筐；
②密码为：按三下“△”键，然后按一下“▽”键。这样就会进入系统。 ③按“▽”键进行翻页，到“Set standard”的画面后，按一下“键进入，这样就进入修改PH值显示的画面。
④按 “△”键或“▽”键进行加或减数字，按“位置来选择要修改的数字。
⑤修改与实测值一致后，按“Enter”键确认所修改的数字，系统就会出现提示已保存（Set Saving）的画面。
⑥此时数值已校正完毕，同时按下“△”键和“▽”键，推出系统，回到正常显示的画面。
对于蚀刻所出现的问题，只要理解了蚀刻的原理，解决问题从原理（反应式）入手，从中就可以找出解决问题的最佳办法。上面的内容只是一些常见问题的基本解决办法，仅供参考。
五、结束语
碱性蚀刻工艺培训教材是个人工作经验和资料结合，难免有不正之处，敬请指正。希望该教材能对大家对碱性生产线原理有所了解。