PCB印制电路中影响蚀刻液特性的因素

一、蚀刻液的选择

蚀刻液的选择是非常重要的，它所以重要是因为它在印制电路板制造工艺中直接影响高密度细导线图像的精度和质量。当然蚀刻液的蚀刻特性要受到诸多因素的影响，有物理、化学及机械方面的。现简述如下：

1 物理及化学方面

1）蚀刻液的浓度：应根据金属腐蚀原理和铜箔的结构类型，通过试验方法确定蚀刻液的浓度，它应有较大的选择余地，也就是指工艺范围较宽。

2）蚀刻液的化学成分的组成：蚀刻液的化学组分不同，其蚀刻速率就不相同，蚀刻系数也不同。如普遍使用的酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻系数通常是&；碱性氯化铜蚀刻液系数可达3.5-4。而正处在开发阶段的以硝酸为主的蚀刻液可以达到几乎没有侧蚀问题，蚀刻后的导线侧壁接近垂直。

3）温度：温度对蚀刻液特性的影响比较大，通常在化学反应过程中，温度对加速溶液的流动性和减小蚀刻液的粘度，提高蚀刻速率起着很重要的作用。但温度过高，也容易引起蚀刻液中一些化学成份挥发，造成蚀刻液中化学组份比例失调，同时温度过高，可能会造成高聚物抗

蚀层的被破坏以及影响蚀刻设备的使用寿命。因此，蚀刻液温度一般控制在一定的工艺范围内。

4）采用的铜箔厚度：铜箔的厚度对电路图形的导线密度有着重要影响。铜箔薄，蚀刻时间短，侧蚀就很小；反之，侧蚀就很大。所以，必须根据设计技术要求和电路图形的导线密度及导线精度要求，来选择铜箔厚度。同时铜的延伸率、表面结晶构造等，都会构成对蚀刻液特性的直接影响。

5）电路的几何形状：电路图形导线在X方向和Y方向的分布位置如果不均衡，会直接影响蚀刻液在板面上的流动速度。同样如果在同板面上的间隔窄的导线部位和间隔宽的导线部位状态下，间隔宽的导线分布的部位，蚀刻就会过度。所以，这就要求设计者在电路设计时，就应首先了解工艺上的可行性，尽量做到整个板面电路图形均匀分布，导线的粗细程度应尽量相一致。特别是在制作多层印制电路板时，大面积铜箔作为接地层，对蚀刻的质量有着很大的影响，所以建议设计成网状图形为宜。

2 机械方面

1）设备的类型：设备的结构形式也是对蚀刻液特性的影响重要因素之一。初始阶段采用浸入式槽内浸泡方法，蚀刻导线宽的印制电路板，精度要求不高，是可采用的设备结构形式。对于细导线、窄间距，精度高、密度高的印制电路板来说，浸入式的蚀刻设备结构已不适应，出现水平机械传动结构形式的蚀刻设备并采用摆动喷咀装置，使基板的铜表面印刷电路蚀刻更均匀，但水平式设备结构会造成板面的过腐蚀现象，因而研制和开发了垂直喷淋技术。同时，蚀刻设备还必须具有防止薄的覆铜箔层压板在蚀刻时容易卷绕在滚轮和传送轮上而造成废品的装置，以及保证导线图形表面金属不被擦伤或划伤。所以，在选择蚀刻设备时要特别重视结构形式，能否达到蚀刻速率快、蚀刻均匀及蚀刻质量高的要求。下图是酸性蚀刻机及碱性蚀刻机的外形图。

2）喷淋技术方面：

1 喷淋形状：目前通用的喷淋系统应具备的条件和结构形式，是在喷淋系统中采取连锁的、圆锥体结构，所有的喷咀喷射出来的蚀刻液呈扇形而且相互交替，使所有传送的印制电路板被蚀刻液全部覆盖而且能均匀的流动。从工艺试验结果表明：

·固定式的喷淋：平均蚀刻深度为0.20mm标准偏差为0.01mm。

·摆动式的喷淋：平均蚀刻深度为0.21mm标准偏差为0.004。

2 摆动方式：通过当前实际生产经验证明，弧形摆动比较理想，能使蚀刻液达到整板面，提高了蚀刻速率的一致性，对制作高密度细导线提供了可靠的保证。

3 距离：所谓距离是指喷咀到板面的距离，也就是蚀刻液喷淋到基板表面的距离，这是非常重要的。当在考虑到喷咀到基板表面的距离的同时，还必须同喷淋的压力结合在一起进行研究和设计，即要达到蚀刻的高质量还必须符合经济性、适应性、可制造性、可维修性和可更换性。

4 压力：在设计时要考虑到压力对蚀刻液喷淋效果，对基板表面能否形成均匀的蚀刻液流动和蚀刻液的流动量的均衡性。所以，喷淋压力过大或过小都会造成对蚀刻质量的影响。

3 流体力学方面

1）蚀刻液的表面张力：因为任何物体都有一定的表面积因此液体表面就好像有一层紧缩的薄膜，这层薄膜具有一股分子级的内向吸引力，使其有收缩的趋势，为了维持这紧张的表面平衡，在表面周界上必须加一适当的和表面相切力才能使表面维持一定的面积，不再收缩，这种和表面相切的力叫表面张力。作用在表面上单位长度上的张力用符号σ表示。单位是达因/厘米。蚀刻液的表面张力大小对蚀刻速率和蚀刻质量的影响，与固体表面（指铜箔表面）润湿程度有关。所谓润湿就是液体在固体表面上的贴附现象称之。也就是液体在固体表面上的形状与接触角（θ）大小有关。接触角越大，固体表面的润湿越差即亲水性越差，要维持接触角（θ）为最小锐角，就必须改变固体的表面性质。这就是说，液体表面张力越小，对固体表面的润湿性能也就越好，但是如果固体表面被沾污，即使液体表面张力小，也不会改善固体表面润湿程度。所以，要获得最隹的蚀刻质量，就必须加强对基板铜箔表面的清洁处理，改善表面性质使与蚀刻液更好的处在润湿状态。要改善液体的表面张力，还需提高作业温度，温度越高，液体的表面张力就越小，与固体的贴附就更为理想，处理的效果就好。这是由于温度升高引起物质的膨胀，增大了分子间的距离而使分子间的引力减小，所以随着溶液的温度升高，表面张力是逐渐减小的。为此，做到严格的控制工艺条件，就能够更好的改善溶液与基板铜表面的接触状态。

2）粘度：蚀刻过程中，随着铜的不断溶解，蚀刻液的粘度就会增加，使蚀刻液在基板铜箔表面上流动性就差，直接影响蚀刻效果。要达到理想的蚀刻液的最佳状态就要充分利用蚀刻机的功能，确保溶液的流动性。