隨（suí）著PCB工業的發（fā）展,各種導線之阻抗要求也越來越高（gāo），這（zhè）必然（rán）要求導線的寬（kuān）度控製更加嚴格。為了使榮信公司的工程管（guǎn）理人員，尤其是負責蝕刻工序的工藝工程人員對蝕刻工序有一定的了解（jiě），故撰寫此份培訓教材，以期有助（zhù）於生產管理與監控，從麵提高我司（sī）的產品（pǐn）品質。(本教材以設備為基礎對蝕刻工藝進行講解)
2.蝕（shí）刻機的基礎原（yuán）理
1）蝕刻的目的
蝕（shí）刻的目的即是將前工（gōng）序所做出有圖形的線路板（bǎn）上的未受保護的（de）非導體部分銅蝕刻去，形成線（xiàn）路（lù）。
蝕（shí）刻有內層蝕刻和外層蝕刻，內層采用酸性蝕刻，濕膜或幹膜（mó）為抗蝕劑（jì）；外層采用堿（jiǎn）性蝕刻，錫鉛（qiān）為（wéi）抗蝕劑。
2）蝕刻反應基本（běn）原（yuán）理
一.酸性氯化銅蝕刻液
1.特性
－蝕刻速度（dù）容易控製，蝕刻液在穩定狀態下能達到高的蝕刻質量
－蝕銅量大
－蝕刻液易再生和回收
2.主要反應原理
蝕刻過程中，CU2+有氧化性，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下，生成可溶性的絡離子：
2CuCl＋4Cl-→2[CuCl3]2-
隨著反應的進行（háng），CU+越來越（yuè）多，蝕銅能力下降，需對蝕刻液再生，使CU+變成CU2+。再生的方法有以下幾種:通氧氣（qì）或壓縮空氣再生（反應速率低)，氯氣（qì）再生(反應快，但有毒)，電解再生（shēng）（可直接（jiē）回收銅，但需電解再生的設備和（hé）較高的電能消耗），次氯酸鈉再（zài）生（shēng）（成本（běn）高，本（běn）身較危險），雙（shuāng）氧水再生（反應速率快，易控製).
反應：2CuCl+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O
自動控製添加係統：通過控製蝕刻速度，雙氧水和鹽酸的（de）添加比例，比重和液位，溫度等項目（mù），達到自動連續生產。
我司采用（yòng）此種再（zài）生方法。
二.堿性氨類蝕刻液
1.特性
－不與（yǔ）錫鉛發生任何反應
—易再生（shēng），成本低，易回收
－蝕銅速度快，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（fǎn）應重複進行,因此需要有良好抽氣,使噴淋形成 負壓,使空氣中的氧氣與藥液充分混（hún）合（hé）,從而（ér）利於（yú）蝕刻反應進行。注意抽氣不可過大,否則造成氨水消耗量的增大.
二價銅離子在堿（jiǎn）性環境下極易生成氫氧化銅沉澱，需加入過（guò）量的氨水，使之生成穩定（dìng）的氨（ān）銅錯離子團；過量的氨使反應生成的不穩定Cu(NH3)2Cl 再（zài）生成穩定的具有氧化性的Cu(NH3)4Cl2，使反應不（bú）斷的進行（háng）。
生產過程中自動控製通過監測PH值，比重，進（jìn）行補加氨水和新液，而達到連續生產的目的。
3、蝕刻工藝流程及原理
一.酸性氯化銅蝕刻
1.工藝流程
2.工藝原理
—顯影
定義（yì）：利用碳酸鈉的弱堿性將幹膜上未經（jīng）紫外線輻射的部分用碳酸鈉溶液溶（róng）解，已經紫外線輻射而發生聚合反應的部分保留。
—原理
CO3-2 + ResistCOOH HCO3- + Resist COO-
CO3-2主要為Na2CO3 或（huò）K2CO3
ResistTOOH為幹膜及油墨中反應（yīng）官能基（jī）團，利（lì）用CO3-2與阻劑中羧基（COOH）進行酸堿中和反應，形成COO-和（hé）H CO3- ，使阻（zǔ）劑形成陰離子團（tuán）而剝離。
－蝕刻
定義：將溶解了幹膜（濕（shī）膜）而露出的銅（tóng）麵用酸性氯化銅溶解腐蝕，此（cǐ）過程叫蝕刻。
影響因素：主要是溶液（yè）中Cl- 、Cu+的含量，溶液的溫度及（jí）Cu2+的濃度等。
－褪（tuì）膜
藥（yào）水：NaOH 3+/-0.5%
除泡劑0.1～0.2％
定義：將線路上的保護膜去掉，露出已加工好的線路。影響褪膜效果因素：褪膜溫度及速度，藥水濃度
注意：褪膜溫度低，速度慢，藥水（shuǐ）濃度低，會導致褪膜不淨；藥（yào）水濃度（dù）高，會導致板麵（miàn）氧化。
褪膜段（duàn）噴嘴（zuǐ）要及時清洗，防止碎片堵塞噴嘴，影響褪膜質量
二.堿（jiǎn）性蝕刻
1.工藝流程（chéng）
注：整孔工序僅適用於沉金製板
2.工藝原理（lǐ）
－褪膜
定義：用褪菲林液將（jiāng）線路板麵上蓋住的菲林褪去（qù）,露出未經線路加工（gōng）的銅麵.經電鍍工序後的幹膜在堿性褪膜液下溶解或部分成片狀（zhuàng）脫落,我司使（shǐ）用（yòng）的是3% ±0.5%氫氧化鈉溶液（yè）.為維持藥（yào）液的效果,需注意過濾的效果,及時過濾去片狀的幹膜碎,防止堵塞（sāi）噴嘴.
注：內外層褪膜段使用藥水及控製（zhì）相同，但外層幹膜厚為1.5mil左右,經（jīng）圖形（xíng）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（shí）控製褪（tuì）膜速度以防褪膜不（bú）淨而短路（lù）。
－蝕刻
定義: 用蝕板液（yè）將多（duō）餘（yú）的底銅蝕去剩下已加（jiā）厚的線路。
控製：隨著反應不斷（duàn）進行,藥液中氨水不斷降低,銅離（lí）子不斷增加,為保持蝕（shí）銅速度,必需維持藥水的穩定.我司通過PH計,比重計（jì）控（kòng）製氨水和新液的自動添加,當PH值低時添加氨水;當比重高時（shí）添加新（xīn）液.為（wéi）使之蝕銅反應進行更為迅速，蝕液中多（duō）加有助劑，例如：
a.加速劑(Accelerator) 可促使上（shàng）述氧化反應更為快速，並防止亞銅錯離子的沉澱。
b.護岸（àn）劑(Bankingagent) 減少側蝕。
c.壓抑劑(Suppressor)抑製氨在高溫下的飛散，抑（yì）製銅 的（de）沉澱加（jiā）速蝕銅的氧化反應。
－新液洗
使用不（bú）含有（yǒu）銅離子的NH3.H2O, NH4Cl溶液清除板麵殘留的藥液（yè）以及反應生成物Cu(NH3)2Cl ,其（qí）極不穩定，易生成沉（chén）澱。
－整孔
除（chú）去非鍍通孔中（zhōng）的在（zài）沉銅工序（xù）所吸附（fù）上去的鈀離子, 以防在沉金工序沉上金.
－褪錫
使用含（hán）銅保護劑的主要成分為硝酸的藥液（yè），褪去線路上的錫鉛層,露出線路
4）名詞解釋（shì）
水池效應
在蝕刻過程中，線路板水平通過蝕（shí）刻機時，因重（chóng）力作用在（zài）板上麵新鮮（xiān）藥液被積水阻撓,無法有效和銅麵反應，稱之水池效應。而（ér）下麵則無（wú）此現象。
蝕刻因子
蝕刻液在蝕刻過程中，不僅向（xiàng）下而且對左右各方向都產生蝕刻（kè）作用，側蝕是不可避免的。側蝕寬（kuān）度與蝕刻深度之比稱之為（wéi）蝕刻因子。
Etching Factor(蝕刻因子)＝D/C
Undercut=(A-B)/2
5）設備
－內外層均采用水平線設備。
－對（duì）於堿性蝕刻，為增加蝕刻速度，需提高溫（wēn）度到46℃以上，因而有大量的氨臭味必須要有適當的抽風；抽風太大則將氨氣抽（chōu）走比較浪費，在抽風（fēng）管內增加節（jiē）流（liú）閥（fá），控製抽（chōu）風的強度。
－無（wú）論何種蝕刻（kè）液，都需采（cǎi）用高壓噴淋（lín）；為（wéi）獲得較整齊的線條側邊和高質量的蝕刻效果，須嚴格（gé）選擇噴（pēn）嘴的形狀和噴淋方式。但不論如何選擇，都遵循一基（jī）本理論，那（nà）就是以（yǐ）快速度的讓欲蝕刻銅表麵（miàn）接觸愈多新（xīn）鮮的蝕刻液。
－噴嘴的（de）形狀有錐形（空（kōng）錐形，實錐形），扇形等（děng），我司采用的是扇形噴嘴。與錐形噴嘴相比，的設計是扇形噴嘴。注意（yì）集流管的安裝角度，能對進入蝕刻槽內的製板進行（háng）30度（dù）噴（pēn）射。第二組集流管與組比有所（suǒ）不同，因噴淋液（yè）互（hù）相交叉時會降低（dī）噴淋的效果，盡（jìn）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（bǐ）有（yǒu）橫置，豎置和斜（xié）置，我（wǒ）司采用的安裝方式有兩種（zhǒng）方式（shì）（見下圖）。但擺（bǎi）動方（fāng）向均垂直於（yú）運輸方向。
－蝕刻品質往往因水池效應(pudding)而受限, 這也是為何板
子前端部份往往有overetch現象（xiàng）, 所（suǒ）以設備設計上就有如下
考慮（lǜ）:
a.板子較細線路麵朝下,較粗線路麵朝上.
b.噴嘴上,下噴液壓力調整以為補償,依實際作業結果來（lái）調整其差異.
c.先進的蝕刻機可控製當板子進入蝕刻段時,前麵幾組噴嘴會停止噴灑幾秒的時間（jiān）.
3.技術提升部（bù）分
1）生產線簡介
1.內層酸性蝕刻
衝、蝕板（bǎn）、褪菲林生（shēng）產線機器運行參數
衝（chōng）板、褪膜、褪菲林換藥和補藥標準
2.外層堿性（xìng）蝕刻
A)使用的是TCM退膜（mó）、蝕刻機，設備性能參數：
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，有緊急開關。
B).操作條（tiáo）件
2）生產線（xiàn）維護
設備的日（rì）常（cháng）保養
A.不使蝕刻液有sludge產生(淺藍（lán）色一價銅汙泥),當（dāng）結渣越多（duō），會影響蝕刻液的化學（xué）平衡，蝕刻速率迅速下（xià）降。所以成份控製很重要－尤其是PH,太高或太低都有可（kě）能造成.
B.隨時保持噴嘴不被堵塞（sāi）.(過濾係統要保持良好狀態），每周保（bǎo）養時檢查噴嘴，若堵塞則立即清除堵塞物。
C.及（jí）時更換破損的噴嘴和（hé）配件
D.PH計，比重感（gǎn）應器要定期校驗.
3）生產注意事項
1.嚴格控製退膜液的濃（nóng）度,以保證幹膜以合適的速度和大小（xiǎo）退去,且不易堵塞噴（pēn）嘴。
2.退膜後（hòu）水洗壓力應（yīng）大於20PSI，以便除去（qù）鍍（dù）層（céng）與底銅間（jiān）的殘膜和附在板麵（miàn）上的殘膜。
3.蝕刻藥（yào）水壓力應（yīng）在18 ~30PSI,過低則蝕刻不盡,過高則易（yì）打斷藥水的（de）保（bǎo）護膜,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（shí）刻速率的因素有很多，主（zhǔ）要是Cl- ，Cu+含量（liàng），溶液溫度及Cu2+濃度。
1.Cl-含量的影響
在氯化銅蝕刻液中Cl-濃度較多時，Cu2+和（hé）Cu+實際上是以絡離子的形式存（cún）在（[Cu2+Cl4]2－，[Cu+Cl3]2- ），所以蝕刻液的配製和再生都（dōu）需要（yào）Cl-參加反（fǎn）應（yīng），下表（biǎo）為氯離子溶度與蝕刻速率關係。
從圖中可以（yǐ）看出：
－當鹽酸溶（róng）度升高（gāo）時，蝕刻時間減少，但超過6 N酸其鹽酸，揮發量（liàng）大，且對造成對設備的腐蝕，並隨著酸（suān）濃度的增加，氯化銅的（de）溶解度迅速降低。
在氯化銅溶液中發生銅的蝕刻反應時，生成的CuCl2不易溶於水，則在銅的表麵形成一層氯化亞銅膜，這種膜能阻（zǔ）止反應的進一步進（jìn）行（háng），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（shàng）溶解下來，從而提高（gāo）蝕刻速率。
2.Cu+含量的影響
根據蝕刻反應，隨著銅的蝕刻就會形（xíng）成一價銅離子，較（jiào）微量的Cu+會顯著（zhe）地降低蝕刻速率（lǜ）。
根據奈恩斯物方程：
E－指定濃度下（xià）的電極電位
n－ 得（dé）失電子數
[ Cu2+ ]－ 二價銅離子濃度
[ Cu+]－ 一價銅離子濃度（dù）
Cu+濃度與氧化--還原電位之間的關係
溶液氧化一還原反應位與蝕刻速率的關係
從圖中可以看出，隨著Cu+濃度的（de）不斷升高，氧化還（hái）原電位不斷下（xià）降。當氧化還原電位在530mu時，Cu1+濃度低於0.4g/l能提供理想的高的和幾乎（hū）恒定的蝕刻速率。
3.Cu2+含量的影響
溶液中Cu2+含量對蝕刻速率的關係：
當Cu2+低時，反應較緩慢，但當Cu2+達到一定濃度時也（yě）會反應速率（lǜ）降（jiàng）低。
4.溫度對蝕刻速率的影響
隨（suí）著溫度提高蝕刻時間越短，一般（bān）在40-55℃間,當溫度高時會引起（qǐ）HCl過多地揮發造成溶液比例失調,另溫度較高也會引起機器損傷及阻蝕層的破壞。
二.堿性氨類蝕刻（kè）液
蝕刻（kè）液的PH值，比重（ Cu2+的濃度），氯化氨濃（nóng）度（dù）以及蝕（shí）刻液的溫度等對蝕刻速度均有影響（xiǎng）。
1.Cu2+含量的（de）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，易生成沉澱；
－ 須控製Cu2+濃度在115~135g/l，連續生產則通過比重來控製。
2.溶液PH值的影響
－PH值過低，對金屬抗蝕層不（bú）利；且溶液中的銅不（bú）能完全被絡合成銅氨絡離子（zǐ），溶液要出（chū）現沉澱（diàn），並（bìng）在（zài）槽底形（xíng）成泥狀沉澱。這些沉（chén）澱能結（jié）在加熱器上形成硬皮，可（kě）能損壞加熱器，還會堵塞泵或噴嘴，對蝕刻（kè）造成（chéng）困難。
－PH值（zhí）過高，溶液（yè）中（zhōng）氨過飽和，遊離到空氣中汙染環境；且使側蝕增大。
3.氯化氨含量（liàng）的影響
－從前麵反應可知，Cu(NH3)2Cl的再生需（xū）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（lǜ）會降低。
－氯（lǜ）化氨過高，引起抗蝕層被浸蝕。
4.溫度的影響
－蝕（shí）刻速率會隨（suí）著溫度的升高而加快；
－蝕刻（kè）溫度過低（dī），蝕刻速度會降低，則會增大側蝕量，影響蝕刻質（zhì）量。
－蝕刻溫度高（gāo），蝕刻速度明顯增大，但氨氣的揮發量（liàng）液增大，既汙染環境，有增加（jiā）成本。
5.噴液（yè）壓力的（de）影響
－蝕（shí）刻藥水壓力應在18 ~30PSI,過低（dī）則蝕刻不盡,過高則（zé）易打斷藥水的保護膜,造（zào）成蝕刻過度。
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，蝕刻因子會提高；突沿過度會造（zào）成導線短路，因為突沿會突（tū）然斷（duàn）裂下來，在導（dǎo）線間形成電的連接。嚴（yán）重的側蝕則使精細導線的製作（zuò）成為不可能（néng）。
影響側蝕的因（yīn）素及改善方法
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小，尤其是噴淋（lín）式側蝕小。
蝕刻液種類：不同的蝕刻液化（huà）學組分不同，蝕刻速度不同，側蝕也不同。通常，堿性氯化銅蝕刻液（yè）比（bǐ）酸性氯化銅蝕刻液蝕刻（kè）因子大。藥水供應商（shāng）通常會（huì）添加輔助劑來降低側蝕，不（bú）同的供應商添加的輔助劑不同，蝕刻（kè）因子也不同。
蝕刻運輸速率：運輸速率慢會造（zào）成嚴（yán）重的側蝕（shí）。運輸速率快，板在蝕刻液中停留的時間越短，側蝕量也越小。生產過程中，盡量提高蝕刻（kè）的運輸速度（dù）。 蝕刻液的PH值：堿性蝕刻液，PH值較高時，側蝕增（zēng）大。一般控製PH值在8.5以下。
蝕刻液的比重：堿性蝕刻液的比重太低，會加重（chóng）側（cè）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：底銅厚度越大，板需（xū）在蝕刻液中停（tíng）留的時間（jiān）也越長，側蝕就越大。製作（zuò）密集細小線路的製板，盡量使用低厚度的（de）銅箔，減小全（quán）板鍍銅厚度。
二（èr）.提高板與板之間蝕刻速率的（de）一（yī）致性
在連續生產過（guò）程中，蝕刻速率（lǜ）越一致，越能獲得蝕刻均勻的板，生產越（yuè）容易控（kòng）製。因（yīn）此必須保證溶液始終保持狀態。
－選擇易再生，蝕刻速率易控（kòng）製的藥水；
－選擇能提供恒定操作條件的自動控（kòng）製的（de）工藝和設備
－通過自動添加來保證溶液的穩定
－通過噴淋係統或噴嘴的擺動來保證溶液（yè）流量的均勻性
三.提高（gāo）整個板麵蝕刻速率的均勻性。
板的上下兩（liǎng）麵以及板麵各個部位蝕刻均勻性有由板表麵受到蝕刻（kè）液流量的均勻性決定（dìng）的。
－由於水池效應的影響，板下麵蝕刻速率高於上麵，可根據實際生產情況調整不同位置噴（pēn）液壓力達到目的。生產操作中，需定期對設備進行檢測和調校。
－板邊緣比板（bǎn）中間蝕刻速率快，也可通過調整壓力解決此問題，另外使噴淋係統擺動也是有效的。
常見問題及改善（shàn）
6）工序潛力與展（zhǎn）望（wàng）
隨著未來PCB的發展（zhǎn），如撓性板（bǎn）、密的線（xiàn）路板的生產將（jiāng）采（cǎi）取相應的措施，比如可將鑽孔後之板適當（dāng）蝕去1/3到1/2的底（dǐ）銅，再做PTH全板，Dryfilm、圖形電鍍即可減少側蝕，從而保證線寬足夠。
7）生產安全與環境保護
因蝕刻工序使用了強堿(如（rú）NaOH)、氨水等（děng）化學品，生產過程中有較（jiào）大氣味產生，同時產生大（dà）量廢液、廢渣，故應加強抽風（fēng）以及及時將廢液（yè）、廢渣（zhā）運走，同（tóng）時（shí）可進行蝕（shí）刻液循環利（lì）用。
