1、南京信息职业技术学院毕业设计论文作者学号系部专业题目印制电路板的内层蚀刻工艺指导教师评阅教师完成时间毕业设计(论文)中文摘要（题目）：浅谈印制电路板的内层蚀刻工艺摘要：蚀刻就是将一种将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术，同样蚀刻也是印制电路板制作工业中重要的一步。在 PCB 产业中，蚀刻就犹如地基一样起着支撑连接的作用，在印制电路板生产过程中如果蚀刻阶段出现了问题将会影响板子的最终质量与品质，特别是在生产细纹或者高密度印制电路板时，尤为重要。本文主要讲述了蚀刻中的内层蚀刻的流程、内层酸性蚀刻的原理及影响酸性蚀刻速率之因素。关键词：印制电路板蚀刻内层蚀刻毕业设计(论文)外文摘要Title
2、: Study on inner layer etching process in the production of printed circuit boardAbstract：Etching is a kind of chemical reactions or physical impact the material used and removing technology, the same etching is important step in printed circuit board production industry. Etching in PCB industry, ju
3、st like the foundation support connection role, if etching stages in the process of printed circuit board production problems will influence the final quality and the quality of the board, especially in the production of fine lines or high-density printed circuit board, is particularly important. Th
4、is article mainly tells the story of etching of the inner lining etching process, the principle of acid etching and influence factors of acid etching rate.keywords： Printed circuit boardEtchingThe inner layer etching目录摘要 1目录 31.引言 32.内层蚀刻的目的及流程 42.1 目的 42.2 内层蚀刻流程 42.3 主要流程介绍 52.4 主要控制因子 53.内层酸性蚀刻简介
5、 63.1 什么是酸性蚀刻 63.2 酸性蚀刻液的种类 63.3 氯酸钠和盐酸型蚀刻再生液的简介 74.影响蚀刻速率之因素 74.1 铜含量的影响 74.2 Cu2+含量之影响 84.3 CL-含量的影响 84.4 氯酸钠含量之影响 94.5 温度对蚀刻速度之影响 94.6 蚀刻制程的控制 95.影响蚀刻速率的蚀刻因子 105.1 蚀刻因子(Etching Factor) 105.2 影响蚀刻的因子 115.3 影响蚀刻的因子与蚀刻速率的关系 115.4 制程参数 146.分析问题与改善对策 15结论 17参考文献 171. 引言内层蚀刻是指在通过曝光制版、显影后,将要把蚀刻区域的保护膜去除,
6、在蚀刻时接触化学药水溶液,达到溶解腐蚀的作用,形成凹凸或镂空成型的效果。在此背景下，本文将对内层蚀刻工艺做一些简单的介绍，对我在蚀刻制程实习生产中遇到的一些品质问题做简单的探讨，对改善工作规范、提高蚀刻效率、减少板子报废方面做相关分析，并给出一些个人的看法与见解。而内层蚀刻也是印制电路板中最重要的一步，若蚀刻质量不好，就会影响板子最终的质量。内层蚀刻绝大部分都使用的是酸性蚀刻。因此酸性蚀刻的速率对内层蚀刻起着决定性的作用，必须根据蚀刻的要求，正确的选择蚀刻溶液，严格使用蚀刻液进行蚀刻。2. 内层蚀刻的目的及流程2.1 目的将基板上不需要铜的区域,以蚀刻液去除,使线路成形。2.2 内层蚀刻流程显
7、影蚀刻去膜1.内层曝光 2.内层显影4.内层去膜 3.内层蚀刻续流程制程流程机台名称图示前图片后图片备注内层蚀刻显影显影线以碳酸钠将未聚合的干膜显影去除蚀刻微蚀线咬蚀铜面形成线路去膜氢氧化钠去除板面残余干膜2.3 主要流程介绍显影水洗 1 蚀刻水洗 2 去膜水洗 3 酸洗烘干显影段:将未曝光的干膜去除后，使用 1.0%的碳酸钠溶液通过一定的压力冲洗溶解并去除干膜。水洗段:清洗板面残留的药液和膜屑。蚀刻段:蚀刻掉没有覆盖干膜的基板铜后。使用盐酸，氯化铜和氯酸钠的混和溶液，通过AQUA 调节槽内的药水浓度使制程达到稳定。水洗段:清洗板面残留的药液和膜屑。去膜段:去除掉板面残留的干膜后使用 30.5
8、%的氢氧化钠溶液通过高压冲洗的方式去除掉干膜。水洗段:清洗板面残留药液。酸洗段:清洗板面的铜盐。烘干段:吹干板面的水滴和洗液。2.4 主要控制因子a.显影点 505%，控制显影效果，防止显影过度或显影不洁。b.蚀刻点 705%，控制蚀刻的效果，防止蚀刻过度或不洁。c.蚀刻均匀性小于 10%，控制板面咬蚀量的差异，避免局部咬蚀过度或不足。d.去膜点 405%，防止去膜不净。3.内层酸性蚀刻简介3.1 什么是酸性蚀刻酸性蚀刻也称为氯化铜酸性蚀刻系统，通常使用于单面板的蚀刻，多层板的内层蚀刻或者Tenting 流程的外层蚀刻上，因这些制程都用干膜或者液态感光油墨作为蚀刻阻剂，而这几种感光材料相对于而
9、言都有耐酸不耐碱性的特性，故在内层蚀刻中大多选用酸性蚀刻。3.2 酸性蚀刻液的种类3.2.1.氯化铁 system:铁与盐酸作用得氯化亚铁溶液，再经氯化而得氯化铁。* 适用抗蚀膜:干膜或油墨* 缺点:a.蚀刻速率慢(0.8-1 mil/min)b.容铜量小(铜含量3Defect Mode :1.蚀刻不净:蚀刻速度过、铜厚过厚、蚀刻均匀性差、蚀刻喷压过小。2.蚀刻过度(线细):蚀刻速度过慢、铜厚过厚、蚀刻喷压过小。5. 影响蚀刻速率的蚀刻因子5.1 蚀刻因子(Etching Factor)蚀铜除了要做正面向下的蚀铜以外，蚀刻液也会攻击线路两侧无保护的铜面，我们称之为侧蚀(Undercut) 。良
10、好的蚀刻因子取决于侧蚀要小，咬蚀铜厚要大，此与设备能力与蚀刻药水相互关联。底片線寬ABA (Metal Thickness) B (Under Cut)Etch Factor WDAA+W线路宽度工作底片上量测的线路宽度D最短宽度在蚀刻后线路侧蚀后线路中的最短宽度A铜层厚度在垂直方向上线路的铜层厚度B蚀刻后线路单边咬蚀最深处的距离A/（DWA-2A铜层厚度蚀刻实际咬蚀板面上的铜层厚度/)(2 WD)Etch factor （内层） ， （外层）5.2 影响蚀刻的因子* 化学药液:1.pH 值2.铜含量(Copper content)3.氯离子(Chloride concentration)4.
11、温度(Temperature)。* 机器设备:1.抽风(Ventilation)2.补充系统(Replenishment system)3.喷管压力及型式(Spray Pressure & Pattern)4.水平速度(Conveyor speed)* 制程管理:1.蚀刻因子(Etching factor)2.蚀刻点 Control point5.3 影响蚀刻的因子与蚀刻速率的关系a.PH 值PH 值蚀刻* 在蚀刻的作业中，PH 值是和活泼的氨气有相互关联的关系的。* 一般情况下 PH 值要控制在 8.28.6 之间，当 PH 值低于 8.2 以下时，则氯的含量会慢慢增加。而当氯的含量增加时，
12、则相对会提高对锡铅镀层的攻击次数。* 若 pH 值高于 8.6 以上，则使侧蚀的机会得到增加，也同样会造成蚀刻因子(etching -factor)值的慢慢下降，而 PH 值通常会受到抽风系统与槽液、温度和补充系统间相互影响而变得有所变化。* 蚀刻液 PH 值的测量会随温度变化而变得有所不同，可从下列公式中求出实际的 PH 值：设操作温度为 T，操作 PH 值为 PH(T)，测量时温度为 t，测量时的 PH值为 PH(x)则 PH(x)PH(T)(0.21 (Tt)10) 。* 蚀刻的补充液( 子液)通常其 PH 值大约在 9.70.2 的范围之间，因为槽液在作业抽风下生产时，其工作负载及其它
13、影响因素会降低操作范围，并维持在 8.28.6 之间。b. 铜含量(Copper content)铜含量 蚀刻* 当在蚀刻生产时铜含量会不断的增加，导致其侧蚀会较少，所以高铜含量的蚀刻液将会获得最理想的蚀刻作业效果。* 铜含量规格:140170g/l。* 铜含量控制:蚀刻液比重控制器。* 比重控制:1.205-1.215。* 当铜离子偏低时,蚀铜速度将会变得很慢,这时可加入铜皮提升浓度。铜皮 Kg = (140-目前铜含量)*槽体积1000溶解完成后,须测定 PH 值。c. 氯离子浓度(Chloride concentration)：氯离子蚀刻* 在目前的操作系统中，氯离子的浓度是以氨来管制，
14、通常是以氯化氨(NH4Cl )，当氯浓度增加时，蚀刻速度变快，会增加侧蚀现象的产生。* 氯离子过多会对镀锡表面产生变黑的情况。* 氯离子规格:175-210g/L 。d. 温度(Temperature)：* 当操作的不断进行温度会不断升高，蚀刻速度和侧蚀的程度也会慢慢增加，但是为了获得最小的侧蚀，温度须保持在蚀刻操作范围的下限，通常介于 46 48左右( 温度每下降4 ，比重就会提高 0.001)，而且较低的温度将会带走较少的氨气，从而使 PH 值的能够控制在较低的抽风系统和自动添加补充装置下。e. 抽風(Ventilation) ：* 功能:1.排出多余的氨气，用来控制 PH 值。2.带入足
15、够的氧气，由外部补充进入蚀刻作业内，来维持其所需要的反应。* 蚀刻槽内为负压。f. 自动添加系统:* 自动添加系统主要的组成部分:1.暂存储藏部份。2.添加泵浦。3.比重控制器。补充液为子液俗称“氨水”,是一种极为灵敏的比重计,而且感应当时温度(因温度不同,比重有差),设定上下限,高于上限时开始添加氨水 ,直至低于下限才停止,此时侦测点位置以及氨水加入口位置非常重要,以免侦测 delay 而加入过多氨水浪费成本( 因会溢流掉)。* 补充系统添加如果过多或过少的补充液时，则铜含量及 pH 值造成的变化幅度会相当大。g.喷管压力及型式 (Spray Pressure & Type):* 对于蚀刻的
16、喷管位置及喷嘴分配压力的修正是以在板子上减少水池效应及药液能快速交换为原则。* 蚀刻的品质往往会因水池效应而受到很大的限制。* 水池效应:因积水阻扰了新鲜药液,从而使药液在表面上积存而不易被排走，让后来喷洒的新液无法直接打在待蚀铜的表面上 ，这也是为什么板子的前段部分总是会出现 over etch现象。A.影响水池效应的机械因素:(1).喷嘴与水平输送的滚轮等排列情形。(2).蚀刻液的喷压。(3).整排喷嘴往复移动的速率。(4).喷压和喷嘴，以及喷管中流量的调整。B.如何降低水池效應的影響:(1).板子较粗线路面朝上，较细线路面朝下。(2).板子密集线路朝下。(3).喷嘴在上喷和下喷时的压力调
17、整以补偿.以实际的作业结果调整差异。(4).垂直蚀刻方式,来解决两面不均问题。h. 蚀刻速度(Conveyor speed ):* 化学的控制参数控制在最佳状况下时，若传动速度变得太慢，蚀刻量的侧蚀状况也会不断增加，所以修正调整传动速度，是蚀刻作业人员所必须了解的一项内容。* 传动速度必须参考铜厚度，一铜均匀性及铜含量、温度和 PH 值一样做一详细的测试，才能设定出蚀刻作业中最佳的传动速度。5.4 制程参数名称氨水蚀刻液铜离子含量 140-170g/l温度 46-480C比重 1.205-1.215PH 8.2-8.66. 分析问题与改善对策问题可能原因对策蚀铜不足(underetching)
18、 1 速度太快 2.pH 太低 3.比重太高 4.温度太低 5.喷压不足 1.速度、厚度、药液关系 2.加热器损坏或沉淀太多板子在蚀铜机内行径不直不正 1.喷管喷压集中单边 2.装机未在水平状态 3.输送杆变形 4.上下喷压不均匀 5.输送齿轮破损使输送杆停用 1.下压太大时轻的板子会举起 2.检查水平蚀铜机结晶太多 1.pH 低于 8 以下 1.子液用完或管路堵塞；控制器故障或不准；抽风太强阻剂剥落 1. pH 太高 1.了解干膜或 UV 的抗碱度问题可能原因对策速度降低比重高和铜含量过高温度过低和加热器损坏比重和铜含量过低氯离子过低压力太低氧气不够 1.调整压力 2.添加子液至比重 1.2
19、01.22 之间 3.添加 NH4Cl4.增加温度 5.增加打气 6.添加废液；可能冷却管漏水，修理蚀刻不均匀 a)上下两面不均匀喷嘴阻塞喷管管位或方向不对滚轮重迭喷管流量不正确喷管破裂液面太低，Pump 空转 b)同板面上局部不均匀底片的不良导致干膜制程发生膜渣显影去膜未彻底（scum）镀铜厚度不均压膜前板面清洁不够去膜液碱性太强，回锡电镀渗锡 1.检查喷管（嘴）2.调整位置与角度调整 3.调整每只喷管喷压 4.常发生摆动接头处 5.补充蚀液 6.修补底片上微孔沉淀氯铜比值不对 pH 低或漏水，带入水太多比重过高 1.调整氯铜比 2.减低抽风，修理3.添加子液问题可能原因对策侧蚀大，蚀铜过度
20、氯离子过高喷管或喷嘴角度不对阻剂破损或浮起比重太低 pH 高速度太慢压力过大 1.降低压力 2.增加铜浓度 3.速度，厚度，药液关系 4.增加铜含量和抽风 5.加水或铵水结论本次毕业设计主要分析的是印制电路板中内层蚀刻的流程、内层酸性蚀刻的原理、影响酸性蚀刻速率之因素及蚀刻因子对酸性蚀刻速率的影响这四个方面，通过这四个方面简单的介绍了内层蚀刻工艺在印制电路板板中的重要性，以及在生产过程中可能出现的问题与问题的改善对策。通过这次毕业设计，我完成了对内层蚀刻时出现的蚀铜不足、板子在蚀铜机内行径不直不正、蚀铜机结晶太多、阻剂剥落、蚀刻速度降低、蚀刻不均匀、沉淀、侧蚀大蚀铜过度，这八种问题的研究分析，
21、完成了对造成这八种问题所产生的“可能原因”和“解决对策”的表格建立,提高了蚀刻效率。参考文献1陈森，金鸿. 印制电路技术M. 北京：化学工业出版社， 2004.2白蓉生.印制电路资讯M. 深圳：深圳市电子行业协会 PCB 专委会，2005.3李乙翘.印制电路M.北京：化学工业出版社， 2007.4沈锡宽，唐济才.印制电路技术M. 北京：科学出版社,1985.5林朋祥.集成电路制造工艺M. 北京：机械工业出版社， 2005.6黎小桃，刘祖明.实例解析 Protel 99 SE 电路原理图与 PCB 设计，北京：机械工业出版社，2011.6.7王卫平.电子产制造技术.北京：清华大学出版社，2005
22、.8钱苗根,姚寿山，张绍宗.现代表面技术.北京：机械工业出版社， 2008.9林朋祥.集成电路制造工艺M. 北京：机械工业出版社， 2005.10张志祥.氯酸钠/ 盐酸型蚀刻铜再生剂之论述.深圳：艾克化工开发部，2002.指 标剽窃文字表述1. 单面板的蚀刻，多层板的内层蚀刻或者 Tenting 流程的外层蚀刻上，因这些制程都用干膜或者液态感光油墨作为蚀刻阻剂，而2. 一般情况下 PH 值要控制在 8.28.6 之间，当 PH 值低于 8.2 以下时，则氯的含量会慢慢增加。而当氯的含量增加时，则相对会提高对锡铅镀层的攻击次数。3. 蚀刻的补充液(子液)通常其 PH 值大约在 9.70.2 的范围之间，因为槽液在作业抽风下生产时，其工作负载及其它影响因素会降低操作范围，并维持在 8.28.6 之间。4. * 补充系统添加如果过多或过少的补充液时，则铜含量及 pH 值造成的变化幅度会相当大。5. 药液,从而使药液在表面上积存而不易被排走，让后来喷洒的新液无法直接打在待蚀铜的表面上6. 喷嘴在上喷和下喷时的压力调整以补偿.以实际的作业结果调整差异。 (4).垂直蚀刻方式,
