氯化铁和铜反应的离子方程式,氯化铁和铜反应的离子方程式和化学方程式

依旧自我介绍,张工NPI 工程师,如果还不知道我具体是干什么的,欢迎看我的第一篇文章(主页点进去即可)。

万变不离其宗,作为 NPI 工程师,DFM 可制造性分析涉及的范围非常广,今天是关于 PCB 蚀刻工艺酸性蚀刻、碱性蚀刻(篇幅较长,文字较多,建议收藏后观看

蚀刻是 PCB 制造中最重要的工艺之一,简单点说就是湿法 PCB 蚀刻控腐蚀的过程。在正常情况下,腐蚀会损坏金属,但通过效的加工工艺,可以控制腐蚀,这个过程称为蚀刻。下面就详细地介绍一些湿法蚀刻的工艺。

一、什么是 PCB 蚀刻?

PCB 蚀刻电路板上去除不需要的铜(cu)过程。如果不需要时,只不过是根据 PCB 设计从板上移除的非电路铜,就会获得期望的电路图案。

换句话说,蚀刻就像凿电路板打个比方,木板就是一块岩石,蚀刻将岩石凿成美丽的雕塑。在这个过程中,基板铜或起始铜会从电路板上移除,与电镀铜相比,轧制和退火铜都容易蚀刻掉。

在蚀刻过程之前,提前布局。内层和外层蚀刻有两种不同的方法。在外层蚀刻工艺中,镀甥层作为抗蚀剂。而在内层 中,光刻胶是抗蚀剂。

二、湿法 PC B 蚀刻的方法

湿法蚀刻是一种蚀刻工艺当浸入化学溶液中时,不需要的材料会溶解。

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根据所使用的蚀刻剂,PCB制造商通営采用两种湿法蚀刻方法:

1、酸蚀刻(氯化铁和氯化铜).

2、碱性蚀刻(氨)

三、 酸性蚀刻工艺

酸性方法用于蚀刻刚性 PCB 的内层,该方法涉及化学溶剂,如氯化铁FeCl3或氯化铜(CuCI2)。与碱性方法相比,酸性方法更精确,更便宜但更耗时。这种方法适用于内层,因为酸不会与光刻胶发生反应,也不会损坏所需的部分。此外,在这种方法中, 底切是最小的。

底切是保护最铅层下方的蚀刻材料的横向腐浊。当溶液碰到铜时,它会攻击铜并留下受保护的轨道。使用电镀的抗蚀剂或光成像抗蚀剂保护轨道。在轨道边缘,抗蚀剂下方总会有一定量的铜被去除,这被称为底切。

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蚀刻底切

1、氯化铜蚀刻

氯化铜最广泛使用的蚀刻剂,因为它可以准确地蚀刻较小的特征。氨化铜工艺还以 较低的成本提供恒定的蚀刻速率和连续再生。

氯化铜体系的最大蚀刻速率来目氢化铜-氨化钠-HCI体系的组合。该组合在130°F时为1 盎司铜提供了55秒的最大浊刻速率。因此,这种类型的蚀刻用于蚀刻细线内层

注意:使用氯气需要足够的通风和储罐和钢瓶储存及泄露检测设备。此外,它还需要应急协议、个人防护设备、训练有素的操作员以及消防部门的批准。

2、三氧化铁蚀刻

由于含铜蚀刻剂的处理成本高昂,氯化铁蚀刻剂在工业中的使用受到限制。然而,氯化铁是一种有吸引力的喷雾蚀刻剂,因为它易于使用、对铜的保持能力以及在不频繁的批量应用中使用的能力。氯化铁可与丝网油墨、光刻胶和金图案一起使用,但不能与锡或锡/铅抗蚀剂一起使用。

通常,氯化铁溶液溶解在水中,浓度范围为28-42% (重量)。HCI (最高5%)也与 该溶液混合,以防止形成不溶性氢氧化铁沉淀。

通常使用的氯化铁比重为36 Be,或约4.0lb/gal FeCI3。用于商业用途的酸(HCL)含 量爲在1.5至2%以内。

四、碱性蚀刻工艺

碱性方法用于蚀刻 PCB 的外层。在这里,使用的化学品是氯化铜(CUCL2) 十 盐酸盐(HCI)+过氧化氢(H2O2) +水(H 2 0)组合物。碱性方法是一个快速的过程,也有点贵。必须认真遵循此过程的参数,因为如果长时间接触到溶剂会破坏电路板,该过程必须得到很好的控制。

整个过程在传送带式高压喷涂空中实施,PCB 悬露在清新的蚀刻剂喷雾中。在碱性 PCB蚀刻雎中需要考虐一些重要参数。它们是面板移动的速率、化学喷雾和要蚀刻掉的铜量。这确保了蚀刻过程均匀地通过直的側璧完成。

在蚀刻程中,不需要的铜蚀刻完成的点为断点。这通常雾化室至的中点实现。例如,假设雾化室长度为2米,断点将在板子到达中点即1米时达到。

五、定义蚀刻剂质量的参数

在理想情况下,蚀刻速率取决于蚀刻时间并且蚀刻剂成分将是恒定的。但在实际情况 下,蚀刻剂成分会不断变化。因此,为了保证质量,我们必须控制一些参数。

以下是用于评估蚀刻剂质量以确保工艺顺利进行的参数

  • 波美
  • 温度
  • 氧化还原电位(ORP)
  • 化学添加剂(游离酸)
  • 酸碱度

1、波美(Be)

波美蚀刻剂的摩尔浓度,取决于蚀刻剂的比重

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蚀刻剂波美计算公式

波美值越高,蚀刻剂的摩尔浓度越高,因此溶液的蚀刻速率越高。较低的泊美值会产生低蚀刻速率和较差的线分辨率,而较高的蚀刻剂会产生较漫的蚀刻速率。底切也隨着波美值的増加而滅小。

2、温度

一般来说,在高温下,任何蚀刻剂的蚀刻速率都会更高,但蚀刻温度的选择取决于所使用的蚀刻机。大多数蚀刻机使用塑料部件,因为所有金属都对蚀刻剂具有反应性。因此蚀刻温度不能太髙。允许的最高蚀刻温度范围为 50-55℃。

3、氧化还原电位(ORP)

ORP 测量表明浊刻剂的活性,它是蚀刻剂相对电导率的量度,以 mV 表示。ORP 表示铜离子与亚铜离子或铁离子与亚铁离子之间的关系。随着铜皮蚀刻,蚀刻剂从铁变为亚铜/亚铁状态。

ORP 的值越髙蚀刻剂的效率越高, 0RP的值低表示蚀刻剂的速度慢且效率低。

制造商将 ORP 保持在一个较高的恒定值,以实现金属的恒定蚀刻速率。ORP 值受游离酸含量和蚀刻温度的影响。向蚀刻剂中添加游离酸和氧化剂会产生游离氯,这使亚铜离子回到铜形式。

4、添加化学添加剂(游离酸)

化学添加剂用于商业蚀刻剂以提高蚀刻速率。HCI是CuCl2和FeCI3蚀刻剂営用的添加 剂。HCI是氯的来源,可形成金属氯化物而不是氢氧化物,从而增加蚀刻剂保持溶解金属的能力。添加剂对于连续蚀刻过程非常重要。它们在第一次使用蚀刻剂之前或在再生时添加。评估溶液的pH值以检查溶液的酸度。

添加添加剂増加蚀刻剂的复杂性,但是会提供更高的蚀刻速率,它还増加了蚀刻剂的溶解能力。添加添加剂会高蚀刻速率,但添加剂的浓度取决于所使用的的机器。高浓度的 HCL会导致酸与蚀刻机部件发生反应。

5、PH 值

PH 值蚀刻过程中一个重要参数,特别是对于碱性氯腐蚀。对于可靠的碱性蚀刻。pH值是蚀刻过程中一个非常重要的参数,特别是对于碱性氯蚀刻。对于可靠的碱性蚀刻,它在7.9到8.1之间。低氨水、过度通风、加热等可能会导致pH值低于8。在这种情况下,可以通过添加无水氨来提高pH值。高于8 .8的较高pH值也会导致低蚀刻速率。这可能是由于通风不足、铜含量较高或蚀刻剂中的水所致。

在酸蚀方法的情况下,pH值用于溶液控制。pH值的增加会导致溶液混浊导致铜色度计读数不正确。

不同蚀刻剂的参数如下:

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不同蚀刻剂的参数

6、连续蚀刻和再生

连续蚀刻是用于 PCB 商业蚀刻的方法,它使蚀刻剂的自动控制进料。在此类系统中将控制的参数是蚀刻剂的比重或密度。

随着铜溶解在蚀刻剂中,蚀刻剂的密度増加。为了评估溶液中铜的体积,测量蚀刻剂中 蚀刻剂的密度。当密度传感器中记录到密度上限时,开关启动泵。泵自动将蚀刻剂送入 蚀刻机。同时,该系统消除了废蚀刻剂。

对于此类系统中的不间断生产,蚀刻剂的再生是一个重要因素。再生是回收用过的蚀刻刻剂并将该蚀刻剂送回蚀刻过程的过程。当再生是连续的时,将达到恒定的蚀刻条件。

为解决蚀刻行业的废弃物问题,开发了废蚀刻剂再生工艺。使用再生过程还会带来其他 好处。比如节省设备和运营成本,并显着减少与处理弯害蚀刻剂相关的责任。

六、什么是酸陷阱

酸陷阱影响 PCB 性能的关键因素。确切地说,是由于蚀刻过程中化学溶液无法从板上冲走造成的。解决方案停留在该区域并腐浊铜迹线和电路板的其他部分,导致开路或短路以及连接错误。

酸陷阱不容易被检测到。事先检查只降低风脸。 如果没有在正确的时间检测到,则电路板可能无法正常工作。

1、酸阱的作用

痕迹铜痕迹受到酸陷阱的极大影晌。酸渗入迹线,形成隔离区,并传播到电路的其余部分。渐渐地,电路板失去了连接性。

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走线的尖锐连接角

通孔如果酸进入通孔,可能会导致腐蚀。开路通孔导致酸流到迹线并阻碍电路连接。酸陷阱甚至可以攻击以最小间距紧密连接的通孔。

连接器连接器焊接在基本上是铜片的焊盘上。如果酸流到焊盘,组件连接器也会受到影响。

阻焊层阻焊层会因为暴露酸陷阱而被侵蚀

2、酸陷阱的原因是什么?

走线以锐角连接这是酸陷阱最常见的原因。如果迹线以低于90°的锐角相遇, 则可能会出现酸陷阱

即使90°它也可以在尖角处形成,为防止这种情况, 请在45°处连接走线

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走线以90°和45°连接

走线、过孔和焊盘之间的最小空间:走线或过孔房电路板边缘之间的最小间隙会使腐蚀性溶液渗入走线并导致击穿。当走线很薄时,这是一个主要问题,因为在这种情况下铜很容易腐蚀。你可以使用设计工具来计算正确的间距值并相应地进 行更改以减少酸陷阱的可能性。

通过帐篷和堵塞也是可能的解决方案,以尽量减少损坏。

孤铜区:废弃的铜区被称为铜岛或死铜区。通常,这个岛是有意或无意地留下来 的。它很容易成为酸陷入其中的目标。先进的设计工具可以帮助你去除这些死区。重要的是要注意这一事实,以消除酸陷阱的风险。

DRC 错误:你可以依靠目动化设计工具来检测酸阱或其范围。但有时在这些工 具中也可能无法检测到将角度连接到锐角的小间隙和痕迹。因此,必须设置正确的设置仔细检查设计规则检查(DRC)程序。

七、湿法 PCB 蚀刻的优缺点

1、湿法PCB蚀刻的优点

  • 可以在正常的大气环境中进行
  • 高蚀刻率
  • 运营成本低
  • 高选择性:湿法刻蚀可用于刻蚀多种材料
  • 设备维护方便

2、湿法 PCB 蚀刻的缺点

  • 蚀刻迹线<1um的功率不足
  • 大量使用化学品
  • 产生大量危险化学废物
  • 晶圆污染的风险
  • 化学危害
  • 直接接触液体
  • 直接和间接接触烟雾

在蚀刻过程之后,最终产品将具有符合设计师规格的电路。蚀刻完成后不久,电路板将 被进一步处理以进行剥离,剥离过程从电路板表面去除电镀的锡或锡/铅或光刻胶。

参考来源:https://www.protoexpress.com/blog/wet-pcb-etching-acidic-alkaline-methods/

以上就是关于 PCB 蚀刻工艺的简单介绍,希望能够对大家有用,欢迎大家多多指教。

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