碱性蚀刻制程讲义.docx

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碱性蚀刻制程讲义

碱性蚀刻制程讲义

一、碱性蚀刻流程

二、为什么要蚀刻

三、碱性蚀刻制程需求

四、制程及产品介绍

五、特性及优点

六、制程控制

七、洗槽及配槽程序

八、问题及对策

九、信赖度测试方法

一十、药水分析方法

一、碱性蚀刻流程

剥膜→水洗→蚀刻→子液洗→水洗→剥锡→水洗→烘干

二、为什么要蚀刻

将基板上不需要的铜,以化学反应方式予以除去,以形成所需要的电路图形

三、蚀刻制程需求

1.适宜的抗蚀剂类型

2.适宜的蚀刻液类型

3.可实现自动控制

4.蚀刻速度要快

5.蚀刻因子要大,侧蚀少

6.蚀刻液能连续运转和再生

7.溶铜量要大,溶液寿命长

四、制程及产品介绍

PTL-503B为全溶碱性蚀刻液,适用于图形电镀金属抗蚀层,如镀覆镍.金.锡铅合金.锡镍合金及锡的印制电路板蚀刻

1.剥膜

成份:

NaOH

功能:

剥除铜面上之干膜,露出底层铜面

特性:

强碱性,适用于水平及垂直设备

2.碱性蚀刻

主要成份:

NH3H2ONH3ClCu（NH3）4Cl2

1.Cu（NH3）4Cl2:

具有蚀刻能力,与板面Cu反应,生成不具蚀刻能力之Cu（NH3）2Cl,在过量氨水和氯离子存在的情况下,Cu（NH3）2Cl很快被空气氧化生成具有蚀刻能力之Cu（NH3）4Cl2

2.:

提供蚀刻所需之碱性环境,并与NH4Cl一道完对Cu（NH3）2Cl之氧化再生

3.NH4Cl:

提供再生时之Cl-

反应原理:

Cu+Cu（NH3）4Cl2→2Cu（NH3）2Cl

2Cu（NH3）2Cl+2NH4Cl+2NH4OH+O2→2Cu（NH3）4Cl2+2H2O

Cu+2NH4Cl+2NH4OH+O2→Cu（NH3）4Cl2+2H2O

3.剥锡铅:

PTL-601D/605PTL-602A/602B1

功能:

剥除线路板表面锡金属抗蚀层,露出线路板之铜面,并保持铜面之光泽

主要成份:

HNO3

1.双液型:

PTL-602A/602B1

A.A液

a.氧化剂:

用以将Sn/Pb氧化成PbO/SnO

b.抗结剂:

将PbO/SnO转成可溶性结构,避免饱和沉淀

c.抑制剂:

防止A液咬蚀锡铜合金

B.B液

a.氧化剂:

用以咬蚀铜锡合金

b.抗结剂:

防止金属氧化物沉淀

c.护铜剂:

保护铜面,防止氧化

2.单液型

a.氧化剂:

用以将Sn/Pb氧化成PbO/SnO

b.抗结剂:

将PbO/SnO转成可溶性结构

c.护铜剂:

保持铜面,防止氧化

反应原理:

1.

咬Sn/Pb

Sn/PbSnO/PbOSnL/PbLH2SnO3（H2O）X（a）

2.

铜锡合金剥除

Cu6Sn5Cu2++Sn2+（溶解）

Cu3SnCu2++Sn2+（溶解）

五、特性及优点

特性

优点

适应性广

可用于图形电镀之多种金属抗蚀层

蚀刻速度快

可减少制程时间

铜回收再利用容易

废水处理简易,污染少

溶铜量高

成本低,消耗少

自动控制

高品质之制品

六、制程控制

1.操作参数表

槽名

项目

浓度

温度

压力

添加方式

分析频率

换槽频率

剥膜

NaOH

4±1%

50±2℃

±cm2

分析补加

1次/班

1天/次

蚀刻

Cu2+

Cl-

PH

130-160g/L

5-6mol/L

自动添加

1次/班

剥锡

H+

次/班

单液型:

>

H<

双液型:

>

H<,

2.槽液维护:

补充:

蚀刻液比重超过或铜含量超过160g/L时,抽出1/5槽液并添加PTL-501B到原液位

管理:

A.定期检查自动控制之比重和槽液比重是否符合而做适当校正

B.定期分析槽液PH值,铜含量,氯含量,并作成管制图

C.每日下班时使用子液冲洗蚀铜机前后进出之滚轮,避免干燥氢氧化铜之累积

D.长期不使用时,可多添加3-5%子液,避免NH3过量损失

E.停机超过45-60日以上时,清洗蚀刻机槽维护如下:

a.将槽液排出到预备槽

b.用水喷洗5分钟后排放

c.用3%（V/V）HCl清洗并喷洗5分钟后排放

d.检查喷洒情况是否正常

e.用水再清洗一次并检查加热器,冷却水管及滤钢板

f.加水与约2%氨水或子液混合后喷洗5分钟后排放

g.将槽液抽回

F.氯化铵添加时请先在槽外以槽液溶解后,再加入蚀铜机内

G.（氯离子标准值-分析值）×NH4Cl/Cl×槽体积（L）×1000=添加氯化铵Kg量

H.PH值在50℃时与常温会呈现不同的值,换算公式如下:

PH（50）=PH（X）×（50-X）/10

例如:

24℃时PH=,问50℃时的PH值是多少

I.值的误差影响因素:

温度越低,PH值越高,50℃与常温有时会差约

电极会慢慢老化,而此过程中无法得知

不同厂牌或不同电极,会差约

校正用标准液会吸收空气中的CO2形成碳酸,若溶入标准液时,则影响准确性

用与用做校正,也会不同

J.蚀铜液的PH值变数太多,通常只作参考,用滴定碱当量法是比较准确的

K.比重在50℃的值与常温时约差,比重差时,铜含量约差10g/L

50℃

25℃

铜（g/L）

140

150

160

165

七、洗槽及配槽程序

1.新线洗槽程序

a.以清水清洗所有药水槽及水洗槽,然后排放

b.将各水洗槽及药水槽注满清水,加入5-10g/L片碱,开启循环过滤系统,维持四小时以上然后将废液排除

c.用清水冲洗各槽体,并排放

d.将各槽注满清水,循环30分钟后排放

e.将各槽注入1/2槽体积水,加入1-2%槽体积H2SO4,然后注满清水,开启循环过滤系统,维持1-2小时后排放

f.用清水冲洗各槽体,并将水排放

g.以清水注满各槽,开启循环过滤系统,维持30分钟后排放

h.剥膜槽用5-10g/LNaOH,蚀刻槽用1-2%,剥锡槽用1-2%HNO3再次循环清洗1小时后,即可进行全线配槽

2.配槽程序

A.剥膜槽

a.注入1/2槽体积清水,加入50g/LNaOH（NaOH需预先溶解后再加入槽内,以免堵塞管道）

b.补充水至标准液位,循环20-30分钟

c.分析调整药水浓度

d.升温至50℃

B.蚀刻槽

a.取蚀刻母液PTL-503A（可由旧蚀刻线接取）,加入蚀刻槽内

b.分析调整母液浓度

c.升温至50℃

C.剥锡铅槽

a.单液型剥锡铅液:

直接将剥锡铅液原液加入槽内（PTL-601D,PTL-605）,搅拌均匀

b.双液型剥锡铅液:

（PTL-602A/PTL-602B1）

1.将PTL-602A原液加入剥锡铅线A段

2.将95%槽体积PTL-602B1加入剥锡铅线B段,并缓慢加入5%槽体积H2O2（35%）

3.将槽液搅拌均匀

八、问题与对策:

1.蚀铜液常见问题与对策

问题

可能原因

对策

1.速度降低

a.温度低或加热器损坏

b.比重过高,子液未补充（铜含量高）

c.比重过低（铜含量低）

d.可能冷却管漏水

e.压力太低

f.氧气不够

g.氯离子过低

增加温度

添加子液至比重

之间

添加废液

修理

调整压力

增加抽气

添加NH4Cl

2.蚀刻不均匀

a.上下两面不均匀

a.喷嘴阻塞

b.喷管管位成角方向不对

c.滚轮位置不对

d.喷管流量不正确

e.喷管破裂

f.液面太低,Pump空转

检查喷管（嘴）

调整位置与角度

调整

调整每对喷管喷压

常发生在摆动接头处

补充蚀铜子液

b.同板面上局部不均匀

a.显影去膜未彻底（Scum）

b.底片不良导致干膜制程发生膜渣

c.压膜前板面清洁不够

d.镀铜厚度不均

e.去膜液碱性太强,回锡

f.电镀渗锡

修补底片上微孔

改善电镀分布

降低碱度

改善电镀

3.沉淀

a.氯铜比值不对

b.PH低或漏水,带入水太多

c.比重过高

调整氯铜比

减低抽风,修理

添加子液

4.侧蚀大,蚀铜过度

a.PH值过高

b.速度太慢

c.压力过大

d.喷管或喷嘴不对

e.阻剂破损或浮起

f.比重太低

增加铜含量与抽风

速度,厚度,药液关系

降低压力

增加铜浓度

5.蚀铜不足

（UnderEtching）

a.速度太快

b.PH太低

c.比重太高

d.浓度太低

e.喷压不足

速度,厚度,药液关系

加热器损坏或沉淀太多

6.板子在蚀铜机内行径不直不正

a.装机未在水平状态

b.喷管喷压集中单边

c.输送齿轮破损使输送杆停用

d.上下喷压不均匀

检查水平

下压太大时,轻的板子会被举起

7.蚀铜机结晶太多

低于8以下

子液用完或管路堵塞

控制器故障或不准

抽风太强

8.阻剂剥落

PH值太高

了解干膜或UV的抗碱度

2.剥锡/铅液常见问题及对策

问题

原因

对策

剥速太慢

药水强度减低

提高更换或添加频率

板面不亮

药液温度太高

水洗不足

控制最高温小于40℃

提高水洗流量

剥除未尽

喷管阻塞

药液老化

传送速度太快

清洗喷管及喷管阻塞部份

更换药液

降低传送速度

板面颜色

药液老化

液温太高

水洗不洁

Sn/Pb厚度太厚

板子储厚过久

设备漏水或漏油

更换药液

降低温度

检查水洗流量

清洗喷嘴及喷管阻塞部份

依不同厚度调整进度

降低储存时间

保养设备

九、信赖度测试方法

1.蚀刻均匀性测试

a.取1PNL24”×18”之2/2OZ含铜基板,两面至少各分为25个方格

b.测各小方格内铜厚H1并依次作好记录

c.以正常之蚀板速度,将2/2OZ基板进行蚀刻

d.测蚀刻后各小方块内铜厚H2,并与蚀刻前所测铜厚,相对应作记录

e.以蚀刻前之铜厚H1,减去蚀刻后之铜厚H2,即为蚀刻之铜厚h

f.以蚀刻掉铜厚之最小值Hmin除去蚀刻掉铜厚之最大值Hmax,即为蚀刻之均匀性

均匀性=均匀性要求>80%

g.若上下两面蚀去之铜厚不均,可调整上下喷压,若同一面均匀性差,可调整板面各区压力分布来改变

2.蚀刻速率测定

a.取一2/2OZ含铜基板,称重W1（g）

b.

将板放入蚀刻线,按正常之生产速度进行蚀刻后,取出洗净,吹干称重W2（g）,并记录蚀刻时间t（min）

c.计算:

速率=mil/min

d.

或用铜厚测试仪测蚀刻前后之铜厚

计算:

蚀刻速率=

3.蚀刻因子测定方法

a.取一做完电镀铜锡之PCB板,要求该板具有朝向各个方向之线路,并有不同线宽线距（3/3mil至10/10mil）在全板纵横分布

b.将测试板放入蚀刻线,走完蚀刻后出

c.对不同线宽线距之线路作切片分析,如下图

d.蚀刻因子E=

蚀刻因子通常控制在3-5

4.蚀刻点测试

a.取1/1OZ之含铜基板数片（宽度与机台同宽,基板数量应能使基板覆盖整个蚀刻段）

b.将喷压固定,并将速度调整至正常蚀刻之速度

c.将含铜基板逐一放入蚀刻段,板与板之间距须一致,当第一片基板走出蚀刻段后,立即关闭蚀刻之喷淋,待水洗后将蚀刻板逐一按顺序取出

d.将蚀刻板逐一按原蚀刻放置顺序摆放好,观察经由喷洒所造成之残铜是否形成均匀之波峰波谷

e.观察残铜之波峰是否落于蚀刻段长度之70-80%内,若在此范围内,则表示蚀刻点正常,蚀刻速度合适,若不在此范围内则需调整速度,使蚀刻点落于蚀刻段长70-80%范围内

一十、分析方法

㈠.剥膜液NaOH化学分析

试剂:

酚酞指示剂HCl

方法:

a.取槽液5ml于250ml锥形瓶中

b.加50ml纯水

c.加3-5滴酚酞指示剂

d.用1NHCl滴定,溶液由红色变成无色为终点

计算:

NaOH=×1NHCl滴定ml数

㈡.蚀刻液PTL-503B化学分析

①.铜离子含量分析

试剂:

PH=10缓冲液PAN指示剂（1%）EDTA

方法:

a.取槽液10ml于100ml容量瓶中,加纯水至刻度线

b.从上述溶液中取5ml于250ml锥形瓶中

c.加入30ml纯水并加入20mlPH=10缓冲液

d.加入4-6滴PAN指示剂

e.用EDTA滴定,溶液由蓝色变成草绿色为终点

计算:

Cu2+（g/L）=×EDTA滴定ml数

2.氯离子含量分析

试剂:

20%乙酸20%K2CrO4AgNO3

方法:

a.取槽液10ml于100ml容量瓶中,加纯水至刻度线

b.从上述溶液中取5ml于250ml锥形瓶中

c.加入30ml纯水并加入20ml20%乙酸,15ml20%K2CrO4缓冲液

d.用AgNO3滴定,溶液中沉淀细碎并呈粉红色为终点

计算:

[Cl-]（N）=×AgNO3滴定ml数

3.剥锡/铅液PTL-601D化学分析

试剂:

酚酞指示剂（1%）NaOH

方法:

a.取槽液2ml于250ml锥形瓶中

b.加入20ml纯水并加入3-5滴酚酞指示剂

c.用NaOH滴定,溶液由无色变成粉红色为终点

计算:

[H+]（N）=×NaOH滴定ml数

4.剥锡/铅液PTL-605化学分析

试剂:

酚酞指示剂（1%）NaOH

方法:

a.取槽液2ml于250ml锥形瓶中

b.加入20ml纯水并加入3-5滴酚酞指示剂

c.用NaOH滴定,溶液由无色变成粉红色为终点

计算:

[H+]（N）=×NaOH滴定ml数

5.剥锡/铅液PTL-602A/B1化学分析

A.PTL-602A含量分析

试剂:

甲基红指示剂%）1NNaOH

方法:

a.取5ml槽液于250ml锥形瓶中

b.加入50ml纯水

c.加入3-5滴甲基红指示剂

d.用1NNaOH溶液滴定,颜色由红色变成黄色为终点

计算:

PTL-602A（N）=×1NNaOH

含量分析

←酸当量分析

试剂:

甲基红指示剂%）1NNaOH

方法:

a.取5ml槽液于250ml锥形瓶中

b.加入50ml纯水

c.加入3-5滴甲基红指示剂

d.用1NNaOH溶液滴定,颜色由红色变成黄色为终点

计算:

PTL-602B1（N）=×1NNaOH滴定ml数

↑双氧水含量分析

试剂:

35%H2SO4KMnO4

方法:

a.取1ml槽液于250ml锥形瓶中

b.加入50ml纯水

c.加入20ml35%H2SO4溶液

d.用KMnO4溶液滴定,颜色由无色变成微红色为终点

计算:

35%H2O2（%）=×KMnO4滴定ml数