三氯化鐵蝕刻液在制作精細(xì)電路圖形中的應(yīng)用

在制作高密度積層法多層板中，精細(xì)導(dǎo)體圖形的蝕刻工藝的應(yīng)用方面，三氯化鐵蝕刻液應(yīng)用的比較廣泛。特別在制作ALIVH結(jié)構(gòu)積層法多層板，其中外層高密度精細(xì)電路圖形的蝕刻，多數(shù)采用穩(wěn)定的、易控制的三氯化鐵蝕刻液。

一． 蝕刻原理：

　　蝕刻液溶解原理，標(biāo)準(zhǔn)電位+0.474V，蝕刻速度較大。其化學(xué)溶解反應(yīng)如下：

FeCl ₃+ Cu = FeCl ₂+ Cu2Cl₂
FeCl ₃+ Cu2Cl₂ = FeCl ₂+ CuCl₂
2FeCl ₂+ 2HCl + (O) = 2 FeCl ₃ + H₂O
FeCl ₃ + 3H2O = Fe (OH) ₃+ 3HCl
CuCl₂ + Cu = Cu2Cl₂

　　隨著蝕刻反應(yīng)的進(jìn)行，蝕刻液內(nèi)的銅含量、蝕刻液的pH 增大，蝕刻速度發(fā)生變化。蝕刻液的溫度與壓力的變化（見圖1）蝕刻液內(nèi)銅濃度的對蝕刻速度的變化（見圖2）表示，隨著三氯化鐵的減少，F(xiàn)e (OH) 3的沉淀、Cu2Cl2的膜的生成，致使蝕刻速度變慢?？梢蕴砑欲}酸防止三氯化鐵的水解，減弱腐蝕產(chǎn)物對蝕刻的直接影響。

二．蝕刻過程的控制與管理：

　　通過貼膜、曝光和顯影后的基板需要經(jīng)過蝕刻工序，使圖形暴露部分的銅需要經(jīng)過化學(xué)溶解除去，形成保護(hù)膜層的圖形。它實現(xiàn)印制電路板導(dǎo)體圖形的重要的工序之一。蝕刻時采用水平傳輸裝置，蝕刻液自上而下噴淋方式進(jìn)行，通常該裝置與顯影機(jī)連接連續(xù)進(jìn)行處理，但必須對顯影后的半成品進(jìn)行檢查。

　　蝕刻液的消耗量比較大，蝕刻過程蝕刻液的變化也很大。因此，在蝕刻處理要嚴(yán)格控制導(dǎo)體圖形所用銅箔的厚度比、導(dǎo)線寬度的變化和蝕刻液的蝕刻因子。掌握與控制蝕刻的工藝條件也是非常重要的，如蝕刻液的的溫度、蝕刻液的濃度、蝕刻液內(nèi)的銅離子濃度、蝕刻液的粘度、噴淋壓力、噴淋液的粒徑、傳輸速度、基板表面液體流動狀態(tài)等。必須有自動調(diào)整裝置隨時進(jìn)行分析調(diào)整。

　　蝕刻機(jī)噴咀的結(jié)構(gòu)類型采用振動動型、水平移動型，噴咀轉(zhuǎn)動，以確保基板面與外側(cè)蝕刻液流動均勻，排除了滯留現(xiàn)象，蝕刻液的排除效率很高。而下面的噴淋蝕刻液，采用反旋轉(zhuǎn)的方式，確保蝕刻液與基板朝下的表面均勻接觸。特別要提到的噴淋壓力也是至關(guān)重要的工藝參數(shù)之一。在噴淋管合理排列的情況下，對噴咀的角度與噴淋的交疊加均勻性需要經(jīng)常觀測或測試，以決定最理想的噴淋壓力。根據(jù)實際生產(chǎn)的情況通常采用上噴淋壓力要小于下噴咀噴淋壓力，因為上噴咀所噴淋受到引力的作用，自然垂落；而下噴咀噴淋時要克服引力的作用而往上噴淋。所以，上下噴咀的噴淋壓力要調(diào)整適當(dāng)是非常重要的工作。還必須加強(qiáng)對噴咀的維護(hù)和清理。因為噴咀是蝕刻機(jī)保養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，噴咀的噴淋狀態(tài)是直接影響蝕刻質(zhì)量的關(guān)鍵。而噴咀又是整機(jī)內(nèi)最容易被堵塞或損壞的主要部件，加強(qiáng)對噴咀的清理是很重要的日常工作。

　　蝕刻液的蝕刻過程，就是氧化性酸溶液與銅氧化而溶解。蝕刻液的采用三氯化鐵、氯化銅、堿性氯化銅等。保護(hù)膜采用適合此種蝕刻液類型的有機(jī)抗蝕膜。圖形電鍍蝕刻法采用抗蝕金屬如錫鉛、錫電鍍層。印制電路板外形圖形制作、或IVH圖形的制作、多層板的內(nèi)層圖形電鍍法制作，多數(shù)采用堿性氯化銅蝕刻液。但是，蝕刻過程中，由于銅層的結(jié)晶狀態(tài)的差異如化學(xué)沉銅（111）、電解銅箔為（220），受結(jié)晶方位的支配（111）的結(jié)晶配位的方式適用于制作精密電路圖形。

　　蝕刻液的選擇，必須考慮到蝕刻液的蝕刻速度、銅層厚度與蝕刻系數(shù)的比、控制與連續(xù)運轉(zhuǎn)的可能性、蝕刻液的壽命、蝕刻液的水洗性、廢液的處理容易及飽滿刻液的成本等。

　　蝕刻液蝕刻過程中，銅表面蝕刻液的流動速度受生成物的濃度的擴(kuò)散速度而決定，它直接影響到蝕刻液的蝕刻速度的變化及電路圖形的精度。正如前面所述，噴淋加壓方式、蝕刻液的組成濃度、溫度、表面張力、粘度、觸變性等蝕刻液的工藝特性的影響。

三：蝕刻質(zhì)量的影響因素：

　　根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理分析，其中主要有蝕刻液的銅含量、PH值與蝕刻速度的變化及溫度等影響。

　　在標(biāo)準(zhǔn)備條件下，控制蝕刻液的銅 含量是非常重要的。特別在三氯化鐵蝕刻液中，對銅的蝕刻靠三價鐵和二價銅共同完成的。三氯化鐵的蝕刻速率快，蝕刻質(zhì)量好；而二價銅的蝕刻速率慢，蝕刻質(zhì)量差。隨著三氯化鐵的消耗，二價銅不斷地增加，當(dāng)三氯化鐵消耗到50％時，二價銅由次位轉(zhuǎn)變成主位，直接就影響到蝕刻速度，必須對蝕刻液進(jìn)行調(diào)整。因為在實際生產(chǎn)過程中，蝕刻液的活度用蝕刻液中的含銅量（克/升）來度量。在蝕刻銅的過程中，最初蝕刻時間相對恒定的。然而，隨著三氯化鐵的消耗，蝕刻液中的銅不斷增加，當(dāng)溶銅量達(dá)到每升60克時，蝕刻時間增長，當(dāng)溶銅量達(dá)到82.40克/升時，蝕刻時間急劇增長，表明此時的蝕刻液再不能繼續(xù)使用，需要進(jìn)行再生或更換。

　　蝕刻液中添加鹽酸主要目的抑制三氯化鐵的水解反應(yīng)，并可提高蝕刻速率。當(dāng)蝕刻液中溶銅量達(dá)到37.4克/升時，鹽酸的作用更加明顯。為提高蝕刻因數(shù)，在三氯化鐵蝕刻液添加B系統(tǒng)氧化劑，可以大大提高蝕刻因數(shù)，使蝕刻后的導(dǎo)線精度更高。下圖3就是添加氧化劑的三氯化鐵蝕刻液與酸性氯化銅蝕刻液蝕刻因數(shù)的比較。

　　兩種類型蝕刻液蝕刻導(dǎo)線精度的變化。當(dāng)所使用的覆銅箔層壓板材料其中銅層厚度30微米時，圖形的導(dǎo)體寬度和間距為35微米/35微米時，蝕刻后的底部寬度為35微米，采用三氯化鐵蝕刻液（添加劑）上部的導(dǎo)線寬度為29微米；而酸性氯化銅蝕刻液上部導(dǎo)線寬度為27微米。這充分說明三氯化鐵蝕刻液使用在制作高密度精細(xì)導(dǎo)體圖形方面更加顯出其優(yōu)越的工藝特性。

　　但是，采用三氯化鐵蝕刻液時，對作業(yè)環(huán)境影響比較大，有時很難清理干凈。為此，現(xiàn)采用封閉式的連續(xù)處理與再生系統(tǒng)，溶液由廠家用耐蝕罐運輸，并直接輸送到設(shè)備蝕刻系統(tǒng)。