pcb典型工艺图形电镀法

　　一.概述
　　目前,印刷电路板(PCB)加工的典型工艺采用"图形电镀法"。即先在板子外层需留存的铜箔部门上，也就是电路的图形部门上预镀一层铅锡抗蚀层，然后用化学方式将其余的铜箔侵蚀掉,称为蚀刻。图1所示的，为图形电镀后板子横截面的情况。
　　在图1状态下,印制板 的整体厚度是整个加工过程中之最，以后将逐渐减薄，直到阻焊涂覆工艺。图1的下一道工艺是去膜，即将铜层上铅锡部门以外的感光保护膜剥离掉。
　　图2表示了去膜后板子的横截面。
　　接下去的工艺就是蚀刻。
　　要留意的是,这时的板子上面有两层铜.在外层蚀刻工艺中仅仅有一层铜是必需被全部蚀刻掉的,其余的将形成终极所需要的电路。这种类型的图形电镀,其特点是镀铜层仅存在于铅锡抗蚀层的下面。另外一种工艺方法是整个板子上都镀铜,感光膜以外的部门仅仅是锡或铅锡抗蚀层（见图3）。这种工艺称为“全板镀铜工艺“。与图形电镀比拟,全板镀铜的最大缺点是板面各处都要镀两次铜而且蚀刻时还必需都把它们侵蚀掉。因此当导线线宽十分精细时将会产生一系列的题目。同时,侧侵蚀（见图4）会严峻影响线条的平均性。
　　在印制板外层电路的加工工艺中，还有另外一种方法，就是用感光膜代替金属镀层做抗蚀层。这种方法非常近似于内层蚀刻工艺，可以参阅内层制作工艺中的蚀刻。
　　目前，锡或铅锡是最常用的抗蚀层,用在氨性蚀刻剂的蚀刻工艺中.氨性蚀刻剂是普遍使用的化工药液，与锡或铅锡不发生任何化学反应。氨性蚀刻剂主要是指氨水/氯化氨蚀刻液。此外，在市场上还可以买到氨水/硫酸氨蚀刻药液。
　　以硫酸盐为基的蚀刻药液,使用后,其中的铜可以用电解的方法分离出来,因此能够重复使用。因为它的侵蚀速率较低，一般在实际出产中未几见,但有望用在无氯蚀刻中。有人试验用硫酸-双氧水做蚀刻剂来侵蚀外层图形。因为包括经济和废液处理方面等很多原因,这种工艺尚未在商用的意义上被大量采用.更进一步说,硫酸-双氧水，不能用于铅锡抗蚀层的蚀刻，而这种工艺不是PCB外层制作中的主要方法，故决大多数人很少问津。
　　二.蚀刻质量及先期存在的题目
　　对蚀刻质量的基本要求就是能够将除抗蚀层下面以外的所有铜层完全去除干净，止此而已。从严格意义上讲，假如要精确地界定，那么蚀刻质量必需包括导线线宽的一致性和侧蚀程度。因为目前侵蚀液的固有特点，不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用，所以侧蚀几乎是不可避免的。
　　侧蚀题目是蚀刻参数中常常被提出来讨论的一项,它被定义为侧蚀宽度与蚀刻深度之比, 称为蚀刻因子。在印刷电路产业中，它的变化范围很宽泛，从1：1到1：5。显然，小的侧蚀度或低的蚀刻因子是最令人满足的。
　　蚀刻设备的结构及不同成分的蚀刻液都会对蚀刻因子或侧蚀度产生影响，或者用乐观的话来说，可以对其进行控制。采用某些添加剂可以降低侧蚀度。这些添加剂的化学成分一般属于贸易秘密，各自的研制者是不向外界透露的。至于蚀刻设备的结构题目，后面的章节将专门讨论。
　　从很多方面看，蚀刻质量的好坏，早在印制板进入蚀刻机之前就已经存在了。由于印制电路加工的各个工序或工艺之间存在着非常紧密的内部联系，没有一种不受其它工序影响又不影响其它工艺的工序。很多被认定是蚀刻质量的题目，实际上在去膜甚至更以前的工艺中已经存在了。对外层图形的蚀刻工艺来说，因为它所体现的“倒溪”现像比绝大多数印制板工艺都凸起，所以很多题目最后都反映在它上面。同时，这也是因为蚀刻是自贴膜，感光开始的一个长系列工艺中的最后一环，之后，外层图形即转移成功了。环节越多，泛起题目的可能性就越大。这可以看成是印制电路出产过程中的一个很特殊的方面。 从理论上讲，印制电路进入到蚀刻阶段后，其图形截面状态应如图2所示。在图形电镀法加工印制电路的工艺中，理想状态应该是:电镀后的铜和锡或铜和铅锡的厚度总和不应超过耐电镀感光膜的厚度,使电镀图形完全被膜两侧的“墙”挡住并嵌在里面。然而,现实出产中，全世界的印制电路板在电镀后，镀层图形都要大大厚于感光图形。在电镀铜和铅锡的过程中，因为镀层高度超过了感光膜，便产生横向堆积的趋势，题目便由此产生。在线条上方笼盖着的锡或铅锡抗蚀层向两侧延伸，形成了“沿”，把小部门感光膜盖在了“沿”下面（见图5）。
　　锡或铅锡形成的“沿”使得在去膜时无法将感光膜彻底去除干净，留下一小部门“残胶”在“沿”的下面（见图六）。“残胶”或“残膜”留在了抗蚀剂“沿”的下面，将造成不完全的蚀刻。线条在蚀刻后两侧形成“铜根”，铜根使线间距变窄，造成印制板不符合甲方要求，甚至可能被拒收。因为拒收便会使PCB的出产本钱大大增加。
　　另外，在很多时候，因为反应而形成溶解，在印制电路产业中,残膜和铜还可能在侵蚀液中形成堆积并堵在侵蚀机的喷嘴处和耐酸泵里，不得不停机处理和清洁，而影响了工作效率。
　　三.设备调整及与侵蚀溶液的相互作用关系
　　在印制电路加工中，氨性蚀刻是一个较为精细和复杂的化学反应过程。反过来说它又是一个易于进行的工作。一旦工艺上调通，就可以连续进行出产。枢纽是一旦开机就需保持连续工作状态,不宜干干停停。蚀刻工艺在极大的程度上依靠设备的良好工作状态。就目前来讲，不管使用何种蚀刻液，必需使用高压喷淋，而且为了获得较整洁的线条侧边和高质量的蚀刻效果，必需严格选择喷嘴的结构和喷淋方式。
　　为得到良好的侧面效果,泛起了很多不同的理论,形成不同的设计方式和设备结构。这些理论往往是大相径庭的。但是所有有关蚀刻的理论都承认这样一条最基本的原则，即尽量快地让金属表面不断的接触新鲜的蚀刻液。对蚀刻过程所进行的化学机理分析也证明了上述观点。在氨性蚀刻中，假定所有其它参数不变，那么蚀刻速率主要由蚀刻液中的氨（NH3）来决定。因此用新鲜溶液与蚀刻表面作用,其目的主要有两个：一是冲掉刚刚产生的铜离子；二是不断提供进行反应所需要的氨（NH3）。
　　在印制电路产业的传统知识里,特别是印制电路原料的供给商们,大家公认,氨性蚀刻液中的一价铜离子含量越低，反应速度就越快.这已由经验所证明。事实上，很多的氨性蚀刻液产品都含有一价铜离子的特殊配位基（一些复杂的溶剂），其作用是降低一价铜离子(这些等于他们的产品具有高反应能力的技术秘诀 ),可见一价铜离子的影响是不小的。将一价铜由5000ppm降至50ppm，蚀刻速率会进步一倍以上。
　　因为蚀刻反应过程中天生大量的一价铜离子，又因为一价铜离子老是与氨的络合基牢牢的结合在一起,所以保持其含量近于零是十分难题的。通过大气中氧的作用将一价铜转换成二价铜可以去除一价铜。用喷淋的方式可以达到上述目的。
　　这就是要将空气通入蚀刻箱的一个功能性的原因。但是假如空气太多，又会加速溶液中的氨损失而使PH值下降，其结果仍使蚀刻速率降低。氨在溶液中也是需要加以控制的变化量。一些用户采用将纯氨通入蚀刻储液槽的做法。这样做必需加一套PH计控制系统。当自动测得的PH结果低于给定值时，溶液便会自动进行添加。
　　在与此相关的化学蚀刻（亦称之为光化学蚀刻或PCH）领域中,研究工作已经开始，并达到了蚀刻机结构设计的阶段。在这种方法中,所使用的溶液为二价铜，不是氨-铜蚀刻。它将有可能被用在印制电路产业中。在PCH产业中，蚀刻铜箔的典型厚度为5到10密耳（mils），有些情况下厚度则相称大。它对蚀刻参量的要求常常比PCB产业中的更为苛刻。 有一项来自PCM产业系统中的研究成果，目前尚未正式发表，但其结果将是令人线人一新的。因为有较雄厚的项目基金支持，因此研究职员有能力从长远意义上对蚀刻装置的设计思惟进行改变,同时研究这些改变所产生的效果。好比,与锥形喷嘴比拟，最佳的喷嘴设计采用扇形，并且喷淋集流腔（即喷嘴拧进去的那段管子）也有一个安装角度,能对进入蚀刻舱中工件呈30度喷射.假如不进行这样的改变，那么集流腔上喷嘴的安装方式会导致每个相邻喷嘴的喷射角度都不是完全一致的。第二组喷嘴各自的喷淋面与第一组相对应的略有不同（见图八，它表示了喷淋的工作情况）。这样使喷射出的溶液外形成为叠加或交叉的状态。从理论上讲，假如溶液外形相互交叉，那么该部门的喷射力就会降低，不能有效地将蚀刻表面上的旧溶液冲掉而保持新溶液与其接触。在喷淋面的边沿处，这种情况尤其凸起。其喷射力比垂直方向的要小得多。
　　这项研究发现,最新的设计参数是65磅/平方英寸（即4+Bar）。每个蚀刻过程和每种实用的溶液都有一个最佳的喷射压力的题目,而就目前来讲，蚀刻舱内喷射压力达到30磅/平方英寸（2Bar）以上的情况微乎其微。有一个原则，即一种蚀刻溶液的密度（即比重或玻美度）越高，最佳的喷射压力也应越高。当然这不是单一的参数。另一个重要的参数是在溶液中控制其反应率的相对淌度（或迁移率）。
　　四.关于上下板面,导入边与后入边蚀刻状态不同的题目
　　大量的涉及蚀刻质量方面的题目都集中在上板面上被蚀刻的部门。了解这一点是十分重要的。这些题目来自印制电路板的上板面蚀刻剂所产生的胶状板结物的影响。胶状板结物堆积在铜表面上，一方面影响了喷射力，另一方面阻挡了新鲜蚀刻液的增补，造成了蚀刻速度的降低。恰是因为胶状板结物的形成和堆积使得板子的上下面图形的蚀刻程度不同。这也使得在蚀刻机中板子提高前辈入的部门轻易蚀刻的彻底或轻易造成过侵蚀，由于那时堆积尚未形成，蚀刻速度较快。反之，板子后进入的部门进入时堆积已形成，并减慢其蚀刻速度。
　　五.蚀刻设备的维护
　　蚀刻设备维护的最枢纽因素就是要保证喷嘴的清洁，无梗阻物而使喷射的通畅。梗阻物或结渣会在喷射压力作用下冲击版面。如果喷嘴不洁，那么会造成蚀刻不平均而使整块PCB报废。
　　显著地，设备的维护就是更换破损件和磨损件，包括更换喷嘴，喷嘴同样存在磨损的题目。除此之外，更为枢纽的题目是保持蚀刻机不存在结渣，在很多情况下都会泛起结渣堆积.结渣的堆积过多，甚至会对蚀刻液的化学平衡产生影响。同样,假如蚀刻液泛起过量的化学不平衡，结渣就会愈加严峻。结渣堆积的题目怎么夸大都不外分。一旦蚀刻液溘然泛起大量结渣的情况，通常是一个信号，即溶液的平衡泛起题目。这就应该用较强的盐酸作适当地清洁或对溶液进行补加。
　　残膜也可以产生结渣物，极少量的残膜溶于蚀刻液中，然后形成铜盐沉淀。残膜所形成的结渣说明前道去膜工序不彻底。去膜不良往往是边沿膜与过电镀共同造成的结果。