宮小龍 黃秀武

摘要：本文對(duì)以硝酸為主要成分的酸性蝕刻液進(jìn)行了研究，利用靜態(tài)刻蝕的方式，對(duì)印刷電路板銅箔的蝕刻速率以及側(cè)蝕水平進(jìn)行了測定，考察了幾個(gè)因素對(duì)蝕刻效果的影響。希望為相關(guān)研究人員提供一定的參考，使針對(duì)硝酸型酸性蝕刻液蝕刻工藝的研究更加深入，并優(yōu)化該工藝。

關(guān)鍵詞：酸性蝕刻液；硝酸；蝕刻工藝

PCB技術(shù)的不斷發(fā)展令印刷電路板的線寬和線距都逐漸變小，對(duì)蝕刻液提出了更高的要求。傳統(tǒng)的印刷電路板的制造中應(yīng)用較為廣泛的蝕刻液是酸性和堿性氯化銅蝕刻液，然而此類含有氯元素的蝕刻液容易生成銅絡(luò)離子，造成嚴(yán)重的側(cè)蝕問題。研發(fā)蝕刻效果更佳、側(cè)蝕程度更低的蝕刻液是一項(xiàng)亟待解決的任務(wù)。采用硝酸為基礎(chǔ)的蝕刻液可以有效降低側(cè)蝕程度，本文對(duì)硝酸型酸性蝕刻液的工藝條件和組成成分進(jìn)行了探討。

一、硝酸型酸性蝕刻液蝕刻流程

利用硝酸型酸性蝕刻液進(jìn)行蝕刻的原理利用硝酸銅中銅離子的氧化性將印刷電路板上的銅氧化為化合價(jià)為一價(jià)的銅。該蝕刻手段具有一系列優(yōu)勢，首先蝕刻液可以保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)，從而便于操作人員控制蝕刻速率，最終的蝕刻質(zhì)量較高。另外，該種蝕刻手段可以溶解大量的銅元素，并且蝕刻液的回收和再生利用較為容易，在充分利用資源的同時(shí)能有效減少環(huán)境污染。

以硝酸作為蝕刻液進(jìn)行蝕刻時(shí)按照如下流程進(jìn)行：首先清洗材料表面，用洗滌劑除去表面的油污，繼而用流動(dòng)的純水清洗材料。接下來去掉材料表面的氧化物薄膜，采用濃度為1%的稀鹽酸浸泡一分鐘左右。氧化物薄膜去掉后用去離子水再次清洗材料，并用溫度較高的風(fēng)源對(duì)其進(jìn)行干燥。隨之用天平稱重材料，并進(jìn)行蝕刻過程。蝕刻完成后再次用熱風(fēng)烘干材料并稱重材料的重量。

二、蝕刻速率的影響因素

衡量蝕刻效果的一個(gè)重要指標(biāo)是蝕刻速率，蝕刻速率指的是一定時(shí)間內(nèi)材料被蝕刻液蝕刻掉的厚度，為了探究硝酸型酸性蝕刻液蝕刻工藝的效果受到哪些因素影響，本文用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。本實(shí)驗(yàn)選用的材料是具有一定面積的線路板銅箔。蝕刻時(shí)利用靜態(tài)懸掛方式，通過改變一系列實(shí)驗(yàn)條件探討蝕刻速率受到何種因素影響。蝕刻速率可以用失重法來測算，將蝕刻質(zhì)量、蝕刻面積進(jìn)行測量并記錄，并記下蝕刻時(shí)間，根據(jù)公式可以計(jì)算出蝕刻速率。蝕刻速率具體受到如下因素的影響：

（一）硝酸濃度

硝酸型酸性蝕刻液的主要成分就是硝酸，因而硝酸濃度對(duì)蝕刻速率有著至關(guān)重要的影響。在其他因素一定的情況下，改變硝酸的濃度，可以發(fā)現(xiàn)越高的硝酸濃度對(duì)應(yīng)越快的蝕刻速率。然而硝酸的濃度不能無限度的增大，因?yàn)橐坏┫跛釢舛雀叩揭欢ǔ潭?，蝕刻時(shí)會(huì)生成紅棕色的刺激性氣體二氧化氮，該氣體會(huì)嚴(yán)重污染空氣，因而蝕刻液中硝酸的濃度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，一般保證每升溶液中含有2至3mol的硝酸是比較合適的。

（二）溫度

當(dāng)溫度升高時(shí)，蝕刻速率也會(huì)隨之增大。其原理是溫度的升高會(huì)使溶液的流動(dòng)性增強(qiáng)，并且蝕刻液的粘度也會(huì)降低，從而有效增加蝕刻速率。盡管保持較高的蝕刻溫度對(duì)生產(chǎn)能力的提高有重要作用，然而蝕刻時(shí)要考慮蝕刻設(shè)備、管道等部件的耐熱水平，由于蝕刻機(jī)的箱體以及傳送設(shè)備都是由PVC材料制成的，在50攝氏度到65攝氏度時(shí)材料就會(huì)發(fā)生軟化甚至變形，基于保護(hù)設(shè)備的原則，選用的蝕刻溫度不能過高。另外，溫度的上升也會(huì)催化硝酸受熱分解為二氧化氮?dú)怏w，不僅造成有效成分的損失、降低蝕刻液的濃度，而且會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染，結(jié)合實(shí)際的蝕刻工藝流程，通常將蝕刻的工作溫度維持在40攝氏度到55攝氏度之間。

（三）銅離子濃度

蝕刻速率受到銅離子濃度的影響曲線呈現(xiàn)倒U型，當(dāng)銅離子濃度較低時(shí)，隨著銅離子濃度的增加，蝕刻速率表現(xiàn)為上升趨勢，而當(dāng)銅離子的質(zhì)量濃度超過140g/L時(shí)，蝕刻速率隨著銅離子濃度的進(jìn)一步增加而下降。其原因是銅離子在蝕刻液中的溶解度的影響，當(dāng)銅離子濃度較低時(shí)，蝕刻液中可以較為充分的溶解硝酸銅，而當(dāng)銅離子濃度高到一定程度后，蝕刻液的濃度達(dá)到飽和便無法繼續(xù)溶解硝酸銅，通常在具體的蝕刻工藝中將銅離子的質(zhì)量濃度控制在120～140g/L范圍內(nèi)。

（四）抑煙劑

由于硝酸型酸性蝕刻液中的硝酸不穩(wěn)定，很容易揮發(fā)，在蝕刻液中加入一定量的抑煙劑可以減少發(fā)煙情況。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在蝕刻液中加入體積低于4%的抑煙劑可以加快蝕刻速率，當(dāng)加入的量達(dá)到蝕刻液體積的2.5%時(shí)，可以得到最大的蝕刻速率，從中可以看出一定量的抑煙劑可以在減少硝酸揮發(fā)、降低環(huán)境影響的同時(shí)提高蝕刻效率。

三、提升硝酸型酸性蝕刻液蝕刻效果的建議

通過以上實(shí)驗(yàn)可以確定影響硝酸型酸性蝕刻液蝕刻速率的影響因素，為了提升蝕刻效果，需要從以上幾方面因素入手，包括將蝕刻的工作溫度控制在合理范圍內(nèi)，硝酸的濃度不能過高，以及保持合適的銅離子的濃度，并且可以在蝕刻工藝中加入適量的抑煙劑。此外，由于銅箔的厚度直接影響到電路圖形的導(dǎo)線密度，當(dāng)銅箔較薄時(shí)，可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成蝕刻，并且發(fā)生的側(cè)蝕程度較低。反之會(huì)造成較大的側(cè)蝕，降低蝕刻質(zhì)量。因而銅箔的厚度必須基于導(dǎo)線精度、導(dǎo)線密度以及相關(guān)技術(shù)要求合理確定。另外，電路的幾何形狀會(huì)對(duì)蝕刻液在材料表面的流動(dòng)速度造成直接影響，若電路的導(dǎo)線圖案在橫縱方向上的分布不夠均衡，則會(huì)降低蝕刻速率，并造成蝕刻效果的不均勻。因而設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡量保持面板上的電路圖形分布較為均衡，并且導(dǎo)線具有基本一致的粗細(xì)程度。

四、結(jié)語

通過本文實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，利用硝酸型酸性蝕刻液進(jìn)行蝕刻時(shí)，蝕刻效果受到溫度、硝酸濃度、銅離子等因素的影響，對(duì)該種蝕刻工藝需要進(jìn)行更深層次的研究以確定最佳的硝酸型酸性蝕刻液的成分配比，從而提升工藝水準(zhǔn)、達(dá)到更高的蝕刻效果。

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