CN104278273A - 线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于线路板酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻工艺改良。通过在蚀刻工作液中加入多种氧化剂的方法解决了低酸度工艺状况下蚀刻工作液其蚀刻速率低的生产问题，满足了在以降低酸度的方法来改善侧蚀质量的同时又能保持高蚀刻速率的生产目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电子电路板制作过程中蚀刻铜的化学混合液。
背景技术
在现代电子线路板生产行业里，由于电子产品的集成度越来越高，精细线路版的需求量日益增大。目前被广泛用于酸性蚀刻铜板的蚀刻液通常为盐酸+双氧水(或氯酸钠)的酸性氯化铜蚀刻体系。这种工艺虽然蚀刻速率稳定、易于控制、成本较低，但在正常生产的蚀刻工作液酸度为2.0M以上时其侧蚀情况较为严重。而将游离酸的浓度调低以改善侧蚀又难以得到较高的产率。本发明的目的就是解决侧蚀与产率的矛盾问题，在降低蚀刻工作液酸度以改善侧蚀状况的同时仍然能保持稳定的高蚀刻速率。
发明内容
本发明目的及结果主要通过下述方案得以实现：
本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液内含有盐酸、氯化钠、氯化铵、三氯化铁、双氧水(或氯酸钠)，其蚀刻工作液酸度设定范围为1-2.6M，氧化还原电位为540-560mv，铜离子浓度为120g/L。蚀刻过程是通过酸性蚀刻自动检测投料机来控制，以维持蚀刻液各组分的平衡。本工艺分以下三组份参数控制：
(i)HCl 15％-20％
NaCl 2％-5％
FeCl3 2％-8％
(ii)27.5％H2O2或15％-30％NaClO3
(iii)H2O
自动检测投料控制机上有酸度、氧化还原电位和比重三个部分的检测控制系统。酸度表控制(i)组份，氧化还原电位表控制H2O2或NaClO3溶液。比重表控制加入清水以调节工作液的盐浓度。
选择三氯化铁为本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻促进剂其主要原因有如下几点：
1.三氯化铁比氯化铜氧化性更强，且不会与H2O2或者NaClO3相克互耗。
2.三氯化铁是比氯化铜氧化性更加强的氧化剂，并且它能够与HCl共存。
3.当蚀刻工作液的游离酸浓度较低时，能参与蚀刻反应的氯离子随着酸度降低而减少，加入的FeCl3既能够提高工作液中的氯离子浓度，又能利用三氯化铁中的Fe3+离子的氧化性将印刷版面上的铜分步氧化成Cu2+，提高了蚀刻速率。其反应式如下：
2FeCl3+Cu→2FeCl2+CuCl2
4.FeCl2在本蚀刻液中因富含HCl和H2O2(或者NaClO3)氧化剂而容易再次转化成为FeCl3，因而使蚀刻液能维持稳定的高蚀刻速率。FeCl2转化为FeCl3的化学反应如下：
2FeCl2+2HCl+H2O2→2FeCl3+2H2O
或者
6FeCl2+6HCl+NaClO3→6FeCl3+NaCl+3H2O
5.添加FeCl3使用时蚀刻液不会因为粘稠度增加而阻碍蚀刻铜的化学反应，性能安全可靠。
6.FeCl3来源易得，经济环保。
在本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液中添加有NaCl，其作用是为在降低酸度后补充工作液中的氯离子以提高蚀刻速率。
另外在蚀刻过程中，蚀刻工作液中的CuCl2是参与蚀刻化学反应的最主要成分。它将铜氧化腐蚀生成Cu2Cl2，然后在蚀刻液中与HCl和H2O2(或者NaClO3)反应再次生成CuCl2，从而再度参与蚀刻。
CuCl2+Cu→Cu2Cl2
Cu2Cl2+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O
或者
3Cu2Cl2+6HCl+NaClO3→6CuCl2+NaCl+3H2O
在自制小型蚀刻机上使用500×300×1.5mm的铜板作单面喷淋腐蚀试验。温度设为50℃，蚀刻工作液容量为160L。测量现时常用的“盐酸+双氧水(或氯酸钠)”蚀刻体系在高、低酸度下的蚀刻速率，并把其设定为现时常用的高、低酸工艺蚀刻速率的标准指标值。
表1-现时常用的酸性氯化铜蚀刻液在高、低酸度下的蚀刻速率数值
根据表1中的试验结果，将12.5μm/min设为高酸度工艺蚀刻速率指标值，将8.8μm/min设为低酸度工艺的蚀刻速率指标值，通过比较来衡量本发明的蚀刻液的蚀刻性能。
同样使用小型蚀刻机，在本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液里添加不同量的氯化铁做单面喷淋腐蚀，并取500×300×1.5mm的铜板作测试。其中子液组份(i)配制为含有不同FeCl3浓度的A、B、C三组水溶液。各组成份如下：
| 系统 | HCl | NaCl | FeCl3 |
| A | 15％ | 5％ | 2％ |
| B | 15％ | 5％ | 4％ |
| C | 15％ | 5％ | 6％ |
表2-本发明的蚀刻液在不同FeCl3浓度下其蚀刻速率的对应数值
从试验数据得知，当本蚀刻工作液酸度设为1M时，蚀刻铜的速率随着FeCl3的含量增加而提升。将表1的标准值与表2的数据对比，当FeCl3的含量在蚀刻液中达到6％时(即C组子液)，其蚀刻速率已经比高酸工艺“盐酸+双氧水”系统的标准值高出8％。而与低酸工艺“盐酸+氯酸钠”体系的标准值相比时，本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻速率高出其标准值50％。
另外，在本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液里添加不同量的NaCl并取500×300×1.5mm的铜板通过小型蚀刻机作喷淋腐蚀测试。数据列为表3。
(i)组份子液按NaCl含量不同，分别配制D、E两组水溶液。
| 系统 | HCl | NaCl | FeCl3 |
| D | 15％ | 5％ | 6％ |
| E | 15％ | - | 6％ |
表3-本发明的蚀刻液在不同NaCl浓度下的蚀刻速率数值
从表3可见，在蚀刻液酸度为1M的情况下，加入的NaCl含量仅为5％时便能使蚀刻速率增加16％。
在线路板行业里，现时正常生产使用的酸性氯化铜蚀刻工作液的酸度在工艺上一般设为2.2-2.8M。同样在小型蚀刻机上设定酸度为2.4M以将本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液与现时常用的酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻性能作比较。
(i)组份子液为F的水溶液，其配方成份包含20％HCl、2％NaCl和6％FeCl3。
(ii)组份为27.5％H2O2或者20％NaClO3。
表4-酸度设定为2.4M时本发明的蚀刻液其蚀刻速率数值
将表4中的蚀刻速率18μm/min与表1中同为2.4M高酸度工艺下的标准指标蚀刻速率12.5μm/min相比较。得出在高酸度工艺中，本线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液比现时常用的酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻速率高出40％。
所以，本发明的线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液优化了现时常用的酸性氯化铜蚀刻工艺。其操作安全、性能稳定、品质较高、经济环保等工艺指标完全符合行业技术发展要求和国家节能减排的生产方针。
具体实施方法
1.将各组份的药液配好。
(i)HCl 15％-20％，NaCl 2％-5％，FeCl3 2％-8％
(ii)27.5％ H2O2或15％-30％ NaClO3
(iii)H2O
生产母液的配制方法有两种。一是将(i)组份倒入机器蚀刻缸里，并投入少许氯化铜；二是取盐酸+双氧水(或氯酸钠)蚀刻工作液倒入机器蚀刻缸内，并往缸中补充相应的FeCl3和NaCl。
2.调整蚀刻自动检测投料机的工艺参数。设定其温度为49℃，酸度为1M，氧化还原电位ORP为540mv，比重为1.25g/ml(H2O2系统)、1.28-1.30g/ml(NaClO3系统)，喷嘴压力为1kg/cm2。
3.将铜板放入蚀刻机中作喷淋腐蚀，自动检测投料机会自动投料补充平衡蚀刻液中的各组份。当工作液比重为1.250g/ml、(H2O2系统)、1.28-1.30g/ml(NaClO3系统)、酸度达到1M时，按现场状况调整走板速度等其他参数后才投放电路板进行生产。
注意：1.用第一种方法配制母液时，由于(i)组份药液的酸度较大，操作时需要注意安全。
2.使用本发明的蚀刻液在低酸工艺蚀刻生产时，其蚀刻工作液的酸度建议设为1M或以上。其一是能避免工作液水解生成Fe(OH)3胶体；其二是若选用H2O2作为氧化剂，且在工作液酸度低于0.6M时继续加投H2O2，蚀刻工作液会因为缺少HCl而难以继续蚀铜的蚀刻反应，且添加投入的H2O2会发生气爆现象。
3.当工作液酸度控制在1M时，蚀刻产品的蚀刻系数k＞5。
Claims (1)
1.一种适用于电路板蚀刻生产上使用的线路板低酸高效型酸性氯化铜蚀刻液其工艺改良的方法，其特征是在以传统的“盐酸+双氧水”或者“盐酸+氯酸钠”为主体的酸性氯化铜蚀刻工艺体系中加入氯化铁或者氯化亚铁成分而重新组合成另一个蚀刻工艺体系。
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