CN114807943A - 一种5g高频线路生产工艺用微蚀刻液和微蚀方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种5G高频线路生产工艺用微蚀刻液和微蚀方法及其应用，涉及印刷线路板生产技术领域。5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，以硫酸双氧水体系为基础，包含缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂和助溶剂；按质量百分比计，包含以下成分：硫酸60‑100 g/L；双氧水20‑40 g/L；缓蚀剂0.1‑1.5%；光亮剂0.1‑1.5%；湿润剂0.5‑3.5%；稳定剂0.1‑2.0%；助溶剂0.5‑3.5%；水余量。本发明的微蚀刻液具有药水寿命长、蚀刻速率快、蚀刻后铜表面的粗化度稳定、均匀等优点，能解决5G高频线路板生产微蚀后传输信号差的问题，满足传输速度快、信号损耗少、铜表面结合力强等要求。

Description

一种5G高频线路生产工艺用微蚀刻液和微蚀方法及其应用

技术领域

本发明涉及印刷线路板生产技术领域，尤其是指一种5G高频线路生产工艺用微蚀刻液和微蚀方法及其应用。

背景技术

随着5G时代的来临，电子设备高频化是必然的发展趋势, 随着电子产品的小型化、多功能化，以及电子元器件向高精度、高密度的方向飞速发展，线路板上的线路制作越来越精细，制作难度越来越高。印制线路板中的金属导线不仅要起电流导通的作用，更需具备信号传输线的功能。

特别是在无线网络、卫星通讯的日益发展的时代,信息产品迭代越发高速化、高频化,同时通信产品也向高容量、数据规范化发展；因此，在未来几年信息产品也必然迅速发展,高频线路板就会有大量需求。

高频线路板的各项物理性能、精度、技术参数要求非常高，比如：低且稳定的介电常数(Dk)、小介质损耗(Df)、热膨胀系数与铜箔的相近、低吸水性、以及具备良好的耐热性、抗化学性、冲击强度、剥离强度等。高频线路板要求同时具备传输速度快、信号损耗少、铜表面结合力强的特性；但这其实是个互相矛盾的问题。因为为了使信号损失少，铜表面越光滑越好，但同时铜面结合力就会变差；相反，铜面越粗糙，结合力提升了但信号损失变大。这一问题使其生产工艺的各参数要求非常严格，线路板生产商也面临着严峻的技术挑战。

蚀刻是生产印刷线路板(PCB)不可缺少的一个重要工艺。蚀刻也称光化学蚀刻，用化学反应方式除去覆铜箔基板上不需要的铜，使其形成所需要的电路图形，实现线路图形。在线路板内层的制作过程中，微蚀工艺起到非常重要的作用，微蚀出粗糙、光亮的表面，有利于机械结合力与化学结合力的提高，使干膜与线路板表面贴合牢固。

目前广泛使用的线路板微蚀液有过硫酸钠、过硫酸氢钾复合盐和双氧水三种体系。其中，过硫酸钠与过硫酸氢钾复合盐体系存在微蚀速率低，微蚀后粗糙度 Ra值小，光亮度不足，不利于后续的光学检测(AOI)，易产生扫描不准的现象。H₂O₂/H₂SO₄微蚀液的溶铜量大，微蚀速率稳定，受铜离子浓度影响小，微蚀后铜面粗糙度 Ra粗糙度大，并且硫酸双氧水体系对环境的污染较低。

现在，有关微蚀刻液的相关产品及技术也有不少，基本能满足线路板的生产工艺。专利CN 104532240 A公开了一种线路板用的中粗化微蚀剂及制备方法，有效成分由5 %-10%硫酸、0.01 %-0.1 %五水合硫酸铜、哌啶、2-氨基苯并咪唑、对氯苯磺酸、5-甲基四氮唑组成，具有成分稳定、产品寿命长、能有效去除金属表面氧化物并在微蚀后铜面具有适中的粗糙度。

专利CN 105780002 B提供了一种铜表面粗化微蚀刻液，配方含有2.5-6.0 mol/L硝酸、10-80 g/L无机酸盐、0.5-30 g/L不饱和脂肪酸和/或不饱和脂肪酸盐、1-30 g/L脂肪胺等成分，其蚀刻速率稳定、对铜表面的粗化程度良好，且蚀刻后铜表面粗化均匀，可有效提高铜表面与聚合物类物质如干膜、感光阻焊油墨等的结合力，能够满足细线宽电路加工工艺的要求。

现有技术中的微蚀刻液具有一定的微蚀效果，并能完成细线路的蚀刻，但对于5G高频线路板生产来说，仍存在以下缺点：由于高频线路板的技术要求需要线路板满足传输速度快、信号损耗少、铜表面结合力强的问题，现有技术虽然能做到蚀刻均匀、速率稳定，但仍难以做到在生产中持续、稳定微蚀出符合高频线路表面的粗糙度Ra，并且蚀刻后的线路板信号传输能力差。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，该微蚀刻液以硫酸双氧水为基础，添加缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂、助溶剂等有效成分组成，不仅具有药水寿命长、蚀刻速率、蚀刻后铜表面的粗化度稳定、均匀等现有技术的优点，还能解决5G高频线路板生产微蚀后传输信号差的问题，满足传输速度快、信号损耗少、铜表面结合力强等要求，可用于5G高频线路板的生产。

该微蚀刻液组分中，缓蚀剂在微蚀过程中在铜表面形成一层作用力轻微、可逆的吸附型保护膜，用于控制铜的蚀刻速率，蚀刻出均匀粗糙度的铜面；光亮剂用于加速药水清除铜表面氧化层，解决微蚀过程线路板表面生成暗红色的氧化铜和氧化亚铜问题；湿润剂降低溶液的表面张力,促进药水与线路板表面的充分接触，有助于表面保持相近的微蚀程度；稳定剂可使药水中各组分在长时间维持稳定的状态，提升药水的稳定性；助溶剂对线路板表面的油污有较强的溶解作用，并增强铜表面的活性，提高干膜与铜面的结合力，避免后续工序中发生较多的断路，提升生产的合格率。

一种5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，以硫酸双氧水体系为基础，包含缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂和助溶剂；

按质量百分比计，包含以下成分：

硫酸 60-100 g/L；

双氧水 20-40 g/L；

缓蚀剂 0.1-1.5%；

光亮剂 0.1-1.5%；

湿润剂 0.5-3.5%；

稳定剂 0.1-2.0%；

助溶剂 0.5-3.5%；

缓蚀剂选自8-喹啉羧酸、异喹啉羧酸和5-氨基喹啉中的至少一种；

光亮剂选自伊班膦酸、奥潘膦酸、帕米膦酸中的至少一种；

湿润剂选自N-苯乙基双胍、1,1-二甲基双胍、苯基双胍中的至少一种；

稳定剂选自茴三硫、硫代丁二酸、二乙基三硫醚中的至少一种；

助溶剂选自琥珀酰胺、肉桂酰胺、异戊酰胺中的至少一种。

优选的，所述硫酸浓度为75-95 g/L；双氧水浓度为25-35 g/L。

优选的，所述缓蚀剂含量为0.2-1.0%。

优选的，所述光亮剂含量为0.2-1.0%。

优选的，所述湿润剂含量为1.0-3.0%。

优选的，所述稳定剂含量为0.5-1.5%。

优选的，所述助溶剂含量为1.0-3.0%。

优选的，所述5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，按质量百分比计，包含以下成分：

硫酸 75-95 g/L；

双氧水 25-35 g/L；

缓蚀剂 0.2-1.0%；

光亮剂 0.2-1.0%；

湿润剂 1.0-3.0%；

稳定剂 0.5-1.5%；

助溶剂 1.0-3.0%。

本发明还提供上述5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，在印刷线路板生产加工方面的应用。

本发明还提供一种5G高频线路板的微蚀方法，包含S1除油、S2水洗、S3微蚀、S4水洗、S5酸洗、S6水洗、S7干燥；

其中，所述S1除油段为用除油剂除去线路板表面的氧化物,除油的工艺参数为温度20-30 ℃，时间80-100s;

所述S3微蚀段为用上述的微蚀刻液对经过所述S2水洗段的线路板进行微蚀，微蚀的工艺参数为：温度20-30 ℃，时间60-80s；

所述S5酸洗段为对经过所述S4水洗段工序后的线路板进行酸洗，酸洗的工艺参数为：温度20-30 ℃，时间60-80s；

所述S7干燥段为对经过所述S6水洗段工序后的线路板进行烘干，干燥的工艺参数为：温度65-75 ℃，时间100-140s。

有益效果：

（1）本发明的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，以硫酸双氧水为基础，添加缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂、助溶剂等有效成分组成，不仅具有药水寿命长、蚀刻速率、蚀刻后铜表面的粗化度稳定、均匀等现有技术的优点，还能解决5G高频线路板生产微蚀后传输信号差的问题，满足传输速度快、信号损耗少、铜表面结合力强等要求，可用于5G高频线路板的生产。

（2）本发明的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液组分中，缓蚀剂在微蚀过程中在铜表面形成一层作用力轻微、可逆的吸附型保护膜，用于控制铜的蚀刻速率，蚀刻出均匀粗糙度的铜面；光亮剂用于加速药水清除铜表面氧化层，解决微蚀过程线路板表面生成暗红色的氧化铜和氧化亚铜问题；湿润剂降低溶液的表面张力,促进药水与线路板表面的充分接触，有助于表面保持相近的微蚀程度；稳定剂可使药水中各组分在长时间维持稳定的状态，提升药水的稳定性；助溶剂对线路板表面的油污有较强的溶解作用，并增强铜表面的活性，提高干膜与铜面的结合力，避免后续工序中发生较多的断路，提升生产的合格率。

（3）本发明的5G高频线路板的微蚀方法，工艺简单、操作方便，适用于大规模生产，且该方法的微蚀速度快，微蚀效果好；同时，经该方法微蚀后的线路板的信号损耗少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为用实施例1微蚀后的线路板3000倍的SEM图；

图2为用对比例13微蚀后的线路板3000倍的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明的微蚀刻液以硫酸双氧水体系为基础，辅以缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂、助溶剂等有效成分作为添加剂。

其中，硫酸含量为75-95 g/L，双氧水含量为25-35 g/L。

缓蚀剂为8-喹啉羧酸、异喹啉羧酸和5-氨基喹啉中的一种或者多种以上的混合，该组分浓度为0.2-1.0%。

光亮剂为伊班膦酸、奥潘膦酸、帕米膦酸中的一种或者多种以上的混合，该组分浓度为0.2-1.0%。

湿润剂为N-苯乙基双胍、1,1-二甲基双胍、苯基双胍中的一种或者多种以上的混合，该组分浓度为1.0-3.0%。

稳定剂为茴三硫、硫代丁二酸、二乙基三硫醚中的一种或者多种以上的混合，该组分浓度为0.5-1.5%。

助溶剂为琥珀酰胺、肉桂酰胺、异戊酰胺中的一种或者多种以上的混合，该组分浓度为1.0-3.0%。

一种5G高频线路板的微蚀方法，包含S1除油、S2水洗、S3微蚀、S4水洗、S5酸洗、S6水洗、S7干燥；

其中，所述S1除油段为用除油剂除去线路板表面的氧化物,除油的工艺参数为温度20-30 ℃，时间80-100s；

所述S3微蚀段为上述的微蚀刻液对经过所述S2水洗段的线路板进行微蚀，微蚀的工艺参数为：温度20-30 ℃，时间60-80s；

所述S5酸洗段为对经过所述S4水洗段工序后的线路板进行酸洗，酸洗的工艺参数为：温度20-30 ℃，时间60-80s；

所述S7干燥段为对经过所述S6水洗段工序后的线路板进行烘干，干燥的工艺参数为：温度65-75 ℃，时间100-140s。

具体的，所述S1除油段为用除油剂除去线路板表面的氧化物,除油的工艺参数为温度25±5 ℃，除油段长3.0 m；线速度2.0±0.3 m/min，压力1.5±0.5 kg/cm²;

所述S2水洗段用去离子水对经过所述S1除油段工序后的线路板进行清洗，水洗的工艺参数为：温度25±5 ℃，水洗段长3.0 m；线速度2.0±0.3 m/min，压力1.5±0.5 kg/cm²；

所述S3微蚀段为用上述的微蚀刻液对经过所述S2水洗段的线路板进行微蚀，微蚀的工艺参数为：温度25±5 ℃，微蚀段长4.0 m；线速度3.2±0.3 m/min，压力1.5±0.5 kg/cm²；

所述S4水洗段为用去离子水对经过所述S3微蚀段工序后的线路板进行清洗；水洗段的工艺参数为：温度25±5 ℃，水洗段长3.0 m；线速度2.0±0.3 m/min，压力1.5±0.5kg/cm²；

所述S5酸洗段为对经过所述S4水洗段工序后的线路板进行酸洗，酸洗的工艺参数为：温度25±5 ℃，酸洗段长4.0 m；线速度3.2±0.3 m/min，压力1.5±0.5 kg/cm²；

所述S6水洗段为用去离子水对经过所述S5酸洗段工序后的线路板进行清洗，水洗的工艺参数为：温度25±5 ℃，水洗段长4.0 m；线速度3.2±0.3 m/min，压力1.5±0.5 kg/cm²；

所述S7干燥段为对经过所述S6水洗段工序后的线路板进行烘干，干燥的工艺参数为：温度70±5 ℃，干燥段长4.0 m；线速度2.0±0.3 m/min，压力1.5±0.5 kg/cm²。

按照表1-2依次称取缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂、助溶剂等组分以及少量水加入反应釜中，于常温下搅拌混合30分钟后加入硫酸、双氧水和余量水搅拌混合10分钟，即可得到微蚀刻液，密封储存备用。

表1 不同实施例的微蚀刻液

表2 不同对比例的微蚀刻液

性能检测试验

微蚀工艺流程为：除油→水洗→微蚀→水洗→酸洗→水洗→干燥。其中，微蚀段参数为：温度25±5 ℃，微蚀段长4.0 m；线速度3.2±0.3 m/min，压力1.5±0.5 kg/cm²。

本发明酸性除油剂的性能主要体现在三个方面。第一个是表面粗糙度值Ra；第二个是微蚀量；第三个是检测铜表面的信号插入损耗。具体测试方法如下：

1)Ra值检测：使用粗糙度仪测定微蚀后铜面的粗糙度，检测三次，取平均值。

2）微蚀量检测：取质量为a（g）、面积为m*n（cm²）的铜板，使其通过微蚀工段，干燥后称重为b（g），则其微蚀量（μm）=10000*（m*n）/（8.93*2)。

3）信号插入损耗检测：取微蚀后的铜片，使用矢量网络分析仪进行检测，测定频率为12.89 GHz，将正弦波输入测量并计算传输正弦波与入射正弦波之比，即得到插入损耗值σ（dB/inch）。业内一般采用插入损耗来表征 PCB的高频信号损失值, 要求12.89 GHz信号传输损耗小于1.067 dB/inch。

式中，ρ为金属电阻率，f为信号频率，μ为自由空间磁导率。

该微蚀刻液组分中的缓蚀剂在微蚀过程中在铜表面形成一层作用力轻微、可逆的吸附型保护膜，用于控制铜的蚀刻速率，蚀刻出均匀粗糙度的铜面；光亮剂用于加速药水清除铜表面氧化层，解决微蚀过程线路板表面生成暗红色的氧化铜和氧化亚铜问题；湿润剂降低溶液的表面张力,促进药水与线路板表面的充分接触，有助于表面保持相近的微蚀程度；稳定剂可使药水中各组分在长时间维持稳定的状态，提升药水的稳定性；助溶剂对线路板表面的油污有较强的溶解作用，并增强铜表面的活性，提高干膜与铜面的结合力，避免后续工序中发生较多的断路，提升生产的合格率。

表3 微蚀刻液性能检测结果

从表3中实施例1-11的实验数据可以看出，本发明的微蚀刻液具有稳定的粗糙度值Ra和微蚀量，其中Ra值为0.38-0.42，微蚀量为0.84-0.88μm，稳定且具有一定微蚀量的铜面，与干膜的结合力较好，并可确保微蚀后铜面的插入损耗在0.65-0.70之间，满足PCB的高频信号损失要求，具有较好的传输信号。

对比例1-5的与实施例1的区别在于微蚀刻液组分中分别不含有缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂、助溶剂，实验数据表明，微蚀刻液中各组分对铜面粗糙度、微蚀量和插入损耗均有一定影响，缺少任一成分后粗糙度和微蚀量增大，铜面的信号传输损耗达不到5G高频信号损失要求，因此，本发明微蚀刻液中各组分之间互相协调、共同作用，使得铜面形成稳定均匀、插入损耗低的微蚀面。

对比例6-10与实施例1的区别在于微蚀刻液组分中的缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂、助溶剂浓度分别高于本发明微蚀刻液浓度上限，实验数据表明，缓蚀剂、稳定剂浓度过高，铜面咬蚀能力下降，微蚀量偏低，易出现铜面与干膜结合力差的问题；而光亮剂、湿润剂、助溶剂浓度过高，会促进铜面的咬蚀能力，微蚀量较高，插入损耗也会增大，影响信号传输。

对比例11-12与实施例1的区别在于微蚀刻液组分中硫酸/双氧水浓度分别低于本发明微蚀刻液浓度下限和高于本发明微蚀刻液浓度上限，实验数据表明，硫酸/双氧水浓度过低铜面咬蚀能力下降，粗糙度和微蚀量偏低，也易出现铜面与干膜结合力差的问题，而硫酸/双氧水浓度过高会咬蚀铜面，导致粗糙度、微蚀量和插入损耗较高影响信号传输。

对比例13与实施例1的目的在于使用现有技术中用于铜表面粗化微蚀刻液配方与本发明微蚀刻液进行对比，实验数据表明，本发明的具有稳定均匀的粗糙度、微蚀量以及插入损耗，可适用于5G高频线路的生产。同时，用实施例1微蚀后的线路板的SEM图见附图1，用对比例13微蚀后的线路板的SEM图见附图2。

综上所述，本发明提供一种5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，该微蚀刻液以硫酸双氧水为基础，添加缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂、助溶剂等有效成分组成，不仅具有药水寿命长、蚀刻速率、蚀刻后铜表面的粗化度稳定、均匀等现有技术的优点，还能解决5G高频线路板生产微蚀后传输信号差的问题，满足传输速度快、信号损耗少、铜表面结合力强等要求，可用于5G高频线路板的生产。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，以硫酸双氧水体系为基础，包含缓蚀剂、光亮剂、湿润剂、稳定剂和助溶剂；

按质量百分比计，包含以下成分：

硫酸 60-100 g/L；

双氧水 20-40 g/L；

缓蚀剂 0.1-1.5%；

光亮剂 0.1-1.5%；

湿润剂 0.5-3.5%；

稳定剂 0.1-2.0%；

助溶剂 0.5-3.5%；

缓蚀剂选自8-喹啉羧酸、异喹啉羧酸、5-氨基喹啉中的至少一种；

光亮剂选自伊班膦酸、奥潘膦酸、帕米膦酸中的至少一种；

湿润剂选自N-苯乙基双胍、1,1-二甲基双胍、苯基双胍中的至少一种；

稳定剂选自茴三硫、硫代丁二酸、二乙基三硫醚中的至少一种；

助溶剂选自琥珀酰胺、肉桂酰胺、异戊酰胺中的至少一种。

2.如权利要求1所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，所述硫酸浓度为75-95 g/L；双氧水浓度为25-35 g/L。

3.如权利要求2所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，所述缓蚀剂含量为0.2-1.0%。

4.如权利要求3所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，所述光亮剂含量为0.2-1.0%。

5.如权利要求4所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，所述湿润剂含量为1.0-3.0%。

6.如权利要求5所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，所述稳定剂含量为0.5-1.5%。

7.如权利要求6所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，所述助溶剂含量为1.0-3.0%。

8.如权利要求1所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，其特征在于，按质量百分比计，包含以下成分：

硫酸 75-95 g/L；

双氧水 25-35 g/L；

缓蚀剂 0.2-1.0%；

光亮剂 0.2-1.0%；

湿润剂 1.0-3.0%；

稳定剂 0.5-1.5%；

助溶剂 1.0-3.0%。

9.如权利要求1-8任意一项所述的5G高频线路生产工艺用微蚀刻液，在印刷线路板生产加工方面的应用。

10.一种5G高频线路板的微蚀方法，其特征在于，包含S1除油、S2水洗、S3微蚀、S4水洗、S5酸洗、S6水洗、S7干燥；

其中，所述S1除油段为用除油剂除去线路板表面的氧化物,除油的工艺参数为温度20-30 ℃，时间80-100s;

所述S3微蚀段为用权利要求1-8任意一项所述的微蚀刻液对经过所述S2水洗段的线路板进行微蚀，微蚀的工艺参数为：温度20-30 ℃，时间60-80s；

所述S5酸洗段为对经过所述S4水洗段工序后的线路板进行酸洗，酸洗的工艺参数为：温度20-30 ℃，时间60-80s；

所述S7干燥段为对经过所述S6水洗段工序后的线路板进行烘干，干燥的工艺参数为：温度65-75 ℃，时间100-140s。

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