溶液组分非常简单,可用于图形电镀前的微蚀刻处理。近年来开始用于印制板蚀刻。特点是不浸蚀锡铅合金。蚀刻后的产物只有硫酸铜。蚀刻液可以经过再生与回收,得到纯度高的硫酸铜晶体。因此大大减少废液排放和环境污染,目前有发展前途的蚀刻液。
三氯化铁蚀刻液
操作方便,印制电路、电子和金属精饰等工业中广泛采用三氯化铁蚀刻铜、铜合金及铁、锌、铝等。这时由于它工艺稳定。价格廉价。但是近些年来,由于它再生困难,污染严重,废液处置困难等而正在被淘汰。因此,这里只简单地介绍。
三氯化铁蚀刻液适用于网印抗蚀印料、液体感光胶、干膜、金等抗蚀层的印制板的蚀刻。但不适用于镍、锡、锡-铅合金等抗蚀层。
1.蚀刻时的主要化学反应
三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化-还原过程。铜表面Fe3+使铜氧化成氯化亚铜。同时Fe3+被还原成Fe2+
FeCl3+CuFeCl2+CuCl
可以和FeCl3进一步发生反应生成氯化铜。CuCl具有还原性。
FeCl3+CuClFeCl2+CuCl2
与铜发生氧化反应:Cu2+具有氧化性。
CuCl2+Cu2CuCl
FeCl3蚀刻液对Cu蚀刻时靠Fe3+和Cu2+共同完成的其中Fe3+蚀刻速率快,所以。蚀刻质量好;而Cu2+蚀刻速率慢,蚀刻质量差。新配制的蚀刻液中只有Fe3+所以蚀刻速率较快。但是随着蚀刻反应的进行,Fe3+不时消耗,而Cu2+不时增加。当Fe3+消耗掉35%时,Cu2+已增加到相当大的浓度,这时Fe3+和Cu2+对Cu蚀刻量几乎相等;当Fe3+消耗掉50%时,Cu2+蚀刻作用由主要地位而跃居主要地位,此时蚀刻速率慢,即应考虑蚀刻液的更新。
表示蚀刻液的活度不是用Fe3+消耗量来度量,实际生产中。而是用蚀刻液中的含铜量(g/l来度量。因为在蚀刻铜的过程中,最初蚀刻时间是相对恒定的然而,随着Fe3+消耗,溶液中含铜量不断增长。当溶铜量达到60g/l时,蚀刻时间就会延长,当蚀刻液中的Fe3+消耗40%时,溶铜量达到82.40g/1时,蚀刻时间便急剧上升,标明此时的蚀刻液不能再继续使用,应考虑蚀刻液的再生或更新。
多以蚀刻时间和蚀刻质量来确定蚀刻液的再生与更新。经验数据为,采用动态蚀刻,温度为500C左右,铜箔厚度为50μm,一般工厂很少分析和测定蚀刻液中的含铜量。蚀刻时间5分钟左右最理想,8分钟左右仍可使用,若超过10分钟,侧蚀严重,蚀刻质量变差,应考虑蚀刻液的再生或更新。
还伴有一些副反应,蚀刻铜箔的同时。就是CuCl2和FeCl3水解反应:
FeCl3+3H2OFeOH3↓+3HCl
CuCl2+2H2OCuOH2↓+2HCl
受热后易分解:生成的氢氧化物很不稳定。
2FeOH3Fe2O3↓+3H2O
CuOH2CuO↓+H2O
悬浮于蚀刻液中,结果生成了红色的氧化铁和黑色的氧化铜微粒。对抗蚀层有一定的破坏作用。
2.影响蚀刻速率的因素
>Fe3+浓度和蚀刻液的温度
蚀刻速率越快,蚀刻液温度越高。温度的选择应以不损坏抗蚀层为原则,一般以4050℃为宜。
对铜的蚀刻速率相应加快。当所含Fe3+超越某一浓度时,Fe3+浓度对蚀刻速率有很大的影响。蚀刻液中Fe3+浓度逐渐增加。由于溶液粘度增加,蚀刻速率反而有所降低。一般蚀刻涂覆网印抗蚀印料、干膜的印制板,浓度可控制在350Be左右;蚀刻涂覆液体光致抗蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)印制板,浓度则要控制在420Be以上。
>盐酸的添加量
可以抑制FeCl3水解,蚀刻液中加入盐酸。并可提高蚀刻速率。尤其是当溶铜量达到37.4g/l后,盐酸的作用更明显。但是盐酸的添加量要适当,酸度太高,会导致液体光致抗蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)涂层的印制板只能用低酸度溶液。
>蚀刻液的搅拌
而使溶液呈暗绿色,静止蚀刻的效率和质量都是很差的原因是蚀刻过程中在板面和溶液里会有沉淀生成。这些沉淀会影响进一步的蚀刻。
喷淋或泼溅操作都可以加快蚀刻反应。蚀刻速率的提高是由于局部Fe2+和Cu1+重新氧化成Fe3+和Cu2+采用空气搅拌。
4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
4Cu1++O2+4H+4Cu2++2H2O
其他蚀刻液
>硫酸-铬酸蚀刻液
对人和动植物均有害。因此,对电镀锡铅合金抗蚀层的印制板有良好的蚀刻效果。但铬酸是属于“三废”中国家排标的类有害物质。现在几乎不必它来蚀刻印制板。
>过硫酸铵蚀刻液
易分解,适用于用网印抗蚀印料、干膜、金等作抗蚀层的印制板。但是蚀刻速度和溶铜能力都不如氯化物蚀刻液高。加之本钱高,一般用于图形电镀前铜箔表面的微蚀刻处理。
>硫酸-双氧水蚀刻液