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在PCB外层电路中什么是蚀刻工艺?


 
印制电路加工中﹐氨性蚀刻是一个较为精细和覆杂的化学反应过程,却又是一项易于进行的工作。只要工艺上达至调通﹐就可以进行连续性的生产, 但关键是开机以后就必需保持连续的工作状态﹐不适宜断断续续地生产。蚀刻工艺对设备状态的依赖性极大,故必需时刻使设备保持在良好的状态。
 
目前﹐无论使用何种蚀刻液﹐都必须使用高压喷淋﹐而为了获得较整齐的侧边线条和高质量的蚀刻效果﹐对喷嘴的结构和喷淋方式的选择都必须更为严格。对于优良侧面效果的制造方式﹐外界均有不同的理论、设计方式和设备结构的研究,而这些理论却往往是人相径庭的。但是有一条最基本的原则已被公认并经化学机理分析证实﹐就是尽速让金属表面不断地接触新鲜的蚀刻液。
 
氨性蚀刻中﹐假定所有参数不变﹐那么蚀刻的速率将主要由蚀刻液中的氨(NH3)来决定。因此, 使用新鲜溶液与蚀刻表面相互作用﹐其主要目的有两个﹕冲掉刚产生的铜离子及不断为进行反应供应所需要的氨(NH3)。在印制电路工业的传统知识里﹐特别是印制电路原料的供货商们皆认同﹐并得经验证实﹐氨性蚀刻液中的一价铜离子含量越低﹐反应速度就越快。
 
事实上﹐许多的氨性蚀刻液产品都含有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(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,蚀刻速率即提高一倍以上。由于在蚀刻反应的过程中会生成大量的一价铜离子,而一价铜离子又总是与氨的络合基紧紧的结合在一起﹐所以要保持其含量近于零是十分困难的。
 
而采用喷淋的方式却可以达到通过大气中氧的作用将一价铜转换成二价铜,并去除一价铜,这就是需要将空气通入蚀刻箱的一个功能性的原因。但是如果空气太多﹐又会加速溶液中的氨的损失而使PH值下降﹐使蚀刻速率降低。氨在溶液中的变化量也是需要加以控制的,有一些用户采用将纯氨通入蚀刻储液槽的做法,但这样做必须加一套PH计控制系统,当自动监测的PH结果低于默认值时﹐便会自动进行溶液添加。
 
在相关的化学蚀刻(亦称之为光化学蚀刻或PCH)领域中﹐研究工作已经开始﹐并达至蚀刻机结构设计的阶段。此方法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工业中。在PCH工业中,蚀刻铜箔的典型厚度为5到10密耳(mils),有些情况下厚度却相当大。它对蚀刻参数的要求经常比PCB工业更为苛刻。有一项来自PCM工业系统但尚未正式发表的研究成果﹐相信其结果将会令人耳目一新。
 
由于有雄厚的项目基金支持﹐因此研究人员有能力从长远意议上对蚀刻装置的设计思想进行改变﹐同时研究这些改变所产生的效果。比如说﹐与锥形喷嘴相比﹐采用扇形喷嘴的设计效果更佳﹐而且喷淋集流腔(即喷嘴拧进去的那一段管)也有一个安装角度﹐对进入蚀刻舱中的工件呈30度喷射﹐若不进行这样的改变, 集流腔上喷嘴的安装方式将会导致每个相领喷嘴的喷射角度都不一致。第二组喷嘴各自的喷淋面与第一组相对应的皆略有不同(它表示了喷淋的工作情况),使喷射出的溶液形状成为迭加或交叉的状态。
 
理论上﹐如果溶液形状相互交叉,该部分的喷射力就会降低而不能有效地将蚀刻表面上的旧溶液冲掉使新溶液与其接触。在喷淋面的边缘处,这种情况尤为突出,其喷射力比垂直喷射要小得多。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问题﹐就目前而言﹐蚀刻舱内喷射压力在30磅/平方英(2Bar)以上的情况微乎其微。但有一个原则﹐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,这并非单一的参数,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)。
 
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