印制電路板中性蝕刻劑及蝕刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及蝕刻領(lǐng)域，更進(jìn)一步，設(shè)及一中性蝕刻劑及蝕刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 蝕刻工藝是PCB線路板生產(chǎn)過(guò)程中不可W缺少的工藝步驟之一，通常的蝕刻劑主 要有兩種，一種是酸性刻蝕劑，如酸性氯化銅、硫酸/銘酸、硫酸/雙氧水等;另一種是堿性刻 蝕劑，如堿性氯化銅等。
[0003] 隨著PCB工業(yè)的發(fā)展，各種導(dǎo)線對(duì)于阻抗的要求也越來(lái)越高，運(yùn)必然要求對(duì)導(dǎo)線的 寬度控制更加嚴(yán)格，然而不論酸性蝕刻劑還是堿性蝕刻劑，都存在一個(gè)問(wèn)題，就是刻蝕劑對(duì) 抗蝕劑的攻擊。運(yùn)種攻擊導(dǎo)致線條蝕刻嚴(yán)重，甚至報(bào)廢。對(duì)此，人們往往做的工作是選擇優(yōu) 良的干膜抗蝕劑或者采用鍛錫工藝，或者是在設(shè)計(jì)時(shí)采用補(bǔ)償?shù)霓k法來(lái)抵制運(yùn)種攻擊，而 很少考慮對(duì)蝕刻劑本身的改良。
[0004] 此外，酸性刻蝕劑和堿性刻蝕劑還存在其他方面的不利影響。比如，不論酸性蝕刻 劑還是堿性蝕刻劑，在使用的過(guò)程中都會(huì)對(duì)環(huán)境造成不同程度的污染，而且對(duì)操作者的身 屯、帶來(lái)嚴(yán)重的危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一中性蝕刻劑，其中所述中性蝕刻劑顯示中性但是能 夠進(jìn)行蝕刻作用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸性蝕刻和堿性蝕刻劑。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一中性蝕刻劑，其中所述中性蝕刻劑沒(méi)有氣味，在蝕 刻過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何有害氣體，避免對(duì)環(huán)境W及操作者身屯、健康的影響。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一中性蝕刻劑，其中所述中性蝕刻劑不會(huì)對(duì)抗蝕劑產(chǎn) 生攻擊，具有較好的重工性，經(jīng)過(guò)多次返工，而不會(huì)傷害線條。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供一中性蝕刻劑，其中使用所述中性蝕刻劑蝕刻時(shí)，不 需要鍛錫和退錫兩道工序，減少了生產(chǎn)成本W(wǎng)及維護(hù)方面的不必要的費(fèi)用。
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于提供一中性蝕刻劑，其在蝕刻時(shí)，直接回收硫酸銅，取代了 傳統(tǒng)電解工藝從廢蝕刻液中提取硫酸銅，回收利用容易。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于提供一蝕刻方法，其采用中性蝕刻劑進(jìn)行蝕刻。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提供一蝕刻方法，其在反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)污染環(huán)境，也不會(huì) 傷害身體健康。
[0012] 本發(fā)明的另一目的在于提供一蝕刻方法，其不需要鍛錫和退錫工序，蝕刻效率高。
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)W上發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面提供一中性蝕刻劑，所述中性蝕刻劑包 含過(guò)硫酸鹽。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑的PH值為7。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑為過(guò)硫酸鋼水溶液。
[0016 ]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑的濃度范圍為90~220g/L。
[0017 ]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑的濃度范圍為180~220g/L。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑的濃度為200g/L。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑的蝕刻溫度范圍為40°~50°。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑進(jìn)行蝕刻的總反應(yīng)為：
[0021 ] Na2S2〇8+Cu 一 CuS〇4+Na2S〇4
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑蝕刻后溶液的PH范圍為6~7。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑蝕刻后溶液的PH值為6.6、6.61或6.62 中之一。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的中性蝕刻劑在蝕刻銅的過(guò)程中反應(yīng)得到超硫酸。
[0025] 本發(fā)明的另一方面提供一蝕刻方法，其采用所述的中性蝕刻劑進(jìn)行蝕刻。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述蝕刻方法中包含步驟:配置預(yù)定濃度的蝕刻劑。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述蝕刻方法中包含步驟:將蝕刻物浸入蝕刻劑。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述蝕刻方法中包含步驟:打氣攬拌蝕刻溶液。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述蝕刻方法中包含步驟:回收廢液。
[0030] 本發(fā)明的另一方面提供一過(guò)硫酸鋼作為中性蝕刻劑的應(yīng)用，將過(guò)硫酸鋼配置為預(yù) 定濃度的水溶液。
[0031 ]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的應(yīng)用中所述硫酸鋼溶液的濃度為180~220g/L。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的應(yīng)用中所述過(guò)硫酸鋼溶液的濃度為200g/L。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的應(yīng)用中所述過(guò)硫酸鋼水溶液在40°~50°溫度下蝕 刻。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的離子濃度對(duì)蝕刻速率的影響示意圖。
[0035] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實(shí)施例的蝕刻方法框圖。
[0036] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實(shí)施例的蝕刻方法具體實(shí)施過(guò)程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] W下描述用于掲露本發(fā)明W使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。W下描述中的優(yōu) 選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W想到其他顯而易見(jiàn)的變型。在W下描述中界定 的本發(fā)明的基本原理可W應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案W及沒(méi)有背 離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。
[0038] 傳統(tǒng)的蝕刻劑領(lǐng)域，常用到的蝕刻劑或蝕刻液，如酸性氯化銅、堿性氯化銅、氯化 鐵、過(guò)硫酸錠、硫酸/銘酸、硫酸/雙氧水，運(yùn)些物質(zhì)的水溶液通常體現(xiàn)酸性或堿性，因此，傳 統(tǒng)的蝕刻劑基本是酸性蝕刻劑或堿性蝕刻劑。
[0039] 正如前所述，酸性或堿性存在一些不利因素，比如對(duì)抗蝕劑的攻擊，在解決運(yùn)些問(wèn) 題時(shí)，限于研究的習(xí)慣，大多都是從抗蝕劑方面入手，去改進(jìn)蝕刻的效果，而對(duì)酸性或堿性 蝕刻劑方面研究較少?？刮g劑的應(yīng)用，是基于蝕刻劑，或者更進(jìn)一來(lái)說(shuō)，是基于傳統(tǒng)的酸性 蝕刻劑或堿性蝕刻劑的蝕刻原理或者蝕刻效果而引進(jìn)的應(yīng)用。也就是說(shuō)，在傳統(tǒng)蝕刻過(guò)程 中，為了使得傳統(tǒng)酸性蝕刻劑或堿性蝕刻劑蝕刻目標(biāo)區(qū)域，而保護(hù)其他區(qū)域不受傷害，因此 需要采用抗蝕劑，比如鍛錫。那么，當(dāng)采用的蝕刻劑沒(méi)有酸性蝕刻劑或堿性蝕刻劑某些方面 的一些特性時(shí)，就不需要抗蝕劑了。那提出的問(wèn)題是，是不是只有酸性蝕刻劑和堿性蝕刻 劑?而根據(jù)本發(fā)明，旨在于從蝕刻劑方面入手，尋求一種新型蝕刻劑，區(qū)別于傳統(tǒng)的酸性蝕 刻劑和堿性蝕刻劑，從而解決傳統(tǒng)蝕刻劑在進(jìn)行蝕刻時(shí)帶來(lái)的不利因素，比如對(duì)抗蝕劑的 攻擊、對(duì)環(huán)境的污染、對(duì)身體的危害。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，提供一中性蝕刻劑，所述中性蝕刻劑的酸堿值接近 于中性。所述中性蝕刻劑無(wú)色無(wú)味，不會(huì)對(duì)線條產(chǎn)生任何攻擊，不會(huì)污染環(huán)境、不會(huì)對(duì)身體 造成傷害。
[0041 ]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所述中性蝕刻劑為過(guò)硫酸鋼水溶液，其濃度為180~ 220g/L，在進(jìn)行蝕刻時(shí)適宜溫度為40~50°C。
[0042] W下試驗(yàn)用于說(shuō)明所述中性蝕刻劑的各種性能：
[0043] 試驗(yàn)一
[0044] 試驗(yàn)儀器：牛津CM700表銅孔厚度測(cè)試儀、雷磁PHS-25酸度計(jì)、PC396型計(jì)時(shí)器、分 析天平、水銀溫度計(jì)(0-1 〇〇°c)、水族氣累
[004引本組試驗(yàn)所用的器皿清單(見(jiàn)表格1):
[0046] 表格 1
[0047]
[0048] 本組試驗(yàn)所用的試劑清單(見(jiàn)表格2):
[0049] 表格 2
[0050]
[0051 ]~本組試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作:
[0052] 1)取一大張雙面覆銅板，用牛津CM700表銅孔厚度測(cè)試儀測(cè)量履銅板5點(diǎn)厚度，取5 點(diǎn)的平均值，作為其厚度用。
[0053] 在本試驗(yàn)中的所選取的5點(diǎn)的厚度值分別為:33.53μπι、33.51μπι、33.51μπι、33.48μ πι、33.47μπι。
[0054] 覆銅板的平均厚度為：
[0055]
[0056] 進(jìn)一步，從覆銅板裁取4種不同尺寸切片待用，分別為：至少4片lOcmX 10cm切片、 多片5cmX 5cm切片、多片IcmX 1.5cm切片。
[0057] 2)用250ml燒杯在分析天平稱量90g的過(guò)硫酸鋼，用少量蒸饋水稀釋后，轉(zhuǎn)入 1000ml的容量瓶中，再用蒸饋水定容至刻度并標(biāo)上1號(hào)蝕刻劑待用。此時(shí)得到的硫酸鋼溶液 的濃度為90g/L，PH值為7。
[0058] 3)用100ml量筒量取30ml硫酸分析純，用少最蒸饋水稀釋，轉(zhuǎn)入第2個(gè)lOOOrnl容量 瓶中，再用250ml燒杯在分析天平稱量90g的過(guò)硫酸鋼，用少量蒸饋水稀釋后，也轉(zhuǎn)入該 1000ml容最瓶中，然后用蒸饋水定容至刻度并標(biāo)上2號(hào)蝕刻劑待用。
[0059] 4)用100ml取50ml雙氧水，用少量蒸饋水稀釋后，轉(zhuǎn)入第3個(gè)1000ml的容量瓶中，再 用蒸饋水定容至刻度并標(biāo)上3號(hào)蝕刻劑待用。
[0060] 5)用100ml量筒量取30ml雙氧水，用少量蒸饋水稀釋后，轉(zhuǎn)入第4個(gè)1000ml的容量 瓶中，再用100ml量筒量取30ml硫酸分析純，用少量蒸饋水稀釋后，也轉(zhuǎn)入該1000ml容量瓶 中，然后用蒸饋水定容至刻度并標(biāo)上4號(hào)蝕刻劑待用。
[006。 試驗(yàn)步驟(一）
[0062] 1.1分別用量筒取上述配制好的蝕刻劑500ml，用4個(gè)1000ml燒杯分裝，將每個(gè)燒杯 中放入lOcmXlOcm切片，在燒杯上分別標(biāo)上1#、2#、3#、4#，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，
[0063] 過(guò)1.5小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)1#、2#、4#燒杯中切片的銅錐完全蝕刻掉了。而3#燒杯中切片的 銅錐面變黑。還在配制1#過(guò)硫酸鋼蝕刻劑和2#硫酸鋼硫酸型蝕刻劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)在硫酸溶液中 過(guò)硫酸鋼的溶解度將會(huì)減小，黏度增大。
[0064] 1.2把標(biāo)定好雷磁PHS-25酸度計(jì)探頭放入1#燒杯，測(cè)得PH=2.13，運(yùn)個(gè)PH= 2.13只 源自過(guò)硫酸鋼和覆銅板反應(yīng)生成物化S〇4(弱酸性的硫酸銅)水解出的氨離子，據(jù)此有：
[006引 PH=2.13 = -log C肌
[0066] 郵]=1〇-2'13
[0067] 郵]= 1〇-3χ?Ο〇'87 [006 引 c[H+]=0.007413mo/L
[0069] 而氨離子濃度C陽(yáng)+]又是化S化水解出硫酸的外觀表現(xiàn)，理應(yīng)歸結(jié)于硫酸，繼而得到 硫酸摩爾濃度為：
[0070]
[0071] C[出 S04]=0.0037065mo/L
[0072] 折換為硫酸體積比濃度為：
[0073]
[0074] 出 S04(V/V)=0.37%
[0075] 1.3再用2ml吸液管在2#、4#燒杯中取2ml蝕刻劑，分別移置于250ml錐形瓶，加50ml 去離子水，分別加2至3滴甲基澄指示劑，用Imol/L氨氧化鋼標(biāo)準(zhǔn)液滴定，記下滴定的刻度。 [0076] 1.4分別計(jì)算2#、4#燒杯中的硫酸含量為：3.4%和3.20%。
[OOW]結(jié)論:在過(guò)硫酸鋼-硫酸型蝕刻劑中，硫酸并非必要，沒(méi)有硫酸，蝕刻照樣進(jìn)行，在 沒(méi)有加硫酸的過(guò)硫酸鋼蝕刻劑的蝕速率反倒比過(guò)硫酸鋼-硫酸型蝕刻劑要快，而在雙氧水- 硫酸型蝕刻劑，硫酸是不可缺的，沒(méi)有硫酸，雙氧水只會(huì)純化覆銅板表面，生成一層黑色的 純化膜，阻礙反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。其反應(yīng)機(jī)理如下：
[007 引 Na2S208+出 0一 Na2S04+出 S05
[0079] 出 S〇5+出 出 S〇4+出 〇2
[0080] 出 〇2+Cu 一 Cu0+出 0 [0081 ] Cu0+出 S〇4 一 CuS〇4+出 0 [008引總反應(yīng)為：
[0083] Na2S2〇8+Cu 一 CuSCk(弱酸性的硫酸銅)+Na2S〇4(中性的硫酸鋼）
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