CN102691063A - 一种用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，它由下列物质制成：氯化钾、亚硝酸钾、磷酸钾、配位剂、添加剂和水。该无机盐蚀刻液各组分浓度精确，通过电化学蚀刻法可将印制电路板铜箔的精度控制在10μm以下，蚀刻精度高，蚀刻速度稳定、蚀刻均匀、蚀刻液易再生、污染少，且配制方法简单，生产成本低，适用范围广泛，具有很好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电化学蚀刻铜箔生产高精细线路的蚀刻液配方，特别涉及一种具有蚀刻速度稳定、蚀刻均匀、易再生和污染少等优点的无机盐蚀刻液，属于电子工业应用领域。
背景技术
目前所有电子仪器线路的设计与连接多是以印刷线路板为基础的，随着电子工业的科技进步，印制板向多层化、密集化的方向发展，蚀刻溶液配制方法逐步从过去的粗放型向专业化发展。蚀刻是印制线路板生产中的必要工序，覆铜板腐蚀法因其工艺成熟、精度较高，成为国内线路板生产的常用方法，但这种传统方法存在着工艺过程比较复杂，浪费大量铜材，对环境污染较大，线路板成本高等缺点。主要的蚀刻液有H2O2–H2SO4 溶液、酸性氯化铜溶液及碱性氯化铜溶液。刘文彬采用一种以混合酸、氧化剂和乙醇按一定比例在常温下配制的蚀刻液，每腐蚀一块线路板只需1 ~ 2 min，并能防止铜板的侧腐蚀。田波分析了在微带精密蚀刻过程中影响蚀刻速率变化的诸多因素，优化了酸性氯化铜蚀刻工艺。
目前电子工业中腐蚀铜箔制作印制电路板(PCB)时经常采用的方法是“三氯化铁化学腐蚀法”， 三氯化铁腐蚀液有许多缺点，如：不能应用于反镀法新工艺，三氯化铁耗量大，腐蚀液容量小，劳动条件差等。处理使用过的溶液工艺较复杂，回收铜及再生三氯化铁都需较复杂的设备和较大的投资。这在中、小厂一般是很难做到的，大大限制了其应用。
随着线路板精度的提高, 线宽越来越细, 化学蚀刻工艺的侧蚀问题也越来越突出, 蚀刻液不稳定、蚀刻废液等问题至今尚无满意的解决方法。随着微电子技术的迅猛发展，大规模集成电路和超大规模集成电路的广泛应用, PCB的制造技术正向着高精度的方向发展，对蚀刻技术提出了更高更严的技术要求。当导线宽度大约≤75mm时，传统的三氯化铁化学蚀刻法已不能满足高精度的需求。因此很有必要在现有技术的基础之上，研发一种蚀刻速度稳定、蚀刻均匀用于电化学蚀刻高精细线路的蚀刻液。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种具有蚀刻精度高，蚀刻速度稳定、蚀刻均匀、易再生、污染少等优点的用于电化学蚀刻高精细线路的蚀刻液。该蚀刻液配制方法简单，生产成本低，可满足现代印制电路板设计要求。
技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，它由下列物质制成：氯化钾、亚硝酸钾、磷酸钾、配位剂、添加剂和水。
作为优选方案，以上所述的无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为20至40 g/L、亚硝酸钾的浓度为20至40 g/L、磷酸钾的浓度为20至40 g/L、配位剂的浓度为50至100 g/L、添加剂的浓度为50至100g/L。
作为更优选方案，以上所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，所述的无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为40 g/L、亚硝酸钾的浓度为40 g/L、磷酸钾的浓度为40 g/L、配位剂的浓度为100 g/L、添加剂的浓度为100g/L。
本发明根据高精细线路的特点，通过大量实验筛选最佳的蚀刻液组成。通过检测实验结果表明，采用本发明提供的蚀刻液组成，蚀刻速度稳定、蚀刻均匀、适用于高精度线路的蚀刻，适用范围广泛。
作为优选方案，以上所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，所述配位剂为羟基亚乙基二膦酸（HEDP）、EDTA二钠、柠檬酸钠中的一种或几种。本发明根据高精细线路的蚀刻特点和要求，经过大量实验筛选配位剂的种类和用量，实验结果表明本发明提供的无机盐蚀刻液蚀刻稳定、可直接回收铜、产生废液量微少、生产成本低廉。
作为优选方案，以上所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，所述添加剂为甲醇、乙醇、丙酮中的一种或几种。
作为优选方案，以上所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，所述无机盐蚀刻液酸碱度呈中性，pH值为6~8。采用本发明提供的无机盐蚀刻液，不会腐蚀设备和阴极材料。并且本发明提供的蚀刻液配合电化学蚀刻法可将铜箔的蚀刻精度可提升至10μm以下。并且与现有技术相比，无机盐蚀刻液的生产成本低，对设备的要求少，产生的污染物少且便于回收，具有很好的使用和推广价值。
本发明提供的无机盐蚀刻液的配制方法是将各组分按比例加于水中，搅拌均匀至各组分完全溶于水，配制得到无色澄清的蚀刻液。
本发明提供的无机盐蚀刻液的使用方法是在通电下，以印制电路板为阳极，产物Cu2+溶解于电解液中, 铜离子自溶液中还原沉积在以铜片、不锈钢片或石墨片为材质的阴极的表面。
本发明提供的无机盐蚀刻液在蚀刻过程中不会产生大量的固体废弃物，通过简单的化学沉淀法即可除去蚀刻废液中过量的铜，滤液补充成分后可重复循环使用，与现有技术相比，蚀刻液易再生、污染少，可适用不断发展印制电路板发展。
本发明提供的无机盐蚀刻液可与电化学方法相结合，通过控制外接电位值等条件来调节铜箔的蚀刻速度，通过控制蚀刻电路的开闭合来控制蚀刻进行的开始和结束。电化学蚀刻是将线路板作阳极产生可控制的电化学腐蚀。电化学蚀刻中阳极溶解具有方向性, 这与化学蚀刻有着本质的不同。当正面应蚀刻部位的铜箔电化学溶解完毕后, 蚀刻则不能继续进行, 线路侧面裸露的铜箔由于其方向是侧对阴极, 产生强大的电化学阻力, 侧腐蚀进行得极其缓慢。在化学蚀刻中, 蚀刻量与蚀刻时间直接正比, 强大的机械冲涮和化学腐蚀造成蚀刻没有方向性, 对线路板上线条有疏密不均匀时, 侧腐蚀是难免的。并且本发明采用电化学蚀刻还解决了整个蚀刻系统的循环问题, 由于电化学蚀刻原理是阳极Cu的氧化溶解, 阴极Cu2+的还原沉积, 即溶解在电解液中的铜离子可同时在阴极上实现电化学沉积, 既达到回收铜的目的, 又使电解液保持相对稳定的最佳组成, 整个蚀刻系统稳定、维护容易。而化学蚀刻则是靠不断向腐蚀液中加入盐酸( 酸性) 或是氨水( 碱性) 来维持蚀刻的稳定, 不仅极不方便, 而且蚀刻液会越来越多, 造成废液大量产生, 其再生处理和污染严重。因此, 采用本发明优选得到无机盐蚀刻液与电化学方法相结合，具有蚀刻液稳定、方便回收、产生的废液量少、生产成本低廉等优点。
有益效果：本发明提供的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液与现有技术相比具有以下优点：
本发明所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，通过大量实验筛选出无机盐蚀刻液的组成和和给组份的配比，通过实验结果表明本发明所述的无机盐蚀刻液与电化学方法相结合，具有蚀刻速度稳定、蚀刻均匀，蚀刻液易再生、污染少等优点，铜箔蚀刻精度可提升至10μm以下，可适用于高精细线路的蚀刻。且本发明提供的蚀刻液配制方法简单，生产成本低，可满足现代印制电路板设计要求，适用范围广泛。
附图说明
图1 是电化学蚀刻装置的原理图。
图2是直线形印制电路板铜箔在本无机盐蚀刻液中电化学蚀刻后的光学显微镜图。
图3是圆弧形印制电路板铜箔在本无机盐蚀刻液中电化学蚀刻后的光学显微镜图。
图4是在本无机盐蚀刻液中电化学蚀刻后高精细线路的侧面金相显微图。
具体实施方案
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
一种用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其中无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为40 g/L、亚硝酸钾的浓度为40 g/L、磷酸钾的浓度为40 g/L、配位剂HEDP的浓度为100 g/L、甲醇浓度为100g/L。
如图1所示，电化学蚀刻装置由电解槽（1）、阴极（2）、电流分布导向板(3)、阳极( 即被蚀刻的线路板)(4) 、电解液循环管路及电解液循环泵等构成。蚀刻过程中阳极产物Cu2+溶解于电解液中, 在阴极铜离子自溶液中还原沉积在阴极上。电解液可始终保持稳定的最佳状态。
采用上述无机盐蚀刻液和电化学蚀刻装置相结合，印刷线路板铜箔为阳极，铜片为阴极，阴阳极面积比为10:1，外接电位为20V，阴阳极间距为2 cm，控温在50℃，采用喷淋的蚀刻方式进行印制电路板样品蚀刻，铜箔刻透时间与电位值呈线性关系。
直线形印制电路板铜箔在本无机盐蚀刻液中电化学蚀刻后的光学显微镜形貌如图2 所示。本发明提供的无机盐蚀刻液和电化学蚀刻结合，铜箔蚀刻均匀，边缘整齐，能够制作出线宽/线间(L/S)为30μm/30μm 高技术水准的精细印制电路。
实施例2
一种用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其中无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为40 g/L、亚硝酸钾的浓度为40 g/L、磷酸钾的浓度为40 g/L、配位剂EDTA二钠的浓度为100 g/L、乙醇浓度为100g/L。
采用上述无机盐蚀刻液和电化学蚀刻装置相结合，印刷线路板铜箔为阳极，石墨片作为阴极，阴阳极面积比为10:1，外接电位为10V，阴阳极间距为1 cm，控温在30℃，采用机械搅拌的蚀刻方式进行印制电路板样品蚀刻，铜箔刻透时间与电位值呈线性关系。
在10V电位下，刻透圆弧形印制电路板所需时间为40 s，仅为化学蚀刻时间的一半，印制电路板的蚀刻效率更高。圆弧形印制电路板铜箔在本无机盐蚀刻液中电化学蚀刻后的蚀刻效果如图3所示。本发明完善了在不同直径的铜箔上进行电化学蚀刻的工艺，蚀刻后图形清晰，图像准确、完整未变形，导线宽度和间距高于设计要求的精度尺寸公差，达到30μm/30μm。
实施例3
一种用于电化学蚀刻的无机盐蚀刻液，其中无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为40 g/L、亚硝酸钾的浓度为40 g/L、磷酸钾的浓度为40 g/L、配位剂柠檬酸钠的浓度为100 g/L、丙酮浓度为100g/L。
采用上述无机盐蚀刻液和电化学蚀刻装置相结合，印刷线路板铜箔为阳极，不锈钢片作为阴极，阴阳极面积比为10:1，外接电位为15V，阴阳极间距为3 cm，控温10℃，采用喷淋的蚀刻方式进行印制电路板样品蚀刻，铜箔刻透时间与电位值呈线性关系。在本无机盐蚀刻液中电化学蚀刻后, 线路板外观整齐洁净, 0. 2mm的线间距清晰可见, 正面100倍金相显微镜观察可见线路线条边缘整齐( 采用与化学蚀刻同样的蚀刻保护油墨印刷工艺) , 如图4所示侧面250倍金相显微镜观察显示线条断面呈正梯形图形, 表明未产生侧腐蚀现象。而化学蚀刻结果通常线条断面呈倒梯形图形，和现有技术相比蚀刻质量更高。
实施例4
一种用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其中无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为20 g/L、亚硝酸钾的浓度为20 g/L、磷酸钾的浓度为20 g/L、配位剂柠檬酸钠的浓度为50 g/L、丙酮浓度为50g/L。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其特征在于：它由下列物质制成：氯化钾、亚硝酸钾、磷酸钾、配位剂、添加剂和水。
2.根据权利要求1所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其特征在于：所述的无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为20至40 g/L、亚硝酸钾的浓度为20至40 g/L、磷酸钾的浓度为20至40 g/L、配位剂的浓度为50至100 g/L、添加剂的浓度为50至100g/L。
3.根据权利要求1所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其特征在于：所述的无机盐蚀刻液中氯化钾的浓度为40 g/L、亚硝酸钾的浓度为40 g/L、磷酸钾的浓度为40 g/L、配位剂的浓度为100 g/L、添加剂的浓度为100g/L。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其特征在于：所述配位剂为羟基亚乙基二膦酸、EDTA二钠、柠檬酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1至3任一项所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其特征在于：所述添加剂为甲醇、乙醇、丙酮中的一种或几种。
6.根据权利要求1至3任一项所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其特征在于：所述无机盐蚀刻液酸碱度呈中性，pH值为6~8。
7.一种用权利要求1至3任一项所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液进行电化学蚀刻铜箔生产高精细线路的方法，其特征在于：所述的无机盐蚀刻液与电化学方法相结合，通过控制外接电位值来调节铜箔的蚀刻速度，通过控制蚀刻电路的开闭合来控制蚀刻进行的开始和结束。
8.根据权利要求1至3任一项所述的用于电化学蚀刻高精细线路的无机盐蚀刻液，其特征在于：铜箔蚀刻精度为10微米以下。
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