新型印刷线路板蚀刻液添加剂的研究

过氧化氢 （27%） 氯化铵 自来水
—
工业纯 —
200ml
10~20g 780~800ml
碱性的NH3-NH4Cl蚀刻液，见表2 表2碱性的NH3-NH4Cl蚀刻液体系[1]
原料
规格
含量
特性
氨水 氯化铜 氯化铵 自来水
工业纯 工业纯 工业纯 —
700ml 100g 100g 300ml
蚀刻速度均匀， 溶铜量大，成本 低，再生方便， 对环境污染轻, 但蚀刻液有刺激 性气味。
& 3.3添加剂的研制及其与工业品的对照性实验
& 3.3.1添加剂的配制
根据上述分析得出的基本配方，制备了三个样品，如表6所示。 取CuCl2。2H2O 18g，盐酸15ml配制成总体积100ml的蚀刻液母液。 分别将制得的添加剂样品1.5ml加入到蚀刻液中，测定蚀刻速度。
广州东红化工
厂
氯化铵
分析纯
广州化学试剂
二厂
盐酸
分析纯
广州东红化工
厂
CuCl2。2H2O(氯化铜)
分析纯
上海振欣试
剂厂
氯酸钠
分析纯
天津市福景化
学试剂厂
氯化钠
分析纯
广州化学试剂
二厂
仪器：
电热数字显示恒温水浴锅
水温波动10C 上海浦东跃欣科学
仪器厂
101A-3型数显电热鼓风干燥箱 灵敏度±10C
上海浦东跃欣科
新型印刷线路板蚀刻液是一种新发展起来的蚀刻液，实际生产中对 它的工艺条件，影响因素研究极少，它的使用和推广还处于发展阶段。 因此本论文旨在分析研究蚀刻体系各成分及工艺条件等，以便指导工业 生产。
本实验计划进行以下工作： (1) 配制一种新型无色无味、无毒、无污染的环保型蚀刻液添加 剂；不同于传统的蚀刻液，其添加使用简便，操作简单，含铜蚀刻液可 循环使用。蚀刻速度快，平稳，侧蚀小，蚀刻质量稳定，溶铜量大，可 大大降低蚀刻成本。 (2) 取市场的最新技术产品使用多种仪器设备做分析检测，作为配 方依据，配制新型蚀刻液，并与工业品做对照性实验。 (3) 探索蚀刻液的工艺条件，找出最佳添加剂使用量，为实际生产 提供指导。
表4晶体熔点测试结果
编号 开始熔化温度 完全熔化温度
（OC）
（OC）
备注
1
256
2
258
3
257
260
氯酸钠的熔点范
261
围
248-264（OC）[5]
260
对照标准品熔点范围，可确定所测物质是氯酸钠。 C..Cl-含量测定
用莫尔法滴定1ml添加剂测得Cl-的含量为3.4mol/L，即1ml添加剂 中含NaCl为0.2g。 d．离子鉴定[6]
图3 添加剂的用量对蚀刻速度的影响
小结：由3.1.1，3.1.2，3.1.3的测试结果可确定，新型蚀刻液的最佳 工艺条件为： CuCl2。2H2O的含量：18—22g/100ml ，即180—220g/L； 盐酸的含量：15ml/1O0ml；即150ml/L； 添加剂的用量：1.5ml/1O0ml，即15ml/L。
& 3.1.3 添加剂的用量对蚀刻速度的影响’
蚀刻体系加入CuCl2。2H2O的含量为18g/100ml，盐酸的含量为 15ml/100ml，改变添加剂的用量，测定蚀刻速度，结果见图3所示。
由图3可知，随着添加剂用量逐渐增加，蚀刻速度也逐渐加快，而 当添加剂用量超过1.5ml/100ml时，随着添加剂用量的增加，蚀刻速度 的变化非常微小，但在蚀刻体系中，加入过多的添加剂会导致蚀刻体系 产生Cl2或其它气体,大量浪费添加剂，敷铜板表面出现大量气泡，对蚀 刻过程造成不利影响,产品质量劣化并且污染环境。所以选择添加剂用 量为1.5ml/100ml作为最佳使用量。
第2章 实验部分
& 2.1 实验试剂和仪器
试剂：添加剂原液 公司提供 硝酸银 剂二厂 碘化钾 剂二厂 硫代硫酸钠 剂二厂 碳酸钠
工业品 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯
深圳市九井电子有限 广州化学试 广州化学试 广州化学试 广州东红化
工厂
硫化钠
分析纯
上海振欣试剂厂
氢氧化钠
分析纯
上海振欣试剂厂
酒精
分析纯
(1) 性能优越，蚀刻速度快，侧蚀小，蚀刻质量稳定，溶铜量大，
大大降低蚀刻成本； (2) 制成的线路板精度高； (3) 使用简便，操作简单，成本低廉； (4) 蚀刻液可循环使用，符合环保要求。 蚀刻液使用时需加入一定量的添加剂，添加剂主要是以氯酸钠为主
体的一种酸性蚀刻液添加剂。新型的蚀刻液添加剂加入量少就能起到加 快蚀刻速度的作用。
学仪器厂
原子吸收光谱仪 型号Z—5000 Hitachi High-technologies corporation
& 2.2实验方法介绍
a.工艺条件测试： 板材准备：把敷铜板裁成若干块，每一块敷铜板的标准规格是6.0 cm×2.5cm，其含铜量为0.5g；蚀刻前先用95%的酒精清洗敷铜板的表 面，然后用滤纸擦干，待用。 蚀刻过程：在150ml烧杯中按比例配好蚀刻液，恒定蚀刻液体积在 100ml。置于45±0.20C的水浴锅中，恒温后，将处理过的敷铜板放入蚀 刻液中，同时按秒表计时，观察蚀刻情况，等敷铜板完全蚀刻好时，按 停秒表记录时间。每次实验中，敷铜板的规格、水浴锅的温度、按比例 配制的蚀刻液总体积等条件都保持一致。 b.分析检测酸性蚀刻液添加剂 对工业品添加剂原液做理化指标的检测
传统的线路板蚀刻液有酸性的（HCl-H2O2），碱性的（NH3-NH4Cl），以及古老的 （HCl+FeCl3）蚀刻液几种体系，其配方、特点分述如下： 酸性H2SO4-H2O2蚀刻液，见表1
表1酸性H2SO4-H2O2蚀刻液体系[1]
原料
规格
含量
特性
硫酸
工业纯
50ml
蚀刻速度变化 大，侧蚀严重， 成品精度不高， 对环境无污染， 铜再生方便。
图1 蚀刻液中CuCl2。2H2O的含量对蚀刻速度的影响 由图1可知，随着CuCl2。2H2O含量的逐渐增加，蚀刻速度也随着逐 渐加快，当CuCl2。2H2O的含量在18-22g/100ml范围内，蚀刻所用时间 非常的接近。在这一较宽的铜浓度范围内，蚀刻速度将保持平稳。结合 实际生产,工艺的稳定性对工业生产非常重要,所以我们认为,在100ml蚀 刻体系中以18-22g/100mlCuCl2。2H2O的用量为最佳使用量范围。
含量，添加剂用量，本论文对这几个工艺条件进行了研究测定。
& 3.1印刷线路板蚀刻液添加剂的工作条件探索
如果蚀刻体系温度太高，会产生大量的Cl2、O2等气体，污染环 境；如果温度太低，蚀刻速度会减慢，溶铜量少，因此需要将蚀刻温度 控制在45±0.20C之间。
& 3.1.1 铜含量对蚀刻速度的影响
蚀刻体系加入盐酸的含量为5ml/100ml，添加剂为2ml/100ml，改变 CuCl2。2H2O的含量，测定蚀刻速度，其结果见图1所示。
& 3.1.2 盐酸含量对蚀刻速度的影响
蚀刻体系加入CuCl2。2H2O的含量为18g/100ml，添加剂为 10ml/100ml，只改变盐酸的含量，测定蚀刻速度，其结果见图2所示。
图2 盐酸的含量对蚀刻速度的影响 由图2可知，当盐酸的含量小于或等于15ml/100ml时，随着盐酸用 量的逐渐增加，蚀刻速度逐渐加快，而当盐酸的含量为17ml/100ml时， 蚀刻速度反而变慢了，因此可以看出盐酸的含量为15ml/100ml时为最佳 用量。
HCl+FeCl3蚀刻液，见表3 表3 HCl+FeCl3蚀刻液体系[1]
源自文库原料
规格
含量
特性
氯化铁 盐酸 自来水
工业纯 工业纯 —
600g 20ml 1000ml
蚀刻速度快，侧蚀严重， 蚀刻质量稳定，溶铜量 大，价格低廉，但再生困 难，对环境污染严重。
以上这些蚀刻液体系都存在着各自的缺点，为适应技术进步，蚀刻 液的性能亟待改进。为改善蚀刻液的性能，使印刷线路板达到更好的蚀 刻效果，最近发展起来的采用以氯化铜和盐酸为主的蚀刻体系，它具有 以下的优点：
取少量添加剂原液蒸干，得到的固体加入无水乙醇溶解，过滤，取 乙醇溶液（标为处理液）进行离子鉴定。
取少量添加剂原液，直接做离子鉴定。 处理液和原液通过以下几种化学试剂进行离子鉴定，记录现象，归 纳为表5。
表5 添加剂分析检测所得现象
试
H2SO4
HCl
Na2S HgCl2
NaOH
剂
处理液 无现象 溶液为浅黄 黑色↓ 无沉淀 红棕色↓ 色
原液 无现象 无现象 黑色↓ — 红棕色↓
怀疑离 Pb2＋ 、 As3＋ 、 Sb3＋ 、 Sn2＋ 、 Cd2＋ 、
子
Bi3＋ 、Fe3＋
为进一步定性测定以上怀疑离子，我们选用了原子吸收光谱仪对怀
疑离子进行分析检测，测得含有Fe3＋，Pb2＋两种离子，含量分别为 2.5ug/ml 和0.37ug/ml；
c.Cl-含量测定：莫尔法滴定分析
第3章 结果与讨论[3]
本实验是简单模拟工业生产的工艺程序进行的
实验过程：
选材
制板 蚀刻液蚀刻 水洗 干燥 制成线路板
蚀刻原理[4] 在Cu2+ 的蚀刻溶液中，Cu2+把Cu氧化为Cu+后，蚀刻液添加
剂中的氧化剂氯酸钠又把Cu+ 氧化为Cu2+，使蚀刻液可循环使用。在体
PCB一般以敷铜板为基料。敷铜板是以铜箔覆在绝缘板之上的一种电工材料。敷铜板的种类 有很多，按绝缘材料分，有纸基板、玻璃布基板和合成纤维板三种；按粘接剂树脂来分，有酚 醛、环氧、聚脂，聚四氟乙烯等；按结构来分，有单面印刷板、双面印刷板、多层印刷板和软 板[1]。
用蚀刻法制作印刷线路板，即在敷铜板上涂覆线路图保护膜，然后用化学方法即蚀刻法， 将无保护膜的铜箔腐蚀掉[1],蚀刻后剩下的线路就组成成型的线路板。蚀刻是印刷线路板制造 过程相当关键的一道工序，它直接影响到印刷线路板的精密度及线路的宽窄程度等。近年来电 子工业迅猛发展, 电子技术向着更精、更细、更小的趋势进步，对作为基础的印刷线路板生产 提出了更高的要求。线路板上导电线条越来越细,线与线间距越来越小，精密度要求越来越高。 再加上环保因素要求，对蚀刻液的要求也越来越高，传统的蚀刻液已不能完全满足实际生产 [2]。
The new-type etch for PCB the research 9
新型印刷线路板蚀刻液添加剂的研究
精细化工班 （深圳职业技术学院） 摘要 研究了新型印刷线路板蚀刻液的工艺条件，获得了重要的实验参 数，可应用于实际生产控制。对工业品蚀刻液的添加剂进行了定性分 析，实验配制了新型蚀刻液添加剂B，与工业品做对照性实验表明，加 入添加剂B的体系蚀刻速度较快。 关键词 印刷线路板 蚀刻液 添加剂 工艺条件 配方
系中，氯酸钠不断被消耗，需要补充。
Cu2+ + Cu→2Cu+
6Cu+ + ClO3 + 6H+ →6Cu2+ + 3H2O + Cl可能的副反应：ClO-3+6H+ +5Cl-→3Cl2↑+3H2O
4ClO-3+ 4H+→ 2Cl2 ↑+5O2↑ + 2H2O
影响印刷线路板蚀刻液的工艺条件主要是温度，氯化铜含量，盐酸
& 3.2定性分析蚀刻液添加剂
a.工业品添加剂原液理化指标 添加剂的外观为无色无味透明的液体； 添加剂原液pH值为中性； 添加剂原液的固含量为64%； 灼烧实验分析其成份都为无机物。
b.熔点定性测试[5]
用结晶法可以从添加剂中分离出固体物质，加热蒸发溶液能得到两 种不同形状的晶体结晶；把添加剂溶液先稍加浓缩，再于冰箱中冷冻结 晶能得到一种形状非常规则的晶体。将此规则的晶体进行熔点测试，结 果如表4所示。
新型印刷线路板蚀刻液添加剂的研究
指导教师： 学生姓名： 班 级：
目录
第一章 前言 1 第二章 实验部分 2
& 2.1 实验试剂和仪器 2 & 2.2实验方法介绍 2
第三章 结果与讨论[3] 3 & 3.1印刷线路板蚀刻液添加剂的工作条件探索 3 & 3.1.1 铜含量对蚀刻速度的影响 3 & 3.1.2 盐酸含量对蚀刻速度的影响 4 & 3.1.3 添加剂的用量对蚀刻速度的影响’ 5 & 3.2定性分析蚀刻液添加剂 6 & 3.3添加剂的研制及其与工业品的对照性实验 7 & 3.3.1添加剂的配制 7 & 3.3.2研制品添加剂和工业品添加剂的对照性实验 8 & ４结论 8 & ５致谢 8 & 6 参考文献 9
第1章 前言
印刷线路板（Printed Circuit Board），简称为PCB，它是在绝缘基板上，有选择性的加 工和制造出导电图形的组装板。PCB是电子工业的重要的电子部件。几乎每一种电子设备，小到 电子表、计算器，大到每秒钟运行亿万次的巨型电子计算机、通讯电子设备以及宇宙飞行器， 只要有集成路等电子元器件，它们之间电气互连，都离不开PCB。可以说在一切电子产品特别是 智能化电子产品的研制过程中，最基本的成功因素是该产品的PCB设计、元件编制和制造技术。