ETCHPCB蚀刻培训教材解析
pcb-etch
PCB外层电路的蚀刻工艺一.概述目前,印刷电路板(PCB)加工的典型工艺采用"图形电镀法"（Pattern plating）。
即先在板子外层需保留的铜箔部分上，也就是电路的图形部分上预镀一层铅锡抗蚀层，然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉,称为蚀刻。
图1所示的，为图形电镀后板子横截面的情况。
在图1状态下,印制板的整体厚度是整个加工过程中之最，以后将逐渐减薄，直到阻焊涂覆工艺。
图1的下一道工艺是去膜，即将铜层上铅锡部分以外的感光保护膜剥离掉。
图2表示了去膜后板子的横截面。
接下去的工艺就是蚀刻。
要注意的是,这时的板子上面有两层铜.在外层蚀刻工艺中仅仅有一层铜是必须被全部蚀刻掉的,其余的将形成最终所需要的电路。
这种类型的图形电镀,其特点是镀铜层仅存在于铅锡抗蚀层的下面。
另外一种工艺方法是整个板子上都镀铜,感光膜以外的部分仅仅是锡或铅锡抗蚀层（见图3）。
这种工艺称为“全板镀铜工艺“。
与图形电镀相比,全板镀铜的最大缺点是板面各处都要镀两次铜而且蚀刻时还必须都把它们腐蚀掉。
因此当导线线宽十分精细时将会产生一系列的问题。
同时,侧腐蚀（见图4）会严重影响线条的均匀性。
在印制板外层电路的加工工艺中，还有另外一种方法，就是用感光膜代替金属镀层做抗蚀层。
这种方法非常近似于内层蚀刻工艺，可以参阅内层制作工艺中的蚀刻。
目前，锡或铅锡是最常用的抗蚀层,用在氨性蚀刻剂的蚀刻工艺中.氨性蚀刻剂是普遍使用的化工药液，与锡或铅锡不发生任何化学反应。
氨性蚀刻剂主要是指氨水/氯化氨蚀刻液。
此外，在市场上还可以买到氨水/硫酸氨蚀刻药液。
以硫酸盐为基的蚀刻药液,使用后,其中的铜可以用电解的方法分离出来,因此能够重复使用。
由于它的腐蚀速率较低，一般在实际生产中不多见,但有望用在无氯蚀刻中。
有人试验用硫酸-双氧水做蚀刻剂来腐蚀外层图形。
由于包括经济和废液处理方面等许多原因,这种工艺尚未在商用的意义上被大量采用.更进一步说,硫酸-双氧水，不能用于铅锡抗蚀层的蚀刻，而这种工艺不是PCB外层制作中的主要方法，故决大多数人很少问津。
chap8刻蚀工艺解读
22
• 3.湿法刻蚀过程伴有放热和放气过程。 放热造成刻蚀局部温度升高，引起 化学反应速度加快，反过来，又会 加剧反应放热，使刻蚀反应处于不 受控制的恶性循环中，使质量极差。 在加工时采用搅拌或超声波等方法 来消除局部温度升高。放气会造成 局部气泡凝聚，使速率变慢或停止， 造成缺陷，也可以通过搅拌来赶走 气泡，有时也可以在腐蚀液中加入 少量氧化剂去除气泡。
6. 清洁、经济、安全
• 刻蚀过程包括三个步骤：
– 反应物质量输运（Mass transport）到要被刻 蚀的表面 – 在反应物和要被刻蚀的膜表面之间的反应 – 反应产物从表面向外扩散的过程
12
8.11 刻蚀方法
湿法刻蚀：利用液态化学试剂或 溶液通过化学反应进行刻蚀的方 法。
13
湿法刻蚀
反应产物必 须溶于水或 是气相
各向同性腐蚀：不同方向的腐蚀特性相同
dm
dm
dm
df
df
df
保真度：
A=|df－dm| / 2h
1<A< 0
5
选择比：指两种不同材料在腐蚀的过 程中被腐蚀的速率比。 如SiO2的刻蚀中 对光刻胶和硅的腐蚀速率很低 对SiO2的腐蚀速率很很高
6
均匀性
平均厚度h，厚度变化因子， 1 ≤ ≤0，最厚处h*(1+ ),最薄处 h*(1－ ) 平均刻蚀速率V，速度变化因子， 1 ≤ ≤0，最大速度V*(1+ ),最小速 度V*(1－ )
各向异性
硅湿法腐蚀由于晶向而产生的各向异性腐蚀
16
原子密度：<111> > <110> > <100> 腐蚀速度：R(100) 100 R(111)
ETCH(PCB蚀刻培训教材)解析
膜不净；药水浓度高，会导致板面氧化。
褪膜段喷嘴要及时清洗，防止碎片堵塞喷嘴，
影响褪膜质量
二.碱性蚀刻 1.工艺流程 褪膜 蚀刻 新液洗 褪锡
（整孔）
注：整孔工序仅适用于沉金制板
2.工艺原理 －褪膜
定义：用褪菲林液将线路板面上盖住的菲林褪去,露 出未经线路加工的铜面. 经电镀工序后的干膜在碱性褪膜液下溶解或部分成 片状脱落,我司使用的是3% 0.5%氢氧化钠溶液.
水池效应
在蚀刻过程中，线路板水平通过蚀刻机时， 因重力作用在板上面新鲜药液被积水阻挠,无 法有效和铜面反应，称之水池效应。而下面 则无此现象。
蚀刻因子
蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而且对左右各 方向都产生蚀刻作用，侧蚀是不可避免的。侧蚀宽 度与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子。
A 铜线路 B D C
抗蚀层
原理：
CO3-2 + Resist COOH
HCO3- + Resist COO-
CO3-2 主要为Na2CO3 或K2CO3 Resist TOOH为干膜及油墨中反应官能基团 利用CO3-2与阻剂中羧基（COOH）进行酸碱中和反应， 形成COO-和H CO3- ，使阻剂形成阴离子团而剥离。
－蚀刻
³ ° å å » ú × Ô ¶ ¯ Ó Ò ¼ © ¸ × ´ ¿ Ê Ì » ú
400(800) 500X2
Ê Ä Í ¤
480(800)
Na2CO3 ý Å ³ Ý ¼ Á Cu2+± È Ö Ø HCl « Ñ Ë õ Ë ® H2O2 NaOH ý Å ³ Ý ¼ Á
3.2kg 640ml(640ml)
¸× ± ¢
冲板、褪膜、褪菲林换药和补药标准
蚀刻培训教材
plexity Made Simpler…
/pcm
ET15
l DuPont iTechnologies
plexity Made Simpler…
ET6
/pcm
l DuPont iTechnologies
Primary Imaging Seminar
Oscillating Spray Mechanism (噴灑擺動機構)
INTERLOCKING SINUSOIDAL CURVES OF OSCILLATING SPRAY MECHANISM
5.0
4.5 Y= - 0.2892x2 + 3.2956x + 32.084
4.0 19 IPM Etch Speed (0.483 m/min)
3.5
3.0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
COLUMN LABEL
plexity Made Simpler…
/pcm
ET19
l DuPont iTechnologies
Primary Imaging Seminar
Cupric Chloride Etchant 氯化銅蝕刻液
Chemistry 化學反應 Critical Variable 重要變數 Process Controls 製程控製 Productivity and Fine Line Variable 產量和細線路的變數 Performance Ratings 性能等級
l DuPont iTechnologies
蚀刻培训讲义
蚀刻培训讲义一、流程入板→膨松→退膜→水洗→蚀刻→氨水洗→水洗→孔处理（沉金板）→水洗→退锡→水洗→烘干→出板二、目的将板面上多余之铜蚀去得到符合要求的线路图形三、控制要点与工作原理膨松: 一种浸泡式过程, 先将其软泡, 将给后工序退膜。
控制条件: 浓度3-5% 温度50±5℃行板速率2．退膜1．用3%的强碱或10-13%的RR-2有机去膜液剥除, 抗氧化剂防止铜面氧化, 除泡剂消泡。
2．蚀刻a.概述目前, 印刷电路板（PCB）加工的典型工艺采用“图形电镀法”。
即先在板子外层需保留的铜箔上, 也就是电路的图形部分上预镀一层铅锡抗蚀层, 然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉, 称为蚀刻。
要注意的是, 这时的板子上面有两层铜, 在外层蚀刻工艺中仅仅有一层铜是必须被全部蚀刻掉的, 其余的将形成最终所需要的电路。
在这种类型的电镀叫图形电镀, 其特点是镀铜层仅存在于铅锡抗蚀层。
另外一种工艺称为“全板镀铜工艺”, 与图形电镀相比, 全板镀铜的最大缺点是板面各处都要镀两次铜而且蚀刻时还必须都把它们腐蚀掉。
因此当导线线宽十分精细时将会产生一系列的问题。
同时, 侧腐蚀会严重影响线条的均匀性。
目前, 锡或铅锡是最常用的抗蚀层, 用在氨性蚀刻剂的蚀刻工艺中, 氨性蚀刻剂是普遍使用的化工药液, 与锡或铅锡不发生任何化学反应。
氨性蚀刻剂主要是指氨水/氯化氨蚀刻液, 下面作主要介绍。
对蚀刻质量的基本要求就是能够将除抗蚀层下面以外的所有铜层完全去除干净, 止此而已。
从严格意义上讲, 如果要精确地界定, 那么蚀刻质量必须包括导线线宽的一致性和侧蚀程度。
由于目前腐蚀液的固有特点, 不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用, 所以侧蚀几乎是不可避免的。
侧蚀问题是蚀刻参数中经常被提出来讨论的一项,它被定义为蚀刻深度与侧蚀宽度之比, 称为蚀刻因子。
在印刷电路工业中, 它的变化范围很宽泛, 从1到5。
显然, 小的侧蚀度或大的蚀刻因子是最令人满意的。
蚀刻退锡培训教材.共30页
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
线路板蚀刻缺陷培训教材课件
相关改善对策：
1、检查显影处有无蔽孔穿，并改善之。 2、检查生产菲林有无菲林擦花。
3、检查干菲林洗油板有无洗油不净。 4、检查辘板处有无菲林超边。
5、检查辘板处有无盖半孔且半孔处被曝光之现象。
技研示
学习交流PPT
11
干菲林缺陷-曝光垃圾开路
不良表面特征:
开路处有由粗变细之趋势，并 有短路部分。
主要形成原因
3、检查辘板机有无菲林碎不良，若有，通知维修部维修OK。
4、检查手动曝光框有无脱漆或密封圈有无老化脱胶等现象。
学习交流PPT
技研示
5
干菲林缺陷-膜皱
不良表面特征:
短接处为一长条状，且横跨线 路，平于线面，多在孔边处。
主要形成原因
1、辘板机故障。
相关改善对策：
1、通知维修员对有故障之辘板机进行维修。
主要形成原因
1、所用菲林遮光度不够 2、曝光灯管老化或能量均匀性
差，或设定曝光能量过大。 3、曝光员赶气不到位。
相关改善对策：
1、若为定区域曝光不良，则需检查所用菲林的遮光度是否符合要求。
2、检查曝光灯管有无超期使用，检查设定能量是否符合要求，检查曝光能
量均匀性是否符合要求。 3、检查曝光员的赶气动作是否规范。
相关改善对策：
1、检查干菲林目检员工手套有无老旧、脏污。
2、检查图形电镀上板员工所用手套有无老旧、脏污，且检查其手套有无
乱放的现象。
技研示
学习交流PPT
10
干菲林缺陷-菲林碎开路
不良表面特征:
开路处很平滑、整齐。
主要形成原因
1、干菲林显影有蔽孔穿。 2、干菲林曝光有菲林擦花。 3、干菲林洗油板有洗油不净。 4、干菲林辘板有菲林超边板。
刻蚀(ETCH)工艺的基础知识.doc
刻蚀（ETCH）工艺的基础知识何谓蚀刻（Etch）?答：将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。
蚀刻种类：答：（1）干蚀刻（2）湿蚀刻蚀刻对象依薄膜种类可分为：答：poly, oxide, metal半导体中一般金属导线材质为何？答：金身线（W）/铝线（A1）/铜线（Cu）何谓dielectric蚀刻（介电质蚀刻）？答：Oxide etch and nitride etch半导体中一般介电质材质为何？答：氧化硅/氮化硅何谓湿式蚀刻答：利用液相的酸液或溶剂;将不要的薄膜去除何谓电浆Plasma?答：电浆是物质的第四状态.带有正，负电荷及中性粒子之总和;其中包含电子，正离子，负离子，中性分子,活性基及发散光子等，产生电浆的方法可使用高温或高电压.何谓干式蚀刻？答：利用plasma将不要的薄膜去除何谓Under-etching（蚀刻不足）?答：系指被蚀刻材料，在被蚀刻途中停止造成应被去除的薄膜仍有残留何谓Over-etching（过蚀刻）答：蚀刻过多造成底层被破坏何谓Etch rate （蚀刻速率）答：单位时间内可去除的蚀刻材料厚度或深度何谓Seasoning （陈化处理）答：是在蚀刻室的清净或更换零件后，为要稳定制程条件，使用仿真（dummy）晶圆进行数次的蚀刻循环。
Asher的主要用途：答：光阻去除Wet bench dryer 功用为何？答：将晶圆表面的水份去除列举目前Wet bench dry方法:答：(1) Spin Dryer (2) Marangoni dry (3) I PA Vapor Dry何谓 Spin Dryer答：利用离心力将晶圆表面的水份去除何谓 Mar agon i Dryer答：利用表面张力将晶圆表面的水份去除何谓 IPA Vapor Dryer答：利用IPA(异丙醇)和水共溶原理将晶圆表面的水份去除测Particle时,使用何种测量仪器?答：Tencor Surf scan测蚀刻速率时，使用何者量测仪器？答：膜厚计，测量膜厚差值何谓AEI答：After Etching Inspection 蚀刻后的检查AEI 口检Wafer须检查哪些项口：答：(1)正面颜色是否异常及刮伤(2)有无缺角及Particle (3)刻号是否正确金属蚀刻机台转非金属蚀刻机台时应如何处理？答：清机防止金属污染问题金属蚀刻机台asher的功用为何？答：去光阻及防止腐蚀金属蚀刻后为何不可使用一般硫酸槽进行清洗？答：因为金属线会溶于硫酸中"Hot Plate”机台是什幺用途？答:烘烤Hot Plate烘烤温度为何？答:90~120 度 C何种气体为Poly ETCH主要使用气体？答:C12, IIBr, IIC1用于Al金属蚀刻的主要气体为答：C12, BC13用于W金属蚀刻的主要气体为答:SF6何种气体为oxide vai/contact ETCH主要使用气体？答：C4F8, C5F8, C4F6硫酸槽的化学成份为：答:H2SO4/H2O2AMP槽的化学成份为：答:XII40II/II202/II20UV curing是什幺用途？答：利用UV光对光阻进行预处理以加强光阻的强度"UV curing”用于何种层次？答：金属层何谓EMO?答：机台紧急开关EMO作用为何？答：当机台有危险发生之顾虑或己不可控制，可紧急按下湿式蚀刻门上贴有那些警示标示？答：(1)警告.内部有严重危险.严禁打开此门(2)机械手臂危险.严禁打开此门 (3)化学药剂危险.严禁打开此门遇化学溶液泄漏时应如何处置？答：严禁以手去测试漏出之液体.应以酸碱试纸测试.并寻找泄漏管路.遇IPA槽着火时应如何处置?？答：立即关闭IPA输送管路并以机台之灭火器灭火及通知紧急应变小组BOE槽之主成份为何？答：HF (氢氟酸)与NH4F (氟化铉).BOE为那三个英文字缩写？答：Buffered Oxide Etcher 。
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前言 基础部分：蚀刻目的
蚀刻反应基本原理 蚀刻工艺流程及原理 名词解释 设备 技术提升部分：生产线简介 生产线维护 生产注意事项 影响蚀刻速率因素分析 蚀刻能力提高 工序潜力与展望 生产安全与环境保护
ห้องสมุดไป่ตู้
前言
随着PCB工业的发展,各种导线之阻抗要求也越来越高， 这必然要求导线的宽度控制更加严格。为了使荣信公司的工 程管理人员，尤其是负责蚀刻工序的工艺工程人员对蚀刻工 序有一定的了解，故撰写此份培训教材，以期有助于生产管 理与监控，从面提高我司的产品品质。(本教材以设备为基础 对蚀刻工艺进行讲解)
二.碱性蚀刻
1.工艺流程
褪膜
蚀刻
新液洗
褪锡
（整孔） 注：整孔工序仅适用于沉金制板
2.工艺原理
－褪膜
定义：用褪菲林液将线路板面上盖住的菲林褪去,露 出未经线路加工的铜面.
经电镀工序后的干膜在碱性褪膜液下溶解或部分成 片状脱落,我司使用的是3% 0.5%氢氧化钠溶液.
为维持药液的效果,需注意过滤的效果,及时过滤去片
一.酸性氯化铜蚀刻
1.工艺流程
显影
蚀刻
褪膜
放显
显
水水 水
板
影 缸
影 缸
洗洗 洗 12 3
1
2
蚀 刻
1
蚀 刻
2
水水 水 洗洗 洗
12 3
褪褪 膜膜
12
水水 水 烘 收 洗洗 洗 干 板
12 3
2.工艺原理
—显影 定义：利用碳酸钠的弱碱性将干膜上未经紫外线辐
射的部分用碳酸钠溶液溶解，已经紫外线辐射而发生 聚合反应的部分保留。
二价铜离子在碱性环境下极易生成氢氧化铜沉淀， 需加入过量的氨水，使之生成稳定的氨铜错离子团； 过量的氨使反应生成的不稳定Cu(NH3)2Cl 再生成稳 定的具有氧化性的Cu(NH3)4Cl2 ，使反应不断的进行。
生产过程中自动控制通过监测PH值，比重，进行 补加氨水和新液，而达到连续生产的目的。
蚀刻工艺流程及原理
为使之蚀铜反应进行更为迅速，蚀液中多加有助剂， 例如：
a. 加速剂( Accelerator) 可促使上述氧化反应更为快速， 并防止亚铜错离子的沉淀。
b. 护岸剂(Banking agent) 减少侧蚀。 c. 压抑剂(Suppressor )抑制氨在高温下的飞散，抑制铜
的沉淀加速蚀铜的氧化反应。
状的干膜碎,防止堵塞喷嘴.
注：内外层褪膜段使用药水及控制相同，但外层干 膜厚为1.5mil左右,经图形电镀后，铜厚和锡厚之和通常超过 1.5mil，需控制图形电镀电流参数防止夹膜，同时控制褪膜速 度以防褪膜不净而短路。
－蚀刻 定义: 用蚀板液将多余的底铜蚀去剩下已加厚的线路。
控制：随着反应不断进行,药液中氨水不断降低,铜离子不断 增加,为保持蚀铜速度,必需维持药水的稳定.我司通过PH 计,比重计控制氨水和新液的自动添加,当PH值低时添加氨 水;当比重高时添加新液.
水池效应
在蚀刻过程中，线路板水平通过蚀刻机时， 因重力作用在板上面新鲜药液被积水阻挠,无 法有效和铜面反应，称之水池效应。而下面 则无此现象。
蚀刻因子
蚀刻液在蚀刻过程中，不仅向下而且对左右各 方向都产生蚀刻作用，侧蚀是不可避免的。侧蚀宽 度与蚀刻深度之比称之为蚀刻因子。
－新液洗 使用不含有铜离子的NH3.H2O, NH4Cl溶液清除板面
残留的药液以及反应生成物Cu(NH3)2Cl ,其极不稳定， 易生成沉淀。
－整孔
除去非镀通孔中的在沉铜工序所吸附上去的钯离子, 以防在沉金工序沉上金.
－褪锡
使用含铜保护剂的主要成分为硝酸的药液，褪去线 路上的锡铅层,露出线路
名词解释
－蚀铜量大 －蚀刻液易再生和回收
2.主要反应原理
蚀刻过程中，CU2+有氧化性，将板面铜氧化成CU+：
Cu + CuCl2→ 2CuCl
生成的CuCl不溶于水，在过量的氯离子存在下，生 成可溶性的络离子：2CuCl＋4Cl-→2[CuCl3]2-
随着反应的进行， CU+越来越多，蚀铜能力下降， 需对蚀刻液再生，使CU+变成CU2+ 。再生的方法有以 下几种: 通氧气或压缩空气再生（反应速率低)，氯气 再生(反应快，但有毒)，电解再生（可直接回收铜， 但需电解再生的设备和较高的电能消耗），次氯酸钠 再生（成本高，本身较危险），双氧水再生（反应速 率快，易控制).
速率易控制
2.主要反应原理
Cu+Cu(NH3)4Cl2 → 2Cu(NH3)2Cl
4Cu(NH3)2Cl + 4NH3H2O + 4NH4Cl + O2 →
4Cu(NH3)4Cl2+6H2O 以上两反应重复进行,因此需要有良好抽气,使喷淋 形成 负压,使空气中的氧气与药液充分混合,从而利于 蚀刻反应进行。注意抽气不可过大,否则造成氨水消耗 量的增大.
基础部分
蚀刻的目的
蚀刻的目的即是将前工序所做出有图形的线 路板上的未受保护的非导体部分铜蚀刻去，形成 线路。
蚀刻有内层蚀刻和外层蚀刻，内层采用酸性 蚀刻，湿膜或干膜为抗蚀剂；外层采用碱性蚀刻， 锡铅为抗蚀剂。
蚀刻反应基本原理
一.酸性氯化铜蚀刻液
1.特性
－蚀刻速度容易控制，蚀刻液在稳定状态下能达到 高的蚀刻质量
定义：将溶解了干膜（湿膜）而露出的铜面用酸 性氯化铜溶解腐蚀，此过程叫蚀刻。
影响因素：主要是溶液中Cl- 、Cu+的含量，溶液 的温度及Cu2+的浓度等。
－褪膜 药水：NaOH 3+/-0.5% 除泡剂 0.1～0.2％ 定义：将线路上的保护膜去掉，露出已加工好的线路。 影响褪膜效果因素：褪膜温度及速度，药水浓度 注意：褪膜温度低，速度慢，药水浓度低，会导致褪 膜不净；药水浓度高，会导致板面氧化。 褪膜段喷嘴要及时清洗，防止碎片堵塞喷嘴， 影响褪膜质量
反应：2CuCl+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O
自动控制添加系统：通过控制蚀刻速度，双氧水和盐 酸的添加比例，比重和液位，温度等项目，达到自动 连续生产。
我司采用此种再生方法。
二.碱性氨类蚀刻液
1.特性
－不与锡铅发生任何反应 －易再生，成本低，易回收 －蚀铜速度快，侧蚀小，溶铜能力高，蚀刻
原理：
CO3-2 + Resist COOH HCO3- + Resist COOCO3-2 主要为Na2CO3 或K2CO3 Resist TOOH为干膜及油墨中反应官能基团 利用CO3-2与阻剂中羧基（COOH）进行酸碱中和反应， 形成COO-和H CO3- ，使阻剂形成阴离子团而剥离。
－蚀刻