蚀刻因子、蚀刻函数

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1、蝕刻因子、蝕刻函數蝕銅除了要作正面向下的溶蝕外,蝕液也會攻擊線路兩側無保護的銅,稱之為側蝕(Undercut),因而造成如香菇般的蝕刻品質問題,EtchFactor即為蝕刻品質的一種指標。EtchFactor一詞在美國(以IPC為主)的說法與歐洲的解釋恰好相反。美國人的說法是”正蝕深度與側蝕凹鍍之比值”,故知就美國說法是”蝕刻因子”越大品質越好;歐洲則恰好相反,其因子卻是愈小愈好,很容易弄錯。下圖為阻劑後直接蝕銅結果的明確比較圖。不過多年以來,IPC在電路板學術活動及出版物上的成就。早已在全世界業界穩占首要地位,故其闡述之定義堪稱已成標準本,無人能所取代。氯化銅蝕刻之監控前言:近

2、年來印刷電路板製程﹐在內層板或單面板的直接蝕刻上﹐使用氯化銅藥液者﹐愈來愈多。但也因缺乏活用氯化銅的基本知識﹐而拒此法於千里之外者﹐亦常有之。以下簡單整理有關綠化銅蝕刻的反應及其控制管理的情形﹐以供業界參考。蝕刻之計算˙蝕銅反應(理論值):Cu(銅)+CuCl2(氯化銅)→2CuCl(氯化亞銅)……(1)二價銅一價銅˙再生反應:2CuCl+2HcL+H2O2→2CuCl+2H2O……(2)˙由上述二式中氯化銅的再生循環﹐以說明再生及添加用量如下:銅厚35μm(1oz)之單面基板上﹐其平均銅重量約312.2g/m2﹐若假設蝕銅率為60%左右時﹐由(1)式中可得到所生成方程式上〝兩各

3、單位〞的氯化亞銅﹐其重量應為:(312.2g/m2x0.6÷63.5)x2x98.9=583g再由(1)式中知其CuCl2應有的重量為:[(583÷2)+(583÷2–312x0.6)]=396g由(2)式中可知﹐進行再生反應一必須使用之藥液量為:鹽酸--[583÷(2x98.9)]x2x36.5=215g雙氧水--[583÷(2x98.9)]x1x34=100g水--[583÷(2x98.9)]x2x18.2=106gCuCl2--[583÷(2x98.9)]x2x134=792g另純鹽酸215g換算成35%濃度的商品鹽酸時約為521cc。純雙氧水100g換算成35%濃度的商品

4、雙氧水時約為253cc。但是﹐由(1)式蝕銅後所產生CuCl中的銅為一價銅﹐是一種水溶性不佳的物質﹐附在銅面上時﹐會造成蝕銅能力之劣化﹐因而使得蝕銅速度減慢。而一般在蝕刻槽內的化學反應多為連續性﹐且相當複雜﹐線從實際的反應型態上試做討論如下。Cu金屬銅在溶液中(二價銅)和金屬反應而產生一價銅因一價銅不溶解於水﹐致使(3)之蝕銅化學反應速度溶液中﹐可再溶解為H2Cu2Cl4(或H2CuCl2)2。又因所加入的雙氧水可提供1個氧﹐使H2Cu2Cl4中的氫轉變為水﹐故再生成CuCl2↓(3)←CuCl﹐↓2CuCl↓(3)←2HCl↓H2Cu2Cl4↓(5)←H2O2↓2CuCl2+H

5、2O上述各反應將在蝕刻槽內持續的進行﹐而各種副反應亦會同時產生。在(4)H2Cu2Cl4反應中﹐當雙氧水適量時﹐將與鹽酸反應而產生氯氣(Cl2)﹐造成鹽酸濃度的降低。不但如此﹐也還會另外引起蝕銅機的損傷﹐板子上耐酸油墨的溶解﹐以及蝕銅效率的降低等煩惱。更有甚者﹐還會導致銅箔接著材料的溶解﹐或已溶解油墨在槽液中的再聚結成塊體﹐進而阻塞噴嘴或幫浦的濾網等許多麻煩。從上述討論可以明白知道﹐一價銅有68%(396/583)會氧化成為二價銅﹐如何使剩餘的一價銅全數排出才是最為重要的事。但當溶液無法做到此一點時﹐則如何適量添加鹽酸和雙氧水使其變為有用的二價銅﹐則又是另一件重要的事。但是原先業

6、界所用之各種再生係統﹐例如ORP、光量計、PH計等檢測CuCl和CuCl2的比率的方式﹐因受相互濃度的影響﹐致無法得到最適當數據﹐常使得此一蝕刻的控制工作不盡完美﹐而有待改進。日本AQUA株式會社﹐已新開發出一種AQUACONTROLLERAFC-601再生系統﹐對溶液中各成份之濃度﹐可分別做各自的獨立分析﹐個別添加以及再生﹐將能克服理論的困難和改進機能的效用﹐而能達到降低成本及加強管理的目標﹐使此種直接蝕刻更具細線化、自動化、及高速化的效果。槽液的管理其原理是利用改良型極化計﹐以定電位之電解法測定。從蝕刻液0.58M以上到飽和為此止﹐保持一定的電解電位的定電位法。槽液的取樣及分

7、析的進行﹐是將槽液以分流管方式﹐使流過取樣槽。機組的設計﹐是在此取樣槽中分別裝設有五支精密的檢測器﹐以測取下列數據﹐並將下達排放或補充的指令﹐以維持槽液正常的操作。1.比重測定--是利用一個敏感的微動浮球(約沉浸在液面下10mm)﹐以牽動及傳達微小的比重變化而測定之。2.鹽酸含量--是利用磁場與鹽酸比重之間成比例的原理﹐所設計的感察器。可測槽液中鹽酸的濃度﹐無電子雜訊的干擾﹐也不受灟度遺浮渣影響。3.雙氧水--利用一面進行電解﹐一面測比重之方式﹐測出液中氧化劑及還原劑的含量。4.