[发明专利]碱性蚀刻PH值自动控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种印制电路板碱性蚀刻控制系统及其控制方法，特别是涉及一种在碱性蚀刻中用于PH值控制的自动控制系统及其控制方法。

技术背景

印制电路板，简称PCB，作为电子信息产业的一个基础部件，随着近年来电子信息产业的高速发展而发展。碱性蚀刻，作为PCB外层线路形成的基础工序，原理及工艺参数的控制已十分成熟，具体如下：主要设备：退膜机、蚀刻机、退铅/锡机三部分组成一条联动线。其工艺流程及原理如下：上板机→退膜→碱性蚀刻→退铅/锡→下板机。

①退膜：经图形电镀后未被电镀部分的基板上的铜是由干膜覆盖着，该部分在最终形成线路图形时要被蚀刻去，所以在蚀刻前首先要把干膜退除以便露出铜面。退膜液为稀碱，当稀碱进入干膜中把含酸基的树脂中和反应而被溶解出来，使干膜脱离铜面。

②碱性蚀刻：把覆铜板加工成印制电路板，需要将覆铜板上的部分铜皮腐蚀掉。因为腐蚀液中含氨水呈碱性，故将此过程称为碱性蚀刻，腐蚀铜的药水称蚀刻液。蚀刻液中的二价铜离子是一种氧化剂，它与金属铜反应并溶解金属铜。

蚀刻液的主要成份是：水、氯化铜、氨水、氯化铵，少量的氧化剂，缓蚀剂等。

主要反应机理：

络合反应：CuCl₂+4NH₃＝＝[Cu(NH₃)₃]Cl₂

[Cu(NH₃)₄]²⁺Cl₂是具有强氧化能力的络合离子

蚀刻反应：Cu°+[Cu(NH₃)₄]Cl₂＝＝2[Cu(NH₃)₂]Cl

金属铜原子Cu°经过反应后生成一铜离子，而[Cu(NH₃)₂]Cl已不具备氧化能力，需要再生后才有氧化功能。再生反应：

2[Cu(NH₃)₂]Cl+2NH₄Cl+2NH₃·H₂O+1/2O₂＝2[Cu(NH₃)₄]Cl₂+3H₂O

上述反应反复循环，实现金属铜的溶解腐蚀，称碱性蚀刻。

③退铅/锡：把已蚀刻完的线路和孔壁上铜面的抗蚀层铅/锡用退铅/锡药水溶解达到铜面及孔内光亮的铜层露出。

在整个过程中，核心部分就是碱性蚀刻环节。因为随着印制电路密度的增加，碱性蚀刻的难度也随之增大。如何在把底铜腐蚀的同时减少对线路侧面的腐蚀，是能否蚀刻出精细线路的关键。通过研究表明：除了蚀刻过程中喷淋的角度压力等设备参数以外，溶液本身的温度、比重、氯离子浓度、PH大小，对蚀刻过程中线宽的影响也非常重要。也就是说，当客户设计的PCB的外层线宽小到0.1MM左右时，如果要稳定的加工出精确的客户所需的线路，就必须在整个生产过程中保证所有的工艺参数相当稳定。

溶液的温度、比重、氯离子的浓度，这几项工艺参数都很好解决，而且控制办法已十分成熟。但作为PH值的控制，一直是碱性蚀刻的一个难题。许多线路板厂，不能加工精细线路的难点就是因为不能准确的控制碱性蚀刻的蚀刻速度，而造成速度失控的重要原因就是PH值不能得到有效控制。

蚀刻溶液的PH值实际上就是溶液中氨水的浓度大小直观表现。不同类型的产品在蚀刻过程中单位时间所需添加的补充溶液量上有很大范围变化。所以，仅仅在添加液中控制氨水浓度是不够的，一定需要在生产过程中调节PH值，即蚀刻液中氨水浓度。传统的控制办法就是：首先，在配制蚀刻添加液时，加适当过量的氨水。然后在生产过程中，通过设备的排风系统，挥发多余的氨水，以达到控制PH值的目的。具体的做法：在设备上安装一个PH值探头，随时显示溶液的PH值。根据PH值大小，调节排风量的大小：当PH值偏大时，加大排风量，增加氨水的挥发速度；当PH值偏小时，减小排风量，降低氨水的挥发速度。一般的设备是通过手动调节抽风阀门来实现排风量控制。也有少数进口先进设备实现了自动控制风门调节阀。

传统的PH调节办法存在以下问题：

(1)PH值波动范围大，很难控制到最佳的PH值范围：在蚀刻过程中，最佳的PH值为8.4-8.6之间，但通过排风，氨水挥发很难控制到最佳范围。