PCB线路板蚀刻液

三氯化铁蚀刻液

在印制电路、电子和金属精饰等工业中广泛采用三氯化铁蚀刻铜、铜合金及铁、锌、铝等。这时由于它的工艺稳定，操作方便，价格便宜。但是，近些年来，由于它再生困难，污染严重，废液处理困难等而正在被淘汰。因此，这里只简单地介绍。

三氯化铁蚀刻液适用于网印抗蚀印料、液体感光胶、干膜、金等抗蚀层的印制板的蚀刻。但不适用于镍、锡、锡－铅合金等抗蚀层。
                                                   
 

1.蚀刻时的主要化学反应

三氯化铁蚀刻液对铜箔的蚀刻是一个氧化－还原过程。在铜表面Fe³⁺使铜氧化成氯化亚铜。同时Fe³⁺被还原成Fe²⁺。FeCl₃＋Cu →FeCl₂＋CuCl

CuCl具有还原性，可以和FeCl₃进一步发生反应生成氯化铜。

FeCl₃＋CuCl →FeCl₂＋CuCl₂

Cu²⁺具有氧化性，与铜发生氧化反应：

CuCl₂＋Cu →2CuCl

所以，FeCl₃蚀刻液对Cu的蚀刻时靠Fe³⁺和Cu²⁺共同完成的。其中Fe³⁺的蚀刻速率快，蚀刻质量好；而Cu²⁺的蚀刻速率慢，蚀刻质量差。新配制的蚀刻液中只有Fe³⁺，所以蚀刻速率较快。但是随着蚀刻反应的进行，Fe³⁺不断消耗，而Cu²⁺不断增加。当Fe³⁺消耗掉35％时，Cu²⁺已增加到相当大的浓度，这时Fe³⁺和Cu²⁺对Cu的蚀刻量几乎相等；当Fe³⁺消耗掉50％时，Cu²⁺的蚀刻作用由次要地位而跃居主要地位，此时蚀刻速率慢，即应考虑蚀刻液的更新。

在实际生产中，表示蚀刻液的活度不是用Fe³⁺的消耗量来度量，而是用蚀刻液中的含铜量(g/l)来度量。因为在蚀刻铜的过程中，最初蚀刻时间是相对恒定的。然而，随着Fe³⁺的消耗，溶液中含铜量不断增长。当溶铜量达到60g/l时，蚀刻时间就会延长，当蚀刻液中的Fe³⁺消耗40％时，溶铜量达到82.40g/1时，蚀刻时间便急剧上升，表明此时的蚀刻液不能再继续使用，应考虑蚀刻液的再生或更新。

一般工厂很少分析和测定蚀刻液中的含铜量，多以蚀刻时间和蚀刻质量来确定蚀刻液的再生与更新。经验数据为，采用动态蚀刻，温度为50⁰C左右，铜箔厚度为50μm,蚀刻时间5分钟左右最理想，8分钟左右仍可使用，若超过10分钟，侧蚀严重，蚀刻质量变差，应考虑蚀刻液的再生或更新。

蚀刻铜箔的同时，还伴有一些副反应，就是CuCl₂和FeCl₃的水解反应：

FeCl₃＋3H₂O →Fe(OH)₃↓＋3HCl

CuCl₂＋2H₂O →Cu(OH)₂↓＋2HCl

生成的氢氧化物很不稳定，受热后易分解：

2Fe(OH)₃ →Fe₂O₃↓＋3H₂O

Cu(OH)₂ →CuO↓＋H₂O

结果生成了红色的氧化铁和黑色的氧化铜微粒，悬浮于蚀刻液中，对抗蚀层有一定的破坏作用。

2. 影响蚀刻速率的因素

>Fe³⁺的浓度和蚀刻液的温度

蚀刻液温度越高，蚀刻速率越快，温度的选择应以不损坏抗蚀层为原则，一般以40～50℃为宜。

Fe³⁺的浓度对蚀刻速率有很大的影响。蚀刻液中Fe³⁺浓度逐渐增加，对铜的蚀刻速率相应加快。当所含Fe³⁺超过某一浓度时，由于溶液粘度增加，蚀刻速率反而有所降低。一般蚀刻涂覆网印抗蚀印料、干膜的印制板，浓度可控制在35⁰Be’左右；蚀刻涂覆液体光致抗蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)的印制板，浓度则要控制在42⁰Be’以上。其重量百分比浓度和比重的关系见表10－5：

表10－5 三氯化铁溶液的组成

>盐酸的添加量

在蚀刻液中加入盐酸，可以抑制FeCl₃的水解，并可提高蚀刻速率。尤其是当溶铜量达到37.4g/l后，盐酸的作用更明显。但是盐酸的添加量要适当，酸度太高，会导致液体光致抗蚀剂(如骨胶、聚乙烯醇等)涂层的印制板只能用低酸度溶液。

>蚀刻液的搅拌

静止蚀刻的效率和质量都是很差的。原因是在蚀刻过程中在板面和溶液里会有沉淀生成，而使溶液呈暗绿色，这些沉淀会影响进一步的蚀刻。

采用空气搅拌，喷淋或泼溅操作都可以加快蚀刻反应。蚀刻速率的提高是由于部分Fe²⁺和Cu¹⁺重新氧化成Fe³⁺和Cu²⁺。

4Fe²⁺＋O₂＋4H⁺ →4Fe³⁺＋2H₂O

4Cu¹⁺＋O₂＋4H⁺ →4Cu²⁺＋2H₂O

其他蚀刻液

>硫酸－铬酸蚀刻液

对电镀锡铅合金抗蚀层的印制板有良好的蚀刻效果。但铬酸是属于“三废”中国家排标的第一类有害物质，对人和动植物均有害。因此，现在几乎不用它来蚀刻印制板。

>过硫酸铵蚀刻液

适用于用网印抗蚀印料、干膜、金等作抗蚀层的印制板。但是它的蚀刻速度和溶铜能力都不如氯化物蚀刻液高，易分解，加之成本高，一般用于图形电镀前铜箔表面的微蚀刻处理。

>硫酸－双氧水蚀刻液

可用于图形电镀前的微蚀刻处理。近年来开始用于印制板蚀刻。它的特点是不浸蚀锡铅合金，溶液组分非常简单，蚀刻后的产物只有硫酸铜。蚀刻液可以经过再生与回收，得到纯度高的硫酸铜晶体。因此大大减少废液排放和环境污染，是目前有发展前途的蚀刻液。