宫小龙 黄秀武

摘要：本文对以硝酸为主要成分的酸性蚀刻液进行了研究，利用静态刻蚀的方式，对印刷电路板铜箔的蚀刻速率以及侧蚀水平进行了测定，考察了几个因素对蚀刻效果的影响。希望为相关研究人员提供一定的参考，使针对硝酸型酸性蚀刻液蚀刻工艺的研究更加深入，并优化该工艺。

关键词：酸性蚀刻液；硝酸；蚀刻工艺

PCB技术的不断发展令印刷电路板的线宽和线距都逐渐变小，对蚀刻液提出了更高的要求。传统的印刷电路板的制造中应用较为广泛的蚀刻液是酸性和碱性氯化铜蚀刻液，然而此类含有氯元素的蚀刻液容易生成铜络离子，造成严重的侧蚀问题。研发蚀刻效果更佳、侧蚀程度更低的蚀刻液是一项亟待解决的任务。采用硝酸为基础的蚀刻液可以有效降低侧蚀程度，本文对硝酸型酸性蚀刻液的工艺条件和组成成分进行了探讨。

一、硝酸型酸性蚀刻液蚀刻流程

利用硝酸型酸性蚀刻液进行蚀刻的原理利用硝酸铜中铜离子的氧化性将印刷电路板上的铜氧化为化合价为一价的铜。该蚀刻手段具有一系列优势，首先蚀刻液可以保持较为稳定的状态，从而便于操作人员控制蚀刻速率，最终的蚀刻质量较高。另外，该种蚀刻手段可以溶解大量的铜元素，并且蚀刻液的回收和再生利用较为容易，在充分利用资源的同时能有效减少环境污染。

以硝酸作为蚀刻液进行蚀刻时按照如下流程进行：首先清洗材料表面，用洗涤剂除去表面的油污，继而用流动的纯水清洗材料。接下来去掉材料表面的氧化物薄膜，采用浓度为1%的稀盐酸浸泡一分钟左右。氧化物薄膜去掉后用去离子水再次清洗材料，并用温度较高的风源对其进行干燥。随之用天平称重材料，并进行蚀刻过程。蚀刻完成后再次用热风烘干材料并称重材料的重量。

二、蚀刻速率的影响因素

衡量蚀刻效果的一个重要指标是蚀刻速率，蚀刻速率指的是一定时间内材料被蚀刻液蚀刻掉的厚度，为了探究硝酸型酸性蚀刻液蚀刻工艺的效果受到哪些因素影响，本文用实验进行了验证。本实验选用的材料是具有一定面积的线路板铜箔。蚀刻时利用静态悬挂方式，通过改变一系列实验条件探讨蚀刻速率受到何种因素影响。蚀刻速率可以用失重法来测算，将蚀刻质量、蚀刻面积进行测量并记录，并记下蚀刻时间，根据公式可以计算出蚀刻速率。蚀刻速率具体受到如下因素的影响：

（一）硝酸浓度

硝酸型酸性蚀刻液的主要成分就是硝酸，因而硝酸浓度对蚀刻速率有着至关重要的影响。在其他因素一定的情况下，改变硝酸的浓度，可以发现越高的硝酸浓度对应越快的蚀刻速率。然而硝酸的浓度不能无限度的增大，因为一旦硝酸浓度高到一定程度，蚀刻时会生成红棕色的刺激性气体二氧化氮，该气体会严重污染空气，因而蚀刻液中硝酸的浓度应控制在合理范围内，一般保证每升溶液中含有2至3mol的硝酸是比较合适的。

（二）溫度

当温度升高时，蚀刻速率也会随之增大。其原理是温度的升高会使溶液的流动性增强，并且蚀刻液的粘度也会降低，从而有效增加蚀刻速率。尽管保持较高的蚀刻温度对生产能力的提高有重要作用，然而蚀刻时要考虑蚀刻设备、管道等部件的耐热水平，由于蚀刻机的箱体以及传送设备都是由PVC材料制成的，在50摄氏度到65摄氏度时材料就会发生软化甚至变形，基于保护设备的原则，选用的蚀刻温度不能过高。另外，温度的上升也会催化硝酸受热分解为二氧化氮气体，不仅造成有效成分的损失、降低蚀刻液的浓度，而且会引发严重的环境污染，结合实际的蚀刻工艺流程，通常将蚀刻的工作温度维持在40摄氏度到55摄氏度之间。

（三）铜离子浓度

蚀刻速率受到铜离子浓度的影响曲线呈现倒U型，当铜离子浓度较低时，随着铜离子浓度的增加，蚀刻速率表现为上升趋势，而当铜离子的质量浓度超过140g/L时，蚀刻速率随着铜离子浓度的进一步增加而下降。其原因是铜离子在蚀刻液中的溶解度的影响，当铜离子浓度较低时，蚀刻液中可以较为充分的溶解硝酸铜，而当铜离子浓度高到一定程度后，蚀刻液的浓度达到饱和便无法继续溶解硝酸铜，通常在具体的蚀刻工艺中将铜离子的质量浓度控制在120～140g/L范围内。

（四）抑烟剂

由于硝酸型酸性蚀刻液中的硝酸不稳定，很容易挥发，在蚀刻液中加入一定量的抑烟剂可以减少发烟情况。通过实验可以发现，在蚀刻液中加入体积低于4%的抑烟剂可以加快蚀刻速率，当加入的量达到蚀刻液体积的2.5%时，可以得到最大的蚀刻速率，从中可以看出一定量的抑烟剂可以在减少硝酸挥发、降低环境影响的同时提高蚀刻效率。

三、提升硝酸型酸性蚀刻液蚀刻效果的建议

通过以上实验可以确定影响硝酸型酸性蚀刻液蚀刻速率的影响因素，为了提升蚀刻效果，需要从以上几方面因素入手，包括将蚀刻的工作温度控制在合理范围内，硝酸的浓度不能过高，以及保持合适的铜离子的浓度，并且可以在蚀刻工艺中加入适量的抑烟剂。此外，由于铜箔的厚度直接影响到电路图形的导线密度，当铜箔较薄时，可以在较短的时间内完成蚀刻，并且发生的侧蚀程度较低。反之会造成较大的侧蚀，降低蚀刻质量。因而铜箔的厚度必须基于导线精度、导线密度以及相关技术要求合理确定。另外，电路的几何形状会对蚀刻液在材料表面的流动速度造成直接影响，若电路的导线图案在横纵方向上的分布不够均衡，则会降低蚀刻速率，并造成蚀刻效果的不均匀。因而设计人员在设计电路时应尽量保持面板上的电路图形分布较为均衡，并且导线具有基本一致的粗细程度。

四、结语

通过本文实验可以发现，利用硝酸型酸性蚀刻液进行蚀刻时，蚀刻效果受到温度、硝酸浓度、铜离子等因素的影响，对该种蚀刻工艺需要进行更深层次的研究以确定最佳的硝酸型酸性蚀刻液的成分配比，从而提升工艺水准、达到更高的蚀刻效果。

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