印制电路板中性蚀刻剂及蚀刻方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及蚀刻领域，更进一步，设及一中性蚀刻剂及蚀刻方法。
【背景技术】
[0002] 蚀刻工艺是PCB线路板生产过程中不可W缺少的工艺步骤之一，通常的蚀刻剂主 要有两种，一种是酸性刻蚀剂，如酸性氯化铜、硫酸/铭酸、硫酸/双氧水等;另一种是碱性刻 蚀剂，如碱性氯化铜等。
[0003] 随着PCB工业的发展，各种导线对于阻抗的要求也越来越高，运必然要求对导线的 宽度控制更加严格，然而不论酸性蚀刻剂还是碱性蚀刻剂，都存在一个问题，就是刻蚀剂对 抗蚀剂的攻击。运种攻击导致线条蚀刻严重，甚至报废。对此，人们往往做的工作是选择优 良的干膜抗蚀剂或者采用锻锡工艺，或者是在设计时采用补偿的办法来抵制运种攻击，而 很少考虑对蚀刻剂本身的改良。
[0004] 此外，酸性刻蚀剂和碱性刻蚀剂还存在其他方面的不利影响。比如，不论酸性蚀刻 剂还是碱性蚀刻剂，在使用的过程中都会对环境造成不同程度的污染，而且对操作者的身 屯、带来严重的危害。
【发明内容】
[000引本发明的一个目的在于提供一中性蚀刻剂，其中所述中性蚀刻剂显示中性但是能 够进行蚀刻作用，代替传统的酸性蚀刻和碱性蚀刻剂。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一中性蚀刻剂，其中所述中性蚀刻剂没有气味，在蚀 刻过程中不会产生任何有害气体，避免对环境W及操作者身屯、健康的影响。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一中性蚀刻剂，其中所述中性蚀刻剂不会对抗蚀剂产 生攻击，具有较好的重工性，经过多次返工，而不会伤害线条。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一中性蚀刻剂，其中使用所述中性蚀刻剂蚀刻时，不 需要锻锡和退锡两道工序，减少了生产成本W及维护方面的不必要的费用。
[0009] 本发明的另一目的在于提供一中性蚀刻剂，其在蚀刻时，直接回收硫酸铜，取代了 传统电解工艺从废蚀刻液中提取硫酸铜，回收利用容易。
[0010] 本发明的另一目的在于提供一蚀刻方法，其采用中性蚀刻剂进行蚀刻。
[0011] 本发明的另一目的在于提供一蚀刻方法，其在反应过程中不会污染环境，也不会 伤害身体健康。
[0012] 本发明的另一目的在于提供一蚀刻方法，其不需要锻锡和退锡工序，蚀刻效率高。
[0013] 为了实现W上发明目的，本发明的一方面提供一中性蚀刻剂，所述中性蚀刻剂包 含过硫酸盐。
[0014] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂的PH值为7。
[0015] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂为过硫酸钢水溶液。
[0016 ]根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂的浓度范围为90~220g/L。
[0017 ]根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂的浓度范围为180~220g/L。
[0018] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂的浓度为200g/L。
[0019] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂的蚀刻溫度范围为40°~50°。
[0020] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂进行蚀刻的总反应为：
[0021 ] Na2S2〇8+Cu 一 CuS〇4+Na2S〇4
[0022] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂蚀刻后溶液的PH范围为6~7。
[0023] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂蚀刻后溶液的PH值为6.6、6.61或6.62 中之一。
[0024] 根据本发明的一实施例，所述的中性蚀刻剂在蚀刻铜的过程中反应得到超硫酸。
[0025] 本发明的另一方面提供一蚀刻方法，其采用所述的中性蚀刻剂进行蚀刻。
[0026] 根据本发明的一实施例，所述蚀刻方法中包含步骤:配置预定浓度的蚀刻剂。
[0027] 根据本发明的一实施例，所述蚀刻方法中包含步骤:将蚀刻物浸入蚀刻剂。
[0028] 根据本发明的一实施例，所述蚀刻方法中包含步骤:打气揽拌蚀刻溶液。
[0029] 根据本发明的一实施例，所述蚀刻方法中包含步骤:回收废液。
[0030] 本发明的另一方面提供一过硫酸钢作为中性蚀刻剂的应用，将过硫酸钢配置为预 定浓度的水溶液。
[0031 ]根据本发明的一实施例，所述的应用中所述硫酸钢溶液的浓度为180~220g/L。
[0032] 根据本发明的一实施例，所述的应用中所述过硫酸钢溶液的浓度为200g/L。
[0033] 根据本发明的一实施例，所述的应用中所述过硫酸钢水溶液在40°~50°溫度下蚀 刻。
【附图说明】
[0034] 图1是根据本发明的一个优选实施例的离子浓度对蚀刻速率的影响示意图。
[0035] 图2是根据本发明的上述优选实施例的蚀刻方法框图。
[0036] 图3是根据本发明的上述优选实施例的蚀刻方法具体实施过程框图。
【具体实施方式】
[0037] W下描述用于掲露本发明W使本领域技术人员能够实现本发明。W下描述中的优 选实施例只作为举例，本领域技术人员可W想到其他显而易见的变型。在W下描述中界定 的本发明的基本原理可W应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案W及没有背 离本发明的精神和范围的其他技术方案。
[0038] 传统的蚀刻剂领域，常用到的蚀刻剂或蚀刻液，如酸性氯化铜、碱性氯化铜、氯化 铁、过硫酸锭、硫酸/铭酸、硫酸/双氧水，运些物质的水溶液通常体现酸性或碱性，因此，传 统的蚀刻剂基本是酸性蚀刻剂或碱性蚀刻剂。
[0039] 正如前所述，酸性或碱性存在一些不利因素，比如对抗蚀剂的攻击，在解决运些问 题时，限于研究的习惯，大多都是从抗蚀剂方面入手，去改进蚀刻的效果，而对酸性或碱性 蚀刻剂方面研究较少。抗蚀剂的应用，是基于蚀刻剂，或者更进一来说，是基于传统的酸性 蚀刻剂或碱性蚀刻剂的蚀刻原理或者蚀刻效果而引进的应用。也就是说，在传统蚀刻过程 中，为了使得传统酸性蚀刻剂或碱性蚀刻剂蚀刻目标区域，而保护其他区域不受伤害，因此 需要采用抗蚀剂，比如锻锡。那么，当采用的蚀刻剂没有酸性蚀刻剂或碱性蚀刻剂某些方面 的一些特性时，就不需要抗蚀剂了。那提出的问题是，是不是只有酸性蚀刻剂和碱性蚀刻 剂?而根据本发明，旨在于从蚀刻剂方面入手，寻求一种新型蚀刻剂，区别于传统的酸性蚀 刻剂和碱性蚀刻剂，从而解决传统蚀刻剂在进行蚀刻时带来的不利因素，比如对抗蚀剂的 攻击、对环境的污染、对身体的危害。
[0040]根据本发明的一优选实施例，提供一中性蚀刻剂，所述中性蚀刻剂的酸碱值接近 于中性。所述中性蚀刻剂无色无味，不会对线条产生任何攻击，不会污染环境、不会对身体 造成伤害。
[0041 ]根据本发明的一实施例，所述中性蚀刻剂为过硫酸钢水溶液，其浓度为180~ 220g/L，在进行蚀刻时适宜溫度为40~50°C。
[0042] W下试验用于说明所述中性蚀刻剂的各种性能：
[0043] 试验一
[0044] 试验仪器：牛津CM700表铜孔厚度测试仪、雷磁PHS-25酸度计、PC396型计时器、分 析天平、水银溫度计(0-1 〇〇°c)、水族气累
[004引本组试验所用的器皿清单(见表格1):
[0046] 表格 1
[0047]
[0048] 本组试验所用的试剂清单(见表格2):
[0049] 表格 2
[0050]
[0051 ]~本组试验前的准备工作:
[0052] 1)取一大张双面覆铜板，用牛津CM700表铜孔厚度测试仪测量履铜板5点厚度，取5 点的平均值，作为其厚度用。
[0053] 在本试验中的所选取的5点的厚度值分别为:33.53μπι、33.51μπι、33.51μπι、33.48μ πι、33.47μπι。
[0054] 覆铜板的平均厚度为：
[0055]
[0056] 进一步，从覆铜板裁取4种不同尺寸切片待用，分别为：至少4片lOcmX 10cm切片、 多片5cmX 5cm切片、多片IcmX 1.5cm切片。
[0057] 2)用250ml烧杯在分析天平称量90g的过硫酸钢，用少量蒸馈水稀释后，转入 1000ml的容量瓶中，再用蒸馈水定容至刻度并标上1号蚀刻剂待用。此时得到的硫酸钢溶液 的浓度为90g/L，PH值为7。
[0058] 3)用100ml量筒量取30ml硫酸分析纯，用少最蒸馈水稀释，转入第2个lOOOrnl容量 瓶中，再用250ml烧杯在分析天平称量90g的过硫酸钢，用少量蒸馈水稀释后，也转入该 1000ml容最瓶中，然后用蒸馈水定容至刻度并标上2号蚀刻剂待用。
[0059] 4)用100ml取50ml双氧水，用少量蒸馈水稀释后，转入第3个1000ml的容量瓶中，再 用蒸馈水定容至刻度并标上3号蚀刻剂待用。
[0060] 5)用100ml量筒量取30ml双氧水，用少量蒸馈水稀释后，转入第4个1000ml的容量 瓶中，再用100ml量筒量取30ml硫酸分析纯，用少量蒸馈水稀释后，也转入该1000ml容量瓶 中，然后用蒸馈水定容至刻度并标上4号蚀刻剂待用。
[006。 试验步骤(一）
[0062] 1.1分别用量筒取上述配制好的蚀刻剂500ml，用4个1000ml烧杯分装，将每个烧杯 中放入lOcmXlOcm切片，在烧杯上分别标上1#、2#、3#、4#，观察发生的现象，
[0063] 过1.5小时后，发现1#、2#、4#烧杯中切片的铜锥完全蚀刻掉了。而3#烧杯中切片的 铜锥面变黑。还在配制1#过硫酸钢蚀刻剂和2#硫酸钢硫酸型蚀刻剂时，发现在硫酸溶液中 过硫酸钢的溶解度将会减小，黏度增大。
[0064] 1.2把标定好雷磁PHS-25酸度计探头放入1#烧杯，测得PH=2.13，运个PH= 2.13只 源自过硫酸钢和覆铜板反应生成物化S〇4(弱酸性的硫酸铜)水解出的氨离子，据此有：
[006引 PH=2.13 = -log C肌
[0066] 邮]=1〇-2'13
[0067] 邮]= 1〇-3χ?Ο〇'87 [006 引 c[H+]=0.007413mo/L
[0069] 而氨离子浓度C阳+]又是化S化水解出硫酸的外观表现，理应归结于硫酸，继而得到 硫酸摩尔浓度为：
[0070]
[0071] C[出 S04]=0.0037065mo/L
[0072] 折换为硫酸体积比浓度为：
[0073]
[0074] 出 S04(V/V)=0.37%
[0075] 1.3再用2ml吸液管在2#、4#烧杯中取2ml蚀刻剂，分别移置于250ml锥形瓶，加50ml 去离子水，分别加2至3滴甲基澄指示剂，用Imol/L氨氧化钢标准液滴定，记下滴定的刻度。 [0076] 1.4分别计算2#、4#烧杯中的硫酸含量为：3.4%和3.20%。
[OOW]结论:在过硫酸钢-硫酸型蚀刻剂中，硫酸并非必要，没有硫酸，蚀刻照样进行，在 没有加硫酸的过硫酸钢蚀刻剂的蚀速率反倒比过硫酸钢-硫酸型蚀刻剂要快，而在双氧水- 硫酸型蚀刻剂，硫酸是不可缺的，没有硫酸，双氧水只会纯化覆铜板表面，生成一层黑色的 纯化膜，阻碍反应的继续进行。其反应机理如下：
[007 引 Na2S208+出 0一 Na2S04+出 S05
[0079] 出 S〇5+出 出 S〇4+出 〇2
[0080] 出 〇2+Cu 一 Cu0+出 0 [0081 ] Cu0+出 S〇4 一 CuS〇4+出 0 [008引总反应为：
[0083] Na2S2〇8+Cu 一 CuSCk(弱酸性的硫酸铜)+Na2S〇4(中性的硫酸钢）
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