Травление печатных плат хлоридом меди

После гидроокиси аммония хлорид меди является самым распространенным травителем. Он лучше совместим с фотополимерными резистами и применяется для прецизионного травления плат с маленькими габаритами. Поскольку ионы меди образуются в травителе слишком медленно, хлорид меди необходимо использовать в качестве регенеративной системы с непрерывной подачей окислителя и контролем процесса. В данных системах было представлено много инноваций по достижении непрерывности процесса, уменьшению затрат и постоянной прогнозируемой скорости травления. Постоянное использование хлорида меди для травления способствует большой производительности, восстановлению материала и уменьшению загрязнения. Регенерация в этом случае является трудно достижимой, но зато травление является легко поддерживаемым процессом. Количество растворенной меди выше по сравнению с циклическими операциями. Растворы хлорида меди применяются в основном для травления внутренних слоев с узкими межсоединениями, плат, изготовленных методом струйной печати, а также плат, изготовленных тентинг-методом. Помимо фоторезистов, применяются защитные смолы, золото и сплав олова и никеля. Паяльные и оловянные резисты не совместимы с травителем из хлорида меди.

Химический состав растворов на основе хлорида меди.

При травлении происходит следующая реакция: ионы хлорида, содержащиеся в избытке в соляной кислоте, хлориде натрия или хлориде аммония делают растворимым хлорид меди, чем поддерживают постоянную скорость травления.

Образование и диффузия данного хлорного комплекса из иона меди определяют скорость травления хлорида меди. Таким образом, на скорость травления влияет концентрация ионов хлора, а также концентрация диффузии и толщина пленки.

Регенерация травителя осуществляется повторным окислением хлорида меди до двухвалентного хлорида меди, представленным следующими уравнениями:

Воздух

Окисление хлорида меди до двухвалентного хлорида меди

Данный метод регенерации не используется из-за низкой скорости реакции кислорода в кислотной среде и его низкой растворимости в горячих растворах (от 4 до 8 промилле). Травление распылением побуждает окисление воздуха, однако скорости реакции недостаточно для практичного поддержания скорости травления. Дополнительно для ускорения процесса можно использовать озон, однако большая концентрация данного вещества в воздушном потоке (выше 3%) затрудняет поддержание реакции, что снижает его эффективность.

Прямое хлорирование

Прямое хлорирование при травление печатных плат

Хлор реагирует быстро, его реакции положительны и их легко контролировать, благодаря чему его предпочтительнее использовать для регенерирования. Сжиженный газообразный хлор, а также стандартизированные промышленные системы добавки широко доступны. В последнее время правила безопасности и природоохранное законодательство ограничили распространение и применение хлора, что сделало его применение более сложным и дорогим. Важно то, что простота реакции указывает на то, что вся медь, содержащаяся в травителе, напрямую преобразуется в двухвалентный хлорид меди. Таким образом, сама реакция травления хлоридом меди не изменяет водяно-кислотный баланс.

Перекись водорода

Травление печатных плат хлоридом меди - перекись водорода

Настоящий процесс является более сложным, поскольку во время реакции как перекись водорода, так и соляная кислота образуют воду. Поскольку перекись водорода с концентрацией выше 35% опасно хранить и использовать, окислитель и соляную кислоту разбавляют водой. В результате ограничивается содержание меди в травителе. Для поддержания окисления меди в травильную ванну целесообразно добавлять прямо пропорциональное количество HCl и пероксида, что упростит контроль реакции.

Хлорат натрия

Травление печатных плат хлоридом меди - хлорат натрияХлорат натрия стал наиболее часто применяемым веществом. Растворы окислителя можно смешать из порошка, также в продаже доступны 45%-ные растворы. Необходимо внимательно следить за балансом воды при использовании данного метода окисления, количество хлорида натрия в рабочей ванне можно увеличить добавлением окислителя. Таким образом, можно увеличить скорость травления, подав необходимые ионы хлора, а поскольку ионы хлора самостоятельно поступают из соляной кислоты, можно поддерживать очень низкий уровень кислоты (< 0,1 нормального).

Электролитический

Травление печатных плат хлоридом меди - увеличение скорости реакции

Применяются электролитические системы прямого действия и мембранные электролизеры. Однако данная технология широко не используется в современном производстве.

Свойства и контроль травильных растворов хлорида меди.

Ранние реакции с образованием хлорида двухвалентной меди имели низкую скорость травления и низкое содержание меди, поэтому применялись лишь в циклических операциях. Непрерывный процесс травления с регенерацией на основе улучшенных рецептур привнес полезные улучшения. Травильные системы, работающие на хлориде двухвалентной меди-хлориде натрия-соляной кислоте при температуре 54 °С со стандартным оборудованием для травления опрыскивания повысили скорость операций.

Непрерывное травление и регенерация.

Настоящие системы включают хлорирование, хлорат натрия, перекись водорода и электролиз.

Хлорирование.

Для регенерации травителя из двухвалентной меди предпочтительным является прямое хлорирование из-за исторически низких затрат, высокой скорости, эффективности восстановления меди и контроля за загрязнением. Также подходит система хлорида двухвалентной меди-хлорида натрия. Растворы хлора, соляной кислоты и хлорида натрия автоматически подаются в систему по мере необходимости. Чувствительные элементы включают инструменты уменьшения окисления, измерения концентрации, датчики уровня жидкости и термометры. Хлорирование надежно и контролируемо. Другим фактором является безопасность, наряду с контролем раствора. Для определения уровня хлорида меди возможно применение оптических калориметрических датчиков. Однако данные модули подвергаются помутнению органическими загрязнениями и образующимися кристаллическими структурами и имеют опасный дефект увеличивать химические вещества больше управляемых количеств и освобождать хлор в рабочую зону.

1. Безопасность.

Использование газового хлора требует соответствующую аэрацию, хранение бака и цилиндра, оборудование по обнаружению протечек, протоколов безопасности, оборудования для защиты персонала, подготовки оператора, разрешение пожарных инстанций и технический осмотр установки.

2. Контроль раствора.

Увеличение рН повлечет за собой ошибочные показания калориметра, вызванные мутностью раствора. Органические отложения могут также затруднить контроль. Избыток NaCl вызывает совместное осаждение солей после охлаждения раствора. Необходимо регулярно проводить фильтрацию раствора и очищение бака для травления. Электроды, инструменты и измерительные приборы нужно заменять через регулярные промежутки времени.

3. Регенерация хлората.

Данный метод, широко распространенный в настоящий момент, использует хлорат натрия, хлорид натрия и соляную кислоту, он похож на хлорирование. Последовательность процесса изображена на рисунке 1. Хлорат натрия продается в виде растворов различной концентрации с добавлением некоторых изменений в составе (обычно хлорид натрия). В эти растворы добавляется соляная кислота либо в качестве координированной примеси, любо в ходе особой последовательности управляющей логической последовательности для обеспечения очень низкого уровня свободной кислоты. Добавление какого-либо компонента (например, окислителя) в камеру проточного пробоотборника происходит, когда главный элемент осуществляет зондирование. Вторичный элемент добавляет компонент, если произошло изменение в первом элементе. Когда перестает поступать ответ об изменении, а первый элемент все еще остается «задействованным», добавляется второй компонент. Логическая схема продолжает переходить из одного состояния в другое, пока первый элемент не насытится. Отстойник травильной машины реагирует на добавление химического вещества небольшим изменением, например, окисление происходит за больший период времени. Следовательно, для постоянного контроля операции необходимо своевременное добавление и смешение в отстойнике.

система хлорирования травильного раствора двухвалентной меди

Рисунок 1 — Регенеративная система хлорирования травильного раствора двухвалентной меди

Проблемы систем с хлоридом двухвалентной меди.

1. Низкая скорость травления. В зависимости от химической рецептуры хлорид двухвалентной меди по существу медленнее аммония, поэтому прежде чем составлять производственные ожидания, травитель необходимо всесторонне изучить. Перед травлением следует убедиться, что на поверхности платы не остался резист или слои хромата. Низкая скорость травления зачастую объясняется низкой температурой, недостаточным смешиванием в отстойнике или плохим химическим контролем раствора. Если температура и перемешивание находятся под контролем, низкая скорость травления и темно-зеленый цвет раствора может объясняться низким содержанием ионов двухвалентной меди, что является признаком недостаточного окисления. Кислота сделает мутные растворы более прозрачными. В системах регенерации может истощиться источник окисления. Рекомендуется регулярно анализировать удельный вес, содержание свободной кислоты и общее количество хлорида и придерживаться схем управления, чтобы обеспечить последовательную и соответствующую работу контроллеров ванн.

2. Образование осадка. Происходит при низком содержании кислоты или разбавлении водой.

3. Вязкая масса в травильной машине. Является обычным скоплением плавающих соединений фоторезиста, выщелоченного в осажденного из травильных ванн. Скопления увеличиваются при высоком содержании кислот в рецептуре. Химический состав можно контролировать соответствующим экспонированием фоторезиста и непрерывной рециркуляцией отходов травильных ванн через углеродные фильтры. Некоторые проблемы может решить периодический полный водоотвод из механизмов травильной машины, а также тщательная очистка механического и химического оборудования техническими очистителями на основе сульфаминовой кислоты.

4. Желтые или белые осадки на медной поверхности. Желтый осадок — это обычно гидроксид меди. Он не растворим в воде и появляется после травления и очистки плат в щелочном растворе. Белый осадок, возможно, хлорид меди, который может остаться после травления в растворах с низким содержанием ионов хлора и кислоты. Чтобы устранить оба дефекта, в моющий раствор, предшествующий заключительной водяной очистке, необходимо добавить соляную кислоту в количестве 5% от общего объема.

5. Сброс сточных вод. Отработанный травитель или его побочные продукты обычно отправляют для повторной переработки вне места эксплуатации. Плата за эту услугу зависит от содержания меди и расстояния до перерабатывающего комбината. Растворы не должны содержать непрореагировавший окислитель. После обработки фольги в травителе может появиться цинк, хром или мышьяк.