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一种新型PCB减铜蚀刻液以及制作工艺.pdf

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一种 新型 PCB 蚀刻 以及 制作 工艺
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摘要
申请专利号:

CN201910092822

申请日:

20190130

公开号:

CN109652804A

公开日:

20190419

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: C23F1/18 主分类号: C23F1/18
申请人: 湖南互连微电子材料有限公司
发明人: 张毅;张新学;刘龙平;邹银超;肖开球
地址: 425300 湖南省永州市道县工业园湘源大道和东环一路交汇处
优先权:
专利代理机构: 44384 代理人: 彭西洋;谢亮
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201910092822

授权公告号:

法律状态公告日:

20190419

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开一种新型PCB减铜蚀刻液,其组分以及组分含量包括:硫酸1?100mL/L;双氧水1?100mL/L;双氧水稳定剂1g/L?100g/L;铜离子络合剂1g/L?100g/L;表面活性剂0.1g/L?10g/L;加速剂1g/L?100g/L;铜面缓蚀剂0.1g/L?10g/L;针孔?#31181;?#21058;0.1g/L?10g/L。本发明?#22266;?#20379;一种配置上述PCB减铜刻蚀液的方法。本发明配置的PCB减铜蚀刻液铜离子容忍度高,蚀刻速度快,铜面光亮不易被氧化、对于异常结晶的铜晶体处在减铜蚀刻后也不容易产生针孔缺陷。

权利要求书

1.一种新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述刻蚀液的组分以及组分含量包括:硫酸1-100mL/L;双氧水1-100mL/L;双氧水稳定剂1g/L-100g/L;铜离子络合剂1g/L-100g/L;表面活性剂0.1g/L-10g/L;加速剂1g/L-100g/L;铜面缓蚀剂0.1g/L-10g/L;针孔?#31181;?#21058;0.1g/L-10g/L。 2.根据权利要求1所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述双氧水稳定剂选自1,4丁二醇、乙二醇、正丁醇、丙二醇中的一种或两种。 3.根据权利要求1所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述铜离子络合剂为乙二胺四亚甲基膦酸与柠檬酸的复配物。 4.根据权利要求1所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂与非离子表面活性的复配物,其中非离子表面活性剂为非离子氟系表面活性剂。 5.根据权利要求1所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述加速剂为贵金属离子与有机?#20154;?#30340;复配物。 6.根据权利要求7所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述贵金属离子选自银离子、金离子、钯离子、铂离子中的一种或多种;所述有机?#20154;?#36873;自乙二酸,丙二酸、丁二酸、?#36824;?#37240;、乳酸、丙酸中的一种或多种。 7.根据权利要求1所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述铜面缓蚀剂为苯并三氮唑。 8.根据权利要求1所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述铜面针孔?#31181;?#21058;选自一元胺、二元胺及多元胺中的一种或两种。 9.根据权利要求1所述的新型PCB减铜蚀刻液,其特征在于,所述铜面针孔?#31181;?#21058;选自环己胺、三乙?#21450;貳?#27491;丁胺和正辛胺中的一种或两种。 10.一种配置上述权利要求1-9中?#25105;?#19968;项PCB减铜刻蚀液的方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1,首先将PCB减铜蚀刻液配方中的各固体组?#22336;?#21035;溶解;再加入硫酸、双氧水稳定剂、加速剂、铜面缓蚀剂、针孔?#31181;?#21058;;最后加入双氧水并稀释到指定浓度; 步骤2,配制完成的PCB减铜蚀刻液在25-60℃下使用。

说明书


一种新型PCB减铜蚀刻液以及制作工艺
技术领域


本发明涉及刻蚀液组合物技术领域,尤其涉及一种用于PCB刻蚀基板的减铜刻蚀
液及其制作工艺。


背景技术


PCB(Printed Circuit Board),中文为印刷线路板,是作为电子元器件的支撑体
的重要电子部件,常常用作电子元器件电气连接的载体。在印制电路板精细线路制作过程
中,需要控制铜的厚度不能太厚,其中的HDI工艺中会有填孔流程,填孔后表面铜厚一般比
较厚,为了提高后续制作良?#30465;?#19968;般需要用减铜蚀刻液减薄铜层。随着电子产品进一步向小
型化发展,?#25105;?#23618;互连生产技术也逐渐无法满足厂商的要求。于是出现了类载板,类载板进
一步缩短了线宽线距。类载板的规格需求则是30μm。更小?#21335;?#36317;需要通过特殊方法制作,类
载板采用mSAP制程,mSAP制程中快速蚀刻工艺需要用到减铜蚀刻液。


现有的减铜蚀刻液铜离子容忍度不高,一般商业化的产品达到50g/L就需要更换
槽液,频繁的换槽给生产成本带来比较大的挑战。另外大量的废水排放处理也比?#19979;?#28902;。当
通过添加特殊的铜离子络合剂提高溶液?#22411;?#31163;子含量时,减铜蚀刻速率会下降很快,减铜
蚀刻速率下降在工业化生产中就失去意义。减铜蚀刻液在生产时必须保证一定的蚀刻速
率,市场上商业化的产品提高铜离子含量蚀刻速?#35782;?#20250;下降,一般通过升高作业温度及提
高药水浓度来增加蚀刻速度,但是效果不明显,且升高温度能加快双氧水的分解。在mSAP制
程中,快速蚀刻容易针孔缺陷,是由于电镀铜过程?#22411;?#32467;晶异常时,电镀铜正常结晶与异常
结晶蚀刻速率不一致,结晶异常区域容易形成针孔缺陷,这些针孔导致后续线路制作?#34987;?br>出现缺口与空洞,?#26723;?#20135;品的良?#30465;?#22240;此,现有技术存在缺陷,需要改进。


发明内容


本发明的目的是解决目前减铜液蚀刻铜离子容忍度不高、蚀刻速率不高以及新型
制程中容易出现针孔的问题,提供一种新型PCB减铜蚀刻液以及制作工艺。


本发明的技术方案如下:一种新型PCB减铜蚀刻液,所述刻蚀液的组分以及组分含
量包括:硫酸1-100mL/L;双氧水1-100mL/L;双氧水稳定剂 1g/L-100g/L;铜离子络合剂1g/
L-100g/L;表面活性剂0.1g/L-10g/L;加速剂1g/L-100g/L;铜面缓蚀剂0.1g/L-10g/L;针孔
?#31181;?#21058;0.1g/L-10g/L。


优选地,所述双氧水稳定剂选自,1,4丁二醇、乙二醇、正丁醇、丙二醇中的一种或
两种。


醇类化合物的羟基中的极性氢原子可以?#31181;?#21452;氧水活性自由基的形成,可以减缓
双氧水的分解速度。另外醇类也是一种优良的有机溶剂,在试验中发现添加醇类物质铜面
具有更好的表面粗糙度。


优选地,所述双氧水稳定剂浓度的浓度为1g/L-100g/L,特别优选为 10g/L-50g/
L,其?#21051;?#23569;作为双氧水稳定剂的效果?#32531;茫?#20854;?#21051;?#22810;成本浪费较大。


优选地,所述铜离子络合剂为乙二胺四亚甲基膦酸与柠檬酸的复配物。


乙二胺四亚甲基膦酸具有较强的络合能力,与铜离子的络合常数是包括EDTA在内
的所有螯合剂中最大的,与铜离子形成较为稳定的螯合物。另外柠檬酸也有较强的铜离子
络合能力,通过此两种物质的复配,溶液?#22411;?#31163;子含量大大提高。另外乙二胺四亚甲基膦酸
具有缓蚀性可以减缓铜面的氧化速度使减铜蚀刻后的铜面保持光亮,同?#24065;?#20108;胺四亚甲基
膦酸也是一种双氧水稳定剂。乙二胺四亚甲基膦酸是一种优良的铜离子螯合剂、铜面缓蚀
剂以及双氧水稳定剂。通过添加这种物质能提高减铜蚀刻液的综合性能。


优选地,所述铜离子络合剂浓度为1g/L-100g/L,特别优选为5g/L-20g/L,其?#21051;?br>少溶液?#22411;?#31163;子容忍度不高,其?#21051;?#22810;除了成本浪费较大外,甚?#37327;?#20197;?#26723;?#20943;铜速?#30465;?br>

优选地,所述表面活性剂为为阴离子表面活性剂与非离子表面活性的复配物,所
述非离子表面活性选用氟系非离子表面活性剂。


阴离子清洗效果较好,但是对固体表面润湿效果较差,而非离子表面活性剂则恰
好相反。选用的非离子氟系表面活性剂在非常低的浓度下(50~ 100ppm)可将水溶液表面
张力?#26723;?#24456;低水平,能提高溶液其他成分在铜面的作用效果。


优选地,所述非离子表面活性剂复配物浓度为0.1g/L-10g/L,特别优选为0.1g/L-
1g/L。


优选地,蚀刻加速剂为贵金属离子与有机?#20154;?#22797;配物。其中贵金属离子为银离子、
金离子、钯离子、铂离子的一种或多种,有机?#20154;?#20026;乙二酸,丙二酸、丁二酸、?#36824;?#37240;、乳酸、
丙酸一种或多种。另外通过添加微量的贵金属离子,如银离子,可以与铜发生置?#29615;?#24212;形成
催化核心利用局部电池化学作用加速铜离子的溶解,而有机?#20154;?#33021;提供大量的氢离子能加
速铜氧化物的溶解,通过两种协同作用能提高减铜蚀刻速率及效?#30465;?#21363;使在铜离子含量高
的减铜蚀刻液中液仍具有较高的减铜速?#30465;?br>

优选地,所述蚀刻加速剂浓度为1g/L-100g/L,特别优选为10g/L-20g/L。


优选地,铜面缓蚀剂为苯并三氮唑,另外上述在铜离子络合剂中添加的乙二胺四
亚甲基膦酸也具有缓释效果,铜离子络合剂的加入,可以?#26723;?#38108;面缓释剂的用量。


优选地,所述铜面缓蚀剂的浓度为0.1g/L-10g/L,特别优选为1g/L-5g/L。


优选地,所述铜面针孔?#31181;?#21058;选自一元胺、二元胺及多元胺中的一种或两种。


优选地,铜面针孔?#31181;?#21058;为环己胺、三乙?#21450;貳?#27491;丁胺、正辛胺中的一种或两种。


优选地,所述铜面针孔?#31181;?#21058;的浓度为0.1g/L-10g/L,特别优选为 1g/L-5g/L。


本发明?#22266;?#20379;一种配置上述PCB减铜刻蚀液的方法,包括以下步骤:


步骤1,首先将PCB减铜蚀刻液配方中的各固体组?#22336;?#21035;溶解;再加入硫酸、双氧水
稳定剂、加速剂、铜面缓蚀剂、针孔?#31181;?#21058;;最后加入双氧水并稀释到指定浓度;


步骤2,配制完成的PCB减铜蚀刻液在25-60℃下使用。


将完成填孔后的印制电路板进行测试,计算减铜速率,?#32531;?#29992;电子显微镜观察减
铜后铜表面微观结构。当减铜蚀刻液?#22411;?#31163;子浓度达到100g/L 时,计算减铜速率,?#32531;?#29992;
电子显微镜观察减铜后铜表面的微观结构。本发明所采用的PCB减铜蚀刻液,铜离子容忍度
高,蚀刻速度快,铜面光亮不易被氧化、对于异常结晶的铜晶体处在减铜蚀刻后也不容易产
生针孔缺陷。


采用上述方案,本发明的有益效果在于:


本发明所采用的PCB减铜蚀刻液配置的PCB减铜蚀刻液,具?#22411;?#31163;子容忍度高,蚀
刻速度快,铜面光亮不易被氧化、对于异常结晶的铜晶体处在减铜蚀刻后也不容易产生针
孔缺陷的优点。


具体实施方式


以下结合具体实施例,对本发明进行详细说明。


实施例1:


一种新型PCB减铜蚀刻液,其各种成分浓度为:硫酸20mL/L,双氧水30mL/L,丙二醇
15g/L,乙二胺四亚甲基膦酸10g/L,柠檬酸5g/L,十二烷基?#20132;?#37240;钠1g/L,全氟烷基聚醚1g/
L,?#36824;?#37240;5g/L,银离子10ppm,环已胺3g/L,苯并三氮唑3g/L。


其中,丙二醇为双氧水稳定剂,乙二胺四亚甲基膦酸和柠檬酸为铜离子络合剂,十
二烷基?#20132;?#37240;钠与全氟烷基聚醚为表面活性剂,?#36824;?#37240;和银离子为蚀刻加速剂,环已胺为
铜面针孔?#31181;?#21058;,苯并三氮唑为铜面缓蚀剂。


减铜蚀刻处理,将完成电镀铜的印制电路板浸入按上述成分浓度制备的减铜蚀刻
液中,减铜蚀刻液的温度为35℃,浸泡时间为5min,取出后用去离子水清洗两次,?#32531;?#23558;处
理好的印制电路板通过称重法计算蚀刻速率在8-10μm/min,减铜蚀刻后的铜面光亮无氧
化,通过电子显微镜观察表面铜晶体结构无针孔,铜面粗糙均匀一致。


在减铜蚀刻液加入铜离子,使溶液?#22411;?#31163;子浓度达到100g/L,计算减铜蚀刻速率
为8-10μm/min发现减铜速率没有下降。减铜蚀刻后的铜面光亮无氧化,通过电子显微镜观
察表面铜晶体结构无针孔,铜面粗糙均匀一致。


实施例2


一种新型PCB减铜蚀刻液,其各种成分浓度为硫酸20mL/L,双氧水 30mL/L,1,4丁
二醇10g/L,乙二胺四亚甲基膦酸8g/L,柠檬酸4g/L,十二烷基?#20132;?#37240;钠1g/L,全氟烷基聚醚
0.5g/L,丙酸5g/L,银离子12ppm,三乙?#21450;?g/L,苯并三氮唑5g/L。


其中,1,4丁二醇为双氧水稳定剂,乙二胺四亚甲基膦酸和柠檬酸为铜离子络合
剂,十二烷基?#20132;?#37240;钠与全氟烷基聚醚为表面活性剂,丙酸和银离子为蚀刻加速剂,三乙醇
胺为铜面针孔?#31181;?#21058;,苯并三氮唑为铜面缓蚀剂。


将完成填孔后的印制电路板浸入上述制备的减铜蚀刻液中,减铜蚀刻液的温度为
35℃,浸泡时间为5?#31181;櫻?#21462;出后用去离子水清洗两次,?#32531;?#23558;处理好的印制电路板通过计
算蚀刻速率在8-10μm/min,减铜蚀刻后的铜面光亮无氧化,通过电子显微镜观察表面铜晶
体结构无针孔,铜面粗糙均匀一致。


在减铜蚀刻液加入铜离子,使溶液?#22411;?#31163;子浓度达到100g/L,计算减铜蚀刻速率
为8-10μm/min发现减铜速率没有下降。减铜蚀刻后的铜面光亮无氧化,通过电子显微镜观
察表面铜晶体结构无针孔,铜面粗糙均匀一致。


实施例3


一种新型PCB减铜蚀刻液,其各种成分浓度为硫酸20mL/L,双氧水 30mL/L,正丁醇
10g/L,乙二胺四亚甲基膦酸8g/L,柠檬酸12g/L,十二烷基硫酸钠1g/L,全氟烷基聚醚1g/L,
丁二酸5g/L,铂离子10ppm,环已胺5g/L,苯并三氮唑5g/L。


其中,正丁醇为双氧水稳定剂,乙二胺四亚甲基膦酸和柠檬酸为铜离子络合剂,十
二烷基苯硫酸钠与全氟烷基聚醚为表面活性剂,丁二酸和铂离子为蚀刻加速剂,环已胺为
铜面针孔?#31181;?#21058;,苯并三氮唑为铜面缓蚀剂。


将完成填孔后的印制电路板浸入上述制备的减铜蚀刻液中,减铜蚀刻液的温度为
35℃,浸泡时间为5?#31181;櫻?#21462;出后用去离子水清洗两次,?#32531;?#23558;处理好的印制电路板通过计
算蚀刻速率在8-10μm/min,减铜蚀刻后的铜面光亮无氧化,通过电子显微镜观察表面铜晶
体结构无针孔,铜面粗糙均匀一致。


在减铜蚀刻液加入铜离子,使溶液?#22411;?#31163;子浓度达到100g/L,计算减铜蚀刻速率
为8-10μm/min发现减铜速率没有下降。减铜蚀刻后的铜面光亮无氧化,通过电子显微镜观
察表面铜晶体结构无针孔,铜面粗糙均匀一致


对比实施例1


一种PCB减铜蚀刻液,其各种成分浓度为硫酸20mL/L,双氧水 30mL/L,1,4丁二醇
10g/L,十二烷基?#20132;?#37240;钠1g/L,全氟烷基聚醚1g/L 丙酸5g/L,银离子10ppm,环已胺5g/L,
苯并三氮唑5g/L。


其中,1,4丁二醇为双氧水稳定剂,十二烷基?#20132;?#37240;钠与全氟烷基聚醚为表面活性
剂,丙酸和银离子为蚀刻加速剂,环已胺为铜面针孔?#31181;?#21058;,苯并三氮唑为铜面缓蚀剂。


将完成填孔后的印制电路板浸入上述制备的减铜蚀刻液中,减铜蚀刻液的温度为
35℃,浸泡时间为5?#31181;櫻?#21462;出后用去离子水清洗两次,?#32531;?#23558;处理好的印制电路板通过计
算蚀刻速率在8-10μm/min,减铜蚀刻后的铜面光亮无氧化,通过电子显微镜观察表面铜晶
体结构无针孔,铜面粗糙均匀一致。


在减铜蚀刻液加入铜离子,使溶液?#22411;?#31163;子浓度达到50g/L时,计算减铜蚀刻速率
为3-5μm/min发现减铜速率下降明显。溶液中析出部分五水硫酸铜结晶,通过电子显微镜观
察表面铜晶体结构无针孔,铜面比较粗糙。


对比实施例2


一种PCB减铜蚀刻液,其各种成分浓度为硫酸20mL/L,双氧水 30mL/L,1,4丁二醇
10g/L,乙二胺四亚甲基膦酸10g/L 柠檬酸5g/L,十二烷基?#20132;?#37240;钠1g/L,全氟烷基聚醚1g/
L,苯并三氮唑 5g/L三乙?#21450;?g/L。


其中,1,4丁二醇为双氧水稳定剂,乙二胺四亚甲基膦酸和柠檬酸为铜离子络合
剂,十二烷基?#20132;?#37240;钠与全氟烷基聚醚为表面活性剂,三乙?#21450;?#20026;铜面针孔?#31181;?#21058;,苯并三
氮唑为铜面缓蚀剂。


将完成填孔后的印制电路板浸入上述制备的减铜蚀刻液中,减铜蚀刻液的温度为
35℃,浸泡时间为5?#31181;櫻?#21462;出后用去离子水清洗两次,?#32531;?#23558;处理好的印制电路板通过计
算蚀刻速率在5-7μm/min,减铜蚀刻后的铜面光亮无氧化,通过电子显微镜观察表面铜晶体
结构无针孔,铜面粗糙均匀一致。


在减铜蚀刻液加入铜离子,使溶液?#22411;?#31163;子浓度达到100g/L时,计算减铜蚀刻速
率为1-3μm/min发现减铜速率下降明显。通过电子显微镜观察表面铜晶体结构无针孔,铜面
粗糙均匀一致。


以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和
原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。


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