印制电路板的新一代微蚀体系

　　铜的表面加工，通常是指微蚀刻，是印制线路（pwb）板加工过程中几步中的一部分。在镀覆孔（pth）、内层/多层粘合和光致抗蚀层、阻焊层涂覆加工的前处理中，有效的微蚀刻是特别重要的。恰当的微蚀刻不但可以使用效果良好，而且能够延长板的使用寿命。。国内外，不少的研究人员都在研究微蚀体系。而目前常见的微蚀体系有，过硫酸铵/硫酸、过硫酸钠/硫酸、过硫酸钾/硫酸和双氧水/硫酸体系。上述的几种微蚀体系在国内是非常常见的，但是它们都存在稳定性差、蚀刻速率不稳定以及蚀刻效果并不理想的缺点。随着多层线路板的层数增多、线路变得复杂以及线路的维数变多，微蚀刻变得非常关键，而开发和使用些新的微蚀体系，是现在大多数行业人士的愿望。高级微蚀刻化学物质应具有以下的优点：

     ●均一、可控的蚀刻速率

     ●被处理的表面更一致，更可控；

     ●药液更稳定，更持久；

     ●大的溶解度、溶解速度快；

     ●体系易被清洗；

     ●药液易于分析和控制

　　幸运的是，以杜邦公司oxone®为主要成份的新一代的微蚀体系已经崭露头角了。相信国内的厂家对这种微蚀体系都不大熟悉。这里，笔者就向大家简要介绍下这种新的高档的微蚀体系。

　　oxone® 单过硫酸化合物的物理性质和化学性质概述

　　oxone®单过硫酸化合物是一种具有高氧化势能的过氧化物。它通常是白色的、颗粒状易流动的粉末、常作为活性组分加入到很多的高质量的微蚀刻剂配方中。它可以当场或预先配制好规定浓度的蚀刻剂，

oxone®的活性组分是过硫酸氢钾（khso5），它是单过硫酸的酸性盐（也称作caro盐）。它作为三合盐的一个组成部分以分子式2khso5 –khso4-k2so4 的形式存在。在酸性条件下单过硫酸盐的氧化势能（e）是+1.44v。由于oxone®的特殊化学性，它为铜表面提供了一种选择性的、高效的、可控的氧化剂。槽液中铜（cu2+）的浓度对单过硫酸化学物质没有催化作用。因此，蚀刻作用对微蚀刻剂寿命没有直接的影响。

　　oxone®单过硫酸化合物的使用在印刷线路板加工中的优势

　　oxone®单过硫酸化合物作为微蚀刻剂组分，其特别好的质量，可以从其达到上述要求的特性和与普通替用物质（过硫酸钾（钠）、双氧水/硫酸）相比较。

　　均一、可控的蚀刻速率

　　单过硫酸化合物的活性氧（ao）含量比起过而硫酸化合物，从热力学角度来说，单位重量的的单过硫酸化合物比过硫酸化合物为铜提供了更多的活性氧。这一点可以从图一看出。在槽中铜离子浓度增大的情况下，比起过硫酸钠（sps），单过硫酸盐的蚀刻速率更加稳定。这主要是由以下原因决定的：cu2+  不能够催化单过硫酸盐的氧化反应速率，但可以显著催化过硫酸盐和双氧水的氧化反应速率。过硫酸化合物和过氧化物的氧化反应比起单过硫酸化合物更加复杂，前者通常是通过难以控制的自由基反应进行的。

　　被处理的表面更一致，更可控

　　使用oxone®单过硫酸化合物进行微蚀刻，可以获得，更好的、选择性的具有清晰的蚀刻界面的x射线照片和均匀的表面（如显微镜照片所示）。过硫酸化合物的微蚀刻作用就不够统一和连续，而双氧水的微蚀刻作用就过于强烈，使得界面过于粗糙。

　　药液更稳定，更持久

　　作为固体，oxone®单过硫酸化合物是相对稳定的过氧化物。在推荐的条件下储存，活性每月损失少于1%。同样的，作为典型的微蚀刻液组分（包括1-5%的硫酸）的一部分，溶液中的单过硫酸化合物在长期范围内相当稳定。这一点可以从图2看出。图中，在非铜离子溶液中oxone®的稳定性与过硫酸钠作了对比。其中作对比的条件是相同的：过氧化物浓度120g/l，温度20和35℃[68和95°f]，硫酸1.5vol%。实际操作中的区别更加明显，因为，铜离子不能够催化单过硫酸化合物的分解。单过硫酸化合物的稳定性使加工过程变得准确和容易控制，提高了板的完整性和效益。

　　高溶解度，溶解速度快

　　oxone®单过硫酸化合物极易、迅速溶于水中，正如表1所示。20℃时，oxone®在水中的溶解度大于250g/l。

　　容易被冲洗

　　由于高的溶解度和残余物，单过硫酸化合物比起过硫酸化合物清洗更加容易方便。特别是过硫酸钾，它通常在使用后都需要用硫酸再次清洗，以保证表面的干净性，没有残余的过硫酸钾。而单过硫酸化合物使用后，只需要用水清洗。

　　药液易于分析和控制

　　对槽液组分的测量和控制对保持加工的连续性和重复性是非常重要的。除了在槽中条件下比过硫酸盐稳定，oxone®单过硫酸盐能够利用简单的分析程序——测量ao——来对液体进行监测。因为蚀刻速率不是由铜的量决定的，它只可以通过监测ao浓度来进行控制（见下文的测试方法）。对于过硫酸盐，因为蚀刻速率随着液体的用量不同而不同，所以ao和铜离子的浓度必须精确地监测到要求的蚀刻速率。除此之外，过硫酸化合物的精确测量分析方法更加复杂。

　　测试方法

　　活性氧/活性组分

　　1.用1000ml的烧瓶加入100ml的去离子水，溶解100g的碘化钾和20g的edta，制备碘化钾/edta溶液。再加入1滴的浓氨水到溶液中，之后用去离子水加满到1000ml。摇匀，保存在塑料瓶中。

　　2.准确称量2g槽液溶液加入到配有磁力搅拌器的的250ml的倾口烧杯中，加入100ml 去离子水和20ml先前配置好的碘化钾/edta溶液，充分搅拌，溶液会变成铁锈半的颜色（去离子水和所有试剂应该＜20℃[68°f]

　　3.立即用0.1n的硫代硫酸钠溶液滴定测试标样至呈现淡黄色。加入（2-5ml）的足够的淀粉指示剂溶液，溶液将变成深兰色。立即继续用滴定法测试，直至出现一个可以至少30秒的无色端点。

　　4.再次重复上述步骤，记录下硫代硫酸钠的体积（ml）。

     计算方法：

         mlthio×nthio×0.008×100 ；

         %活性氧= ；

         标样重量（克）；

         %活性氧 ；

         %活性成分（khso5）= 0.1053 。

    微蚀刻液使用条件

　　oxone®单过硫酸化合物在微蚀刻中的使用条件根据所进行的特定的操作不同而相异。oxone®通常加入到高级的微蚀刻配方中，使用条件是由配方的制造者决定的。但是，一般来说，下面的条件范围是较常用的：

    49.9-149.6g oxone®/l ；

    1-5%（体积）硫酸 ；

    温度：32-43℃(90-110°f) 。

    根据准确的使用条件,可以维持到1.3-6.5μm/min的蚀刻速度。

结束语

　　随着pcb向多层和hdi方向发展, 对pcb化学微蚀剂的要求越来越高，而象过硫酸盐/硫酸、双氧水/硫酸体系的微蚀剂的不稳定性和使用不方便，将会不能够满足要求。而以oxone®为主要成份的微蚀体系，就日益显示其优势。在这里，我们再次总结新一代微蚀体系的优点：

    ▲均一、可控的蚀刻速率，使用方便；

    ▲被处理的表面更均一，而且可以根据需要调控所需要的效果；

    ▲溶解度大，溶解速度快，溶解方便；

    ▲蚀刻后体系容易清洗，残余极少；

    ▲化学性质稳定、储藏容易；

    ▲药液更加持久、稳定，易于分析；

    ▲药液组成简单，不含螯合剂，废液处理简单；

    ▲使用于过硫酸盐体系相似，无须更换设备。