電路板三氯化鐵蝕刻液及其它蝕刻液介紹
三氯化鐵蝕刻液
在印制電路、電子和金屬精飾等工業中廣泛采用三氯化鐵蝕刻銅、銅合金及鐵、鋅、鋁等。這時由于它的工藝穩定，操作方便，價格便宜。但是，近些年來，由于它再生困難，污染嚴重，廢液處理困難等而正在被淘汰。因此，這里只簡單地介紹。
三氯化鐵蝕刻液適用于網印抗蝕印料、液體感光膠、干膜、金等抗蝕層的印制板的蝕刻。但不適用于鎳、錫、錫－鉛合金等抗蝕層。
1.蝕刻時的主要化學反應
三氯化鐵蝕刻液對銅箔的蝕刻是一個氧化－還原過程。在銅表面Fe3+使銅氧化成氯化亞銅。同時Fe3+被還原成Fe2+。FeCl3＋Cu →FeCl2＋CuCl
CuCl具有還原性，可以和FeCl3進一步發生反應生成氯化銅。
FeCl3＋CuCl →FeCl2＋CuCl2
Cu2+具有氧化性，與銅發生氧化反應：
CuCl2＋Cu →2CuCl
所以，FeCl3蝕刻液對Cu的蝕刻時靠Fe3+和Cu2+共同完成的。其中Fe3+的蝕刻速率快，蝕刻質量好；而Cu2+的蝕刻速率慢，蝕刻質量差。新配制的蝕刻液中只有Fe3+，所以蝕刻速率較快。但是隨著蝕刻反應的進行，Fe3+不斷消耗，而Cu2+不斷增加。當Fe3+消耗掉35％時，Cu2+已增加到相當大的濃度，這時Fe3+和Cu2+對Cu的蝕刻量幾乎相等；當Fe3+消耗掉50％時，Cu2+的蝕刻作用由次要地位而躍居主要地位，此時蝕刻速率慢，即應考慮蝕刻液的更新。
在實際生產中，表示蝕刻液的活度不是用Fe3+的消耗量來度量，而是用蝕刻液中的含銅量(g/l)來度量。因為在蝕刻銅的過程中，最初蝕刻時間是相對恒定的。然而，隨著Fe3+的消耗，溶液中含銅量不斷增長。當溶銅量達到60g/l時，蝕刻時間就會延長，當蝕刻液中的Fe3+消耗40％時，溶銅量達到82.40g/1時，蝕刻時間便急劇上升，表明此時的蝕刻液不能再繼續使用，應考慮蝕刻液的再生或更新。
一般工廠很少分析和測定蝕刻液中的含銅量，多以蝕刻時間和蝕刻質量來確定蝕刻液的再生與更新。經驗數據為，采用動態蝕刻，溫度為500C左右，銅箔厚度為50μm,蝕刻時間5分鐘左右最理想，8分鐘左右仍可使用，若超過10分鐘，側蝕嚴重，蝕刻質量變差，應考慮蝕刻液的再生或更新。
蝕刻銅箔的同時，還伴有一些副反應，就是CuCl2和FeCl3的水解反應：
FeCl3＋3H2O →Fe(OH)3↓＋3HCl
CuCl2＋2H2O →Cu(OH)2↓＋2HCl
生成的氫氧化物很不穩定，受熱后易分解：
2Fe(OH)3 →Fe2O3↓＋3H2O
Cu(OH)2 →CuO↓＋H2O
結果生成了紅色的氧化鐵和黑色的氧化銅微粒，懸浮于蝕刻液中，對抗蝕層有一定的破壞作用。
2.影響蝕刻速率的因素
?Fe3+的濃度和蝕刻液的溫度
蝕刻液溫度越高，蝕刻速率越快，溫度的選擇應以不損壞抗蝕層為原則，一般以40～50℃為宜。
Fe3+的濃度對蝕刻速率有很大的影響。蝕刻液中Fe3+濃度逐漸增加，對銅的蝕刻速率相應加快。當所含Fe3+超過某一濃度時，由于溶液粘度增加，蝕刻速率反而有所降低。一般蝕刻涂覆網印抗蝕印料、干膜的印制板，濃度可控制在350Be’左右；蝕刻涂覆液體光致抗蝕劑(如骨膠、聚乙烯醇等)的印制板，濃度則要控制在420Be’以上。其重量百分比濃度和比重的關系見表10－5：
表10－5 三氯化鐵溶液的組成
低濃度 最佳濃度 高濃度 濃度(g/l)
365 452 530 608
重量百分比濃度 28 34 38 42
比重 1.275 ; 1.353 1.402 1.450
波美度 31.5 38 42 45
?鹽酸的添加量
在蝕刻液中加入鹽酸，可以抑制FeCl3的水解，并可提高蝕刻速率。尤其是當溶銅量達到37.4g/l后，鹽酸的作用更明顯。但是鹽酸的添加量要適當，酸度太高，會導致液體光致抗蝕劑(如骨膠、聚乙烯醇等)涂層的印制板只能用低酸度溶液。
?蝕刻液的攪拌
靜止蝕刻的效率和質量都是很差的。原因是在蝕刻過程中在板面和溶液里會有沉淀生成，而使溶液呈暗綠色，這些沉淀會影響進一步的蝕刻。
采用空氣攪拌，噴淋或潑濺操作都可以加快蝕刻反應。蝕刻速率的提高是由于部分Fe2+和Cu1+重新氧化成Fe3+和Cu2+。
4Fe2+＋O2＋4H+ →4Fe3+＋2H2O
4Cu1+＋O2＋4H+ →4Cu2+＋2H2O
其他蝕刻液
?硫酸－鉻酸蝕刻液
對電鍍錫鉛合金抗蝕層的印制板有良好的蝕刻效果。但鉻酸是屬于“三廢”中國家排標的第一類有害物質，對人和動植物均有害。因此，現在幾乎不用它來蝕刻印制板。
?過硫酸銨蝕刻液
適用于用網印抗蝕印料、干膜、金等作抗蝕層的印制板。但是它的蝕刻速度和溶銅能力都不如氯化物蝕刻液高，易分解，加之成本高，一般用于圖形電鍍前銅箔表面的微蝕刻處理。
?硫酸－雙氧水蝕刻液
可用于圖形電鍍前的微蝕刻處理。近年來開始用于印制板蝕刻。它的特點是不浸蝕錫鉛合金，溶液組分非常簡單，蝕刻后的產物只有硫酸銅。蝕刻液可以經過再生與回收，得到純度高的硫酸銅晶體。因此大大減少廢液排放和環境污染，是目前有發展前途的蝕刻液
