กระบวนการกัด PCB และสูตรปฏิกิริยาเคมี

เนื่องจากอุตสาหกรรม PCB พัฒนาขึ้น ความต้องการในการควบคุมที่แม่นยำต่อค่าอิมพีแดนซ์ของรอยจึงเพิ่มขึ้น จึงจำเป็นต้องมีการควบคุมที่เข้มงวดยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความกว้างของรอย PCB มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นและใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน โดยการออกแบบมีความหลากหลายและซับซ้อนมากขึ้น เทคโนโลยีการกัดก็แพร่หลายมากขึ้นในการออกแบบ PCB เทคนิคนี้ใช้วัสดุเคมีที่ไวต่อแสง โดยชั้นที่ไวต่อแสงจะถูกทาให้สม่ำเสมอทั้งสองด้านของพื้นผิวโลหะ จากนั้นจึงถ่ายโอนรูปแบบอย่างแม่นยำไปยังชั้นที่ไวต่อแสงโดยใช้เทคนิคโฟโตลิโทกราฟี จากนั้นจึงพัฒนาและกำจัดบริเวณที่ไม่ได้รับแสง จากนั้นจึงกัดบริเวณโลหะที่สัมผัสโดยตรงกับสารกัด เพื่อให้ได้รูปทรงเรขาคณิตที่ต้องการและขนาดที่แม่นยำสูง

การแกะสลัก PCB คืออะไร?

การกัดเป็นหนึ่งในกระบวนการที่สำคัญที่สุดในการผลิต PCB กล่าวอย่างง่ายๆ การกัด PCB แบบเปียกเป็นกระบวนการกัดกร่อนที่ควบคุมได้ ในสถานการณ์ปกติ การกัดกร่อนจะทำให้โลหะเสียหาย แต่สามารถควบคุมได้ด้วยเทคนิคการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ และกระบวนการนี้เรียกว่าการกัด การกัด PCB เกี่ยวข้องกับการกำจัดทองแดง (Cu) ที่ไม่ต้องการออกจากแผงวงจร ทองแดงที่ไม่ต้องการหมายถึงทองแดงที่ไม่อยู่ในวงจรที่ถูกกำจัดออกจากแผงวงจรตามการออกแบบ PCB ส่งผลให้ได้รูปแบบวงจรที่ต้องการ

กล่าวอีกนัยหนึ่ง การแกะสลักก็เหมือนกับการแกะสลักแผงวงจร ลองนึกภาพแผงวงจรเป็นก้อนหิน และการแกะสลักก็คือกระบวนการแกะสลักหินให้เป็นประติมากรรมที่สวยงาม ในระหว่างกระบวนการนี้ ทองแดงฐานหรือทองแดงเริ่มต้นจะถูกนำออกจากแผงวงจร ทองแดงที่รีดและอบอ่อนจะแกะสลักออกได้ง่ายกว่าทองแดงที่ชุบด้วยไฟฟ้า

ก่อนจะเริ่มขั้นตอนการแกะสลัก จะต้องเตรียมโครงร่างเสียก่อน มีสองวิธีในการแกะสลักชั้นในและชั้นนอก ในกระบวนการแกะสลักชั้นนอก ชั้นชุบจะทำหน้าที่เป็นสารต้านทาน ในขณะที่ชั้นใน โฟโตเรซิสต์จะทำหน้าที่เป็นสารต้านทาน

กระบวนการไหล

กระบวนการแกะสลัก PCB โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่างๆ ต่อไปนี้: การใช้โฟโตเรซิสต์ การพัฒนา การกัดกร่อน การลอกสารต้านทาน และการทำความสะอาด

1. การประยุกต์ใช้โฟโตรีซิสต์:มีการทาโฟโตเรซิสต์ลงบนชั้นทองแดงเพื่อปกป้องบริเวณที่ไม่ควรถูกกัดกร่อน โดยสามารถใช้โฟโตเรซิสต์ทาได้โดยใช้เทคนิคโฟโตลิโทกราฟีหรือการพิมพ์สกรีน
2. พัฒนาการ:ชั้นทองแดงที่เคลือบด้วยโฟโตเรซิสต์ได้รับการพัฒนาโดยกำจัดส่วนที่ไม่ต้องการของโฟโตเรซิสต์ออกและเหลือไว้เฉพาะบริเวณที่ต้องกัดกร่อนเท่านั้น
3. การแกะสลักจากนั้นวาง PCB ไว้ในถังกัดกร่อน ซึ่งสารกัดกร่อนจะกำจัดทองแดงที่ไม่ต้องการออก เพื่อสร้างรูปแบบวงจรตามต้องการ
4. ต้านทานการลอกออก:หลังการแกะสลัก โฟโตเรซิสต์ที่เหลือจะถูกกำจัดออกจาก PCB โดยทั่วไปจะใช้ตัวทำละลายทางเคมีหรือการดูดซับด้วยความร้อน
5. การทำความสะอาด:ในขั้นสุดท้ายนี้ PCB จะถูกทำความสะอาดเพื่อขจัดสารกัดกร่อนและสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ ที่เหลืออยู่ เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวจะสะอาด

ภาพรวมของกระบวนการกัด PCB

กระบวนการกัดด้วยด่าง:

วิธีด่างใช้ในการกัดชั้นนอกของ PCB สารเคมีที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ คอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl2) กรดไฮโดรคลอริก (HCl) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) และน้ำ (H2O) วิธีด่างเป็นกระบวนการที่รวดเร็วแต่ก็ค่อนข้างแพง พารามิเตอร์ของกระบวนการต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง เนื่องจากการสัมผัสกับตัวทำละลายเป็นเวลานานอาจสร้างความเสียหายให้กับแผงวงจรได้

• องค์ประกอบหลัก:คอปเปอร์คลอไรด์ แอมโมเนีย แอมโมเนียมคลอไรด์ สารออกซิไดเซอร์ปริมาณเล็กน้อย และสารยับยั้ง
• ฟิลด์ที่เกี่ยวข้อง:โดยทั่วไปใช้สำหรับการสร้างรูปแบบวงจรชั้นนอกใน PCB หลายชั้นหรือสำหรับการแกะสลักรูปแบบ PCB ไมโครเวฟโดยตรงโดยใช้วิธีการฟิล์มเชิงลบ
• Key Features:
  1. อัตราการกัดสามารถควบคุมได้ง่าย ทำให้ได้คุณภาพการกัดสูงภายใต้สภาวะที่มั่นคง
  2. ความสามารถในการละลายทองแดงสูง
  3. สารกัดกร่อนสามารถสร้างใหม่และรีไซเคิลได้ง่าย ช่วยลดมลภาวะ จุดควบคุมสำคัญ ได้แก่ อุณหภูมิ ความถ่วงจำเพาะ และค่า pH
• อัตราการกัดกร่อน: ประมาณ 1 ล้าน/นาที.
• กลไกการตอบสนองหลัก:ปฏิกิริยาการกัดทองแดง:ทองแดงสามารถมีสถานะออกซิเดชันได้สามสถานะ ได้แก่ Cu โลหะบนพื้นผิวแผ่น ไอออนทองแดงสีน้ำเงิน Cu(NH₃)₄²⁺ ในสารละลายถังกัด และไอออนทองแดงตัวกลาง Cu(NH₃)₂⁺ ทองแดงโลหะ Cu สามารถออกซิไดซ์และละลายในสารละลายถังกัดโดย Cu(NH₃)₄²⁺ ทำให้เกิดปฏิกิริยากัดทองแดงเสร็จสมบูรณ์ ดังแสดงในปฏิกิริยาต่อไปนี้:2Cu+2Cu(NH3)4Cl2→4Cu(NH3)2Cl (ถ้วยรัสไอออน)2Cu + 2Cu(NH₃)₄Cl_2 \rightarrow 4Cu(NH₃)₂Cl \, (\text{cuprous ion})2Cu+2Cu(NH3†<)4†<Cl2†<→4Cu(NH3†<)2†<Cl(ไอออนคิวปรัส)ปฏิกิริยาการฟื้นคืน:ไอออนคิวโปรัสตัวกลาง Cu(NH₃)₂⁺ ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาข้างต้นเป็นตะกอนสีฟ้าอ่อนขุ่นที่มีความสามารถในการละลายต่ำ หากไม่กำจัดออกอย่างรวดเร็ว ตะกอนดังกล่าวอาจสร้างกำแพงกั้นการกัดกร่อนของทองแดงบนพื้นผิวแผ่นไม้ได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ จึงใช้สารละลายกัดกร่อนเพิ่มเติม (แอมโมเนียมคลอไรด์และแอมโมเนีย) และออกซิเจนจำนวนมากจากอากาศเพื่อออกซิไดซ์ให้กลายเป็น Cu(NH₃)₄²⁺ ที่ละลายน้ำได้ ซึ่งจะยังคงทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดเซอร์ในปฏิกิริยากัดกร่อนทองแดง นี่คือปฏิกิริยารีไซเคิลและฟื้นฟูของสารกัดกร่อน ดังแสดงด้านล่าง:4Cu(NH3)2Cl+4NH3+4NH4Cl+O2→4Cu(NH3)4Cl2+2H2O4Cu(NH₃)₂Cl + 4NH₃ + 4NH₄Cl + O₂ 4Cu(NH₃)₄Cl_2 + 2H₂O4Cu(NH3†<)2†<Cl+4NH3†<+4NH4†<Cl+O2†<→4Cu(NH3†<)4†<Cl2†<+2H2†<Oปฏิกิริยาสุทธิ:2Cu+4NH3+4NH4Cl+O2→4Cu(NH3)4Cl2+2H2O2Cu + 4NH₃ + 4NH₄Cl + O₂ \ลูกศรขวา 4Cu(NH₃)₄Cl_2 + 2H₂O2Cu+4NH3†<+4NH4†<Cl+O2†<→4Cu(NH3†<)4†<Cl2†<+2H2†<Oกระบวนการแกะสลัก:กระบวนการทั้งหมดดำเนินการในห้องพ่นกัดแบบสายพานลำเลียงที่มีแรงดันสูง ซึ่ง PCB จะถูกสัมผัสกับสเปรย์กัดใหม่ ในกระบวนการกัด PCB ด้วยด่าง จำเป็นต้องพิจารณาพารามิเตอร์สำคัญบางอย่าง เช่น อัตราการเคลื่อนที่ของแผง สเปรย์เคมี และปริมาณทองแดงที่ต้องกัดออก ซึ่งจะทำให้มั่นใจได้ว่ากระบวนการกัดจะทำให้ผนังด้านข้างเสร็จสมบูรณ์อย่างสม่ำเสมอ จุดที่ทองแดงที่ไม่ต้องการถูกกัดออกจนหมดเรียกว่าจุดแตกหัก ซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่จุดกึ่งกลางของห้องกัด ตัวอย่างเช่น หากห้องกัดมีความยาว 2 เมตร จุดแตกหักจะมาถึงเมื่อบอร์ดไปถึงจุดกึ่งกลาง นั่นคือ 1 เมตร

การกัดกรด:

วิธีกรดใช้สำหรับกัดชั้นในของ PCB แข็ง วิธีนี้เกี่ยวข้องกับตัวทำละลายทางเคมี เช่น เฟอร์ริกคลอไรด์ (FeCl₃) หรือคอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl₂) เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีด่าง วิธีกรดจะแม่นยำกว่าและถูกกว่าแต่ใช้เวลานานกว่า วิธีนี้เหมาะสำหรับชั้นในเนื่องจากกรดไม่ทำปฏิกิริยากับโฟโตเรซิสต์และไม่ทำลายพื้นที่ที่ต้องการ นอกจากนี้ การตัดใต้ชั้นยังน้อยที่สุดในวิธีนี้ การตัดใต้ชั้นคือการกัดเซาะด้านข้างของวัสดุกัดเซาะใต้ชั้นต้านทาน เมื่อสารละลายสัมผัสกับทองแดง สารละลายจะกัดกร่อนทองแดงและทิ้งรอยป้องกันไว้ รอยป้องกันได้รับการปกป้องด้วยสารต้านทานที่ชุบด้วยไฟฟ้าหรือสารต้านทานที่สร้างภาพด้วยแสง ที่ขอบของรอย ทองแดงจำนวนหนึ่งใต้สารต้านทานจะถูกกำจัดออกเสมอ ซึ่งเรียกว่าการตัดใต้ชั้น

• องค์ประกอบหลัก:คอปเปอร์คลอไรด์ กรดไฮโดรคลอริก โซเดียมคลอไรด์ หรือ แอมโมเนียมคลอไรด์
• ฟิลด์ที่เกี่ยวข้อง:โดยทั่วไปใช้สำหรับการสร้างรูปแบบวงจรชั้นในใน PCB หลายชั้นและการแกะสลัก PCB ดีบุกบริสุทธิ์ หรือในกระบวนการผลิตแบบชุบด้วยไฟฟ้าแบบเต็มแผ่น + ฟิล์มแห้ง
• Key Features:
  • ระบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยมีกระบวนการที่สมบูรณ์ในด้านความจุ การควบคุมการรีไซเคิล และวิธีการใช้งาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอัตราการสร้างใหม่ของเฟอรัสคลอไรด์เป็นเฟอริกคลอไรด์นั้นช้ากว่า ความเร็วในการผลิตจึงเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของทองแดงแอมโมเนีย นอกจากนี้ยังกัดกร่อนสารต้านการกัดกร่อน เช่น ตะกั่ว-ดีบุกและดีบุกบริสุทธิ์ ทำให้เหมาะสำหรับชั้นในและการแกะสลัก PCB ด้านเดียว กระบวนการนี้ยังสร้างก๊าซคลอรีน ซึ่งทำให้ผู้ผลิต PCB บางรายนำฟิล์มเนกาทีฟ + กระบวนการแกะสลักด้วยกรดมาใช้เพื่อให้ตรงตามกำหนดเวลาและเป้าหมายด้านประสิทธิภาพ
• อัตราการกัดกร่อน: 0.5 ล้าน/นาที
• กลไกการตอบสนองหลัก:ปฏิกิริยาการกัดทองแดง:ทองแดงสามารถมีสถานะออกซิเดชันได้สามสถานะ ได้แก่ ทองแดงโลหะ Cu⁰ บนพื้นผิวบอร์ด ไอออนทองแดงสีน้ำเงิน Cu²⁺ ในสารละลายถังกัด และไอออนทองแดง Cu⁺ ที่พบได้น้อยกว่า ทองแดงโลหะ Cu⁰ สามารถออกซิไดซ์และละลายในสารละลายถังกัดได้โดย Cu²⁺ ดังที่แสดงในปฏิกิริยาต่อไปนี้:3Cu+3CuCl2→6CuCl3Cu + 3CuCl_2 \ลูกศรขวา 6CuCl3Cu+3CuCl2†<→6CuClปฏิกิริยาการฟื้นคืน:Cu⁺ ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาการกัดจะถูกออกซิไดซ์เพิ่มเติมโดยตัวออกซิไดเซอร์และ HCl ในถังกัด จากนั้นแปลงกลับเป็น Cu²⁺ ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับทองแดงโลหะบนพื้นผิวบอร์ดต่อไป การสร้างใหม่นี้ช่วยให้สารละลายกัดสามารถกัดทองแดงโลหะ Cu⁰ ออกไปได้มากขึ้น ปฏิกิริยาการรีไซเคิลและการสร้างใหม่นี้แสดงไว้ด้านล่าง:6CuCl+NaClO3+6HCl→6CuCl2+3H2O+NaCl6CuCl + NaClO_3 + 6HCl \ลูกศรขวา 6CuCl_2 + 3H₂O + NaCl6CuCl+NaClO3†<+6HCl→6CuCl2†<+3H2†<O+NaClปฏิกิริยาสุทธิ:3Cu+NaClO3+6HCl→3CuCl2+3H2O+NaCl3Cu + NaClO_3 + 6HCl \ลูกศรขวา 3CuCl_2 + 3H₂O + NaCl3Cu+NaClO3†<+6HCl→3CuCl2†<+3H2†<O+NaCl

การกัดกรดเฟอร์ริกคลอไรด์

เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการรักษาที่สูงที่เกี่ยวข้องกับสารกัดกร่อนทองแดง การใช้สารกัดกร่อนเฟอร์ริกคลอไรด์จึงมีข้อจำกัดในการใช้งานในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม เฟอร์ริกคลอไรด์เป็นสารกัดกร่อนแบบพ่นที่น่าสนใจเนื่องจากใช้งานง่าย สามารถกักเก็บทองแดงได้ และเหมาะสำหรับการใช้งานเป็นชุดไม่บ่อยครั้ง เฟอร์ริกคลอไรด์สามารถใช้กับหมึกสกรีน โฟโตรีซิสต์ และลวดลายทองได้ แต่ไม่สามารถใช้ร่วมกับสารต้านทานดีบุกหรือดีบุก/ตะกั่วได้

โดยทั่วไปสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์จะละลายในน้ำที่ความเข้มข้น 28-42% (ตามน้ำหนัก) นอกจากนี้ ยังผสม HCl (สูงสุด 5%) เข้ากับสารละลายเพื่อป้องกันการเกิดตะกอนเฟอร์ริกไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ

เฟอร์ริกคลอไรด์ที่ใช้กันทั่วไปจะมีแรงโน้มถ่วงจำเพาะ 36 Be หรือประมาณ 4.0 ปอนด์ต่อแกลลอน FeCl3 ปริมาณกรด (HCl) เชิงพาณิชย์โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 1.5-2%

องค์ประกอบหลัก

เฟอร์ริกคลอไรด์, กรดไฮโดรคลอริก

แอพลิเคชันพื้นที่

โดยทั่วไปใช้สำหรับการผลิต PCB ด้านเดียว

ลักษณะหลัก

เนื่องจากต้องใช้ก๊าซคลอรีนในการรีไซเคิล ความจุหน่วยปริมาตรต่ำ ควบคุมยาก และความเร็วในการแกะสลักช้า จึงมักใช้ในการผลิต PCB ด้านเดียว

การควบคุมโฟกัส

ความถ่วงจำเพาะและค่า pH

กลไกการเกิดปฏิกิริยาหลัก

กลไกการกัด:
FeCl₃ + Cu → FeCl₂ + CuCl
FeCl₃ + CuCl → FeCl₂ + CuCl₂
CuCl₂ + Cu → 2 CuCl

ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการกัด

1. อิทธิพลของความเข้มข้นของ Fe³⁺:ความเข้มข้นของ Fe³⁺ มีผลอย่างมากต่ออัตราการกัดกร่อน เมื่อความเข้มข้นของ Fe³⁺ ในสารละลายกัดกร่อนเพิ่มขึ้น อัตราการกัดกร่อนของทองแดงก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นเกินระดับหนึ่ง ความหนืดที่เพิ่มขึ้นของสารละลายอาจทำให้ลดอัตราการกัดกร่อนลงได้
2. อิทธิพลของอุณหภูมิของสารละลายกัดกร่อน:ยิ่งอุณหภูมิของสารละลายกัดกร่อนสูงเท่าไร อัตราการกัดกร่อนก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น ควรเลือกอุณหภูมิเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อชั้นต้านทาน โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 40-50°C
3. อิทธิพลของการเติมกรดไฮโดรคลอริก:การเติมกรดไฮโดรคลอริกลงในสารละลายกัดกร่อนสามารถยับยั้งการไฮโดรไลซิสของ FeCl₃ และเพิ่มอัตราการกัดกร่อนได้ ผลกระทบนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะเมื่อความเข้มข้นของทองแดงที่ละลายอยู่ถึง 37.4 กรัม/ลิตร อย่างไรก็ตาม ปริมาณกรดไฮโดรคลอริกที่เติมเข้าไปจะต้องเหมาะสม เนื่องจากกรดที่มีมากเกินไปอาจทำลายสารเคลือบโฟโตเรซิสต์เหลวได้
4. การกวนสารละลายกัดกร่อน:ประสิทธิภาพและคุณภาพของการกัดแบบสถิตนั้นไม่ดี เนื่องจากมีตะกอนเกิดขึ้นบนพื้นผิวและในสารละลายระหว่างการกัด ทำให้สารละลายเปลี่ยนเป็นสีเขียวเข้ม ตะกอนเหล่านี้อาจขัดขวางการกัดต่อไป

การกัดไมโครแอมโมเนียม/โซเดียมเปอร์ซัลเฟต

องค์ประกอบหลัก

แอมโมเนียมเปอร์ซัลเฟต, กรดซัลฟิวริก / โซเดียมเปอร์ซัลเฟต, กรดซัลฟิวริก

แอพลิเคชันพื้นที่

โดยทั่วไปใช้สำหรับการแกะสลักแบบไมโครของรูปแบบวงจรชั้นในและชั้นนอกใน PCB หลายชั้น

กลไกการเกิดปฏิกิริยาหลัก

Na₂S₂O₈ + Cu → CuSO₄ + Na₂SO₄

คุณสมบัติหลักและข้อควรพิจารณา

ระบบการกัดไมโครโซเดียมเปอร์ซัลเฟตได้เข้ามาแทนที่ระบบแอมโมเนียมเปอร์ซัลเฟตมานานกว่า 20 ปีแล้ว เนื่องจากโซเดียมเปอร์ซัลเฟตไม่ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนแอมโมเนียม-ทองแดง ซึ่งทำให้การบำบัดน้ำเสียมีความซับซ้อน และทำให้พื้นผิวขรุขระสม่ำเสมอมากขึ้น โดยทั่วไประบบจะตั้งค่าไว้ที่ประมาณ 100±10g/L โซเดียมเปอร์ซัลเฟต 1-3% กรดซัลฟิวริก และ 35°C±2°C โดยมีเวลาในการกัด 60-120 วินาที ความลึกในการกัดไมโคร 0.375-2µm ขีดจำกัดการควบคุมทองแดง <20g/L และอัตราการกัดประมาณ 0.5-2µm/mil อย่างไรก็ตาม ระบบการกู้คืนคอปเปอร์ซัลเฟตไม่สามารถกู้คืนได้ หากความเข้มข้นของทองแดงเกินค่าที่ตั้งไว้ จะต้องเปลี่ยนถัง

อัตราการกัดกร่อนของโซเดียมเปอร์ซัลเฟตจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของทองแดงเกิน 0.75 กรัม/ลิตร โดยอัตราดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นจาก 0.2 ไมโครเมตร/มิล เป็น 0.25 ไมโครเมตร/มิล ดังนั้น การควบคุมอัตราการกัดกร่อนของโซเดียมเปอร์ซัลเฟตจึงเป็นเรื่องท้าทาย เพื่อแก้ไขความแปรปรวนนี้ ผู้ผลิตบางรายได้พัฒนาระบบโซเดียมเปอร์ซัลเฟตที่เสถียรขึ้นโดยเติมสารคงตัว 5-15 กรัม/ลิตรลงในสารละลาย

การกัดไมโครไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

การกัดไมโครไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถรีไซเคิลได้ ปราศจากแอมโมเนีย และมีต้นทุนต่ำกว่า ระบบการกัดไมโครกรดซัลฟิวริก + ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีปริมาณทองแดงประมาณ 50 กรัม/ลิตร ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม แนวโน้มของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่จะสลายตัวระหว่างใช้งานจำกัดการใช้งานอย่างแพร่หลาย เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงเติมสารคงตัวลงในสารละลายเพื่อป้องกันการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ทำให้มั่นใจได้ว่าอัตราการกัดไมโครจะสม่ำเสมอ

องค์ประกอบหลัก

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, กรดซัลฟิวริก

แอพลิเคชันพื้นที่

โดยทั่วไปใช้สำหรับการแกะสลักแบบไมโครของรูปแบบวงจรชั้นในและชั้นนอกใน PCB หลายชั้น

ฟังก์ชั่นหลัก

ทำความสะอาดพื้นผิวบอร์ดและขัดพื้นผิวทองแดงให้หยาบ

กลไกการเกิดปฏิกิริยาหลัก

Cu + H₂O₂ → CuO + H₂O
CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

คุณสมบัติหลักและข้อควรพิจารณา

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารละลายออกซิไดซ์ แต่ความไม่เสถียรของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำให้ต้องเติมสารเพิ่มเสถียรภาพและโปรโมเตอร์ ไอออนของทองแดงที่เกิดขึ้นระหว่างการกัดจะล้อมรอบด้วยไอออนซัลเฟต ซึ่งช่วยให้เกิดการสร้างผลึกและการกู้คืนทองแดง กระบวนการกัดนี้โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 40°C อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะทำให้ปฏิกิริยาช้าลง ในขณะที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะส่งผลต่อปัจจัยในการกัด ความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะตั้งไว้ที่ 5-10% และความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกที่ 10% ความเข้มข้นของทองแดงในสารละลายกัดจะเพิ่มขึ้นเมื่อการกัดดำเนินไป โดยปกติจะจำกัดให้ต่ำกว่า 50 กรัม/ลิตร เมื่อความเข้มข้นของทองแดงเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะลดลง ทำให้การควบคุมไอออนของทองแดงเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในสารละลายกัดไมโคร

ข้อเสียของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ได้แก่ ประสิทธิภาพของสารทำให้เสถียรต่ำ ซึ่งอาจทำให้พันธะอีพอกซีแตกที่อุณหภูมิสูง และผลเร่งปฏิกิริยาของทองแดงที่มีประจุไฟฟ้า 2 ตัวที่ผลิตโมเลกุลน้ำและออกซิเจน เพื่อป้องกันการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ จำเป็นต้องเติมสารทำให้เสถียรลงในสารละลาย ความไม่เสถียรของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เกิดจากการผลิตอนุมูลอิสระซึ่งเร่งปฏิกิริยาลูกโซ่ สารทำให้เสถียรช่วยทำให้อนุมูลอิสระเป็นกลาง โดยยับยั้งปฏิกิริยาการสลายตัว

ปัจจัยการกัด PCB และความถี่ในการทดสอบ

ก่อนที่จะทำการแกะสลัก PCB จำเป็นต้องกำหนดปัจจัยการแกะสลักและความถี่ในการทดสอบ

ปัจจัยการกัดกร่อน

ปัจจัยการกัดหมายถึงปริมาณของพื้นผิวที่สารกัดใช้ระหว่างกระบวนการกัด ขนาดของปัจจัยการกัดมีผลกระทบอย่างมากต่อผลลัพธ์การกัด ซึ่งต้องมีการทดสอบและควบคุม โดยทั่วไป ปัจจัยการกัดจะอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 0.3 หากปัจจัยการกัดมีขนาดใหญ่เกินไป กระบวนการกัดอาจรุนแรงเกินไป ซึ่งอาจสร้างความเสียหายให้กับ PCB ได้ หากปัจจัยการกัดมีขนาดเล็กเกินไป การเคลือบอาจไม่สามารถขจัดออกได้หมด ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อคุณภาพของแผงวงจร

ความถี่ในการทดสอบ

ความถี่ในการทดสอบหมายถึงความถี่ในการสุ่มตัวอย่างข้อมูลและการทดสอบระหว่างกระบวนการแกะสลัก ควรปรับความถี่ในการทดสอบตามสภาวะเฉพาะ สำหรับการผลิต PCB ทั่วไป สามารถเลือกความถี่ในการทดสอบที่ 100-1000Hz ได้ ความถี่ที่ต่ำเกินไปอาจส่งผลให้การสุ่มตัวอย่างข้อมูลไม่แม่นยำ ทำให้ยากต่อการตรวจสอบกระบวนการแกะสลัก ในทางกลับกัน ความถี่ที่สูงเกินไปอาจเพิ่มต้นทุนการผลิต แต่สำหรับการผลิต PCB ที่มีความแม่นยำสูง สามารถเพิ่มความถี่ในการทดสอบได้อย่างเหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าผลการแกะสลักมีความแม่นยำ