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蚀刻加工的基本原理和蚀刻加工过程中应注意的问题

文章出处:未知  责任编辑:admin  人气:   发表时间:2020-06-09  【
蚀刻加工的基本原理
 
蚀刻加工就是将需要蚀刻的金属制件浸泡在由各种化学成分组成的蚀刻溶液中,在室温或加热的情况下,经过一定时间的反应后,需要蚀刻部分的金属慢慢溶解,最终达到所需要的蚀刻深度,使金属制件表面显露出具有凹凸立体感的装饰文字或图纹。蚀刻加工的过程实际上是金属在化学溶液中的自溶解,也就是腐蚀过程。这种溶解的过程可按化学机理也可以按电化学机理进行,但由于金属蚀刻的溶液都是一般的酸、碱、电解质溶液。因此,金属的化学蚀刻应该按电化学溶解机理进行。
 
蚀刻加工的材料:蚀刻的材料可以分为金属材料和非金属材料。在这里我们所指的加工,是专对金属材料的蚀刻加工,不同的金属材料需要配专用的药水。同进主要是以不锈钢、铜、铁的蚀刻生产,类似钼等特殊稀有金属材料也可以加工。同进是高端精密蚀刻的第一品牌,拥有多条进口蚀刻生产线,和多家世界500强企业合作。免费提供金属蚀刻工艺解决方案,24小时服务。
 
 
蚀刻加工过程中应注意的问题
 
1、减少侧蚀和突沿,提高蚀刻加工系数
侧蚀产生突沿。通常印制板在蚀刻液中的时间越长,(或者使用老式的左右摇摆蚀刻机)侧蚀越严重。侧蚀严重影响印制导线的精度,严重侧蚀将使制作精细导线成为不可能。当侧蚀和突沿降低时,蚀刻系数就升高,高的蚀刻系数表示有保持细导线的能力,使蚀刻后的导线接近原图尺寸。电镀蚀刻抗蚀剂无论是锡-铅合金,锡,锡-镍合金或镍,突沿过度都会造成导线短路。因为突沿容易断裂下来,在导线的两点之间形成电的桥接。
 
2、提高板子与板子之间蚀刻加工速率的一致性
在连续的板子蚀刻中,蚀刻加工速率越一致,越能获得均匀蚀刻的板子。要达到这一要求,必须保证蚀刻液在蚀刻的全过程始终保持在最佳的蚀刻状态。这就要求选择容易再生和补偿,蚀刻速率容易控制的蚀刻液。选用能提供恒定的操作条件和对各种溶液参数能自动控制的工艺和设备。通过控制溶铜量,PH值,溶液的浓度,温度,溶液流量的均匀性(喷淋系统或喷嘴以及喷嘴的摆动)等来实现。
 
3、提高整个板子表面蚀刻加工速率的均匀性
板子上下两面以及板面上各个部位的蚀刻均匀性是由板子表面受到蚀刻剂流量的均匀性决定的。蚀刻过程中,上下板面的蚀刻速率往往不一致。一般来说,下板面的蚀刻速率高于上板面。因为上板面有溶液的堆积,减弱了蚀刻反应的进行。可以通过调整上下喷嘴的喷啉压力来解决上下板面蚀刻不均的现象。蚀刻印制板的一个普遍问题是在相同时间里使全部板面都蚀刻干净是很难做到的,板子边缘比板子中心部位蚀刻的快。采用喷淋系统并使喷嘴摆动是一个有效的措施。更进一步的改善可以通过使板中心和板边缘处的喷淋压力不同,板前沿和板后端间歇蚀刻的办法,达到整个板面的蚀刻均匀性。
 
 
蚀刻加工的最小孔径是多大?
 
蚀刻工艺并不是什么图纸都能加工,也有一定的局限性,图纸设计时注意几个基本的原理:
1.蚀刻开孔的大小=1.5*材料厚度,例如:0.2mm的厚度。开孔直径=0.2*1.5=0.3mm。  如果需要最小的孔,可以开喇叭孔,但也要看图纸结构而定。  
2.孔与孔之间的线宽与材料厚度1:1,例如,材料厚度0.2mm,留下来的线宽在0.2mm左右,当然也要看产品的整体结构,所以敬请各位工程师在设计产品时遵循基本原理,特殊情况另议。
 
 
 
蚀刻加工的精度和侧蚀问题   
 
在蚀刻加工的工艺中,除不经任何防蚀处理的整体蚀刻方法外,都必须要注意防蚀层下蚀刻的“蔓延”问题,也就是我们常说的侧腐蚀。侧腐蚀的大小直接关系到图文的精度和蚀刻线条的极限尺寸。通常把防蚀层下的水平方向的蚀刻宽度A称为侧蚀量,侧蚀量A与蚀刻深度H的比值就是侧蚀率F:F=A/H 式中:A为侧蚀刻量(mm),H为蚀刻深度(mm);F为侧蚀刻率或腐蚀因素,用以表示不同条件下侧蚀刻量与蚀刻深度之间的关系。以上有关圆弧R的大小受蚀刻深度,被蚀刻窗口的最小宽度与蚀刻深度的比值、蚀刻液的组成、蚀刻方法及材料种类等的影响较大。侧蚀刻的量决定了化学蚀刻的精度,侧蚀量越小,加工的精度越高,适用的范围就越宽,反之,加工的精度低,适用范围小。侧蚀量的大小主要受金属材料的影响,在常用的几种金属材料中,以铜的侧蚀量最小,铝的侧蚀量最大。选择更为优越的蚀刻剂,虽然蚀刻的速度提高并不明显,但的确可改善金属蚀刻加工的侧蚀量。
 
 
蚀刻加工作业
 
把药品以浇注或浸渍的方法,把需加工的露出之模具与药品相接触,而只有把露出的部分加以溶解去除之作业,所使用溶液是酸性的水溶液,把浓度稀释到能控制范围,浓度愈浓,温度愈高,蚀刻速度愈快,亦蚀刻液与加工面的接触时间愈长,蚀刻的量愈多,蚀刻后附着在模具全体的药品经水洗后,再用碱性水溶液中和,最后予以充分干燥。蚀刻完了后之模具,尚无法出货,遮蔽作业所用之涂料或胶带类须去除,也要确认蚀刻是否均匀,例如起因于焊接或模具材料之不良的蚀刻不均等,则须加以修整。
若有需要,把蚀刻面之花样被覆 (Pattern) 去除,仅留非加工面之遮蔽,再施经轻度蚀刻的酸洗作业,或实施喷砂 (Sand blast) ,把蚀刻面作成均匀有光泽的面。
 
 蚀刻 曝光
 
化学蚀刻的几种形式对比及应用
(1)静蚀刻
即将被蚀刻的板或零件浸入蚀刻液,待蚀刻一定深度后取出,水洗,然后进入下道工序。该方法只适用于少量的试验品或试验室使用。
(2)动蚀刻
A.鼓泡式(也称吹气式),即把容器内的蚀刻液用空气搅拌鼓泡(吹气)的方法进行蚀刻。
B.泼溅式,在一个容器内用泼溅的方法把蚀刻液泼在被蚀刻物体表面进行蚀刻的方法。
C.喷淋式,用一定压力将蚀刻液喷淋在被蚀刻物体的表面进行蚀刻的一种方法。该方法较为普遍,且蚀刻速度和质量较为理想。
 
 
几种不锈钢蚀刻加工材料选择
 
很多易变的因素表示侵蚀介质的特征,即化学制品和其浓度、大气状态、温度、时间,所以假如不了解介质的准确的性质,要使用材料、选择材料是难题。但是,以下可作为选择指南:
 
304型 广泛使用的材料。在建筑中能经受一般的锈蚀,可抵挡食物加工介质浸蚀(但含有浓酸和氯化物成分的高温状态可能泛起侵蚀),能抵挡有机化合物、染料和广泛的各种各样的无机化合物。304L型(低碳),耐硝酸性好,并耐用中等温度和浓度的硫酸,广泛地用作液态气体贮罐,用作低温设备(304N)、用具其它消费产品,厨房设备、病院设备、运输工具、废水处理装置。
316型  比304型含有稍多的镍,并含有2%─3%的钼,耐蚀性比304型好,特别是在倾向于引出发点侵蚀的氯化物介质中。316型已发展用作亚硫酸盐纸浆机,由于它耐用硫酸化合物。而且,它的用途已扩大到在加工产业中处理良多化学制品。
317型  含有3%—4%的钼(在这个系列中也是所得到的较高的水平),并含有比316型较多的铬,具有更高的耐点侵蚀和裂痕侵蚀机能。
430型  比304型合金含量低,用作在温顺的大气中高抛光装饰用途,也可用作硝酸和食物加工设备。
410型  在三种一般化用途的不锈钢中具有最低的合金含量,需要强度和耐蚀性配合的高承力部件选用,例如坚固件。410型在温顺的大气中、水气中和很多缓和的化学产品介质中耐蚀。
2205型  比304型和316型优胜,由于他对氯化物应力侵蚀裂纹具有高的抵挡力,并具有大约两倍的强度。316不锈钢板、316不锈钢管、316不锈钢带。
 
304蚀刻不锈钢材质 H-TA 是什么意思?是指蚀刻不锈钢的平整度要求。H 代表硬度,日本进口的最少在370以上,TA是代表去应力处理,就是在生产过程中多了一个退火处理。TA = TENSION ANNEALED FINISH,是日金自家制,平整度有要求的材料。例如:SUS304-CSP-H 无相关平整度要求,SUS304CSP-H -TA 有平整度要求。
 
 
蚀刻技术
利用对金属表面的侵蚀作用,从金属表面去除金属的处理技术。
(1) 电解蚀刻 (electrolytic etching)用母模作导电性阴极,以电解液作媒介,对加工部分,集中实施蚀刻的侵蚀去除法。
(2) 化学蚀刻 (chemical etching)利用耐药品被膜,把蚀刻侵蚀去除,作用集中于所要部位的方法。
照相蚀刻技术 (photo-etching process)在金属表面全面均匀形成层状的感旋光性耐药品被膜 (photo resist) ,而透过原图底片,用紫外线等曝光,后施以显像处理,来形成所要形状的耐药品被膜之被覆层,再以蚀刻浴的酸液或碱液,对露出部产生化学或电化学侵蚀作用,来溶解金属的加工技术。
(3) 化学蚀刻技术之特性
•  不需要电极、母型 (master) 等工具,故无需此等工具之维护费。
•  由规划到生产间所需时间短,可作短期加工。
•  材料之物理、机械性质不受加工影响。
•  加工不受形状、面积、重量之限制。
•  加工不受硬度、脆性之限制。
•  能对所有金属 ( 铁、不锈钢、铝合金、铜合金、镍合金、钛、史泰勒合金 ) 实施加工。
•  可高精度加工。
•  可施复杂、不规则、不连续之设计加工。
•  面积大,加工效率良好,但小面积时,其效率比机机械加工差。
•  水平向之切削易得高精度,但深度、垂直方向不易得到同机机械加工之精度。
•  被加工物之组成组织宜均匀,对不均质材,不易加工顺利。
 
化学蚀刻不可用于加工窄而深的凹槽
 
这是因为在化学蚀刻反应所产生的汽泡会集聚在防蚀层边缘的下面,而这些被堵在防蚀层下面的气泡事实上起了把金属表面与腐蚀剂隔开的作用。以致造成一种非常不规则的腐蚀,形成很不整齐的边缘,这对于深度较大的加工是一件麻烦事。虽然一些性能不错的防蚀材料较软,易于使气泡排出,对于这种加工到一定深度后,即使采用机械搅拌的方法也不足以使防蚀层边缘的气泡完全排出,但当加工到一定深度后,即使采用机模搅拌的方法也不足以使防蚀层边缘的气泡完全排出。对于这种加工最有效的方法就是采用比较费时的手工方法把图形边缘的防蚀层修平。另一种可能的原因就是腐蚀液表面张力的作用,这种情况同样也会在窄或小半径的表面造成腐蚀不能的情况,对于深度较大的凹槽加工要求宽度不低于4mm,对于深度不大的凹槽或圆孔要求宽度或半径不小于深度的1.5倍。
 
 
蚀刻加工中的酸碱对工作人员的危害及救治
 
1、盐酸对工作人员的危害及救治
高浓度的盐酸对鼻黏膜和结膜有刺激作用,会出现角膜浑浊、嘶哑、窒息感、胸痛、鼻炎、咳嗽、有时痰中带血。盐酸雾可导致眼睑部能皮肤剧烈疼痛。如发生事故,应立即将受伤者移到新鲜空气处输氧,清洗眼睛和鼻,并用2%的苏打水漱口。浓盐酸溅到皮肤上,应立即用大量的清水冲洗5-10min,在烧伤的表面涂上苏打浆。严重者应立即送医院治疗。盐酸在空气中最高的容许浓度为5mg/m3。
 
2、H3PO4对工作人员的危害及救治
H3PO4蒸气能引起鼻黏膜萎缩,对皮肤有相当强的腐蚀作用,能引起皮肤炎症疾患及肌肉损伤,甚至造成全身中毒现象。H3PO4在空气中最高容许量为1mg/m3。在工作中如不慎接触皮肤,应立即用大量的清水冲洗,把H3PO4洗尽后,一般可以用红汞或龙胆紫溶液涂抹于患处,严重时应送医院治疗。
 
 
湿式蚀刻加工技术
 
最早的蚀刻加工技术是利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光阻覆盖的部分,而达到蚀刻加工的目的,这种蚀刻方式也就是所谓的湿式蚀刻。因为湿式蚀刻是利用化学反应来进行薄膜的去除,而化学反应本身不具方向性,因此湿式蚀刻过程为等向性,一般而言此方式不足以定义3微米以下的线宽,但对于3微米以上的线宽定义湿式蚀刻仍然为一可选择采用的技术。
 
湿式蚀刻之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的蚀刻选择比等优点。但相对于干式蚀刻,除了无法定义较细的线宽外,湿式蚀刻仍有以下的缺点:1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水;2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题;3) 光阻附着性问题;4) 气泡形成及化学蚀刻液无法完全与晶圆表面接触所造成的不完全及不均匀的蚀刻;5) 废气及潜在的爆炸性。
 
湿式蚀刻过程可分为三个步骤:1) 化学蚀刻液扩散至待蚀刻材料之表面;2) 蚀刻液与待蚀刻材料发生化学反应; 3) 反应后之产物从蚀刻材料之表面扩散至溶液中,并随溶液排出。三个步骤中进行最慢者为速率控制步骤,也就是说该步骤的反应速率即为整个反应之速率。
 
大部份的蚀刻过程包含了一个或多个化学反应步骤,各种形态的反应都有可能发生,但常遇到的反应是将待蚀刻层表面先予以氧化,再将此氧化层溶解,并随溶液排出,如此反复进行以达到蚀刻的效果。如蚀刻硅、铝时即是利用此种化学反应方式。
 
湿式蚀刻的速率通常可藉由改变溶液浓度及温度予以控制。溶液浓度可改变反应物质到达及离开待蚀刻物表面的速率,一般而言,当溶液浓度增加时,蚀刻速率将会提高。而提高溶液温度可加速化学反应速率,进而加速蚀刻速率。
 
除了溶液的选用外,选择适用的屏蔽物质亦是十分重要的,它必须与待蚀刻材料表面有很好的附着性、并能承受蚀刻溶液的侵蚀且稳定而不变质。而光阻通常是一个很好的屏蔽材料,且由于其图案转印步骤简单,因此常被使用。但使用光阻作为屏蔽材料时也会发生边缘剥离或龟裂的情形。边缘剥离乃由于蚀刻溶液的侵蚀,造成光阻与基材间的黏着性变差所致。解决的方法则可使用黏着促进剂来增加光阻与基材间的黏着性,如Hexamethyl-disilazane (HMDS)。龟裂则是因为光阻与基材间的应力差异太大,减缓龟裂的方法可利用较具弹性的屏蔽材质来吸收两者间的应力差。
 
蚀刻化学反应过程中所产生的气泡常会造成蚀刻的不均匀性,气泡留滞于基材上阻止了蚀刻溶液与待蚀刻物表面的接触,将使得蚀刻速率变慢或停滞,直到气泡离开基材表面。因此在这种情况下会在溶液中加入一些催化剂增进蚀刻溶液与待蚀刻物表面的接触,并在蚀刻过程中予于搅动以加速气泡的脱离。
 
 二次元检测蚀刻片精度
 
 不锈钢蚀刻加工预处理
 
不锈钢蚀刻的预处理主要是指不锈钢的清洁处理,使不锈钢有一个洁净的表面有利于防蚀层的制作。不锈钢不同于铜或铝合金,在空气中不易氧化,所以经清洁后不需要进行钝化处理,这就使得不锈钢的预处理比铜和铝合金要简单得多。同时,不锈钢在碱性溶液中有很高的稳定性,可以采用较强的碱性溶液进行清洁处理。在不锈钢的清洁处理中,可采用碱性清洁配方,也可采用酸性清洁配方,不锈钢蚀刻的预处理详细工艺流程:工件验收→装挂→化学除油→二级流动水洗→酸洗→三级流动水洗→除油效果在线检查→干燥→下挂→转防蚀层制作
 
 
不锈钢蚀刻加工过程中的注意事项
 
加工区:不锈钢件的加工区域应相对固定。不锈钢蚀刻加工区的平台应采取隔离措施,如铺上橡胶垫等。不锈钢蚀刻加工区应避免对不锈钢件的损伤与污染。
下料:不锈钢件的下料采用剪切或等离子切割,锯切等。
机械加工:不锈钢件在车、铣等机械加工时也应注意防护,作业完成时应清洗干净工件表面的油污、铁屑等杂物。
成型加工:在卷板、折弯过程中,应采取有效措施避免造成不锈钢件表面划伤和折痕。
 蚀刻产品全检包装出货
 
蚀刻加工的厚度范围
 
一般来说,金属蚀刻加工的范围在0.02-1.5mm之间,大于1.5的材料厚度,蚀刻加工的时间非常长,成本非常高,不建议用蚀刻加工工艺,可选冲压,线切割或激光。但如果有半刻要求的,就需要用蚀刻加工工艺了!
蚀刻加工比冲压工艺产能大,效率要高,且研发周期短,调整速度快,最大特点是:可以半刻,可以在同一张材料上做出高低不同的效果,用途最多的是LOGO和各种花纹精美的图案,这是冲压工艺达不到的效果!

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