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PCB氯化铁蚀刻剂研究

在印制电路板制造工业中,氯化铁蚀刻剂被广泛地应用于印制和蚀刻过程中。氯化铁可能是最早和使用最普遍的蚀刻剂,它通常是以结晶的形式存在的。这种结晶体在水中电离,达到理想的溶液浓度。通常每升水中溶解500g 氯化铁。

  由于氯化铁具有很高的蚀刻速度和榕解铜的能力,它应用于网印油墨、光阻(干膜和湿膜)和镀金板。氧化铁蚀刻剂与锡互不相融,因而它不适用于镀锡或锡-铅的印制电路板。
  1、化学性质
  铜被+3 价铁离子氧化,生成氧化亚铜(CuCI) (绿色) ,如方程(1)所示。CuCI 随后又被氧化为氯化铜(CuCl2 ) ,如方程(2 )所示
  Cu + FeCI3---> FeCl 2 + CuCI
  FeCI) + CuCl --->FeCl 2 + CuCl2
  CuCl2 + Cu --->2CuCl
  事实上,当溶液中溶解的铜达到8oz/USgalΘ(60g/l) 以上时,蚀刻时间会比理想的长。然而,如果能够尽可能地延长蚀刻时间,氯化铁可以溶解的铜可达到120 g/l。为了提高铜的溶解能力并稍微缩短蚀刻时间,当铜达到80g/1 时,加入盐酸(为蚀刻剂量的10% )。酸可以帮助控制过多的沉淀生成。
  为了检测结果,了解铜在蚀刻过程中的确切浓度,可以进行这样一个化学分析:将洛液的颜色与已知铜含量的溶液颜色进行比较,通过这种比色的方法观察溶液颜色的变化来测量铜的含量,这种方法虽然不太精确但是很实用。在蚀刻温度为20 - 45 :时,每蚀刻1kg 铜平均要消耗5.1kg氯化铁。
  遗憾的是,氧化铁在自然条件下具有腐蚀性,会形成黑斑点,而且很难回收再利用。如果用锡钎焊或锡作为保护膜,就会起到很好的防腐作用。
  2. FeCI3蚀刻溶液的组成
  1) FeCI3:->450~500g/lΘ
  2) 比重:->1.35~1.4
  3) 铜溶解度:->120g/1
  4) 盐酸( HCl):->10ml/l
  5) 温度:->20~45
  6) 消泡剂:->3ml/l
  3、过程控制与再生
  氯化铁溶液几乎不可能再生,而且即使再生其花费也是非常昂贵的。只能根据需要从氯化铁中把氯化铜分离出来。将氯气(C12 )通人蚀刻后的FeCI) 蚀刻剂中,就可以把铜从榕被中还原析出。加入氯化镀,并冷却到一定的温度,就可以结晶出氯化双盐(CuC12 ? 2NH4 Cl . H 2 0) 和氯化镀的棍合物。
  氯化铁蚀刻剂中氯化铁的含量占溶液的28% -42%,这种榕液的比重是1.353 - 1.402 。它提供了非常宽的浓度范围但是应用最广泛的是35%的氯化铁溶液。氯化铁溶液发生水解反应生成游离的酸,其水解反应的公式如下:FeCI3+ 3H20--->Fe( OH)3+3HCI。
  为了防止生成不溶于水的氢氧化铁和过量的盐酸,通常在加入时需超过常量的5% ,以防止氯化铁在水中如上面的公式那样自动水解。商品配方中也要包含润湿剂和消泡剂。在蚀刻的开始阶段,由于氯化铁的浓度高,所以溶解的铜的浓度也很高。
  随着时间的增加,溶液中的氯化铁被逐渐地消耗掉,一段时间之后,溶液必须被倒掉而更换新的溶液。当蚀刻剂垂直喷洒在铜表面,并且印制电路板来回移动时,铜的溶解会更好。铜的溶解速度取决于氯化铁的浓度、温度和搅动速度。

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