Was sind PCB-Ätztechniken?

Das Ätzen von Leiterplatten ist eine Technik zum Entfernen unerwünschter Materialien von der Oberfläche. Als Teil des Leiterplattenherstellungsprozesses entfernt das Ätzen das überschüssige Kupfer von der Kupferschicht und hinterlässt die gewünschte Schaltung darauf. Es gibt zwei Arten von PCB-Ätztechniken: Nassätzen und Trockenätzen.

PCB-Ätzverfahren – Nassätzen

Nassätzen bezieht sich auf chemisches Ätzen und verwendet zwei Arten von Chemikalien: saure Chemikalien und alkalische Chemikalien.

Säureätzung

Beim sauren PCB-Ätzverfahren sind die verwendeten Ätzmittel Eisenchlorid (FeCl₃) und Kupferchlorid (CuCl₂). Das Ätzen mit Säure dient häufig zum Ätzen der Innenschicht in einer starren Leiterplatte. Der Grund dafür ist, dass das saure Ätzen genauer und billiger ist als das alkalische. Das saure Lösungsmittel reagiert nicht mit dem Photoresist und beschädigt das gewünschte Teil nicht. Außerdem hat dieses Verfahren die kleinsten Hinterschnitte, das sind die Teile des Kupfers, die unter dem Fotolack entfernt wurden. Das saure Ätzen ist jedoch viel zeitaufwändiger als das alkalische Ätzen.

Kupferchlorid (CuCl₂) ist ein häufigeres Ätzmittel als Eisenchlorid (FeCl₃), da es eine konstante Ätzrate bietet und weniger kostspielig ist. Außerdem kann es kleine Merkmale wie feine Linien-Innenschichten korrekt ätzen und kontinuierlich recyceln und regenerieren. Kupferchlorid in Kombination mit Natriumchlorid (NaCl) ist eine der Methoden, um die maximale Ätzrate zu erreichen. Zu den chemischen Reaktionen gehören:

Cu + CuCl₂  2CuCl

2CuCl + 4Cl^-  2(CuCl₃)^2-

2CuCl + 2HCl + H₂O₂ 2CuCl₂ + 2H₂O

Im Gegensatz zu Kupferchlorid ist Eisenchlorid (FeCl₃) ist ein Ätzmittel mit begrenzte Verwendung aufgrund der kostspieligen Entsorgung nach PCB-Ätztechniken. Aufgrund seiner Fähigkeit, Kupfer zurückzuhalten, ist es jedoch ein bevorzugtes Sprühätzmittel.

Alkalisches Ätzen

Beim alkalischen Ätzen wird die unerwünschte Kupferschicht im Schaltungsmuster unter alkalischen Bedingungen chemisch entfernt. Alkalisches Ätzen ist zum Ätzen der Schaltungsmuster der äußeren Schicht mit Blei/Zinn-Beschichtung, Nickel-Beschichtung, Gold-Beschichtung usw. geeignet. Das alkalische Ätzmittel ist die Zusammensetzung Kupferchlorid + Ammoniak. Das [Cu(NH₃)₄]²⁺Cl₂ in der Ätzlösung befindet sich ein starkes Oxidationsmittel, das mit dem Metall Kupfer reagiert und es auflöst. Der gesamte PCB-Ätzprozess wird in einer Hochdruck-Sprühkammer durchgeführt, daher einige Schlüsselparameter wie Temperatur, pH-Wert und Cu-Konzentration²⁺ und NH₄Cl in diesem Prozess muss berücksichtigt werden. Die Reaktionstemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 48 und 52 . Zu den chemischen Reaktionen gehören:

CuCl₂ + 4NH₃  [Cu (NH₃)₄]²⁺Cl₂

Cu + [Cu(NH₃)₄]²⁺Cl₂  2 [Cu (NH₃)₂]⁺Cl

2 [Cu (NH₃)₂]⁺Cl + 2NH₄Cl + 2NH₃ H₂O + o₂  2 [Cu (NH₃)₄]²⁺Cl₂ + 3H₂O

Trockenätzung

Trockenes PCB-Ätzen verwendet Gas oder Plasma als Ätzmittel, um unerwünschte Substratmaterialien zu entfernen. Im Gegensatz zum Nassätzen vermeidet das Trockenätzen den Einsatz von Chemikalien und erzeugt enorme gefährliche chemische Abfälle. Gleichzeitig wird das Risiko einer Wasserverschmutzung reduziert.

Laserätzen

Das Laserätzen ist eines der Trockenätzverfahren, bei dem computergesteuerte Hardware zur Herstellung hochwertiger Leiterplatten verwendet wird. Die Leiterbahnen auf dem Leiterplattensubstrat werden durch eine im Laserstrahl enthaltene hohe Leistung eingraviert. Dann ätzt der Computer die unerwünschten Kupferspuren weg. Im Vergleich zu anderen Nassätztechniken für Leiterplatten reduziert das Laserätzen die Anzahl der Schritte erheblich, wodurch sowohl die Produktionskosten als auch die Produktionszeit gesenkt werden.

Plasmaätzen

Plasmaätzen ist eine andere Trockenätztechnik, die entwickelt wurde, um die Entsorgung flüssiger Abfälle im Herstellungsprozess zu verringern und realisieren eine Selektivität, die mit Nasschemie schwer zu erreichen ist. Es ist ein selektives Ätzen, das mit chemisch aktiven freien Radikalen reagiert. Es umfasst auch das Richten des Hochgeschwindigkeits-Plasmastroms einer geeigneten Gasmischung auf das geätzte Material. Im Vergleich zu Nassätzverfahren ist das Plasmaätzen sauber. Außerdem kann der gesamte Prozess vereinfacht werden und Maßtoleranzen können verbessert werden. Das Plasma-PCB-Ätzen kann ein kontrolliertes und präzises Ätzen in sehr kleinem Maßstab durchführen. Dieses spezielle Verfahren reduziert auch das Auftreten von verschmutzten Durchkontaktierungen und die Lösungsmittelaufnahme.

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