龔永林

（上?！队≈齐娐沸畔ⅰ冯s志社，上海 201108）

0 引言

接2023 年4 期《印制板加工流程》介紹，對印制電路板（printed circuit board，PCB）工藝過程進行具體闡述。

PCB 制造自確立以覆銅板（copper clad laminate，CCL）蝕刻形成線路的減成法工藝以來，其基本工藝流程沒變，可稱之為典型工藝。隨著時代發(fā)展，其具體的材料、設(shè)備和方法等有所改變。本文介紹線路圖形轉(zhuǎn)移形成工藝，其過程為線路圖形原圖→照相底版→網(wǎng)版印刷或曝光顯影→蝕刻線路形成。

1 PCB原圖繪制

設(shè)計師將電路原理圖轉(zhuǎn)化成PCB 線路圖，勾畫出PCB 尺寸、安裝所有元器件安裝位置、電子元器件間連接導(dǎo)線路徑及連接盤的草圖。草圖首先在有坐標網(wǎng)格的紙或聚酯薄膜上完成，然后由繪圖員繪制精準的照相用原圖。

原圖繪制技術(shù)經(jīng)歷了以下發(fā)展階段：20 世紀70年代中期以前，為手工繪圖；20世紀70年代中期至20 世紀80 年代初，先為貼圖，后為程控刻圖；20 世紀80 年代中期以后，為計算機控制光繪圖。

1.1 手工繪圖

PCB 設(shè)計師將電路原理圖轉(zhuǎn)化成線路布設(shè)圖（如圖1 所示），繪制在繪圖紙上（草圖），并標注相關(guān)尺寸要求，如板子外形尺寸、基準孔與安裝孔位置及各種孔徑尺寸等。制造商按草圖繪制出PCB制版原圖，手工繪制，按比例放大圖樣（2∶1 或更大）；采用150～300 g白色銅版紙（通常為200 g）或道林紙，上面印有淺藍色網(wǎng)格；先用鉛筆按照線路布設(shè)圖在白版紙上打樣，再用毛筆和墨汁描繪出線路。毛筆選用粗細大小不同類型，所用黑墨是沒有反光和龜裂的高級松煙墨或油煙墨研磨所得，不可用墨汁（有反光）或繪圖墨水（黑度不夠），修改用白色的廣告顏料。手工繪圖對于繪圖員需要相當高的技能要求，完成一張黑白稿要花費很長時間。雙面板繪制是在一面完成后，對需打孔圓點用圓規(guī)針戳孔，成為公共圓心，在另一面繪制出線路圖形。手工繪制原圖也稱黑白稿。

1.2 貼圖

隨著社會的發(fā)展與進步，手工繪圖變?yōu)橘N圖，即用粘貼紙拼貼成圖形。貼圖所用的材料經(jīng)過商品化后包括有各種寬度（0.2～10.0 mm）的成卷膠帶，各種直徑的圓盤（1.0～6.0 mm）及各種貼圖符號等（如圖2 所示），均為不透明與無反光的紅色或黑色的單面粘貼材料。

單面的貼圖過程是用透明聚酯薄膜（Mylar）覆蓋并固定在標準坐標格的聚酯膜上，再選擇預(yù)制的不同形狀連接盤和不同貼圖符號以及不同寬度膠帶，在聚酯薄膜上貼出需要的線路圖形。貼圖尺寸通常按比例放大（如2∶1 等），如圖3所示。

圖3 PCB貼圖

雙面或多層板的貼圖過程是先貼一張透明聚酯薄膜的共用圓盤（孔點）圖，再在其上覆透明聚酯薄膜貼出各層線路圖。各層圓盤圖需以同一張為基準，以確保多層重合一致。

1.3 刻圖與光繪

20 世紀70 年代，數(shù)字控制自動繪圖儀已應(yīng)用在工程制圖中。XY 繪圖機曾用于PCB 原圖繪制中，因繪圖筆和繪圖墨水的問題，它只能繪制出PCB 草圖。后來，人們對繪圖儀的工具進行了改進，即用刻刀在紅膜（紅色膜覆蓋在聚酯膜上的薄膜，經(jīng)刀刻后可以剝離部分紅色膜，留下所需圖形）上刻出圖形。由于當時的數(shù)控程序編制和刻膜速度較慢、耗時長，因此它主要用于刻制圓盤圖，即將紅膜圓盤圖用作線路貼圖時的基準，并與數(shù)控程序一起成為開制沖孔模具與電氣檢查夾具的工具。

自動繪圖機的發(fā)展產(chǎn)生了光學(xué)自動繪圖機（光繪機）。它采用光束代替繪圖筆，照相底片成為圖形載體，由紙帶或磁帶輸入數(shù)控程序移動光束掃描照相底片，被曝光再顯影成像直接得到PCB 照相底版。光繪機初期的光源并非激光，掃描速度較慢，但可免去了PCB原圖制作的繁瑣。

1.4 圖形設(shè)計的基本要求

為確保PCB 設(shè)計的可制造性，應(yīng)根據(jù)自身的生產(chǎn)能力來設(shè)計相應(yīng)的PCB。如PCB 外形優(yōu)選矩形，以有利于加工和基板利用率；線路圖形與板邊緣之間應(yīng)留有間隔（工藝區(qū)），間隔不小于2.5 mm，后改為不小于板厚（1.5 mm）；最小線寬/線距從1.0/1.0 mm逐漸減少到約0.2/0.2 mm。圖形的合理性也在實踐中得到逐步改進，部分已成為經(jīng)典，如圖4所示。部分設(shè)計原則延用至今。

圖4 合理性設(shè)計的典型圖形

2 照相底版制作

PCB 制造用照相底版是圖形轉(zhuǎn)移的工具。照相底版的制作方法是采用照相機對原圖（黑白稿）拍攝，照相底片經(jīng)曝光、顯影和定影成型。

2.1 設(shè)備和材料

照相光學(xué)原理與日常拍照相同，只是拍攝PCB 原圖尺寸較大。要求必須以精確的尺寸比例對原稿進行放大拍攝或縮小拍攝；圖像黑白分明，采用專業(yè)的工業(yè)制版照相機和照相底片。

制版照相機按結(jié)構(gòu)形狀，可分為臥式和立式；按成像面積大小，可分為全開、對開和四開（440 mm×590 mm）等。臥式制版照相機結(jié)構(gòu)和實樣如圖5 和圖6 所示，主要由放置原稿的原稿架、固定鏡頭的鏡箱、調(diào)整焦距可伸縮皮腔暗箱以及與暗箱連在一起的放置感光片的暗盒等組成，并在共同的底架上保持垂直，原稿架與鏡頭能沿導(dǎo)軌前后移動，調(diào)整焦距選定拍攝尺寸，兩側(cè)有燈光照射，光源是炭精燈、鏑燈或碘鎢燈，有足夠強的亮度。

圖5 臥式制版照相機結(jié)構(gòu)

圖6 臥式制版照相機實樣

照相底片為銀鹽感光片，其剖面如圖7 所示，主要由片基、乳劑層、防光暈層、保護層等構(gòu)成。其中：片基是支持基體，為透明玻璃板或塑料片；乳劑層是明膠加銀鹽和色素組成，銀鹽為感光乳劑的主要成分，其受光照射能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)；明膠的作用使銀鹽分布均勻并與片基結(jié)合，形成穩(wěn)定的乳劑；色素的作用是增加乳劑的色感；防光暈層的作用是防止光照反射產(chǎn)生虛影，其在顯影定影過程中被褪去；保護層是透明明膠，防止乳劑層被擦損。

圖7 照相底片剖面

照相底版制作在暗房內(nèi)進行，照片顯影定影操作初期是放在搪瓷盆或塑料盤中由人工搬動完成，再在房間內(nèi)將照相底版掛吊晾干。到20世紀80年代中期，隨著光繪機和顯影與定影機器的出現(xiàn)，PCB原圖與照相底版制作從手工改為了機器操作。

2.2 玻璃基片照相底版

在20世紀70年代前，照相底版的基片采用從商店購買的平板玻璃，厚為2～3 mm，并將其切割成約300 mm×350 mm 的玻璃板，要求平整光滑、無氣泡和疵點。首先，配制蛋白膠（蛋白片蒸制液或蛋清液）、碘棉膠（棉膠液和碘劑所組成的混合液）、銀鹽水（硝酸銀溶液）；然后，在清洗干凈的玻璃板面澆上蛋白膠，置于干燥室內(nèi)晾干；最后，在暗室（紅光）內(nèi)澆制碘棉膠于玻璃板上，待少許干后浸入銀鹽水中，完全被銀水浸潤即取出晾干，完成照相底片制作。

在制版照相機的原稿架裝上PCB 原圖；裝感光片處毛玻璃上進行對光和校正尺寸，再裝上照相底片進行拍攝曝光。拍攝后立刻顯影，顯影液（硫酸亞鐵、冰醋酸、酒精和水溶液）澆灑板面后用水沖洗后定影。定影液（大蘇打水溶液）澆灑板面，再次用水洗凈。定影后底版黑度與密度還達不到感光要求，需要加厚與減薄處理（加厚即增加黑度，減薄處理即除去透明部分上的殘余污斑）。最后為防止底版磨損擦傷，涂覆樹脂清漆保護層［2］。

2.3 聚酯基片照相底版

20 世紀70 年代起，國內(nèi)有了工業(yè)用聚酯基片照相底版，于是在PCB 生產(chǎn)中逐步替代玻璃基片并得到應(yīng)用。PCB 生產(chǎn)要求反差系數(shù)大，因此采用特硬感光片，如汕頭感光化學(xué)廠生產(chǎn)的“公元牌”特硬正色片。各種照相底版拍攝與顯影定影過程類似，聚酯基片照相底版制作和使用方便，一直延續(xù)至今。到20世紀80年代，進口聚酯基片照相底版基本擠掉了國產(chǎn)膠片市場。

2.4 生產(chǎn)用照相底版拼制

拍攝所得PCB 照相底版基本為單塊板（單元板），為提高生產(chǎn)效率，將多塊小尺寸單元板拼成一大塊在制板。含多個單元板的在制板照相底版制作，早期是由手工拼接，剪貼單元板照相底版在一張聚酯膜上，再拷貝成一張在制板用照相底版（生產(chǎn)底版）。后來，進口了一種分步連續(xù)拷貝照相設(shè)備（連拷機），則按程序輸出在制板的照相底版。根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，照相底版有正片與負片的區(qū)別，如圖8 所示。正片與負片的轉(zhuǎn)換是通過拷貝機（曝光機）翻拍而成。

照相底版制作和保管的環(huán)境條件對其品質(zhì)影響很大。玻璃基片照相底版時期，沒有室內(nèi)溫濕度和潔凈度的控制，除了避光條件外，就是普通的室內(nèi)環(huán)境。到聚酯基片照相底版時期，制版室內(nèi)有了溫濕度控制，但沒有空氣凈化裝置，其完成的照相底版都需要進行修版，即用筆或刀對線路上的針孔、麻點進行修正。

3 網(wǎng)版印刷成像

3.1 鋅板制網(wǎng)版和手工印刷

在20世紀70年代前，PCB 的抗蝕圖形是借鑒印刷技術(shù)由網(wǎng)版印刷形成，此時稱“印刷線路板”名副其實。網(wǎng)版印刷工藝有兩大步驟，即網(wǎng)版制作和圖形印刷，當時完全是作坊式生產(chǎn)。

網(wǎng)版制作首先需繃網(wǎng)，采用的是約400 mm×500 mm 木質(zhì)網(wǎng)框，僅憑手力拉伸180 目尼龍絲網(wǎng)貼合固定在網(wǎng)框上。網(wǎng)版圖形是由鋅板噴漆翻制而成的。采用1.0 mm 厚的鋅板，涂上骨膠感光膠（骨膠加重鉻酸銨與水），烘干后鋅板貼合照相底版曝光，經(jīng)流水沖洗顯影在鋅板上形成線路圖形；對鋅板進行蝕刻（硝酸與鹽酸蝕刻液），得到深度約0.05 mm 的凹槽圖形；鋅板凹槽圖形用紗布均勻擦拭凡士林（起脫膜作用），向鋅板噴漆填滿凹槽，烘干后用刀片與砂紙去除部分漆膜（即線路圖形部分）。之后，把鋅板圖形與網(wǎng)框中絲網(wǎng)緊貼，用細軟布蘸香焦水輕擦絲網(wǎng)透到漆膜，使凹槽漆膜軟化后印透到絲網(wǎng)上，漆膜與鋅板分離完成圖形轉(zhuǎn)移。

手工印刷過程是把網(wǎng)框固定在印刷臺上，如圖9 所示。固定基板在印刷臺面位置，即可手握刮板進行印刷。印刷壓力和速度全靠操作者掌控，完成印刷的板子插在木制擱板上自然干燥。印刷圖形所用的耐酸抗蝕涂料為瀝青油墨（瀝青加汽油或煤油），也可用優(yōu)質(zhì)瀝青與白厚漆加松節(jié)油與汽油混合，抗蝕油墨均為自制。印刷刮板用富有彈性的8 mm厚耐油橡膠固定在兩塊木板之間。

3.2 感光膜制網(wǎng)版和印刷

20 世紀70 年代后，在印刷行業(yè)有一種制作印刷網(wǎng)版圖形的感光膜，采用感光膜制作印刷網(wǎng)版圖形，淘汰了鋅板制網(wǎng)版圖形工藝。先出現(xiàn)的材料稱為“碳素紙”，在結(jié)實的紙張一面涂有明膠，使用時先在重鉻酸銨溶液中浸數(shù)分鐘，覆蓋照相底版曝光后顯影出線路圖形，再壓貼到絲網(wǎng)上。后來，感光膜是以聚酯薄膜為載體，涂覆有一層光敏聚合物，在覆蓋照相底版曝光后顯影出線路圖形，壓貼到絲網(wǎng)上，撕去載體聚酯薄膜即完成網(wǎng)版圖形，現(xiàn)稱“間接法制網(wǎng)版”。隨著絲網(wǎng)和網(wǎng)框材料的改變，尼龍絲網(wǎng)改用滌綸絲網(wǎng)，木框架改為金屬框架，鋼材框架又改為鋁合金框架。同時，繃網(wǎng)也從手工進入機械化，靠絲杠或氣動產(chǎn)生拉力繃緊絲網(wǎng)粘貼在框架上。

20 世紀80 年代后，采用“直接法制網(wǎng)版”，將液態(tài)感光膠直接涂布在網(wǎng)版絲網(wǎng)上，達到數(shù)微米厚膠膜，再覆上照相底版曝光，以及顯影、固膜，完成網(wǎng)版圖形制作，得到的網(wǎng)版圖形精度高，印刷次數(shù)多。

20 世紀80 年代中期，印刷機逐步取代了手工印刷臺。印刷機按自動化程度，可分為：1/4 自動印刷機（如圖10 所示），機器功能為自動上下升降網(wǎng)框或臺面和刮板印刷，每印刷一塊板都需由人送板、啟動印刷開關(guān)和取板；半（1/2）自動印刷機，由人工送板、定位、啟動印刷開關(guān)，機器自動印刷和送出板子。

圖10 網(wǎng)版印刷機

20 世紀80 年代中期，應(yīng)用全自動印刷機是從放板、定位、印刷到取板全部由機器完成，再連接紫外線（ultraviolet，UV）固化爐及后續(xù)工序設(shè)備，則成自動化印刷生產(chǎn)線。

抗蝕油墨最早是自制的瀝青油墨，印刷性差，并且需用有機溶劑去除油墨，后來改成堿溶性油墨。其主要成分為特級松香、酚醛樹脂清漆、白厚漆、鈦白粉及鈦青藍調(diào)色劑。以松節(jié)油為溶劑，可以自然干燥或烘干。另外，自制阻焊油墨和文字油墨，主要成分都是醇酸樹脂清漆、氨基樹脂清漆。綠色阻焊油墨添加了鈦菁綠氨基漿料，白色文字油墨添加了鈦白粉，都以松節(jié)油為溶劑，屬熱固化型。

20 世紀80 年代以后，各種進口油墨逐步替代了自制油墨。大多是紫外光固化型，其固化時間短，有利于機械化連續(xù)生產(chǎn)。當時，阻焊圖形也是網(wǎng)版印刷直接成像固化，過程簡單，并非全面涂覆板面后光致成像。直接印刷阻焊圖形也是加成技術(shù)，與現(xiàn)行噴墨打印的差別僅為前者是網(wǎng)版印刷，后者是噴墨印刷。

4 光致成像

PCB制造中還有一種光致成像圖形轉(zhuǎn)移工藝，可加工出比網(wǎng)版印刷更細小的線路圖形。PCB 抗蝕圖形形成方法是涂覆光致抗蝕劑（感光膠），經(jīng)曝光、顯影形成抗蝕圖形。

4.1 液態(tài)光致成像

在20 世紀60 年代和70 年代期間，光致成像的抗蝕膜是由液態(tài)感光膠形成，其過程是將液態(tài)感光膠均勻地涂布于覆銅箔板上，干燥后覆蓋照相底版進行曝光，再顯影成像。

感光膠為自制，最初的蛋白感光膠由新鮮蛋清加重鉻酸銨和蒸餾水配制而成，也有用蛋白膠或骨膠加重鉻酸銨成為感光膠。后來進入大批量生產(chǎn)，感光膠是以聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）為主體加上光敏劑與著色劑配制而成。采購的聚乙烯醇有規(guī)定聚合度，呈白色顆粒物，用蒸餾水浸泡后再加熱蒸煮成透明膠體，然后分別加入十二烷基硫酸鈉水溶液和重鉻酸銨水溶液，攪拌均勻并繼續(xù)蒸煮成為淺棕色感光膠，裝入避光的容器內(nèi)待用。

CCL 面涂布感光膠采用自制的離心式上膠機（如圖11 所示）。離心式上膠機由旋轉(zhuǎn)電動機、托架和電加熱爐等構(gòu)成。電機旋轉(zhuǎn)速度、電熱板的溫度由調(diào)速、調(diào)溫開關(guān)手工調(diào)節(jié)，托架開口大小可按CCL尺寸大小調(diào)整。

圖11 離心式上膠機

（1）板面處理。已裁剪成在制板的雙面CCL浸稀硫酸去除銅氧化膜；水沖洗后，用去污粉擦洗或用木炭磨板面及水洗，再浸稀硫酸及水洗，放擱架晾干。

（2）涂感光膠。在制板水平放在離心式上膠機上，表面均勻地倒上感光膠，讓離心式上膠機逐步加速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為120～200 r/min。板面感光膜層厚度、均勻性、干燥程度全憑操作人員的經(jīng)驗控制。雙面CCL 涂膠是一面完成后翻轉(zhuǎn)過來涂布另一面。待板面不粘手后取下，取出冷卻待曝光。

（3）曝光。在制板插入已定位的照相底版內(nèi)，放入抽真空雙面曝光機內(nèi)曝光（如圖12 所示）。如用單面曝光機曝光，則一面曝光另一面用黑紙遮蓋。有時，曝光設(shè)備不夠或有故障，則將在制板覆上照相底版壓在玻璃板下，在日光燈或太陽光下進行曝光。

圖12 雙面曝光機

（4）顯影。曝光后基板浸入染色液中著色，然后取板在自來水籠頭下沖洗，或接上噴水槍沖洗，到圖形清晰為止。染色液為吸附指示劑四碘螢光素的水溶液（1～2 g/L），配制時先用少量酒精溶解四碘螢光素，再加一定量的自來水。

（5）固膜。完成顯影之基板浸入鉻酸水溶液（10%）數(shù)秒鐘，再水洗擱架烘烤。

（6）修板。檢查板面圖形，用刮刀去除殘留物，用描繪筆和黑磁漆修補麻點與缺口。再烘烤，待蝕刻。如發(fā)現(xiàn)圖形定位不正或線路嚴重缺損，則堿洗去除重做。

4.2 干膜光致成像

光致抗蝕干膜的應(yīng)用始于20 世紀末期引進美國杜邦公司RISTON 干膜時，同期進口貼膜機、曝光機和顯影機，還包括制作重氮鹽照相底版的顯影機（熏氨顯像）。簡易的杜邦貼膜機如圖13所示。同時，對作業(yè)場所的燈光、潔凈度和溫濕度有了要求，用聚酰亞胺薄膜包裹日光燈成了黃光室，裝備了空調(diào)設(shè)備，以達到溫濕度控制。起初還沒有空氣凈化過濾系統(tǒng)，只要求進入干膜作業(yè)室的人員必須穿白大褂和戴白帽。

圖13 貼膜機實樣

當時，杜邦介紹的光致抗蝕干膜有溶劑型、水溶型和剝離型。溶劑型干膜成像圖形精細、清晰，對酸或堿的抗蝕性都強，需要用有機溶劑顯影，并用有機溶劑去膜，使用過程毒性大，成本高；水溶型干膜是用硫酸鈉或碳酸鈣的弱堿性水溶液顯影，用氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液去膜，使用方便，成本低，但不耐堿，只能用作抗酸性膜層；剝離型干膜是在圖形曝光后見光部分干膜發(fā)脆而自行剝落，未見光的干膜保留形成圖形，無須顯影處理，這種干膜因成本高、圖形精度有限而未得到推廣。另外，光致抗蝕干膜分為負性和正性。經(jīng)紫外光照射后聚合物固化而不被顯影去除的，稱為負性光致抗蝕干膜，如圖14（a）所示；經(jīng)紫外光照射后聚合物分解而會被顯影去除的，為正性光致抗蝕干膜，如圖14（b）所示。

圖14 負性與正性光致抗蝕干膜使用區(qū)別示意

隨后，實現(xiàn)了光致抗蝕干膜和設(shè)備的國產(chǎn)化，PCB制造企業(yè)與化工研究所及化學(xué)試劑企業(yè)合作，合成了感光膠，并自制了感光膠在聚酯膜上涂布、干燥的干膜生產(chǎn)線。國產(chǎn)干膜在一些中小PCB 制造企業(yè)得到了應(yīng)用。有進口設(shè)備作參照，國產(chǎn)貼膜機、曝光機和顯影機也相繼推出。貼膜機設(shè)備的關(guān)鍵零部件是熱壓橡膠輥，經(jīng)多家橡膠制品研究所和工廠試驗，最后選定了硅橡膠輥，實現(xiàn)了貼膜機國產(chǎn)化。曝光機設(shè)備的關(guān)鍵零部件是光源（燈管），有國產(chǎn)件與進口件可選擇。當時，基本沒配去膜機，干膜的去除是浸漬在氫氧化鈉溶液中，讓膜分離后取出來再用自來水沖洗干凈。

進入20世紀80年代后，隨著進口的光致抗蝕干膜成像設(shè)備增多，光致抗蝕干膜材料國外供應(yīng)商除杜邦外，還有日本等多家，材料價格下降，進口量增多，故使國產(chǎn)干膜因品質(zhì)差而幾乎消失。

5 銅蝕刻

5.1 三氯化鐵蝕刻

在20世紀70年代中期前，主要是采用三氯化鐵（FeCl3）水溶液蝕刻銅，F(xiàn)eCl3使用方便，成本低。蝕刻液配制是將工業(yè)級FeCl3倒入水中，不斷攪拌使之溶解，此過程為放熱反應(yīng)，溫度不超過40 ℃，蝕刻溶液濃度以波美度比重衡量，控制波美度在30～40 °Bé。

蝕刻銅反應(yīng)式為

其中

FeCl3對銅的蝕刻過程中有氯化銅的作用，但蝕刻速度越來越慢，這時生產(chǎn)過程中可添加鹽酸，使蝕刻能力得到恢復(fù)。

蝕刻液再生反應(yīng)式為蝕刻設(shè)備最初就是一個塑料槽存放蝕刻液，將板子浸在里面使其反應(yīng)；后在塑料槽加入空氣攪拌加快蝕刻速度，如圖15（a）所示。由于當時塑料槽的成本比陶瓷缸高，因此專門用耐酸陶瓷缸作蝕刻設(shè)備，如圖15（b）所示。FeCl3溶液蝕刻機常用江蘇宜興生產(chǎn)的臥式陶瓷蝕刻機［3］。

圖15 蝕刻設(shè)備示例

蝕刻過程中，操作者要穿耐酸工作服、戴手套等，用以安全保護。開動溶液攪拌或噴淋進行腐蝕需掌握好時間，通常為5～10 min。如溶液已溶銅較多，可調(diào)添加鹽酸，或者調(diào)換新溶液。蝕刻銅完成即取出板子，用流水沖洗干凈。為避免蝕刻液殘留在板面產(chǎn)生氫氧化鐵污斑，在水洗中間還增加了用草酸水溶液浸洗。

銅蝕刻后，保護線路的抗蝕層去除是已放置塑料槽內(nèi)浸泡的方法。最早印刷瀝青油墨抗蝕層的板子是在汽油內(nèi)浸泡，然后采用毛刷清洗，去掉線路上油墨。后來使用堿溶性油墨或感光膠膜抗蝕層，采用浸泡氫氧化鈉水溶液，讓膜層分離后刷洗干凈。板子流水沖洗干凈，再去污粉擦洗和水洗、晾干。

20 世紀70 年代初，為提高蝕刻效率，有PCB企業(yè)自制了水平傳送蝕刻機。其基本結(jié)構(gòu)如圖16所示。采用兩個滾筒中間繃緊尼龍網(wǎng)，電動機帶動滾筒轉(zhuǎn)動，又帶動尼龍網(wǎng)前進及循環(huán)運動；設(shè)備上部有塑料罩和抽風裝置。在制板放在尼龍網(wǎng)上，上面噴淋蝕刻液，由泵循環(huán)蝕刻液。

圖16 尼龍網(wǎng)傳送蝕刻機

起初，F(xiàn)eCl3蝕刻銅廢液處理是用廢鐵絲（金屬加工車間車、鉆、銑等加工產(chǎn)生的鐵絲）浸入廢液中鐵置換銅，將附有銅的鐵絲送冶煉工廠回收處理；含鐵廢水不經(jīng)處理而直接排放，環(huán)保意識較差。后來，PCB 產(chǎn)量擴大使FeCl3蝕刻銅廢液量增多，于是采取電解方法提取銅［5］。FeCl3電解再生系統(tǒng)如圖17 所示。電解再生槽的陰極和陽極均為石墨板，陰極區(qū)的隔膜采用有微小孔隙的砂芯玻璃板或陶瓷板，阻止鐵離子流向陰極。陰極板上鍍上一定厚度銅層后，即可取出鏟除銅片、回收銅。

圖17 FeCl3電解再生系統(tǒng)原理圖

5.2 酸性氯化銅蝕刻

20 世紀70 年代中期，逐步用氯化銅蝕刻液代替FeCl3蝕刻液，氯化銅蝕刻液對銅蝕刻過程穩(wěn)定，蝕刻液維護和再生容易。氯化銅蝕刻液主要成分為氯化銅和鹽酸，故稱酸性氯化銅。蝕刻銅反應(yīng)式為

氯化銅蝕刻液中，隨著溶銅量增加，氯化亞銅（CuCl）含量也不斷增加，蝕刻能力降低。此時補充氯，可使氯化亞銅還原成氯化銅，保持蝕刻能力，即為再生。蝕刻液再生反應(yīng)式為

按照原理，氯化銅蝕刻液再生最有效的方法是通入氯氣，這也是最早的再生方法。那時，建有通氯氣再生系統(tǒng)，氯氣來源為壓縮于鋼瓶中液態(tài)氯。使用時，鋼瓶閥門開啟，液態(tài)氯減壓后成為氯氣，通過管道輸送到氯化銅蝕刻液槽，即產(chǎn)生反應(yīng)再生。當時，沒有自動分析調(diào)控裝置，由人工定時監(jiān)測氯化銅含量的變化，得出輸入氯氣的規(guī)律。

氯化銅蝕刻液的使用和再生會使槽液越來越多，這種含銅量很高的溶液處理是采取電解方法提取銅。類似于上述FeCl3蝕刻液電解回收銅，因氯化銅蝕刻液中不含鐵離子，更容易電解回收銅，得到銅純度高。在20世紀70年代末，國家供電量不足，工廠用電總量受到限制，電解回收銅耗電量大，銅的價格低廉，電解回收銅賣出的錢不足以覆蓋耗費的電費，電解回收銅因供電不足和成本過高而夭折。

氯化銅蝕刻液的氯氣來源為壓縮于鋼瓶中液態(tài)氯，供應(yīng)液態(tài)氯的化工廠極少。如上海也僅有一家化工廠出售氯氣（液態(tài)氯），而且液態(tài)氯在高壓鋼瓶中運輸、使用都較危險，因此被通空氣再生取代了。

20 世紀80 年代初，盛行通空氣再生，即將壓縮空氣輸入氯化銅蝕刻液，利用廉價的空氣中氧氣（O2）及再補充些鹽酸實現(xiàn)再生。蝕刻液再生反應(yīng)式為

氯化銅蝕刻液通空氣再生成本很低，在生產(chǎn)過程中連續(xù)不斷地輸入空氣，但再生效果差，達不到蝕刻速度要求。于是，采取直接添加鹽酸、雙氧水（過氧化氫）簡便有效。蝕刻液再生反應(yīng)式為

生產(chǎn)過程中，氯化銅蝕刻液會越來越多，這是一種豐富的銅資源，除了上述電解回收銅外，還有氫氧化鈉法。先在氯化銅蝕刻液中添加氫氧化鈉至pH=12，產(chǎn)生綠色沉淀物氫氧化銅和氫氧化亞銅，再加熱溶液至80 ℃使生成黑色氧化銅沉淀物，后經(jīng)壓濾及烘干得到純度98%以上的黑色氧化銅粉。當時，因PCB 企業(yè)條件有限和不重視資源利用，只是簡單地出售給專業(yè)回收公司進行處理。

5.3 堿性氯化銅蝕刻

在20世紀70年代后期出現(xiàn)了堿性氯化銅蝕刻工藝，用于以錫鉛合金為抗蝕層的圖形蝕刻。堿性氯化銅蝕刻液主要成分是氯化銅、氯化銨、氨水等，蝕刻液pH 值約為9。蝕刻過程中，先氯化銅和氨水絡(luò)合反應(yīng)生成Cu（NH3）4Cl2，銅氨絡(luò)離子（［Cu（NH3）4］2+）再對銅起到蝕刻化學(xué)作用。蝕刻銅反應(yīng)式為

蝕刻液產(chǎn)生的Cu（NH3）2Cl 不具有蝕刻能力，當添加氨水和氯化銨情況下，可與空氣中氧一起反應(yīng)，溶液中重新獲得有蝕刻能力的銅氨絡(luò)離子。蝕刻銅再生反應(yīng)式為

20 世紀80 年代，已生產(chǎn)出水平滾軸傳送的噴淋蝕刻機，但蝕刻和去膜通常分離成兩臺設(shè)備，并未連在一起，如圖18 所示。在熱風整平焊錫（hot air solder level，HASL）應(yīng)用前，堿性氯化銅蝕刻后導(dǎo)體上錫鉛合金抗蝕層并不去除，僅浸亮（浸錫）或熱熔處理，成為可焊性涂層保留。錫鉛涂層通常采用放入塑料槽浸泡的方式去除，初期用氟酸型退錫液，速度快，但反應(yīng)劇烈、毒性大；后來改用硝酸型，較為穩(wěn)定。

圖18 水平噴淋蝕刻機

6 結(jié)語

有關(guān)鉆孔、電鍍等典型工藝介紹請見本刊2023年6期，待續(xù)。