氢氧化钠对碱性蚀刻液影响的研究

刘颂颜;吴清清

【摘 要】文章分析印制板碱性蚀刻前工艺水洗残留氢氧化钠对蚀刻速度的影响及原理，实验和实践结果表明，减少或避免氢氧化钠带入碱性蚀刻液可以保持蚀刻速率的均匀性和蚀刻液的稳定。%In this paper, the influence and principle of the water containing the NaOH after the PCB alkaline etching are analyzed. The result of the experiment and practice show that reducing or avoiding the NaOH into the alkaline etching may keep the rate of the etching and the etching solution stable. 【期刊名称】《印制电路信息》 【年(卷),期】2016(024)011 【总页数】3页(P36-38)

【关键词】氢氧化钠;碱性蚀刻;沉淀;蚀刻速率;PCB 【作 者】刘颂颜;吴清清

【作者单位】深圳市新日东升电子材料有限公司，广东 深圳 518101;深圳市新日东升电子材料有限公司，广东 深圳 518101 【正文语种】中 文 【中图分类】TN41

水作为线路板生产过程中必不可少的一种材料。为提倡清洁生产和成本控制，水的单耗也控制得越来越严格，从上世纪九十年代的1 m2要1 m3水，到本世纪初的

0.5 m3到目前的0.3 m3甚至更少，这样在一些没有水处理回用设施的厂里，水洗不净污染后工序药水的事就不可避免的发生了。

前段时间，A客户碱性蚀刻液在使用过程中出现蚀刻速度变慢，药水浑浊有沉淀[此沉淀为Cu(OH)2]等问题，分析其蚀刻母液数据如表1。

分析结果表明，蚀刻液的pH值偏高，应该是造成蚀刻速度变慢、蚀刻液浑浊并有沉淀的原因。 2.1 问题分析

从表1数据上看，除pH含量偏高外，其余参数均正常，氯铜比达到1.39比1，氯离子足够络合好铜离子的；至于pH值偏高，是不是氨水含量过高所致？为了验证氨水含量是否过高，通过分析氨水的摩尔浓度（要求4.2 M ～ 5.2 M），结果碱含量为4.8 M，即蚀刻液中没其他碱的话，碱性物质氨水含量是正常的，但氨水含量正常时，pH值是不会达到9.1以上的。 氨水的电离常数Kb=1.8×10-5

氯化铵的物质的量=188/35.5=5.3 mol/L

在氯化铵全部溶于水，忽略铜的干扰，此母液的pH值应为：

也就是说，在不考虑铜对OH-的影响的情况下，pH值最高为9.22，如考虑铜和OH-生成Cu(OH)2沉淀的情况下，游离OH-会进一步减少，pH值不会达到9.22。 pH为什么会达到9.32呢，很显然是混入了一种比氨水更强的碱，这种碱只有可能来自前一道工序退膜工艺，而A客户退膜液使用的是NaOH。当检查退膜后的水洗段，用手去摸很滑，说明水洗段氢氧化钠含量很高，检查水洗流量，发现没有开启水洗进水开关，原因是为了节约用水不允许开启，只是在每半个月保养时更换水洗槽的水，对保养过去了9天的退膜后的三道水洗进行氢氧化钠含量分析，结果如表2。

从表2中可以看出，从水洗槽中带入到蚀刻缸中的氢氧化钠浓度还是比较高的。

2.2 原理

蚀刻过程及在碱性条件下，发生下列反应：

反应（1）和反应（2）为蚀刻正常情况下的反应方程式，此时蚀刻液内的氨水作为络合剂参与反应，同时提供必要的pH值，此时溶液中的游离OH-是很少的，少于10-5mol/L，但当溶液中混入氢氧化钠，即使只有0.01 mol/L，也远远大于10-5mol/L，此时就会发生反应（3）和反应（4）。反应（3）加快了氨水的挥发，带来的后果是反应（2）速度变慢，二价铜络合不足；反应（4）使铜离子生成氢氧化铜沉淀，在蚀刻过程中也会在板面生成氢氧化铜，阻碍反应的进行。这就很清晰地解释了蚀刻液中混入氢氧化钠后产生沉淀和蚀刻速度变慢的原因。 3.1 实验部分

为了验证上述事实，我们用静态实验来加以验证：

实验1：静态蚀刻咬铜试验，用同一家蚀刻母液，具体参数为：氯离子含量171 g/L，铜离子含量133 g/L，密度1.199，pH8.8，碱浓度4.8 mol/L。分成两份，分别加入氨水和氢氧化钠溶液（加入体积一样），调整碱浓度到5.3 N，分别进行静态蚀刻咬铜试验。

实验2：氢氧化钠加快碱性蚀刻中氨水挥发实验，用同一母液，碱浓度5.25 mol/L，用烧杯分成200 m L的两份，其中一份加入8 g NaOH，另一份不加NaOH，用塑料片盖住烧杯，放入50 ℃恒温水浴锅中，测定不同时间段测量其碱含量。 3.2 结果与分析

（1）对蚀刻液添加氨水和NaOH，蚀刻结果见表3。从表3中可以看到，加有氢氧化钠的蚀刻液的静态蚀刻速率明显比没有氢氧化钠的蚀刻液的静态蚀刻速率慢，几乎只有后者的1/10。

静态蚀刻后的板面颜色也有很明显的区别，加有氢氧化钠的蚀刻液蚀刻后的板面呈

黑色，此黑色为氢氧化铜与铜反应后生成的一价铜，说明板面吸附的一价铜阻碍了蚀刻的进行。

蚀刻液在蚀刻板后也有明显的变化，可以看出加有氢氧化钠的蚀刻母液蚀刻板后产生了氢氧化铜沉淀，如图1。

（2）NaOH对蚀刻液的影响情况见表4。

从表4中可以看到加有氢氧化钠的蚀刻液其碱度变化比没加氢氧化钠的碱度变化大，几乎达到3

倍的量。由于氢氧化钠不具备挥发性，挥发的只能是氨水，这也正好验证了前文提到的反应（3），即可以确定蚀刻液中含有氢氧化钠会加快氨水的挥发。同时我们也发现了加有氢氧化钠的蚀刻液出现了如图二中的氢氧化铜沉淀。 3.3 问题的解决

通过以上的分析和实验结论， 打开A客户的退膜后的溢流水，保证最后一道水洗的氢氧化钠含量在1g/L以下，更换母液，A客户的蚀刻问题得以解决，未再出现蚀刻速度变慢，蚀刻液沉淀现象发生。

实验和实践结果表明，NaOH对碱性蚀刻的速率影响大，并造成蚀刻液的沉淀出现，影响PCB产品的质量稳定。在PCB生产过程中，注意PTH、图形电镀的水洗工艺对水质要求是必要的；对于退膜和蚀刻后的水洗水质同样也需要有保证；处理好节约用水和品质、质量隐患和生产效率等问题是管理者必须考虑的主要问题。

【相关文献】

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[3]王跃峰,王金来,周乃正等. 碱性蚀刻液影响PCB蚀刻速率的因素研究[J].印制电路信息.2013(02)：18-20.

[4]魏静,罗韦因,徐金来等. 印刷线路板精细蚀刻的影响因素[J]. 表面技术.2005(02)49-50. 刘颂颜，研发部技术总监，从事PCB电子化学品开发及应用多年。