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2022年12月7-9日 | 苏州国际博览中心B1-E1号馆

什么是金属蚀刻和蚀刻工艺?

2022-01-17

蚀刻是一种利用化学强酸腐蚀、机械抛光或电化学电解对物体表面进行处理的技术。除了增强美感之外,它还增加了对象的附加值。从传统的金属加工到高科技半导体制造,都在蚀刻技术的应用范围之内。


什么是金属蚀刻?

金属蚀刻是一种通过化学反应或物理冲击去除金属材料的技术。金属蚀刻技术可分为湿蚀刻和干蚀刻。金属蚀刻由一系列化学过程组成。不同的蚀刻剂对不同的金属材料具有不同的腐蚀特性和强度。

金属蚀刻又称光化学蚀刻,是指在金属蚀刻过程中经过曝光、制版、显影,与化学溶液接触后,去除金属蚀刻区的保护膜,以达到溶解腐蚀、形成凸点、或挖空。最早用于制造铜板、锌板等印刷凹凸板,广泛用于减轻仪表板的重量,或加工铭牌等薄型工件。经过技术和工艺设备的不断改进,蚀刻技术现已应用于航空、机械、化工、半导体制造工艺,进行电子薄件精密金属蚀刻产品的加工。

蚀刻技术的类型

湿蚀刻:

湿法蚀刻是将晶圆浸入合适的化学溶液中,或将化学溶液喷射到晶圆上进行淬火,通过溶液与被蚀刻物体的化学反应去除薄膜表面的原子,从而达到蚀刻的目的. 进行湿法刻蚀时,溶液中的反应物首先通过停滞边界层扩散,然后到达晶片表面,发生化学反应,产生各种产物。蚀刻化学反应的产物是液相或气相产物,然后这些产物通过边界层扩散并溶解到主溶液中。湿法蚀刻不仅会在垂直方向蚀刻,还会有水平蚀刻效果。


干蚀刻:
干蚀刻通常是等离子蚀刻或化学蚀刻的一种。由于蚀刻效果的不同,等离子体中离子的物理原子、活性自由基的化学反应以及器件(晶圆)的表面原子,或两者的结合,包括以下内容:
l 物理蚀刻:溅射蚀刻、离子束蚀刻
l 化学蚀刻:等离子蚀刻
l 物理化学复合蚀刻:反应离子蚀刻(RIE)

干蚀刻是一种各向异性蚀刻,具有良好的方向性,但选择性比湿蚀刻差。在等离子体蚀刻中,等离子体是一种部分离解的气体,气体分子被离解成电子、离子和其他具有高化学活性的物质。干蚀刻最大的优点是“各向异性蚀刻”。然而,(自由基)干蚀刻的选择性低于湿蚀刻。这是因为干蚀刻的蚀刻机理是物理相互作用;因此,离子的冲击不仅可以去除蚀刻膜,还可以去除光刻胶掩模。

蚀刻工艺
根据金属的种类,蚀刻工艺会有所不同,但一般蚀刻工艺如下:金属蚀刻板→清洗脱脂→水洗→烘干→覆膜或丝印油墨→烘干→曝光制图→显影→水洗干燥→蚀刻→脱膜→干燥→检验→成品包装。

1. 金属蚀刻前的清洗工艺:
不锈钢或其他金属蚀刻前的工序是清洗处理,主要作用是去除材料表面的污垢、灰尘、油渍等。清洗工艺是保证后续薄膜或丝印油墨对金属表面有良好附着力的关键。因此,必须彻底清除金属蚀刻表面的油污和氧化膜。脱脂应根据工件的油污情况而定。最好在丝印油墨前进行电脱脂,以保证脱脂效果。除氧化膜外,还应根据金属种类和膜厚选择最佳蚀刻液,以保证表面清洁。丝网印刷前必须干燥。如果有水分。

2. 贴干膜或丝印感光胶层:
根据实际产品材质、厚度、图形的精确宽度,确定使用干膜或湿膜丝印。对于不同厚度的产品,在应用感光层时,应考虑产品图形所需的蚀刻处理时间等因素。可以制作更厚或更薄的感光胶层,覆盖性能好,金属蚀刻产生的图案清晰度高。

3. 干燥:
薄膜或滚印丝印油墨完成后,感光胶层需要彻底干燥,为曝光过程做准备。同时要保证表面清洁,无粘连、杂质等。

4. 曝光:
此工序是金属蚀刻的重要工序,曝光能量会根据产品材质的厚度和精度来考虑。这也是蚀刻加工企业技术能力的体现。曝光工艺决定了蚀刻能否保证更好的尺寸控制精度等要求。

5. 显影:
将金属蚀刻版表面的感光胶层曝光后,图案胶层曝光后固化。之后,将图案中不需要的部分,即需要腐蚀的部分暴露出来。开发过程也决定了产品的最终尺寸是否能满足要求。此过程将彻底去除产品上不需要的感光胶层。

6. 蚀刻或蚀刻工艺:
产品预制工艺完成后,化学溶液将被蚀刻。这个过程决定了最终产品是否合格。这个过程涉及到蚀刻液的浓度、温度、压力、速度等参数。产品的质量需要由这些参数共同决定。

7. 去除:
蚀刻后的产品表面仍覆盖一层感光胶,需要去除蚀刻后产品表面的感光胶层。由于感光胶层是酸性物质,所以大多采用酸碱中和法进行膨化。经溢水清洗和超声波清洗后,去除表面的感光胶层,防止感光胶残留。

8. 检测:
取膜完成后,后续是检测,包装,最终成品确认是否符合其规格。

蚀刻工艺中的注意事项

l 减少侧面腐蚀和突出边缘,提高金属蚀刻加工系数:一般印制板在金属蚀刻液中的时间越长,侧面蚀刻越严重。底切严重影响印制线的精度,严重的底切将无法制作细线。当底切和边缘减少时,蚀刻系数增加。高蚀刻系数表明能够保持细线并使蚀刻的线接近原始图像的尺寸。无论电镀抗蚀剂是锡铅合金、锡、锡镍合金还是镍等,过度突出的边缘都会导致导线短路。由于突出的边缘容易折断,因此在导线的两点之间形成了电桥。

l 提高板与板之间蚀刻加工速率的一致性:在连续板蚀刻中,金属蚀刻加工速率越一致,可以获得越均匀的蚀刻板。为了在预蚀刻过程中始终保持最佳蚀刻状态,需要选择易于再生和补偿、蚀刻速率易于控制的蚀刻溶液。选择能够提供恒定操作条件并能够自动控制各种溶液参数的技术和设备。可通过控制溶铜量、PH值、溶液浓度、温度、溶液流动的均匀性等来实现。

l 提高整个板面金属蚀刻加工速度的均匀性:板的上下两面及板面各部分的蚀刻均匀性是由板面金属蚀刻液流速的均匀性决定的。在蚀刻过程中,上下板的蚀刻速率往往不一致。下板面的蚀刻速率高于上板面。由于溶液在上板表面的积累,蚀刻反应减弱。上下板蚀刻不均可以通过调节上下喷嘴的喷射压力来解决。采用喷雾系统,摆动喷嘴,通过使板中心和边缘的喷雾压力不同,可以进一步提高板整个表面的均匀性。

蚀刻工艺的优点
因为金属蚀刻工艺是通过化学溶液蚀刻的。
l 保持与原材料的高度一致性。它不改变材料的性能,材料的应力,以及材料的硬度、抗拉强度、屈服强度和延展性。基加工工艺在设备内以雾化状态蚀刻,表面无明显压力。
l 没有毛刺。产品加工过程中,全程无压紧力,不会出现卷边、磕碰、压点。
l 可配合后工序冲压完成产品的个性化成型动作,可采用挂点方式进行整版电镀、粘合、电泳、发黑等,更具性价比。
l 还可以应对小型化和多样化,周期短,成本低。

蚀刻加工应用领域
l 消费电子领域
l 过滤与分离技术
l 航空航天领域
l 医疗设备
l 精密机械
l 汽车
l 高端工艺品

来源: 机械设计资源分享网