蝕刻液

蝕刻液，是一種銅版畫雕刻用原料。

通過侵蝕材料的特性來進行雕刻的一種液體。從理論上講，凡能氧化鋼而生成可溶性銅鹽的試劑，都可以用來蝕刻敷銅箔板，但權衡對抗蝕層的破壞情況、蝕刻速度，蝕刻係數、溶銅容量、溶液再生及銅的回收、環境保護及經濟效果等方面。

基本介紹

• 中文名：蝕刻液
• 外文名：Etching solution
• 特點：通過侵蝕材料的特性
• 種類舉例：酸性氯化銅

蝕刻液分類

已經使用的蝕刻液類型有六種類型：酸性氯化銅、鹼性氯化銅、氯化鐵、過硫酸銨、硫酸/鉻酸、硫酸/雙氧水蝕刻液。

酸性氯化銅，工藝體系，根據添加不同的氧化劑又可細分為鹽酸氯化銅+空氣體系、鹽酸氯化銅+氯酸鈉體系、鹽酸氯化銅+雙氧水體系三種蝕刻工藝，在生產過程中通過補加鹽酸+空氣、鹽酸+氯酸鈉、鹽酸+雙氧水和少量的添加劑來實現線路板板的連續蝕刻生產。

配製與使用方法舉例

(1)原料

①氟化銨：分子式為NH₄F，白色晶體，易潮解，易溶於水和甲醇，較難溶於乙醇，能升華，在蝕刻液中起腐蝕作用，一般選用工業產品。

②草酸：在蝕刻液中作還原劑使用，一般選用工業產品。

③硫酸鈉：在蝕刻液中作為填充劑使用，一般選用工業產品。

④氫氟酸：即氟化氫的水溶液，為無色液體，能在空氣中發煙，有強烈腐蝕性和毒性，能侵蝕玻璃，需貯存於鉛制、蠟制或塑膠容器中，可作為蝕刻玻璃的主要原料，一般選用工業品。

⑤硫酸：純品為無色油狀液體，含雜質時呈黃、棕等色。用水稀釋時，應將濃硫酸慢慢注入水中，並隨時攪和，而不能將水倒入濃硫酸中，以防濃硫酸飛濺而引發事故，可作為腐蝕助劑，一般選用工業品。

⑥硫酸銨：一般選用工業品。

⑦甘油：一般選用工業品。

⑧水：自來水。

(2)配方

①熱水12g，氟化銨15g，草酸8g，硫酸銨10g，甘油40g，硫酸鋇15g；

②氟化銨15g，草酸7g，硫酸銨8g，硫酸鈉14g，甘油35g，水10g；

③氫氟酸60（體積數，下同），硫酸10，水30。

(3)配製方法

配製蝕刻液①和②時，將上述原料與60℃熱水混合，攪拌均勻即可。配置時不要使溶液濺到皮膚上，而且操作時應戴上口罩。配製蝕刻液③時，按配方將氫氟酸和硫酸混合，然後將混合液倒入水中（不能將水倒入混合液），並不斷攪拌。

(4)使用方法

使用刻蝕液①或②時，把要蝕刻的玻璃洗淨、晾乾，最好用電爐或紅外線燈將玻璃稍微加熱，以便於蝕刻。蝕刻時，用毛筆蘸蝕刻液書寫文字或圖案於玻璃上，2 min蝕刻工作即完成。製作毛玻璃時，將玻璃洗淨、晾乾，用刷子均勻塗上腐蝕液即可。

各種蝕刻液特點

酸性氯化銅蝕刻液

1) 蝕刻機理： Cu+CuCl₂→Cu₂Cl₂

Cu₂Cl₂+4Cl^-→2(CuCl₃)^2-

2) 影響蝕刻速率的因素：影響蝕刻速率的主要因素是溶液中Cl^-、Cu⁺、Cu²⁺的含量及蝕刻液的溫度等。

a、Cl^-含量的影響：溶液中氯離子濃度與蝕刻速率有著密切的關係，當鹽酸濃度升高時，蝕刻時間減少。在含有6N的HCl溶液中蝕刻時間至少是在水溶液里的1/3，並且能夠提高溶銅量。但是，鹽酸濃度不可超過6N，高於6N鹽酸的揮發量大且對設備腐蝕，並且隨著酸濃度的增加，氯化銅的溶解度迅速降低。

添加Cl^-可以提高蝕刻速率的原因是：在氯化銅溶液中發生銅的蝕刻反應時，生成的Cu₂Cl₂不易溶於水，則在銅的表面形成一層氯化亞銅膜，這種膜能夠阻止反應的進一步進行。過量的Cl^-能與Cu₂Cl₂絡合形成可溶性的絡離子(CuCl₃)^2-，從銅表面上溶解下來，從而提高了蝕刻速率。

b、Cu⁺含量的影響：根據蝕刻反應機理，隨著銅的蝕刻就會形成一價銅離子。較微量的Cu⁺就會顯著的降低蝕刻速率。所以在蝕刻操作中要保持Cu+的含量在一個低的範圍內。

c、Cu²⁺含量的影響：溶液中的Cu2+含量對蝕刻速率有一定的影響。一般情況下，溶液中Cu²⁺濃度低於2mol/L時，蝕刻速率較低；在2mol/L時速率較高。隨著蝕刻反應的不斷進行，蝕刻液中銅的含量會逐漸增加。當銅含量增加到一定濃度時，蝕刻速率就會下降。為了保持蝕刻液具有恆定的蝕刻速率，必須把溶液中的含銅量控制在一定的範圍內。

d、溫度對蝕刻速率的影響：隨著溫度的升高，蝕刻速率加快，但是溫度也不宜過高，一般控制在45~55℃範圍內。溫度太高會引起HCl過多地揮發，造成溶液組分比例失調。另外，如果蝕刻液溫度過高，某些抗蝕層會被損壞。

鹼性氯化銅蝕刻液

1) 蝕刻機理： CuCl₂+4NH₃→Cu(NH₃)4Cl₂

Cu(NH₃)4Cl₂+Cu→2Cu(NH₃)2Cl

2) 影響蝕刻速率的因素：蝕刻液中的Cu²⁺濃度、pH值、氯化銨濃度以及蝕刻液的溫度對蝕刻速率均有影響。

a、Cu²⁺離子濃度的影響：Cu ²⁺是氧化劑，所以Cu²⁺的濃度是影響蝕刻速率的主要因素。研究銅濃度與蝕刻速率的關係表明：在0~82g/L時，蝕刻時間長；在82~120g/L時，蝕刻速率較低，且溶液控制困難；在135~165g/L時，蝕刻速率高且溶液穩定；在165~225g/L時，溶液不穩定，趨向於產生沉澱。

b、溶液pH值的影響：蝕刻液的pH值應保持在8.0~8.8之間，當pH值降到8.0以下時，一方面對金屬抗蝕層不利；另一方面，蝕刻液中的銅不能被完全絡合成銅氨絡離子，溶液要出現沉澱，並在槽底形成泥狀沉澱，這些泥狀沉澱能在加熱器上結成硬皮，可能損壞加熱器，還會堵塞泵和噴嘴，給蝕刻造成困難。如果溶液pH值過高，蝕刻液中氨過飽和，游離氨釋放到大氣中，導致環境污染；同時，溶液的pH值增大也會增大側蝕的程度，從而影響蝕刻的精度。

c、氯化銨含量的影響：通過蝕刻再生的化學反應可以看出：[Cu(NH₃)₂]⁺的再生需要有過量的NH₃和NH₄Cl存在，如果溶液中缺乏NH₄Cl，大量的[Cu(NH₃)₂]⁺得不到再生，蝕刻速率就會降低，以致失去蝕刻能力。所以，氯化銨的含量對蝕刻速率影響很大。隨著蝕刻的進行，要不斷補加氯化銨。

d、溫度的影響：蝕刻速率與溫度有很大關係，蝕刻速率隨著溫度的升高而加快。蝕刻液溫度低於40℃，蝕刻速率很慢，而蝕刻速率過慢會增大側蝕量，影響蝕刻質量；溫度高於60℃，蝕刻速率明顯增大，但NH₃的揮發量也大大增加，導致污染環境並使蝕刻液中化學組分比例失調。故溫度一般控制在45~55℃為宜。

氯化鐵蝕刻液

1) 蝕刻機理： FeCl₃+Cu→FeCl₂+CuCl

FeCl₃+CuCl→FeCl₂+CuCl₂

CuCl₂+Cu→2CuCl

2) 影響蝕刻速率的因素：

a、Fe³⁺濃度的影響：Fe³⁺的濃度對蝕刻速率有很大的影響。蝕刻液中Fe³⁺濃度逐漸增加，對銅的蝕刻速率相應加快。當所含超過某一濃度時，由於溶液粘度增加，蝕刻速率反而有所降低。

b、蝕刻液溫度的影響：蝕刻液溫度越高，蝕刻速率越快，溫度的選擇應以不損壞抗蝕層為原則，一般在40~50℃為宜。

c、鹽酸添加量的影響：在蝕刻液中加入鹽酸，可以抑制FeCl₃水解，並可提高蝕刻速率，尤其是當溶銅量達到37.4g/L後，鹽酸的作用更明顯。但是鹽酸的添加量要適當，酸度太高，會導致液態光致抗蝕劑塗層的破壞。

d、蝕刻液的攪拌：靜止蝕刻的效率和質量都是很差的，原因是在蝕刻過程中在板面和溶液里會有沉澱生成，而使溶液呈暗綠色，這些沉澱會影響進一步的蝕刻。

過硫酸銨蝕刻液

蝕刻機理： Cu+(NH₄)2S₂O₈→CuSO₄+(NH₄)2SO₄

(NH₄)2S₂O₈+H₂O→H₂SO₄+(NH₄)2SO₄+(O)

Cu+(O) + H₂SO₄→CuSO₄+H₂O

若添加銀作為催化劑， Ag⁺+ S₂O₈^2- →2SO₄ ^2- + Ag ³⁺

Ag ³⁺ +Cu→Cu ²⁺ + Ag ⁺