什么是金属蚀刻和蚀刻工艺?

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式蚀刻和干式蚀刻。金属蚀刻是由一系列化学过程组成的。不同的腐蚀剂对不同的金属材料具有不同的腐蚀性能和强度。

金属蚀刻又称光化学蚀刻，是指在金属蚀刻曝光、制版、显影后，去除金属蚀刻区域的保护膜，并在金属蚀刻过程中与化学溶液接触，以达到溶解腐蚀、形成凸起或镂空的效果。它最早用于制造铜板、锌板等印刷凹凸板，并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、半导体等制造工艺中，对电子薄件进行精密金属蚀刻产品的加工。

刻蚀技术的种类

1. 湿式蚀刻:
   湿法蚀刻是将晶圆浸泡在合适的化学溶液中，或将化学溶液喷涂在晶圆上进行淬火，通过溶液与被蚀刻物体之间的化学反应，去除薄膜表面的原子，从而达到蚀刻的目的。当进行湿法刻蚀时，溶液中的反应物首先通过停滞的边界层扩散，然后到达晶圆表面，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的产物，然后这些产物通过边界层扩散，溶解到主溶液中。湿法刻蚀不仅在垂直方向刻蚀，而且具有水平刻蚀效果。横向刻蚀会造成咬边现象，使图案不能准确地转移到晶圆上。
2. 干蚀刻:
   干法刻蚀通常是等离子体刻蚀或化学刻蚀的一种。由于蚀刻效果的不同，等离子体中离子的物理生成、活性自由基的化学反应以及器件(晶圆)表面原子的形成或两者的结合包括以下几种:
   • 物理蚀刻:溅射蚀刻、离子束蚀刻
   • 化学腐蚀:等离子体腐蚀
   • 物理和化学复合蚀刻:反应离子蚀刻(RIE)
   干法刻蚀是一种各向异性刻蚀，具有良好的定向性，但选择性较湿法刻蚀差。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种。干式蚀刻最大的优点是“各向异性蚀刻”。然而，(自由基)干法腐蚀的选择性低于湿法腐蚀。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，而且光阻掩模也会被去除。

腐蚀过程

根据金属种类的不同，蚀刻工艺也会有所不同，但一般的蚀刻工艺是:金属蚀刻板→清洗除油→水洗→烘干→胶片或丝网油墨→烘干→曝光图形→显影→水洗烘干→蚀刻→脱膜→烘干→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网印刷油墨对金属表面有良好附着力的关键。因此，必须彻底去除金属蚀刻表面的油污和氧化膜。应根据工件的油污情况进行脱脂。最好在丝网印刷油墨前进行电脱脂，以保证脱脂效果。除氧化膜外，还应根据金属类型和膜厚选择最佳的蚀刻溶液，以保证表面的清洁。丝网印刷前必须烘干。如果有水分，也会影响油墨的附着力，影响后续图案蚀刻的效果。
2. 粘贴干膜或丝网油墨光敏胶层:
   根据实际产品材质、厚度，以及图形的精确宽度，确认采用干膜或湿膜丝网印刷。对于不同厚度的产品，在涂布光敏层时，应考虑产品图形所需的蚀刻加工时间等因素。可以制作较厚或较薄的光敏胶层，使覆盖性能好，金属蚀刻产生的图案清晰度高。
3. 干:
   薄膜或辊式丝网印刷油墨完成后，感光胶层需要彻底干燥，为曝光工艺做准备。同时要保证表面清洁，无附着力、杂质等。
4. 曝光:
   这一工艺是金属蚀刻的重要工艺，曝光能量会根据产品材料的厚度和精度来考虑。这也是蚀刻加工公司技术能力的体现。曝光工艺决定了蚀刻是否能保证较好的尺寸控制精度等要求。
5. 发展:
   金属蚀刻板表面的光敏胶层曝光后，图案胶层曝光后固化。之后露出花纹中不需要的部分，也就是需要腐蚀的部分。开发过程也决定了产品的最终尺寸是否能满足要求。此工艺将彻底去除产品上不必要的光敏胶层。
6. 蚀刻或蚀刻工艺:
   在产品预制造过程完成后，将进行化学溶液蚀刻。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. 删除:
   蚀刻后的产品表面仍覆有一层光敏胶，蚀刻工艺后的产品表面上的光敏胶层需要去除。由于光敏胶层是酸性物质，所以大多采用酸碱中和法进行膨化。经过溢流水洗和超声波清洗，去除表面的光敏胶层，防止光敏胶残留。
8. 检测方法:
   取膜完成后，后续是测试，包装，最后成品确认是否符合其规格。

蚀刻工艺注意事项

• 减少侧面腐蚀和凸出边缘，提高金属蚀刻加工系数:
  一般情况下，印版在金属蚀刻液中停留的时间越长，侧面蚀刻越严重。压痕严重影响印刷线材的精度，严重的压痕将无法制作出细线材。当削弱和边缘减小时，蚀刻系数增大。高的蚀刻系数表明能够保持细导线并使蚀刻导线接近原始图像的大小。无论电镀蚀刻抗的是锡铅合金、锡、锡镍合金还是镍等，过度突出的边缘都会引起导线短路。因为突出的边缘很容易折断，所以在导线的两点之间形成了一个电桥。
• 提高板与板之间蚀刻处理速率的一致性:
  在连续板蚀刻中，金属蚀刻加工速度越一致，得到的板就越均匀。为了在预刻蚀过程中始终保持最佳的刻蚀状态，需要选择一种易于再生和补偿的刻蚀溶液，刻蚀速率易于控制。选择可提供恒定操作条件并可自动控制各种溶液参数的工艺和设备。可通过控制铜的溶解量、PH值、溶液浓度、温度、溶液流动均匀性等来实现。
• 提高全板表面金属蚀刻加工速度的均匀性:
  板的上、下侧面和板表面各部分的蚀刻均匀性由板表面金属蚀刻液流速的均匀性决定。在蚀刻过程中，上、下板的蚀刻速率往往不一致。下平板表面的刻蚀速率高于上平板表面的刻蚀速率。由于溶液在上板表面堆积，腐蚀反应减弱。通过调节上、下喷嘴的喷雾压力，可以解决上、下板蚀刻不均匀的问题。采用喷淋系统，摆动喷头，使板的中心和边缘的喷淋压力不同，并间歇地蚀刻板的前后金属，进一步提高整个板表面的均匀性。

蚀刻工艺的优点
因为金属蚀刻是通过化学溶液蚀刻的。

• 与原材料保持高度的一致性。它不会改变材料的性能，材料的应力，以及材料的硬度、抗拉强度、屈服强度和延展性。基材加工过程在设备内以雾化状态蚀刻，表面无明显压力。
• 没有毛刺。产品加工过程中，全程无压力，无卷边、凸点、压点。
• 可配合后处理冲压完成产品的单独成型动作，并可以挂点方式进行整页电镀、粘接、电泳、发黑等，性价比更高。
• 还可以处理小型化和多样化，周期短，成本低。