金属蚀刻（Metal Etching）是一种通过化学或物理方法选择性去除金属材料，从而形成精密图案或结构的加工工艺。它广泛应用于电子、航空航天、装饰、精密机械等领域。以下是金属蚀刻的详细工艺流程及关键要点：

1. 金属蚀刻工艺分类

(1) 化学蚀刻（湿法蚀刻）

利用化学溶液与金属发生反应，溶解暴露区域。
特点：成本低、适合复杂图形，但需控制腐蚀速率和侧蚀（Undercut）。

(2) 电化学蚀刻（电解蚀刻）

在电解液中通过电流加速金属溶解，适用于高精度需求。
特点：速度可控，适合硬质金属（如不锈钢、钛合金）。

(3) 激光蚀刻（干法蚀刻）

利用高能激光烧蚀金属表面，非接触式加工。
特点：精度高（微米级），但设备成本高，适合小批量高附加值产品。

2. 化学蚀刻工艺流程（以不锈钢为例）

(1) 材料准备

• 金属选择：常用铝、铜、不锈钢、钛等。

• 清洁处理：去除油污、氧化层（碱洗、酸洗、超声波清洗）。

(2) 涂覆光刻胶

• 光刻胶类型：

  • 干膜：通过热压贴合，适合大面积加工。

  • 湿膜：喷涂或旋涂，适合高精度图形。

• 曝光：UV光通过掩膜（菲林）照射，使部分光刻胶固化（正胶）或溶解（负胶）。

(3) 显影

• 用碱性溶液（如Na₂CO₃）去除未固化部分，露出待蚀刻区域。

(4) 蚀刻

• 蚀刻液配方（依金属调整）：

  • 不锈钢：FeCl₃（三氯化铁）或HNO₃ + HCl（王水）。

  • 铜：FeCl₃ 或 CuCl₂ + HCl。

  • 铝：NaOH 或 H₃PO₄。

• 参数控制：

  • 温度：20–50°C（影响蚀刻速率）。

  • 时间：根据深度调整（通常几分钟至几十分钟）。

  • 喷淋或浸泡：喷淋可提高均匀性。

(5) 去胶与后处理

• 去除光刻胶：NaOH溶液或专用剥离剂。

• 清洗：去离子水冲洗，防止残留腐蚀。

• 表面处理（可选）：

  • 抛光、钝化（提高耐腐蚀性）。

  • 电镀、喷砂（改善外观或功能性）。

3. 关键工艺控制点

1. 侧蚀控制（Undercut）

   • 侧蚀会导致图形失真，需优化：

     • 降低蚀刻液浓度/温度。

     • 使用抗侧蚀添加剂（如硫脲）。

     • 选择垂直蚀刻性好的工艺（如电化学蚀刻）。

2. 蚀刻均匀性

   • 采用喷淋式蚀刻机，避免气泡堆积。

   • 定期搅拌或更新蚀刻液。

3. 环保与安全

   • 废液处理：中和酸性/碱性废液（如用Ca(OH)₂沉淀重金属）。

   • 防护措施：耐酸手套、通风橱。

4. 应用领域

• 电子行业：PCB线路、引线框架、柔性电路。

• 精密零件：筛网、微孔板、传感器膜片。

• 装饰工艺：金属标牌、浮雕、珠宝纹理。

• 航空航天：涡轮叶片冷却孔、轻量化结构件。

5. 优缺点对比

6. 常见问题与解决

• 问题1：蚀刻不均匀
  → 检查蚀刻液浓度、温度及喷淋压力。

• 问题2：图形边缘毛刺
  → 优化曝光显影工艺，确保光刻胶附着力。

• 问题3：金属过腐蚀
  → 缩短蚀刻时间或加入缓蚀剂（如苯并三氮唑）。

总结

金属蚀刻工艺的核心在于精准控制腐蚀区域与深度，需综合考量材料特性、蚀刻液配方和掩模技术。化学蚀刻因成本低而普及，而激光和电解蚀刻更适合高精度需求。环保和工艺稳定性是未来发展的关键方向。