PROCESS FOR ETCHING METAL SURFACES

Abstract: 1. Process for etching metal surfaces, in particular printed circuits, wherein the metal (such as copper) is corroded off the circuit by means of a solution containing sulfuric acid or phosphoric acid and hydrogen peroxide and this solution is passed through a cycle and used repeatedly for etching, characterized in that hydrogen peroxide is added to the solution immediately prior to each application or during application to the circuit to be etched in such an amount that it is just sufficient for each etching procedure and substantially no hydrogen peroxide remains in the solution after the etching procedure.

Description: Beschreibung Verfahren zum Ätzen von Metalloberflächen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Metalloberflächen, insbesondere gedruckten Schaltungen, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist. Bei gedruckten Schaltungen, die mit Siebdrucklack oder einem Fotoresistmaterial beschichtet sind, ist das Ätzen mit );upferchlorid und das Regenerieren mit Salzsäure/Wasserstoffperoxid bzw. Chlorgas bekannt. Bei Schaltungen, die Metalle als Ätzresistmaterial verwenden, wird allgemein mit ammoniakalkalischen Ätzmitteln geätzt, für Sonderfälle findet auch noch Eisen-III-chlorid bzw. Ammoniumpersulfat Verwendung. Alle diese Ätzprozesse arbeiten zufriedenstellend, jedoch weisen sie den Nachteil auf, dass bei diesen Verfahren sehr grosse Mengen an verbrauchter, mit Kupfer angereicherter Ätzflüssigkeit anfallen, die zur Aufarbeitung in Tankwagen abtransportiert werden müssen. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und gefährlich. Diese Schwierigkeiten lassen sich grundsätzlich vermeiden, wenn man die Ätzung nach folgender Formel durchführt. EMI2.1 Das bei dieser Reaktion entstehende Kupfersulfat ist für weitere Verwendung geeigneter als Kupferchlorid. Ausserdem besteht die Möglichkeit, innerhalb des Ätzprozesses einen geschlossenen Kreislauf ohne Abwasserprobleme zu schaffen und das abgeätzte Kupfer zurückzugewinnen. Dieser Ätzprozess ist an sich bekannt, eine praktische Anwendung scheiterte aber bisher an dem Problem, dass Kupfer in der sauren Lösung katalytisch auf das Wasserstoffperoxid wirkt und dieses zersetzt, so dass einmal der Verbrauch des Peroxids unrentabel hoch wird und zum anderen durch die Gasbildung bei der Zersetzung des Peroxids die die Ätzlösung im Kreislauf führenden Pumpen nicht gleichmässig oder zum Teil gar nicht fördern., ausserdem tritt eine unkontrollierbare Wärmebildung auf. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind eine Vielzahl von Versuchen bekannt, bei denen der Säure und Wasserstoffperoxid enthaltenden Ätzlösung Zusatzstoffe zugegeben werden, die die Zersetzung des Peroxids verhindern sollen. Keines dieser Verfahren hat sich jedoch praktisch durchsetzen können, da der Zusatz von Fremdstoffen immer zusätzliche Probleme und höhere Kosten verursacht. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemässes Verfahren derart zu verbessern, dass die Probleme der katalytischen Zersetzung des Wasserstoffperoxids auch ohne Fremd zusätze gelöst werden. zieht. Vorzugsweise entfernt man das Kupfer dabei elektrolytisch aus der Ätzlösung, Bei Verwendung von Schwefelsäure ist es auch günstig, wenn das Kupfer durch Abkühlen der Ätzlösung und dadurch bedingtes Ausfällen von Kupfersulfat aus der Ätzlösung entfernt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man die Ätzlösung und das Wasserstoffperoxid getrennt auf die zu ätzende Schaltung aufsprüht. Dadurch wird jeder Kontakt des Peroxides und des abgeätzten Kupfers in der Ätzlösung mit Sicherheit vermieden, bevor sich die Substanzen im Reaktionsbereich treffen. Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Abätzverfahrens. Der ätzvorgang der mit Kupfer, einem Lack, Fotoresistmaterial oder Metallresist wie.Bleizinn überzogenen, zwischen F2=mngswalzen 1 in horizontaler Richtung vorgeschobenen Leiterplatten erfolgt im Inneren eines-Gehäuses 2, welches unterhalb der Vorschubbahn der Leiterplatten einen Auffangbehälter 3 für die von den Leiterplatten abtropfende Ätzlösung aufweist. Die Leiterplatten werden dabei längs der durch die Führungswalzen 1 gebildeten Vorschubbahn in das Gehäuse 2 eingeführt und verlassen dieses auf der gegenüberliegenden Seite wieder. In aus der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise sind dem Ltz- gehäuse Stationen zum Vorbehandeln sowie Stationen zum Nachbehandeln der Leiterplatten vor- bzw. nachgeschaltet. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Es ist im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens also wesentlich, dass der Ätzlösung das Wasserstoffperoxid erst kurz vor dem Aufbringen auf die zu ätzende Schaltung oder sogar erst während des Aufbringens zugegeben wird, und zwar in einer Menge, die für den jeweiligen Ätzvorgang ausreicht, die aber so gering ist, dass nach dem Ätzvorgang in der von der Schaltung abtropfenden Lösung im wesentlichen kein Peroxid mehr enthalten ist. Die Zugabemenge des Peroxids lässt sich relativ leicht einstellen und regeln. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine katalytische Zersetzung des Peroxides in der nach dem Ätzvorgang gesammelten Ätzlösung nicht mehr stattfinden kann, da praktisch kein Peroxid in dieser Ätzlösung vorliegt. Die Ätzlösung kann daher in an sich bekannter Weise in einen Vorratstank zurückgepumpt und von diesem wieder für einen erneuten Ätzvorgang verwendet werden. Trotzdem verläuft der Ätzvorgang in der erwünschten Weise, denn im Reaktionsbereidh, d.h. auf der Schaltung, wird der Ätzlösung die erforderliche Menge des Peroxides zugesetzt, sp dass hier die gewünschte Zersetzung des Peroxides , Oxydation des Metalls und das Abätzen des Kupfers stattfinden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, dass man der Ätzlösung nach jedem Ätzvorgang das abgeätzte Kupfer zumindest teilweise ent Anstelle der Schwefelsäure kann auch Phosphorsäure verwendet werden, wobei sich dann entsprechende.Phosphate bilden. Wesentlich ist dabei, dass die Zugabemenge des Peroxides derart dosiert wird, dass zwar der Ätzvorgang möglichst vollständig abläuft, dass aber andererseits in der vonvder Leiterplatte abtropfenden Ätzlösung praktisch kein Peroxid mehr enthalten ist. Dadurch sammelt sich im Auffangbehälter 3 im wesentlichen ein Gemisch aus Schwefelsäure (Phosphorsäure), Wasser und Kupfersulfat (Kupferphosphat). Dieses Ätzmittel kann unmittelbar dem Sammelbehälter 17 zugeführt und mittels der Pumpe 12 erneut unter Zusatz der geeigneten Menge des Peroxids auf die Leiterplatten aufgebracht werden. Weiterhin ist es bei diesem Verfahren ohne weiteres möglich, das Kupfer aus der Ätzlösung zurückzugewinnen. Dies kann entweder im Elektrolysegefäss 8 durch elektrolytische Abscheidung des metallischen Kupfers1 nach folgender Gleichung EMI5.1 erfolgen oder in der Kühlstation 9 durch Abkühlung der Ätzlösung und Ausfällung des Kupfersulfats. In diesem Falle ist es notwendig, der Ätzlösung Schwefelsäure im Uberschuss zuzugeben bzw. die Sulfatverluste durch die Ausfällung des Kupfersulfats durch Zugabe zusätzlicher Schwefelsäure auszugleichen. Dieses Vorgehen hat weiterhin den Vorteil, dass die dem Sammelbehälter 11 zugeführte Ätzlösung wenig Kupfer enthält, so dass bei einer Vermischung dieser kupferarmen Ätzlösung mit Peroxid aus dem Vorratsbehälter die katalytische Zersetzung des Peroxids herabgesetzt wird. Es ist durchaus mög Zum Aufbringen der Ätzlösung auf die Leiterplatten befinden sich oberhalb und unterhalb der Vorschubbahn Sprühdüsen 4 bzw. 5, aus denen die Ätzlösung gegen die Leiterplatte ge sprüht werden kann. Die im Auffangbehälter 3 gesammelte Ätzlösung wird mittels einer geeigneten Pumpe 6 über eine Leitung 7 entweder einem Elektrolysegefäss 8 oder einer Kühlstation 9 zugeführt. Nach dem Durchlaufen des Elektrolysegefässes bzw. der Kühlstation fördert eine Pumpe 10 die Ätzlösung in einen Sammelbehälter 11. Aus diesem Sammelbehälter 77 wird die Ätzlösung mittels ei ner Pumpe 12 den Sprühdüsen 4 bzw. 5 über eine Leitung 13 zugeführt. Ausserdem wird aus einem vom Sammelbehälter 11 ge trennten Vorratsbehälter für Oxidationsmittel dieses mittels einer Pumpe 15 der Leitung 13 zugeführt, so dass durch die Sprühdüsen ein Gemisch der Ätzlösung und des Oxidationsmittels auf die Leiterplatten aufgesprüht wird. Ausserdem ist es möglich, das Oxidationsmittel gleichmässig durch gesonderte Düsen zu ver sprühen. Gemäss der Erfindung befindet sich in dem Sammelbehälter 11 im wesentlichen eine Säure, beispielsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure. Das Oxidationsmittel im Vorratsbehälter 14 ist Wasserstoffperoxid. Im Betrieb gelangt die Säure zusammen mit dem Wasserstoff peroxid auf die Leiterplatten. Dort läuft der Ätzprozess nach folgenden Formeln ab: EMI6.1 lich, die Mischung aus Ätzlösung und Peroxid bereits kurz vor dem Aufbringen auf die Leiterplatten herzusteilen und durch gemeinsame Düsen zu versprühen. In einem abgewandelten Ausfffhrungsbeispiel sind für Ätzlö- sung und Peroxid getrennte Sprühdüsen vorgesehen, so dass das reaktionsfähige Gemisch erst auf den Leiterplatten selbst gebildet wird. In diesem Falle wird jede katalytische Zersetzung des Peroxids vor der eigentlichen Reaktion mit Sicherheit vermieden.

Claims: P a t e n t a n 5 p r u c h e 1. Verfahren zum Ätzen von Metalloberflächen, insbesondere gedruckten Schaltungen, bei welchem man das Metall (wie Kupfer) auf der Schaltung mittels einer Schwefel säure oder Phosphorsäure und Wasserstoffperoxid enthal tenden Lösung abätzt und diese Lösung im Kreislauf fuhrt und wiederholt zum Ätzen verwendet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man der Lösung unmittelbar vor jedem Aufbringen oder beim Aufbringen auf die zu ätzende Schaltung nur soviel Wasserstoffperoxid zugibt, dass es gerade für einen Ätzvorgang ausreicht und nach dem Ätzvorgang im wesentlichen kein Wasserstoffperoxid in der Lösung enthalten ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man der Lösung nach jedem Ätzvorgang das abgeätzte Rup fer zumindest teilweise entzieht. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Kupfer elektrolytisch aus der Lösung entfernt. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Verwendung von Schwefelsäure däs Kupfer durch Ab kühlen der Lösung und dadurch bedingtes Ausfällen von Kupfersulfat aus der Lösung entfernt. 5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass man die Lösung und das Wasser stoffperoxid getrennt auf die zu ätzende Schaltung auf sprüht.

Inventors: SCHMID, DIETER C., ING. GRAD.
Applicants: GEBR. SCHMID GMBH & CO.
Application year: 1981
Main classification: C23F1
IPC codes: C23F1